Волн-убийц будут ловить из космоса

Океаны Земли из космоса – как на ладони. Осталось только наладить их постоянный мониторинг. Фото NASA

В ряде московских вузов работают базовые кафедры головного института ракетно-космической промышленности – Центрального научно-исследовательского института машиностроения (ЦНИИмаш). Недавно очередная базовая кафедра была образована в РУДН – Российском университете дружбы народов. Об этом учебном заведении в беседе с журналистом Николаем ДОРОЖКИНЫМ рассказывает заведующий базовой кафедрой ЦНИИмаша «Математическое моделирование в космических системах», доктор физико-математических наук Роман ШАМИН.

– Роман Вячеславович, в этом году РУДН исполнилось 55 лет. Говорят, в университете действует свой ЦУП – Центр управления полетами…

– Действительно, в год 55-летия университета в РУДН был создан ЦУП прямо в стенах нашего вуза. В нашем ЦУПе идет прямая трансляция из Центра управления полетами ЦНИИмаша. В другой части зала ОАО «Российские космические системы» демонстрирует возможности дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ).

– Какие задачи космической отрасли вы считаете приоритетными?

– Для меня космос – это наша Вселенная, наше поле жизни, а человеку всегда нужно «дойти до горизонта». Отсюда – основная задача исследования космоса состоит в понимании фундаментального устройства Вселенной, нашего мира. Уверен, что, ставя и решая задачи фундаментальной науки, мы получим большой выход и в прикладном аспекте исследования космоса.

– Какое место в решении стратегических задач ракетно-космической отрасли занимает вузовское образование?

– Роль образования велика в любой деятельности, но в таких наукоемких отраслях промышленности, как ракетно-космическая отрасль, роль хорошего образования – это ключевое условие. Думаю, что качественная подготовка студентов в области математики, информатики, физики необходима для достижения стратегических задач.

– Чем было обусловлено создание базовой кафедры предприятия в вузе? Как возникли связи с ЦНИИмашем и вообще космической отраслью?

– Создание кафедры для обучения специалистов ЦНИИмаша современным методам программирования и прикладной математики было мотивировано современными потребностями космической науки. Очевидно, что роль математического моделирования в ракетно-космической отрасли промышленности будет возрастать, поскольку все больше будут создавать и использовать беспилотные аппараты.

В 2010 году было подписано соглашение между ФГУП ЦНИИмаш и РУДН. Совместная работа привела к созданию Института прикладных технико-экономических исследований и экспертиз (ИПТИЭ), к которому относится и наша кафедра. Новый институт объединяет в себе восемь кафедр, причем большинство из них так или иначе относятся к космической деятельности. В частности, в стенах ЦНИИмаша – три базовых кафедры. Старейшая, из которой вырос наш институт, – это кафедра прикладной экономики. Вторая кафедра – «Математическое моделирование в космических системах», на которой мы обучаем только магистров. А в 2014 году открыта кафедра «Организация космической деятельности».

У нас профессиональная команда реально действующих ученых и программистов. Наши студенты в подавляющем большинстве – сотрудники ЦНИИмаша. Многие – из Центра управления полетами. Обучение у нас в магистратуре – два года. Для большинства студентов это будет второе высшее образование по специальности «Фундаментальная информатика и вычислительные технологии». И учим мы их программированию и математическому моделированию. Но помимо этого я считаю, что эти два года обучения в магистратуре должны стать своеобразной предаспирантурой. Желательно, чтобы человек не только чему-то обучался на наших лекциях, но и за время обучения что-то свое создал. Мы понимаем, что раз эти молодые люди пошли работать в ЦНИИмаш, то, по-видимому, их привлекает космос, так же как меня и моих коллег.

– Роман Вячеславович, вы защитили докторскую диссертацию на тему «Моделирование аномально больших поверхностных волн в океане». Это и есть так называемые волны-убийцы?

– Да, эти волны так и называются – «волны-убийцы», причем это не просто название, а сложившийся научный термин, который прочно вошел в научную литературу. Это крайне сложная и актуальная тема, потому что поверхность океана занимает большую часть Земли – две трети нашей планеты. И без судоходства наша цивилизация обходиться не может.

Гигантские волны-убийцы могут возникнуть буквально на пустом месте. И никто не знает почему. Фото Reuters

А в Мировом океане есть такое явление, как волны-убийцы. Это экстремальная волна, которая возникает внезапно и достигает амплитуды до 30 метров при длине в 250–300 метров. Причем – ключевой момент! – она возникает именно внезапно, без каких-либо видимых источников: бегут обычные волны, и вдруг одна из этих волн становится больше, больше и в течение нескольких десятков секунд достигает высоты 30 метров!

Волна может быть и очень крутая. А если на пути волны встречается крупное судно, то достаточно часты ситуации, когда это судно гибнет. Как в Бермудском треугольнике: было судно – и нет его. Большой танкер или длинный сухогруз, попав на такую волну, просто переламывается. 

Волна поднимает носовую часть, прочности корабля не хватает, и за считаные секунды он уходит на дно. Таких достоверных случаев известно достаточно много. Вообще считается, что примерно по несколько судов в год гибнет во всех океанах от воздействия таких волн.

– Волны-убийцы обязательно бывают 30-метровой высоты?

– Нет, они бывают и меньшего размера. Но важно, что они возникают внезапно.

В 2013 году наша армия проводила большие маневры вблизи острова Сахалин с высадкой десанта. И, в частности, был несчастный случай – один десантный катер затонул при высадке в Анивском заливе. Я работал на Сахалине и хорошо знаю это место. Это довольно тихий пляж, там небольшая глубина. И волны там бывают очень небольшие, редко превышающие метр, а то еще и меньше. Однако там могут быть и волны-убийцы. И одна из моих гипотез в том, что это десантное судно погибло от такой волны.

Много других известных случаев, когда эти волны-убийцы несут опасность. И их очень сложно изучать. Потому что этот эффект относительно редкий. Кроме того, эти волны еще очень плохо видны глазом, поэтому вопрос их исследования с помощью натурных экспериментов крайне сложен. А чтобы смоделировать такую волну в лабораторных условиях, в бассейне, нужен бассейн, измеряемый километрами. Однако тут на помощь приходит наш вычислительный эксперимент.

Моя родная математика позволила нам построить математические модели и эффективные численные методы. Нами были получены результаты, позволяющие моделировать на компьютере эту волну-убийцу – моделировать в зависимости от условий, соответствующих морским, натурным. Мы проводили исследования опасности таких волн. Также мы рассматривали вопрос обнаружения этих волн с помощью радаров или оптических приборов, потому что задача тоже нетривиальная. Сейчас мы, в частности, занимаемся географическим описанием этих волн. В идеале хотелось бы получить такую карту Мирового океана, на которой в режиме реального времени можно было бы получать зоны опасности: где такие волны возникают.

И тут нам никак не обойтись без исследований из космоса, потому что океан большой и точечно можно исследовать только небольшую его часть. А из космоса такие наблюдения возможны. И есть фотографии таких волн-убийц из космоса. Но требуется особый алгоритм, так как разрешающая способность снимков из космоса, если мы берем масштаб не какой-то там конкретной точки, а масштаб моря, океана – они, конечно, недостаточны, чтобы увидеть какую-то отдельную волну. Но можно увидеть так называемые волны-зыби, которые являются благодатной почвой для возникновения волн-убийц.

– Известны районы, где такие волны возникают особенно часто?

– Да, такие районы хорошо известны: Мадагаскар, Южная Америка. Кстати, волны-убийцы были зарегистрированы и хорошо исследуются в районе Черного моря, в частности вблизи полуострова Крым. Сейчас эта зона привлекает особое внимание. Черное море является хотя и закрытым, но весьма глубоким. А черноморские шторма хорошо известны. И волны-убийцы там тоже были зарегистрированы.

– А на вашей кафедре в РУДН занимаются проблемой аномальных волн?

– Когда я работал на Сахалине в Институте морской геологии и геофизики Дальневосточного отделения Российской академии наук, то создал там Центр по изучению волн-убийц в сотрудничестве с пятью институтами Академии наук. После того как я уехал с Сахалина, этот центр перекочевал в РУДН. Это такое неформальное объединение российских экспертов по волнам-убийцам. Сформирован авторитетный экспертный совет. Мы пытаемся в нашем экспертном совете объединить таких специалистов. Мы продолжаем успешно развивать наше направление и с применением космических исследований.