​Институт физики им. Б.И. Степанова НАН Беларуси давно и успешно сотрудничает с российскими научными институтами в области фундаментальной науки и прикладных исследований.

В рамках программы Союзного государства сегодня выполняются научные проекты по самым разным направлениям: нанофотонике, физике наногетероструктур, методам оптического зондирования атмосферы, физике плазмы и т.д. Особенно активно развивается сотрудничество с томским Институтом оптики атмосферы им. В.Е. Зуева СО РАН. Ученые обоих институтов совместно разрабатывают важные для экологической безопасности механизмы контроля содержания парниковых газов в атмосфере по данным наземных и спутниковых измерений. Об этом и многом другом — разговор с учеными из Минска и из Томска.

Наблюдать — значит видеть

Наверное, это единственный дом в Минске, где каждое утро, чтобы начать работу, «делают дырку в крыше». Литературный образ принадлежит заведующему Центром «Оптическое дистанционное зондирование» Института физики им. Б.И. Степанова кандидату физико-математических наук Анатолию Павловичу Чайковскому.

Заведующий Центром «Оптическое дистанционное зондирование» Института физики им. Б.И. Степанова кандидат физико-математических наук А.П. Чайковский

Он и командует той самой лазерной установкой для исследования атмосферы (лидаром), для которой требуется отверстие в крыше.

— Почему вы занимаетесь лазерами?

— Исторически наш институт сформировался как оптический. Потом появились лазеры и стали одним из основных направлений его развития. Проблема использования лазеров для исследования окружающей среды сегодня — одна из наиболее актуальных. У нас в институте работает член-корреспондент НАНБ А.П. Иванов. Он был руководителем лаборатории оптики рассеивающих сред в 1960-е гг., когда работы с лидарами только начинались. А.П. Иванов, как и один  из главных ­организаторов нашего института Б.И. Степанов, приехал к нам из Ленинграда, из Государственного оптического института. Там велись наблюдения за состоянием атмосферы.

— Другой центр был в Томске?

— Да. А наблюдать — значит видеть.

— Сквозь облака, туманы, задымления и грозы?

— Конечно. Как только появились лазеры, стало понятно, что теперь есть уникальный инструмент, который позволяет видеть состояние атмосферы гораздо лучше, чем раньше. Приложений множество. Но если раньше загрязнение атмосферы было где-то на втором плане, то постепенно эта проблема стала актуальной и, пожалуй, самой главной. Это ведь экология планеты! В то же время сформировался институт в Томске. С тех пор мы с Томском непрерывно взаимодействуем. Иногда работаем над одними проектами, иногда мы у них что-то заказываем, иногда они у нас. В общем, мы добрые друзья. И в научном плане у нас много общего, и в технологическом отношении мы дополняем друг друга. То есть у нас полное взаимодействие.

— И что же вы делаете вместе?

— Применений лазерных систем очень много. В Беларуси изготавливаются десятки лазеров для различных целей. Они используются в машиностроении и медицине, на химических производствах и в вузах, а также для исследования окружающей среды.

Начиная с 1990-х гг. подходы к определению целей и организации научной работы меняются. Беларусь — независимая страна, у нас совсем другой круг вопросов и во многом другой подход к задачам научных исследований, чем был в Советском Союзе. У нас он очень практичный. Раньше мы разрабатывали лазерную технику, передавали ее в большую страну — там был потребитель. Нам не нужно было задумываться, что будет с этим прибором. Сейчас подход другой. У нас есть свои проблемы, в решении которых лазерные системы могут дать хороший результат. В последние годы мы работаем над серьезной проблемой — мониторингом трансграничного переноса загрязнений в атмосфере в регионе Беларуси. Лазерное зондирование атмосферы — это дистанционный метод. Он хорош тем, что позволяет обнаруживать загрязняющие вещества на больших расстояниях. Локальные измерения в приземном слое атмосферы для этих целей непригодны. Перенос загрязнений по большей части происходит не вблизи земной поверхности, а в слое атмосферы до 30 км. Лидары (лазерные локаторы) — оптимальный инструмент для наблюдения этих процессов. Это большая работа, которую мы ведем с российскими коллегами.

— Вы изучаете истоки загрязнений атмосферы не только в Беларуси?

— Конечно. Почему мы сотрудничаем с томичами, хотя, казалось бы, они так далеко от нас? Дело в том, что нам нужно получать информацию со всего евразийского континента, в ряде случаев требуются данные наблюдений на всей планете.

— Чтобы понимать, что происходит в Беларуси?

— И это нужно не только нам. Дистанционный мониторинг окружающей среды стал необходимым для всех развитых в научном и техническом отношении стран, которые обладают потенциалом для решения экологических проблем. Существуют  две технологии, которые позволяют получать достоверную информацию об атмосфере в требуемых объемах. Одна — это спутниковые наблюдения, а вторая — сети наземных систем дистанционного зондирования. Один лидар дает локальную информацию, но не общую картину.

— А что измеряется?

— Атмосферные примеси — газовые и аэрозольные; как эти вещества появляются, откуда пришли, сколько их. В 2000 г. в рамках Пятой рамочной программы ЕС была создана Европейская экспериментальная аэрозольная лидарная сеть EARLINET. Сеть объединяла и координировала работу 21 научной группы, проводившей регулярные лидарные наблюдения в атмосфере в странах Западной Европы. Наш институт был единственной организацией из стран Восточной Европы и бывшего СССР,  которая участвовала в этом проекте. Проект продолжается 17 лет. За это время экспериментальная лидарная сеть EARLINET трансформировалась в комплексную сеть дистанционного зондирования окружающей среды с развитой инфраструктурой измерительных станций, широким перечнем аппаратуры и измеряемых характеристик, унифицированной измерительной аппаратурой, системой контроля качества измерений и развитым информационным обеспечением. 

Объем выполняемых работ и количество участников проекта превысили рамки исследовательской программы. Проект ACTRIS-2 в рамках программы Европейского союза «Горизонт 2020» — нынешний этап этой крупной и успешной исследовательской работы — будет ее последней научной частью. Уже принято решение о создании на пространстве EC инфраструктуры для обеспечения дистанционного мониторинга окружающей среды на основе выполненных научных исследований, технических и методических разработок.

— Думаю, это пример качественной и эффективной научной работы.                                                                                             

 — Наш институт проводит систематические наблюдения переноса загрязнений в атмосфере приборами дистанционного зондирования с 2002 г. Мы проводим регулярные лидарные и радиометрические наблюдения в атмосфере, используем данные спутниковых систем, моделируем процессы переноса загрязнений. Контроль качества воздуха в приземном слое на территории Беларуси проводит Гидромет (Республиканский центр по гидрометеорологии, контролю радиоактивного загрязнения и мониторингу окружающей среды) Минприроды Республики Беларусь.

Об атмосферном воздухе в Минске и Беларуси: по данным станций Гидромета, качество воздуха в большинстве городов Беларуси оценивается как соответствующее установленным показателям. Есть факторы, которые ухудшают обстановку, а есть факторы, которые ее улучшают.

— Начнем с хороших новостей.

— Отопительные системы. Они переводятся на газ. Объем вредных выбросов значительно уменьшается по сравнению с использованием угля, мазута. Правда, на Украине и в Польше проблема качественного топлива остается актуальной.

— А плохое?

— Транспорт. Много автомобилей и топлива с плохими экологическими показателями. Еще одна проблема — загрязнение атмосферы мелкими частицами с размерами меньше 1–5 мкм. Такие мелкие частицы беспрепятственно проникают в наши  легкие, в кровь, они очень вредны для нашего здоровья.

— Откуда они?

— Эти частицы возникают в атмосфере как результат фотохимических превращений, содержатся в выхлопных выбросах автомобилей и — очень много — в дымах лесных пожаров. Одно из самых вредных последствий трансграничного переноса загрязнений для Беларуси в весеннее-осенний период — перенос дымов лесных пожаров преимущественно с Украины и из западных районов России.                                                               

— Экологические проблемы чрезвычайно важны, особенно сейчас. Когда такая измерительная сеть распространится дальше на восток ?

— Убежден, что, следуя примеру Европейского союза, нам необходимо создавать совместную сеть дистанционных наблюдений атмосферы на пространстве Союзного государства, привлекать заинтересованные организации других стран Евразии к решению этой актуальной проблемы. При этом, в отличие от Европы, на большей части евразийского пространства наземная инфраструктура для проведения измерений отсутствует. В таких условиях оптимальным способом построения дистанционной системы контроля атмосферы становится использование спутниковых данных вместе с результатами измерений сети ­наземных базовых станций, на которых проводятся комплексные локальные и дистанционные измерения характеристик окружающей среды.

В 2004–2008 гг. мы выполнили проект, в результате которого организовали координированные лидарные наблюдения атмосферы на пространстве стран СНГ — лидарную сеть CIS-LiNet. В проекте участвовали ученые из Томска (Институт оптики атмосферы им. В.Е. Зуева СО РАН), Москвы (Институт прикладной геофизики им. Е.К. Федорова), научные группы из Сургута, Владивостока и из Кыргызстана. Работали вместе весьма эффективно и продолжаем сотрудничество в настоящее время.

К сожалению, отсутствуют механизмы формирования и выполнения таких крупных международных программ. Надеюсь, что ситуация поменяется в связи с интеграционными мероприятиями в рамках Евразийского экономического союза: например, создана Евразийская ассоциация поддержки научных исследований (ЕАПИ).

— Минск считается одной из лазерных столиц мира. Многое было сделано здесь впервые. Точка роста — ваш институт?

— Конечно. Здесь создавались лазеры для различных целей. Институт физики стал такой лазерной школой, где формировался уникальный коллектив исследователей, конструкторов и инженеров. Институт физики дал мощный толчок развитию лазерных технологий в Беларуси. Сейчас в Минске работают несколько организаций, производящих лазеры различного назначения: «Лотис ТИИ», «Солар ЛС» и другие. Качество, надежность и умеренная цена на лазерные системы, ставшие следствием здоровой конкуренции, отличают продукцию белорусских производителей. Большая ее часть идет на экспорт.

— А в чем основа успеха?

— В специалистах. Если есть специалисты, способные работать на хорошем мировом уровне, то все получится. Именно таких формировал Институт физики. Хочу напомнить, что институт создавался с участием ученых ленинградской оптической школы.

— Но все это продолжается?

— Конечно. Сотрудничество с российскими учеными — важный фактор для решения крупных проблем.

— Что вы имеете в виду?

— Новые проекты. Один из проектов, в котором сотрудничество с российскими учеными важно и необходимо, — исследования в Антарктиде.

В Антарктиде на белорусской научной станции «Гора Вечерняя» мы построили комплексную систему дистанционного мониторинга атмосферы и земной поверхности. Антарктида — это образец чистоты окружающей среды. В Минске по содержанию взвешенных частиц воздух считается чистым. Однако в Антарктиде содержание аэрозоля в атмосфере меньше в 10–20 раз.

Выше я говорил о другом проекте — формировании системы дистанционного мониторинга окружающей среды на евразийском пространстве. Решение этой задачи — необходимое условие устойчивого развития стран Евразии. Мы и наши российские коллеги — единомышленники в понимании необходимости и выборе методов решения этой проблемы.

Взгляд с космических высот

В томском Институте оптики атмосферы СО РАН им. В.Е. Зуева разработан широкий спектр научных приборов для лабораторных и натурных измерений аэрозольных, газовых, турбулентных и других характеристик атмосферы. О том, какие исследования проводятся в Томске, рассказал директор института доктор физико-математических наук Геннадий Григорьевич Матвиенко. 1. Директор Института оптики атмосферы СО РАН доктор физико- математических наук Г.Г. Матвиенко

— В беседе с А.Б. Чайковским мы говорили о «наземном» использовании приборов и аппаратуры, с которой вы работаете вместе. А мне хотелось перенестись на космические высоты. Вы же смотрите на атмосферу не только снизу, но и сверху. Не так ли?

— Конечно. Особенно это актуально сейчас, когда и Беларусь вышла на орбиты. Я имею в виду запуск спутника Земли и программу работ по исследованию природных ресурсов из космоса.

— Вы же автор уникального проекта по мониторингу растительного покрова планеты!

— Это очень интересное исследование, Убежден, что к нему присоединятся специалисты не только Беларуси, но и других стран. Это ведь глобальный дистанционный контроль физиологического состояния растительности планеты. Это наблюдение и фиксация природных и техногенных катастроф, а также несанкционированной индустриальной деятельности. Проще говоря, из космоса будем наблюдать за изменениями в атмосфере, что позволит иметь более четкое представление о том, что происходит на Земле и как человеческая цивилизация влияет на изменения как в атмосфере, так и на поверхности.

— Но вы ведь в космосе работаете издавна?

— Еще в 1995 г. на станции «Мир» появился первый российский космический лидар «Балкан», который был создан Институтом оптики атмосферы, СКБ НП «Оптика» и НИИ космического приборостроения. Лидар вел зондирование облаков. Эксперимент был успешным. Однако он убедил нас в том, что следует отдать предпочтение автоматическим аппаратам. Дело в том, что на борту станции идет жесткая экономия энергии, а наша аппаратура требует ее достаточно много. Поэтому предпочтительнее работать на спутниках.

— Еще до запуска МКС я знакомился с программой научных исследований. Тогда предполагалось, что мы с американцами будем работать вместе. Была общая комиссия по отбору научных экспериментов. Ее возглавляли академик В.Ф. Уткин и астронавт Томас Стаффорд. Помню, по лазерному зондированию из космоса предлагалось несколько интереснейших экспериментов. Главными в них был Институт оптики атмосферы. Почему же не удалось их реализовать?

— Отсутствие финансирования — и только! Мы создавали соответствующую аппаратуру, прошли много этапов подготовки, но вынуждены были сначала заморозить работы, а потом и прекратить их. Из-за этого многие интереснейшие и нужные эксперименты были отложены. Сейчас мы восстановили контакты с «Энергией». Работаем по ряду проектов. В частности, разрабатываем прибор для точного определения места посадки космонавтов. В настоящее время разброс довольно велик, а наша аппаратура позволяет определять точку приземления — именно точку, а не район. Но все-таки сосредоточиваемся на аппаратуре для спутников. Сейчас разработан технический проект спутник  алидара. Его отработка и запуск полностью зависят от финансирования, все остальное у нас есть.         

  — Интересно, а сколько приборов и аппаратуры создано в институте?

— Сказать точно не смогу. В целом — более сотни. Мы оснастили все исследовательские полигоны, пункты от Москвы до Владивостока, от Ямала до Алтая, от Якутии до Кыргызстана. Нами создана надежная наблюдательная сеть.

 — А территорию западнее Москвы покрывают коллеги из Беларуси?

— Мы тесно сотрудничаем с ними буквально с первого дня, как был создан Институт физики в Минске.

— Союзное государство помогает вам?

— Конечно. Хочу отметить, что в Беларуси создаются отличные лазеры, самые надежные в мире — и к тому же достаточно дешевые, а потому мы закупаем их и широко используем.

Беседовал Владимир Губарев

Источники

Игла в небо. "В мире науки" № 11,2017
Научная Россия (scientificrussia.ru), 17/11/2017

Похожие новости

  • 14/01/2016

    Наноструктурные агенты - для новой противораковой терапии

    ​Международная группа исследователей из России, Словении, Германии, США и Израиля во главе с учеными из Института физики прочности и материаловедения (ИФМП) СО РАН и Томского политехнического университета (ТПУ) уже несколько лет успешно работает в области применения нанотехнологий для подавления роста раковых клеток.
    1311
  • 05/10/2016

    Крым заинтересовался разработками СО РАН

    ​Недавно в Ялте состоялось ведущее мероприятие в области российской энергетики - Ялтинская энергетическая конференция "Новая энергия - взгляд в будущее".  В рамках конференции прошло семь круглых столов, на которых обсуждались актуальные вопросы развития энергосистемы России и Крыма и энергосберегающие технологии.
    726
  • 14/02/2017

    Томский ученый Илья Романченко - о физике и разработках

    ​​​Томский физик Илья Романченко получил премию президента в области науки и инноваций для молодых ученых за 2016 год. В интервью РИА Томск он рассказал о том, как его работа может помочь в борьбе против раковых клеток и террористов, почему в физике недостаточно просто выучить формулы, а также на что он собирается потратить 2,5 миллиона рублей.
    1428
  • 01/11/2017

    Сибирские ученые в составе международной группы по-новому объяснили левитацию капель над горячими поверхностями

    ​Ученые из Новосибирского госуниверситета, Томского политехнического университета и Южного методистского университета США разработали новую модель для объяснения поведения капель над горячими жидкостями.
    158
  • 03/10/2016

    Томский государственный университет: научные исследования - широким фронтом

    ​Томский государственный университет ведет научные исследования широким фронтом. Сегодня "Поиск" расскажет о последней находке палеонтологов, о достижениях химиков, помогающих фармацевтам, а также о проекте физиков, математиков и биологов, объединившихся в интересах медицины.
    1040
  • 12/01/2017

    ТНЦ СО РАН: Как ракушка материаловедам помогла?

    В течение одиннадцати лет успешно развивается международное сотрудничество между отделом структурной макрокинетики ТНЦ СО РАН и Харбинским инженерным университетом по направлению, связанному с разработкой многослойных металло-интерметаллидных композиционных материалов и моделированию процессов их разрушения.
    804
  • 30/11/2016

    Ученые ТПУ и СО РАН создают модифицированные металлы для строительства космических аппаратов

    ​Ученые Томского политехнического университета и Института сильноточной электроники СО РАН разработали метод нанесения на металлы износостойких покрытий с их последующим вплавлением в подложку. Такие модифицированные материалы, благодаря сочетанию легкости, коррозийной стойкости и прочности, могут использоваться в машиностроении, авиа- и космостроении.
    937
  • 03/09/2017

    Дмитрий Маркович: Масштабы молодёжи нас устраивают

    ​2017 год стал для Института теплофизики СО РАН годом перемен — здесь впервые за 20 лет сменился директор. Коллектив одного из крупнейших академических институтов энергетического профиля России возглавил доктор физико-математических наук, член-корреспондент РАН Дмитрий Маркович.
    306
  • 25/05/2017

    «Физика рака» — ученые обсуждают в Томске «раковое цунами», накрывающее человечество

    На Международной конференции «Физика рака: трансдисциплинарные проблемы и клинические применения», которая проходит в эти дни в МКЦ ТПУ, прозвучит почти 50 пленарных докладов ученых России и зарубежных стран — США, Израиля, Франции, Германии, Китая, Греции, Италии, Словении, Сербии.
    539
  • 12/10/2016

    Томские ученые испытывают новые стекла для космических спутников

    ​Сотрудники НИИ ПММ ТГУ проводят испытания покрытий, созданных для защиты иллюминаторов, линз и зеркал космических аппаратов от эрозии. При помощи легкогазовой баллистической установки экспериментальные образцы обстреливают микрочастицами порошка железа со скоростью 5-8 километров в секунду.
    948