Ведущий научный сотрудник Морского гидрофизического института РАН, заведующий лабораторией инновационного морского приборостроения, кандидат технических наук Павел Гайский стал лауреатом Всероссийского конкурса «Изобретатель года». Третье место в номинации «Изобретатель года» (направление — «Средства производства и автоматизации») ему принесла разработка программы для точного измерения температуры, распределённой по поверхности объектов.
От атомной станции до подводной лодки
Разработки, по словам собеседника, оценивались не только с точки зрения их теоретической ценности. Важным фактором было и применение изобретения на практике, а в идеале — его реальные результаты и полученный экономический эффект. Сам Павел Гайский работает в избранном направлении (и в первую очередь — над программным обеспечением для измерения распределённой температуры) много лет, поэтому у жюри была возможность оценить целый цикл его работ.
«Порядка 8 из этих 12 работ — изобретения, остальное — специализированное программное обеспечение. Цикл работ посвящён разработке пространственных измерителей — распределённых датчиков, которые могут измерять поле температуры в определённом объёме, на определённой площади», — рассказывает учёный.
Такая возможность неоценима для экологических исследований, в том числе — изучения моря. Чем, собственно, и занимается Морской гидрофизический институт. Температурные измерения крайне важны для изучения процессов, происходящих в океане, в том числе — влияния глобального потепления.
«Именно пространственные профили температуры могут показать нам теплозапас, его динамику, идёт ли глобальное потепление и насколько быстро, в каких слоях эти процессы более заметны, будет ли углекислый газ поглощаться или выделяться. В болотистых местностях то же самое с поглощением или выделением метана. Наши датчики испытывались на стационарной ледовой платформе, которая была разработана для работы в Арктике, и результаты по определению границ раздела сред (снег, лёд, вода) получились очень неплохими. Проводим измерения в районе Сакских озёр: измеритель, который на три метра уходил в почву, работал непрерывно два года — мы мониторили годовые изменения, смотрели, насколько велик запас лечебных грязевых отложений, как происходит теплообмен в этой узкой прослойке. Одновременно ставили датчики для изучения метана и углекислого газа, контролировали их выделение. И, конечно, продолжается использование для морских исследований, мониторинга морской среды».
Возможность одномоментно измерять температуру в разных точках среды помогает предсказывать стихийные бедствия и защищать от неприятностей находящиеся в океане объекты.
«Например, на границе раздела сред с резким градиентом температуры появляются волны, которые принято называть внутренними. В Чёрном море мы изучаем их на глубине до 30 метров, в океанической среде — более сотни метров. И размер волн, соответственно, другой — если у нас они могут достигать 3–5 метров в длину, а очень редко и кратковременно — 10–15, то океанические достигают 100 метров. Если на такой волне находится какой-то объект с нейтральной плавучестью, он может на ней подпрыгнуть на 10–15 метров, а иногда — удариться, скажем, о скалы и разбиться, как это было с одной из американских подводных лодок. Она как раз попала на такую волну, которая её подкинула и уронила на грунт», — рассказывает Павел Гайский.
Именно после этого случая, по его словам, и начался бум в изучении внутренних волн, наблюдать которые довольно сложно. Но спектр применения разработки намного шире и простирается от научных исследований до строительства и атомной энергетики:
«Думаю, он в десятки и сотни раз шире, чем морские исследования — это и метеоизмерения, и измерения вечной мерзлоты на разных глубинах, и многое другое. Измерители можно устанавливать при строительстве зданий, мостов, каких-то конструкций — везде, где нужен постоянный контроль температуры на больших площадях. Это могут быть скважины, трубопроводы, зерновые элеваторы и другие хранилища сыпучей или жидкой продукции. Там, где измеряется температура грунта, это возможность предотвратить аварийное состояние трубопроводов или каких-то строений. На атомных электростанциях, когда они закрываются, находится целая система датчиков, которые измеряют давление, влажность, уровень радиации. В том числе необходимо и пространственное измерение температуры. И лучше всего, когда с помощью системы датчиков мы можем увидеть целый объём — как изменяется температура в глубине. Это помогает обнаружить какие-то утечки, трещины, предпосылки к аварийным ситуациям», — говорит Павел Гайский.
Не деньгами едиными
Не менее широк, как оказалось по ходу разговора, и спектр задач, которые приходится решать нашему собеседнику в процессе разработки и изготовления умных приборов.
«Создание этих измерителей включает в себя целый комплекс работ: разработку самих датчиков, электроники, конструктивного решения и программного обеспечения. А также самой методики их использования и эксплуатации. Эту работу начинал в 80-е годы ещё мой отец. В середине 90-х мы с ним сделали первый экспериментальный датчик. Ну а в дальнейшем более сотни датчиков делал уже я», — рассказывает собеседник.
Отец Павла Витальевича, доктор технических наук, профессор Виталий Александрович Гайский, также работал в МГИ. В годы СССР он возглавлял отдел автоматизации океанографических исследований.
«В советские времена в научных институтах были отделы, которые занимались разработкой приборов, и отделы, занимавшиеся их производством. Конструкторское бюро в МГИ, которое насчитывало порядка 500 человек, занималось как раз производством, причём наш институт был ведущим по производству такой техники в Союзе — выпускали приборы как для гражданского, так и для военного применения. Но в 90-е годы всё это начало рушиться — несмотря на то что уже было подготовлено оборудование для массового серийного производства, а уровень наших приборов, что подтверждали и совместные испытания с нашими американскими коллегами, соответствовал мировому уровню. Но в 90-е потребность в таких приборах в стране в значительной мере сократилась, финансирование тоже, и специалисты от нас просто ушли».
В эти трудные для института годы Павел Гайский, выпускник СПИ (ныне СевГУ), и пришёл на работу в институт. Среди его специальностей, основная из которых — программист-системотехник, есть и физика моря.
«Но основным направлением для меня всегда было приборостроение», — говорит учёный.
Тогда же, в 90-е, редкие сохранившиеся потребители такой продукции стали искать её исключительно за рубежом, что окончательно добило отечественное приборостроение, которое энтузиасты пытались и пытаются возродить из руин. Задача сложная: за упущенное время наука и производство сделали огромный шаг вперёд. А догонять, как известно, всегда труднее, чем идти вровень.
И, конечно, негативным образом сказалось на работе и влияние санкций. Был, признаётся Павел Гайский, момент, когда казалось, что эти трудности уже не преодолеть. Российские же комплектующие, увы, оставляют желать много лучшего.
«По микроэлектронике мы сегодня на очень низком уровне, — констатирует собеседник. — Был момент, когда у нас в стране даже конденсаторы не производились. А уж по микроэлектронике… Слава богу, что мы дружим со странами, которые могут это производить, а мы из этого что-то собирать. Правда, после этого компьютерные блоки стоят в несколько раз дороже. Надо двигаться, надо всё это возрождать — другого выхода нет».
Сегодня, как это ни грустно, производимые в МГИ приборы не закрывают даже потребности самого института — для этого не хватает ни людей, ни мощностей. Приходится отказывать и потенциальным заказчикам, испытывающим потребность в том или ином приборе. Нетрудно представить, как всё это сказывается и на развитии науки, и на решении каких-то практических задач. Тем более что находятся и люди, которые смотрят на всё это гораздо проще.
«Нередко получается так: я отказал, а кто-то согласился, взял деньги и ничего не сделал. Такая практика распространена очень широко. За дело берутся люди, которые выполнить заказ не способны. Возможно, у них даже есть опыт в какой-то другой области, и им кажется — с деньгами воспроизвести прибор, который кто-то делал до них, не проблема. Но на выходе получается то, что никому не нужно. А деньги потрачены».
В действительности в столь сложном деле, как микроэлектроника, финансы решают далеко не всё:
«Нужен опыт, нужны специалисты, которых с начала 90-х становилось всё меньше и меньше. Приходилось самому разрабатывать электронику, программное обеспечение, конструктивы. Сам чувствительный элемент датчика вообще приходится изготавливать вручную, потому что покупные, какими бы они хорошими и дорогими ни были, не подходят. Их должен делать специалист, у которого золотые руки. А таких даже в советские годы на некоторых направлениях было 1-2 человека. В том числе — токари высочайшего разряда. Только они могли сделать элемент, который соответствовал требованиям, необходимым для определённого прибора».
Неожиданная проблема
Одним словом, для успеха нужно, чтобы в одном месте сошлись научные разработки, огромные финансовые вливания, необходимые для массового производства, и уникальные специалисты, которых ещё нужно воспитать. Но пока толковые выпускники поглядывают в сторону столиц и других крупных городов — туда, где им могут предложить хорошую зарплату.
«Но даже если молодому специалисту дать много денег, ему понадобится года три как минимум — за это время он будет учиться, пробовать, и, возможно, у него получится. То есть, чтобы возродить приборостроение, нужно воспитать новое поколение высококвалифицированных, уникальных специалистов», — говорит Павел.
Ну а пока многое по-прежнему приходится делать самому и опираться только на узкий круг соратников.
«Можно, конечно, сосредоточиться на своей узкой задаче, и хоть трава не расти. Помните у Райкина — к пуговицам претензии есть? Но мне такое не подходит. Мне нужно, чтобы результат был осязаем, чтобы получился прибор, который отвечает предъявляемым требованиям, используется и даёт результат — данные, которые кто-то потом будет обрабатывать и изучать. А раз так, если надеяться не на кого — надо самому овладевать нужными компетенциями. Сначала выступить в роли конструктора, потом выбрать материалы (и уметь с ними работать) — современные полиамиды, пластики, металлы и пр. Нужно работать на станках — токарном, фрезерном, сверлильном, причём станки эти нужно ещё приобрести, чтобы на них экспериментировать. Потом разработать электронику — саму электронную схему, потом печатную плату (их мы сами не делаем — заказываем). Масса нюансов связана с наладкой электроники. Естественно, всё это надо заключить в корпус, поскольку у нас есть требования к герметизации, температуре, вибрации и пр. — чтобы прибор работал, а не погиб сразу. Нужно отладить всё это в лаборатории, затем испытать в природных условиях, что-то, что требует защиты, запатентовать, хотя на самом деле все эти патенты практически не работают — судиться в случае нарушения их прав могут только крупные компании или государство».
И, наконец, приходит пора программного обеспечения, подготовки отчётности, конструкторской документации, испытания, калибровки и метрологии. И тут мы утыкаемся в ещё одну, неожиданную для дилетанта, проблему.
«Когда деньги приходят от людей, которым нужен прибор, а они не могут его купить, потому что даже Китай ничего похожего не делает, — они готовы эту работу финансировать. Но обычно им нужны сроки, в которые нам не уложиться. Объясню почему. Мы можем сделать прибор на уровне экспериментального образца. Но чтобы довести его до образца опытного и серийного, его нужно аттестовать, испытать. И тут возникает вопрос — а есть ли у нас в стране службы, которые могут провести метрологию по таким измерительным приборам? И оказывается, что это проблема. Не скажу, что их нет — теоретически они есть. Но их, скажем так, не хватает. Нужны какие-то достаточно доступные центры, в которых мы можем провести аттестацию прибора. Причём не так, как это делается с китайскими аналогами — характеристики у прибора идеальные, а что он показывает в реальности и какова его надёжность, это уже совсем другой разговор».
Россиянам, чтобы зарегистрировать свой прибор как измерительное средство, надо пройти сто кругов ада. Сейчас, по словам Павла Гайского, делаются шаги к упрощению этого бюрократического процесса и к возрождению системы, которая могла бы открыть путь к технологически законченным решениям. Но пока не очень решительные:
«У нас всё это настолько развалено, что нужна целая программа — чтобы развивалась не только микроэлектроника, но и обновлённая стандартизация, создавались центры метрологии и калибровки приборов. Всё это должно делаться системно, во взаимодействии различных организаций. Пока же для измерителей, которые требуют каких-то более сложных решений, у нас одна возможность — ехать в Питер. Метрология, которая присутствует у нас, требует модернизации. И специалистов, опять-таки, мало. Это серьёзная проблема для всех научных организаций».
Несколько лет назад, напоминает Павел Гайский, в РФ уже предпринималась попытка возродить научное приборостроение. И взялись за эту задачу вроде бы серьёзно и с должным уровнем энтузиазма.
«Был создан каталог приборов, возможных для разработки и производства в разных городах страны. В его создании участвовали и государственные, и частные организации, которые готовы были что-то доводить до конкурентоспособного решения и открывать производство. Приезжали даже те, кто уехал за рубеж и начал там серийно выпускать приборы, которые не мог выпускать здесь, потому что в 90-х и начале 2000-х это вообще никому не было надо. Но программа прожила два года — собрали каталог, поговорили, и на этом всё закончилось. Сейчас начинается новая волна. Движение есть. Есть, конечно, и много сложностей, но без этого не бывает: восстанавливать всегда тяжелее, чем разрушать».
Будем помогать или…
Пока же, говорит Павел Гайский, научное приборостроение выживает в таких организациях, как МГИ РАН, благодаря внутренним резервам и доброй воле руководства. Кстати, совсем недавно директор МГИ РАН Сергей Коновалов сообщил о подготовке рассчитанной до 2030 года программы по восстановлению научного приборостроения.
И тут нельзя не сказать ещё об одной проблеме, которая сильно осложняет учёным жизнь. Действующая нормативно-правовая база с недавних пор максимально обложила запретами закупку оборудования, необходимого научным организациям для работы.
«Мы даже компьютер или цветной струйный принтер для печати каких-то схем купить не можем, потому что это оборудование — зарубежное. Началось это в прошлом году, в этом ещё больше ужесточилось. Сначала нужно написать кучу бумаг, доказывая, что это единственный вариант, который нам остро необходим, и что у него нет альтернативы. Потом, если разрешат, несколько месяцев ждать. Вот если какая-нибудь отечественная фирма из импортных комплектующих соберёт компьютер и поставит штамп о российской сборке — тогда его покупать можно, хотя там уже другие характеристики и цена в два раза выше. Ладно бы речь шла о закупках в каких-то коммерческих целях, для перепродажи и извлечения выгоды. Но когда это нужно научным организациям, которые занимаются разработками, создавать такие простои — вредительство. В итоге, если у меня сломалась паяльная станция, я иду и покупаю его на Wildberries. Иначе, даже если мы, оформив кучу документов и потратив кучу времени, найдём его официально, он будет в 2–5 раз дороже, и ждать мы его будем три месяца».
Разговаривая с Павлом Гайским, я не могла отделаться от впечатления, что в работе с приборами заключена вся его жизнь — настолько увлечённо он о ней говорит. На самом деле это не так, но в том, что лауреат изобретательской премии — настоящий энтузиаст своего дела, нет никаких сомнений. Он и сам говорит: получение творческого результата доставляет ему огромное удовольствие. Если бы таких одержимых идеями и реальными делами у нас было много, мы, наверное, могли бы свернуть горы. И тут ещё один неожиданный поворот: а может быть, мы что-то не так делаем в процессе обучения будущих кадров?
«Наблюдая за студентами СевГУ, у которых я принимаю дипломные работы, я ловлю себя на том, что мне больше нравятся заочники, — говорит Гайский. — Чаще всего они защищают дипломы по тому же направлению, что и работа, которой они уже заняты. И сразу видно — человек разбирается в теме и понимает, для чего это надо. А отличник, краснодипломник, не сталкивавшийся с практикой, зачастую этого преимущества лишён. Если студент-радиоэлектронщик за время учёбы не спаял ни одной платы — какой он специалист? Практическая составляющая обязательно должна быть — когда человека „грузят” только теорией, в том числе той, что не всегда в жизни применима, ему трудно бывает адаптироваться в профессии. То же самое и со школьниками. У меня дочь школьница, и я, глядя на школьную программу, понимаю, почему она становится детям неинтересна. Когда у ребёнка нет понимания, для чего это надо изучать и как это привязано к жизни, он воспринимает любые знания как какую-то абстрактную обязаловку. Это крайне пагубно: пусть человек не знает всего, тем более что это и невозможно. Пусть он хорошо знает и любит хоть что-то, пусть понимает, где применимы эти формулы, эти физические явления и химические процессы», — говорит собеседник.
Вот такой получился разговор, далеко вышедший за пределы одной научной разработки. Возможно, это наивно — надеяться, что нас кто-то услышит и это что-то изменит. Но надежда умирает последней.
Ольга Смирнова
