Общее собрание РАН: развитие инженерного образования, микроэлектроника и ГЛОНАСС

Микроэлектронные технологии

Открыл собрание Геннадий Красников, президент РАН. Он подчеркнул успехи РАН за последние полгода. Академия ведет активную работу с южными регионами, а в Санкт-Петербургском отделении РАН состоялись выборы руководителя и членов президиума. Академия вернулась в свое историческое здание на Университетской набережной. Также академики расширили свое участие в экспертизе: в оценку работ введен новый критерий востребованности научных результатов.

Затем Красников рассказал о развитии микроэлектронных технологий и транзисторных структур — электронных компонентов полупроводников. По его словам, это основа микроэлектроники, и именно транзисторные структуры определяют плотность размещения компонентов интегральной схемы.

Сегодня перед микроэлектроникой стоит несколько проблем. Среди них — увеличение подвижности основных носителей и устранение утечек. Инженеры со всего мира до сих пор работают над этими задачами из-за сложности самих транзисторных структур. К примеру, чтобы изготовить среднюю интегральную схему, в течение нескольких месяцев нужно совершить около 5 тысяч микроопераций. Этот процесс состоит из 800 микро-физических параметров.

Также Красников рассказал об эффективности квантовых, фотонных и классических компьютеров. «Производительность компьютеров увеличивается в 1000 раз. Если раньше задача запускалась на компьютере и шла 10 лет, то сейчас — 3 секунды», — заявил Геннадий Красников.

Квантовые и фотонные компьютеры быстро решают математические задачи и экономят электроэнергию. Однако в России до сих пор не было ресурсов для создания таких устройств: особо чистые материалы и техническое оборудование закупалось из зарубежных государств. По словам президента РАН, сейчас в стране заново формируется технологическая цепочка и запущена новая программа по электронному машиностроению. На 2026 год запланировано вложение в специальные материалы на сумму 86 миллиардов рублей.

«Эта работа будет развиваться, и мы считаем, что буквально в ближайшие 4–5 лет мы увидим совершенно качественные изменения по состоянию микроэлектронных технологий в Российской Федерации», — подытожил Красников.

Минобрнауки и РАН: успешное взаимодействие

Также на Общем собрании выступил министр науки и высшего образования России Валерий Фальков. «В 2024 году совместно с РАН мы планируем пересмотреть подходы к системе оценки результатов научных исследований, прежде всего к категорированию научных организаций. Новая система, которая придет на смену действующей, должна быть направлена на формирование конкурентной среды в сфере исследований и разработок, обеспечивать институтам условия для динамичного развития и применения лучших отечественных наработок», — пояснил он. Фальков также сообщил, что средства на обновление приборной базы научных организаций на 2024 год будут доведены в полном объеме, а все соответствующие конкурсные процедуры завершатся до 30 декабря.

В 2023 году Минобрнауки России и Российская академия наук реализовали ряд значимых проектов. Внимание уделялось развитию инженерного образования, а также профориентационной работе и поддержке талантливой молодежи. К примеру, совместно с академическим сообществом на базе ведущих вузов страны — МГУ имени М. В. Ломоносова и МФТИ — разрабатываются программы повышения качества школьного образования по физике, математике, химии и биологии.

Отдельно Валерий Фальков рассказал о результатах, которых удалось достичь за два года Десятилетия науки и технологий. На сегодняшний день в реализации инициатив, проектов и мероприятий Десятилетия принимают участие все регионы, а в 79 из них уже приняты соответствующие региональные планы мероприятий. В целом в этом году было проведено более 2 тысяч мероприятий по популяризации науки, значительно увеличился их охват. В проектах Десятилетия приняли участие уже свыше 30 млн человек. III Конгресс молодых ученых, состоявшийся в конце ноября в «Сириусе», собрал более 5 тысяч человек из 25 стран.

Подготовка кадров

Чтобы в стране развивалось технологическое производство, ей нужны соответствующие специалисты. О том, как российские университеты готовят кадры, рассказал ректор МГУ Виктор Садовничий. Он поделился проблемами, которые сегодня существуют в кадровой среде. За последний год возрос отток кадров за границу, а в августе 2023 года около 60% российских предприятий заявили о недостатке высококвалифицированных специалистов. Кадровый дефицит наблюдается и в научных организациях.

Садовничий подчеркнул, что экономическая ситуации в России требует новых принципов, среди которых: фундаментальность образования в сочетании с гибким подходом, междисциплинарность, расширение цифровых компетенций, развитие инженерного образования и подготовка специалистов в области информационных технологий и искусственного интеллекта. В качестве приоритетных дисциплин академик назвал математику и естественнонаучные сферы.

Важно поддерживать лучших специалистов грантами и механизмами трудоустройства. Для этого в 2022 году на базах ведущих вузов открылись 30 передовых инженерных школ (ПИШ). Недавно были одобрены 20 новых ПИШ. Задача ПИШ — подготовить людей, которые смогут привнести инновации в фотонику, биотехнологии, искусственный интеллект, ядерную энергетику и другие сферы. По словам Садовничего, в ПИШ образование выходит за рамки привычного. Учащиеся пользуются лабораториями, испытательными площадками и целыми технопарками.

Однако классические университеты не полностью привлечены к этому проекту. Чтобы они смогли полноценно участвовать в подготовке технических кадров, МГУ им. Ломоносова разработал образовательный стандарт по новой специальности — «Фундаментальная инженерия».

«Речь идет о новом поколении инженеров, способных превращать научные открытия в технологические разработки высокого уровня», — заявил Виктор Садовничий.

Ректор МГУ поделился еще одной проблемой образования: по большей части университеты находятся в крупных городах. С 2013 по 2019 г. общее число вузов в РФ сократилось на 42%. Особенно сильно прошло сокращение в городах с численностью до 250 тысяч человек — там закрылось более половины университетов.

Чтобы компенсировать образовательный ущерб, в 30 регионах страны по инициативе Садовничего были созданы консорциумы «Вернадский». Это 300 проектов, повышающих роль университетов в технологическом развитии России. Они охватывают центры коллективного пользования, совместные кафедры и лаборатории вузов и корпораций. В ближайшее время к «Вернадскому» присоединятся еще 15 регионов.

Российская глобальная навигационная спутниковая система

Также на Общем собрании РАН выступил академик РАН Николай Тестоедов. Он рассказал о результатах и перспективах глобальной навигационной спутниковой системы — ГЛОНАСС. Она развернута в 1995 году и до сих пор остается национальным достоянием России. Географически эта система разнесена по всему миру, включая Антарктиду. Тестоедов подчеркнул главные достоинства ГЛОНАСС: точное местоопределение, доступность любой точки Земли и защищенность от помех.

Однако радионавигация остается не совсем точной — все дело в псевдодальности. Это расстояние между спутником и навигационной аппаратурой Земли, включая погрешность из-за разницы во времени на часах спутника и земного приемника. За последние 10 лет погрешность снижена в 2 раза — дальше ее будут уменьшать новыми технологиями и улучшениями бортовых часов. Также инженеры планируют работу над высокоточным позиционированием: чтобы ГЛОНАСС передавал сантиметровые и миллиметровые данные, нужно увеличить разрядность навигационного сигнала.

Николай Тестоедов рассказал о спутниках радионавигации. Они надежно работают — некоторые уже превысили сроки эксплуатации почти в два раза. В течение ближайшей пары лет под замену попадут как минимум шесть спутников.

Общая проблема создания таких спутников — ограничения в материалах. Как правило, электронные компоненты для аппаратов появлялись благодаря зарубежным поставкам. По словам академика, сегодня в России проводится большая работа по унификации, разработке и корректировке отечественных материалов. Полное импортозамещение должно завершиться к 2030 году.

«Предвижу вопрос: а чего так долго? Когда в 2014 году озаботились импортозамещением и посмотрели состав всех приборов спутника, оказалось, что на спутнике шесть тысяч типономиналов ЭКБ импортного производства», — объяснил Тестоедов.

В будущем ГЛОНАСС расширит свой доступ к отдаленным городам и сложным районам. Также инженеры планируют разместить дополнительные низкоорбитальные спутники, которые усилят навигационный сигнал примерно в тысячу раз.

Новые двигатели и кислородные баки

О том, как развивается российская металлургия, рассказал член-корреспондент РАН Алексей Макаров. В авиаметаллургии реализуется три отдельных направления. Первое из них связано с созданием семейства двигателей с тягой 10–16 тонн на базе унифицированного генератора ПД-14. Сегодня эти двигатели устанавливаются на авиалайнер МС-21. По словам Макарова, наличие такого авиалайнера с двигателем ПД-14 позволит России вернуться в число ведущих государств в области авиации.

Второе направление касается двигателей ПД-8. В будущем они придут на замену российско-французскому двигателю в Sukhoi SuperJet, а также расположатся на самолетах-амфибиях. Третье направление — разработка двигателя ПД-35 большой тяги — 24–50 тонн сил.

Также инженеры проектируют мотогондолу. Это обтекаемый отсек самолета, в котором размещаются двигатели. Ученые работают над тем, чтобы придать мотогондоле естественное ламинарное обтекание и уменьшить влияние турбулентности на нее. Несколько тестовых моделей отсека уже построены в Новосибирске — осталось создать демонстратор, который затем установят на летающей лаборатории.

Академик рассказал и про космические разработки. Инженеры разрабатывают кислородные баки больших диаметров. В них будут храниться компоненты топлива — жидкий кислород и водород. Ученые планируют изготовить баки из полимерных композиционных материалов. Такой способ хранения кислорода и водорода интересен самым разным отраслям: в первую очередь космическим центрам, медицине и логистическим компаниям. Макаров предложил выделить это направление производства в отдельную госпрограмму развития РФ.

С уходом иностранных производителей с российского рынка уральская металлургия создала несколько отечественных технологий: газовоздушное напыление покрытия, термическая обработка и гальванические защитные покрытия. Последняя разработка нашла широкое применение на ведущих промышленных предприятиях.

«Результаты промышленных испытаний показали повышение стойкости вплоть до 20 раз по сравнению с импортными плитами и гальваническими покрытиями», — подтвердил Алексей Макаров.

Автор: Ксения Земскова