1 сентября 2021

ВНИИЭФ на гражданке: топ-шесть перспективных направлений

Страна Росатом

Основанный под создание надежного ядерного щита, ВНИИЭФ и сегодня специализируется на национальной безопасности, но все громче заявляет о себе в новых сферах. К 2050 году долю гражданской продукции в структуре НИОКР планируется довести до 50 % — ​при сохранении объема гособоронзаказа. «СР» обозначила главные точки роста на плане развития.

Медицина

В период пандемии коронавируса широкую известность получил аппарат «Тианокс» от РФЯЦ-ВНИИЭФ. Монооксид азота, генерируемый аппаратом, применяют для реабилитации пациентов с осложнениями после COVID‑19, а также при лечении тромбоэмболии и других форм легочной гипертензии, при терапии критических состояний у новорожденных и недоношенных детей. «Тианокс» уже завоевывает зарубежные рынки: весной этого года началось тестирование в турецких клиниках.

Другая разработка, озонатор «Теозон», применяется для лечения и профилактики в хирургии, гинекологии, дерматологии, стоматологии, косметологии.

Устройство с биологической обратной связью, созданное саровскими учеными, предназначено для реабилитации больных с поражениями центральной нервной системы — ​восстановления мануальной моторики. Пациент учится управлять движением и координацией рук на марионетке с пультом, а компьютер тем временем измеряет функциональность нервно-мышечного аппарата.

«Специалисты Института физики взрыва работают над инновационными методами удаления камней из желчных путей, — ​добавляет научный руководитель ядерного центра Вячеслав Соловьев. — ​Институт лазерной физики создает приборы для хирургии: лазерный скальпель, лазерный нож».

Космос

В 2019 году в космос отправилась уникальная обсерватория «Спектр-РГ», предназначенная для построения полной карты Вселенной в рентгеновском диапазоне. Один из двух телескопов обсерватории, ART-XC, создан при участии РФЯЦ-ВНИИЭФ. «Это была коллективная работа: идея и научное сопровождение — ​Института космических исследований РАН, техническая, конструкторская часть и производство — ​наши, — ​рассказывает научный сотрудник РФЯЦ-ВНИИЭФ Сергей Григорович. — 16 июня этого года «Спектр-РГ» завершил третий обзор всего неба из восьми запланированных в этой миссии. Обсерватории присуждена престижная международная премия имени Марселя Гроссмана».

РФЯЦ-ВНИИЭФ участвует в создании обсерватории «Спектр-УФ», также известной как «русский «Хаббл». Обсерватория предназначена для астрофизических исследований в ультрафиолетовом и видимом диапазонах электромагнитного спектра с высоким угловым разрешением, а также для регистрации гамма-излучения в энергетическом диапазоне от 10 кэВ до 10 МэВ. Зона ответственности саровского ядерного центра — ​создание блока спектрографов для регистрации ультрафиолетового излучения звезд и построение их изображений в УФи оптическом участках спектра.

По заказу РКК «Энергия» ВНИИЭФ создает аппаратуру для космической лазерной связи, которая будет передавать информацию по световому каналу на расстояние до 45 тыс. км — ​с Земли на низкоорбитальные спутники.

«Используемая сейчас в космосе радиосвязь имеет ряд недостатков, — ​объясняет Сергей Григорович. — ​Частоты очень низкие, мы можем передать небольшой объем информации в единицу времени — ​не более 1 Гб. У лазерной связи частота колебаний очень высокая, мы можем передавать по одному каналу до 100 Гб. Второе — ​у радиолиний большие внешние поля, легко перехватить информацию. А у лазерного луча узкая направленность, в космосе он вообще не рассеивается, и перехватить его практически невозможно. Радиочастоты уже все забиты, получить канал — ​непростая процедура. А лазерные каналы находятся в той области электромагнитного спектра, которая не регламентируется, специальных разрешений на ее использование получать не придется». ВНИИЭФ заканчивает разработку конструкторской документации для изготовления опытных образцов аппаратуры. На 2024 год запланирован эксперимент. «Один аппарат будет стоять на «Прогрессе», а второй на МКС. Между ними будет отрабатываться процедура связи», — ​говорит Сергей Григорович.

Перспективный проект, который сейчас обсуждают ВНИИЭФ и «Роскосмос», — «НИР-лазер», аппаратура для межспутниковой связи. «Илон Маск уже строит многоспутниковую систему, она работает по такой схеме: с Земли станция бросает команду на спутник, тот — ​на следующую станцию, она — ​на второй спутник и т. д., — ​объясняет Сергей Григорович. — ​А мы хотим передавать информацию напрямую от спутника к спутнику: в Москве выдали информацию, она по спутникам всю страну пролетела — ​во Владивостоке приняли».

Информационные технологии

В Сарове создан первый коммерческий цифровой продукт «Росатома» — ​пакет программ для инженерного анализа и суперкомпьютерного моделирования «Логос». Программы позволяют моделировать процессы аэро-, гидрои газодинамики, турбулентного перемешивания, распространения тепла в твердом теле, тепловой конвекции, переноса излучения, течения в пористой среде. «Логос» осваивают инженеры, разрабатывающие самолеты, автомобили, космические аппараты, корабли, объекты энергетики.

На базе типовой информационной системы ядерного оружейного комплекса саровские ученые разработали систему управления полным жизненным циклом сложных технических изделий для гражданских предприятий. «Изначально продукт был создан на российской платформе, но базы данных — ​зарубежные, в частности Oracle. Сейчас готова вторая версия — ​на открытом ПО, сертифицированном Федеральной службой по техническому и экспортному контролю, — ​отметил финансовый директор ядерного центра Максим Девяткин. — ​Совместно с Минпромторгом разрабатывается третья версия, она будет готова в 2023 году, — ​базовый продукт, который будет легко адаптироваться под разные отрасли». Со временем в систему планируют интегрировать и «Логос».

«Мы много лет создаем цифровые двойники своих основных продуктов, — ​рассказывает главный конструктор РФЯЦ-ВНИИЭФ Олег Москалев. — ​Их использование позволяет сократить сроки и затраты на разработку. Сегодня мы готовы предложить цифровые двойники для авиастроения и других отраслей».

«Прорабатываем выход на рынок нефтегазовой отрасли, — ​добавляет Максим Девяткин. — ​В частности, у нас готов имитационный комплекс течения флюидов в нефтепроводах, сейчас тестируем с «Газпромом» эту разработку». В перспективе нефтяникам пригодится пакет программ «Нимфа» для решения задач нефтегазодобычи, экологической безопасности и рационального природопользования.

ВНИИЭФ создал и развивает специализированные пакеты программ для обоснования безопасности объектов атомной энергетики: TDMCC, Concord, Serena, Firecon, MeltCup.

Электроника

В Сарове делают суперЭВМ — ​сверхмощные и средней производительности (до 100 Тфлопс) — ​по индивидуальным заказам. «Мы уже поставили такие машины более чем на 170 предприятий», — ​говорит Вячеслав Соловьев.

Филиал ядерного центра НИИИС им. Седакова в рамках импортозамещения создает электронную компонентную базу для автоматизированных систем управления атомными объектами. «Замена микроэлектроники в АСУ ТП с импортной на отечественную — ​задача государственной важности, которую ВНИИЭФ решает совместно с РАСУ, — ​отмечает Максим Девяткин. — ​Кроме того, есть ряд проектов по созданию и развитию вычислительных мощностей на отечественной компонентной базе».

Обращение с ОЯТ

По заданию «Техснабэкспорта» в Сарове разработали линейку транспортно-упаковочных контейнеров ТУК‑137. Их главная особенность — ​двухцелевое использование: не только для перевозки, но и для длительного, до 60 лет, хранения ОЯТ.

Жемчужина линейки — ​контейнер ТУК‑137Д повышенной вместимости: 20 облученных сборок реакторов ВВЭР‑1000 или ВВЭР‑1200. Для сравнения: в настоящее время ОЯТ ВВЭР‑1000 перевозят в ТУКах вместимостью 12 ОТВС. ТУК‑137Т — ​контейнер с уменьшенными габаритами, но также с существенно увеличенной вместимостью — ​18 ОТВС.

«Транспортно-упаковочные контейнеры разработки РФЯЦ-ВНИИЭФ прошли испытания и признаны референтными для российских атомных станций, — ​говорит Максим Девяткин. — ​Решается вопрос о признании их референтными и для зарубежных АЭС российского дизайна».

Управляемый термоядерный синтез

Энергетический термоядерный реактор — ​мечта, к которой человечество движется уже более полувека, причем разными путями. Господствующий в науке подход к осуществлению управляемого термоядерного синтеза (УТС) — ​квазистационарные системы, в которых плазма низкой плотности удерживается в вакуумной камере магнитным полем от 1 до 10 секунд. К таким системам относятся токамаки, стеллараторы и линейные магнитные ловушки. Но есть и другой подход — ​импульсные системы инерциального термоядерного синтеза. В них сверхмощные лазеры или пучки высокоэнергетических частиц (ионов, электронов) кратковременно нагревают и сжимают небольшие мишени, содержащие дейтерий и тритий. При достижении определенных параметров температуры и плотности возникает термоядерный микровзрыв. Этот вид синтеза называется инерциальным, потому что плазма удерживается от быстрого разлета собственными силами инерции, благодаря чему успевают пройти реакции слияния. Технологии лазерного УТС отработают на установке, сооружаемой в Сарове. Она будет в 1,5 раза мощнее самого крупного из ныне действующих аналогов — National Ignition Facility (США).

«Первая очередь нашей установки, примерно четверть каналов, будет запущена в начале следующего года, — ​говорит Вячеслав Соловьев. — ​На полную мощность — ​в 2027 году. С этой установкой мы сможем ответить на вопросы, которые связаны с зажиганием термоядерных мишеней, с процессами турбулентного перемешивания, взаимодействия лазерного излучения с плазмой».

Юрий Трутнев, Академик РАН, первый заместитель научного руководителя РФЯЦ-ВНИИЭФ по перспективным разработкам

— Вспомним историю ядерного центра: уже с середины прошлого века мы занимались помимо ядерного оружия атомной энергетикой. Много работали с разработчиками атомных реакторов, проводили исследования в обеспечение безопасности атомных станций на наших экспериментальных установках. Мы всегда откликались на призывы со стороны Минсредмаша и «Росатома» и принимали участие в актуальных отраслевых НИОКР: у нас мощные электронно-вычислительные машины, сильные математики и теоретики. Надо эту традицию продолжать. Сейчас поиски задач для нашего института — главная вещь. Но надо очень тщательно выбирать эти задачи. Они должны быть мирового калибра.

(Из последнего интервью)

Радий Илькаев, Академик РАН, почетный научный руководитель РФЯЦ-ВНИИЭФ

— Мы должны четко знать и понимать, что главная задача ВНИИЭФ — ​обеспечить надежность, безопасность и эффективность ядерного оружия. Но если в гражданских направлениях мы можем не в ущерб основному внести серьезный вклад, нужно в них участвовать. Это будет не только не вредно, но и очень полезно и для страны, и для нашего ядерного центра. Думаю, большую пользу мы можем принести, создавая информационные технологии и расчетные программные продукты. Они помогут существенно сократить время на разработку новой техники, нарастить темпы развития нашей страны.

Сегодня много говорят об искусственном интеллекте. Моя точка зрения: конечно, эту работу надо поддерживать, но в первую очередь надо укреплять естественный интеллект. Нам нужны лидеры — ​образованные, грамотные специалисты, которые понимают все научно-технические проблемы. Такие люди должны возглавить крупные научные проекты.