Научные центры мирового уровня в России стали ответом на глобальные вызовы современности

На смену снятому с эксплуатации еще в 1978 году Ту-144 Россия готовит новый сверхзвуковой самолет для пассажирских перевозок (фото 1973 года). Фото РИА Новости

Новые вызовы требуют новых решений. Особенно такие серьезные и глобальные, как пандемия, цифровизация экономики и энергопереход с упором на зеленые технологии. Чтобы своевременно и эффективно проводить фундаментальные исследования, необходимые для решения возникающих задач, и активно вовлекать в этот процесс молодежь, в 2019 году Министерство науки и высшего образования РФ запустило программу создания научных центров мирового уровня (НЦМУ). Она реализуется в рамках национального проекта «Наука и университеты».

Большинство НЦМУ сформировано на базе ведущих российских научных и образовательных учреждений. При этом жестких рамок по организационным формам государство им не ставит. Поэтому ученые могут подбирать наиболее удобную для них и порой уникальную модель объединения.

В России к разработкам приступили уже 17 таких центров: четыре международных математических (2019 год), три по геномным исследованиям (2019 год) и 10 для работ по приоритетам научно-технологического развития (2020 год). Всего приоритетов семь, и каждому соответствует один более масштабный вызов:

– Цифровые технологии, искусственный интеллект и новые материалы. Он подразумевает переход к соответствующим производственным методам, включая роботизированные системы, а также к способам формирования систем обработки больших объемов данных и машинного обучения. Большим вызовом в данном случае считается снижение сырьевой зависимости страны в условиях мирового тренда на использование возобновляемых источников энергии и плавное подключение к глобальной цифровой революции. Таким образом, чтобы возможности экономического роста России не оказались внезапно исчерпаны.

– Переход к персонализированной медицине, высокотехнологичному здравоохранению и технологиям здоровьесбережения, в частности за счет более рационального применения лекарственных препаратов. Большим вызовом тут становится демографический переход. Продолжительность жизни людей увеличивается, население стареет, а это создает новые социальные и медицинские проблемы. Например, угрозу глобальных пандемий, повышенный риск возврата уже побежденных или появления еще неизвестных инфекций.

– Эффективное взаимодействие человека, природы и технологий. Оно должно противостоять возрастанию антропогенных нагрузок на окружающую среду до уровня, который может угрожать воспроизводству природных ресурсов, их истощению и ухудшению экологии. А также способствовать снижению рисков для жизни и здоровья, которые связаны с неэффективным использованием этих ресурсов.

– Рациональное агро- и аквахозяйство, защита экологии, безопасные продукты питания. Это связано с повышением продуктивности и внедрением систем рационального использования средств химической и биологической защиты. Реализация такого подхода будет способствовать обеспечению продовольственной безопасности России, конкурентоспособности наших продуктов на мировом рынке и снижению технологических рисков в агропромышленном комплексе.

– Экологически чистая и ресурсосберегающая энергетика и новые источники энергии. Пункт включает повышение эффективности добычи и переработки углеводородного сырья, внедрение альтернативных источников, способов транспортировки и хранения энергии. В перспективе это должно помочь качественно изменить характер глобальных и локальных энергосистем, увеличить объемы выработки, сохранения и передачи энергии.

– Противодействие угрозам национальной и индивидуальной безопасности, а именно их техногенным, биогенным и социокультурным проявлениям, терроризму, идеологическому экстремизму, кибератакам и другим источникам опасности. В рамках большого вызова особое внимание обращается на внешние угрозы нацбезопасности, которые обусловлены нарастанием международной конкуренции, конфликтности и нестабильности, а также на их взаимосвязь с внутренними угрозами.

– Связанность территории РФ. Ее необходимо обеспечить за счет создания интеллектуальных транспортных и телекоммуникационных систем, занятия и удержания лидирующих позиций в создании международных логистических систем. Большой вызов – эффективное освоение и использование пространства, в частности преодоление диспропорций в социально-экономическом развитии территории страны, укрепление наших позиций в экономическом, научном и военном освоении космического и воздушного пространства, Мирового океана, Арктики и Антарктики.

НЦМУ, который работает по данному приоритетному направлению, стал «Сверхзвук». Его конечная цель – создание сверхзвукового пассажирского лайнера, не имеющего аналогов в мире. А для их серийного производства надо выйти на качественно новые экологические и экономические показатели самолетов такого типа. «Гиперзвук, сверхзвуковые технологии будут определять конкурентоспособность индустрии в ближайшие пять лет», – считает председатель Совета по приоритету НТР «Связанность территории», академик РАН Михаил Погосян.

Задачу взял на себя консорциум из семи организаций, инициатором которого выступил Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского (ЦАГИ). Основные научные исследования НЦМУ «Сверхзвук» ведутся в пяти лабораториях по ключевым направлениям: аэродинамика и концептуальное проектирование СПС с низким звуковым ударом, аэроакустика и вибрации, прочность и интеллектуальные конструкции, газовая динамика и силовая установка, искусственный интеллект и безопасность полетов. Конкретно ЦАГИ сосредоточился на решении проблем, связанных со сверхзвуковым барьером, аэродинамическими компоновками и снижением шума. Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова занялся двигательными установками, Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова – моделированием аэродинамики и процессов обтекания, Пермский федеральный исследовательский центр УрО РАН – интеллектуальными конструкциями, Московский авиационный институт – человеко-машинными системами, Государственный научно-исследовательский институт авиационных систем – комплексом бортового оборудования, а Институт прикладной математики имени М.В. Келдыша РАН – разработкой высокоточных численных методов моделирования турбулентных течений.

Всего было два гражданских сверхзвуковых самолета, которые осуществляли регулярные полеты: советский Ту-144 и европейский Concorde. Первый эксплуатировали всего несколько лет и отказались от проекта в 1978 году. А вот Concorde продержался почти 30 лет до 2003 года, но после авиакатастрофы в Париже и череды неполадок его коммерческую эксплуатацию тоже прекратили. Тем не менее сейчас мир вернулся к идее сверхзвука. Активное строительство демонстрационных моделей идет в Европе, США и Японии.

У России тоже есть позитивные сдвиги в этом направлении. «Когда мы говорим о создании перспективного высокоскоростного воздушного транспорта, то, естественно, подразумеваем и вопросы развития технологий в целом. Перед научным сообществом авиационной отрасли стоит множество задач, решить которые возможно, привлекая лучшие умы и решения. И это в полной мере соответствует концепции, которой следует НЦМУ «Сверхзвук», – считает руководитель НЦМУ «Сверхзвук», член-корреспондент РАН Кирилл Сыпало.

Так, например, НЦМУ «Сверхзвук» удалось многократно сократить время оптимизации формы аэродинамической компоновки по сравнению с классическим подходом. Получены характеристики ближнего возмущенного поля течения тестовой комбинации «крыло+фюзеляж» и значения уровня громкости звукового удара для тестовой комбинации на высотах от 13 до 16 км. Также сформулирована обновленная модель генерации шума турбулентной струи, которая основана на использовании альтернативной переменной при описании звукового поля. Этот подход показал, как исключить проблему сдвигового шума, которая последние 50 лет препятствовала представлению источников звука в виде локализованных квадруполей. Проведены комплексные инженерные расчеты, определяющие динамический облик самолета. Продолжаются исследования по применению высокотемпературных композиционных материалов.

Другие НЦМУ тоже демонстрируют позитивные результаты. Их работа доказала, что они становятся надежными точками роста для российской науки и способны помочь в решении глобальных задач человечества. Центры активно внедряют новые принципы организации и управления, собирают под своим крылом научные кадры, которые обладают самостоятельностью и независимостью мышления.