Программа Сибирского отделения РАН вошла в число победителей конкурса грантов на проведение крупных научных проектов по приоритетным направлениям научно-технологического развития РФ. В учреждении организовано научное подразделение, в состав которого вошли ученые различного профиля. При непосредственном участии сотрудников институтов планируется создать теоретическую и экспериментальную платформу для изучения физико-химической механики материалов со сложными условиями нагружения.
Конкурс, объявленный в 2019 году Министерством науки и высшего образования РФ в рамках подпрограммы «Фундаментальные научные исследования для долгосрочного развития и обеспечения конкурентоспособности общества и государства» государственной программы «Научно-технологическое развитие Российской Федерации», изначально имел одну важную особенность: он был открытым для любых исследовательских организаций. Благодаря этой тонкости ФГБУ «
Сибирское отделение РАН» смогло участвовать в борьбе за гранты как отдельное научное учреждение и по итогу оказалось в числе победителей.
«Исторически сложилось, что СО РАН никогда наукой не занималось, играя роль распределителя работы. Теперь же благодаря победе в конкурсе мы не только возвращаем отделению некоторые функции, утерянные после реформы Академии наук, но и должны организовать подразделение в своем составе, которое будет заниматься решением комплексных научных задач. Сложившаяся ситуация может послужить примером того, как в дальнейшем будет по-новому устроена работа всей Академии. Сегодня, по мнению нашего государства, наука должна идти сверху вниз, получать результаты в заданном направлении, и наш проект как раз является попыткой организовать исследования в определенной области при помощи разнопрофильных ученых», — отмечает заместитель председателя СО РАН академик
Василий Михайлович Фомин.
В своей основе «стомиллионник» нацелен на решение задач по материаловедению. У проекта есть два направления: первое комплексное — при помощи синхротронного излучения изучать свойства материалов, как они ведут себя при сварке, как происходит проникание и соединение изделий с разными характеристиками; второе — исследование высокоскоростных процессов в детонации веществ (детонационное напыление можно использовать для создания высокопрочного инструмента). Результаты работы должны лечь в основу создания деталей устройств для деревообработки, добычи полезных ископаемых, специализированной техники и т. д.
«В настоящее время нам известно большое количество различных материалов, появляются многочисленные способы заранее задать им необходимые свойства, чтобы в дальнейшем использовать в инструментах. Но нельзя ничего создать, не изучив перед этим, необходимо знать условия работы будущего изделия, то, как они повлияют на прочность и срок службы детали. К примеру, токарный станок — устройство, которое используют для обработки заготовок в процессе вращения. Одна из главных деталей инструмента — резец, который испытывает серьезные нагрузки, затупляется, перегревается и теряет свои прочностные свойства, в итоге не может обрабатывать заготовку с необходимой скоростью, и производительность работ сильно уменьшается. Доработать резец относительно просто — нужно на рабочую область поместить тугоплавкий материал. Однако сегодня в стране этой задачей никто не занимается, обычно приобретают готовую деталь за границей. Благодаря нашему проекту ситуация может измениться. Мы должны создать такую платформу, на которой будем изучать свойства различных материалов, и по итогу делать выводы, из чего можно создать эффективный инструмент, и внедрять разработки в производство», — рассказывает
Василий Фомин.
В реализацию проекта кроме Сибирского отделения вовлечены пять институтов:
Институт гидродинамики имени М. А. Лаврентьева СО РАН,
Институт теоретической и прикладной механики имени С. А. Христиановича СО РАН,
Институт химической кинетики и горения имени В. В. Воеводского СО РАН, ФИЦ «
Институт катализа имени Г. К. Борескова СО РАН»,
Институт геологии и минералогии имени В. С. Соболева СО РАН. Каждая организация имеет свою специализацию, из которой вытекает отведенная ей роль. СО РАН возглавляет проект, выполняет функции интегратора и координатора,
ИГиЛ СО РАН изучает детонационные процессы и их применение для создания материалов,
ИТПМ СО РАН занимается лазерным напылением, резкой и сваркой металлов,
ИХКГ СО РАН определяет структуру химических веществ, участвующих в создании изделия,
ИК СО РАН отвечает за катализаторы, необходимые для полноты реакции материалов, а
ИГМ СО РАН (в сотрудничестве с Национальной академией наук Беларуси) работает с попигайскими алмазами, которые планируется использовать для упрочнения рабочей области обрабатывающего инструмента. Важная роль также отведена
Институту ядерной физики имени Г. И. Будкера, где в центре коллективного пользования сотрудники института займутся обучением коллег работе с синхротронным излучением.
«Реализация проекта рассчитана на три года, уже в конце 2020 года мы должны получить первые результаты и подготовить отчет. К счастью, еще до объявления победителей конкурса грантов у нас уже был научный задел, который мы активно преумножаем. В
ИТПМ с помощью лазерного излучения провели эксперименты по напылению керамики на различные изделия, а также пробовали получить специальные функционально-градиентные материалы с уникальными свойствами, и нам это удалось. Геологи добыли попигайские алмазы, их транспортировали и исследовали с помощью синхротронного излучения в рамках сотрудничества с коллегами из Мюнхена, сегодня ведется обработка полученных данных.
Институт гидродинамики проанализировал структуру детонационных волн под синхротронным излучением, а также создал искусственный микроалмаз, продемонстрировав его зарождение. На установках в ЦКП
ИЯФ уже идут научные работы, развивающие у ученых различного профиля навыки исследования с помощью синхротрона, а также готовятся материаловедческие методики, которые будут применяться на СКИФе. Если подытожить, то проект уже реализуется в двух направлениях: проведение экспериментов, а также теоретическое ведение расчетов — составляются математические модели, уравнения состояния выбранных материалов, анализируется их поведение при высоких температурах и воздействии давления. Кроме того, мы разрабатываем методы и пакеты программ (усовершенствуются имеющиеся и двигаемся к созданию новых)», — говорит
В. М. Фомин.
На момент старта реализации проекта в институтах-участниках имелась материально-техническая база, однако в процессе работы по мере возникновения потребности будет усовершенствоваться оборудование и докупаться новое. Итогом проекта видится создание в составе ЦКП СКИФ полноценной материаловедческой станции для исследования поведения материалов при сложных условиях нагружения.
Параллельно изучению свойств материалов перед СО РАН стоит еще одна важная задача — привлечь промышленность (бизнес). В налаженном производстве любых деталей и инструментов есть одна загвоздка — готовое производство не всегда рентабельно преобразовывать, если оно приносит стабильный доход. Необходимо за время реализации проекта найти предприятия, которые в случае получения наукой новых способов производства более эффективных устройств будут готовы начать их выпускать. Следующим этапом должна стать схема взаимодействия, при которой бизнес заинтересован в научных достижениях и имеет возможность ставить задачи ученым. По словам Василия Фомина, в первую очередь необходимо организовать серийное производство инструмента для высокоскоростной обработки различных изделий.
«Сегодня мы знаем примеры самодостаточных институтов, которые могут выпускать детали, устройства, оборудование, однако всё это — единичные случаи. Тонкость в том, что производство не должно быть целью учреждения, необходимо стремиться к достижению их уникальности, чтобы перечисленное мной было лучшим в мире. А выпуск нужно доверить отдельным предприятиям, каждый должен выполнять свою роль. В целом наш проект показывает, что Сибирское отделение живое, и может играть роль инициатора, интегратора, организатора и координатора создания того или иного продукта. Роль этих грантов крайне велика, и я надеюсь, что ближайшие несколько лет мы сможем получить ожидаемые результаты», — добавил Василий Михайлович.
Андрей Фурцев
Фото предоставлено ИТПМ СО РАН (1), из архива «Науки в Сибири» (2, анонс)
