Почему лопатка турбины дороже "Мерседеса"? Как высокие температуры "получили" крупнейший в мире институт? Почему от российских ученых уплывают нобели? Об этом корреспондент "РГ" беседует с академиком Владимиром Фортовым, директором Объединенного института высоких температур РАН, которому исполняется 50 лет.
Российская газета: Ваш институт не на слуху, о нем широкая публика мало знает. А ведь он один из самых авторитетных мировых научных центров в сфере теплофизики и энергетики, его уникальной экспериментальной базе позавидуют многие страны. Можно понять, когда подобные научные "монстры" создавались в СССР под атомную тематику, космос, но высокие температуры... В чем здесь особый интерес?
Владимир Фортов: Этот ребенок рожден в "золотое" для нашей науки и техники время, когда страна сделала ставку на энергетику, в том числе атомную, атомный флот, космос и авиацию. Страна ставила амбициозные задачи, которые могли быть решены учеными, только опираясь на фундаментальные науки и без всякой помощи извне. Почему именно под высокие температуры был создан столь мощный институт? Виноваты законы физики. Дело в том, что эффективность любой тепловой машины напрямую зависит от температуры рабочего тела - пара, горючей смеси и т.д. Это общий закон для электростанции, ракеты, самолета, автомобиля и т.д. Поэтому научно-технический прогресс в мире - это, по сути, движение в сторону роста температур.
Вот конкретный пример. Вы знаете, к примеру, что одна лопатка газовой турбины электростанции стоит как "Мерседес" Е класса? Она работает при температуре 2000 С, выдавая 20 мегаватт энергии - хватит целому городу на 20 тысяч человек.
Поэтому раньше, если вам удавалось поднять рабочую температуру лопатки на 3-5oС, то разработчики получали за это Ленинскую премию. Ведь суммарный выигрыш в большой энергетике огромен. Такая лопатка - детище многих высоких технологий: материаловедения, химии, теплообмена, машиностроения, компьютерного моделирования и т.п. И множества экспериментов при экстремальных температурах и давлениях, для чего требуются очень сложные, дорогие и специальные стенды.
Все это сумели объяснить в конце 50-х годов в высоких кабинетах будущие "отцы" ИВТАНа Владимир Кириллин и Александр Шейндлин. И хотя они и были молоды, но уже успели стать лауреатами Ленинской премии. К ним прислушались, и в 1960 году появился наш институт.
РГ: Какие работы стали его гордостью?
Фортов: Так как высокие температуры возникают почти везде, то спектр исследований очень обширен. Скажем, в энергетике конструирование турбин тепло- и электростанций ведется по канонам, которые были разработаны нашими учеными. Но давайте посмотрим более "звучные" сферы, например, ракетную технику. В свое время главный "двигателист" страны академик Валентин Глушко создал у нас в институте специальный отдел. Он поставил сугубо фундаментальные вопросы. Например, что происходит в двигателе ракеты во время горения топлива? Как идут процессы теплопередачи? Какие материалы наиболее оптимальны? Какой состав топлива предпочтительней? И ответы оказались универсальны не только для космической техники, но и для многих других отраслей. В итоге появился многотомный труд, ставший настольной книгой создателей ракетных и автомобильных двигателей, турбин электростанций и т.д.
Вообще космонавтика - наш давний "клиент". Скажем, мы изучали, выдержит ли высокие температуры обшивка космического корабля при его спуске с орбиты. Не проникнет ли внутрь корабля возникающий вокруг него поток раскаленных газов и не "поджарит" ли космонавта? Все это исследовалось на стендах, в конструкцию вносились коррективы, и только когда появилась абсолютная уверенность в безопасности, ученые дали свое "добро".
С космонавтикой соседствует оборонка. Тепловые режимы обшивок ракет "Булава", "Тополь" и других ракет проверялись в нашем институте. Но мы работаем не только в космосе, но и под водой. Ученые института изучали свойства щелочных металлов, которые затем стали теплоносителями в атомных подводных лодках.
РГ: В состав объединенного института входит Институт теплофизики экстремальных состояний. Название экзотическое. Чем он занимается?
Фортов: Изучением вещества при сверхвысоких температурах до 10 [12] градусов и давлениях до миллиарда атмосфер. При таких экстремумах многие давние "знакомые" ведут себя парадоксально. Скажем, по всем канонам, чем сильней вы сжимаете вещество, тем оно сильней проводит ток. Но в природе все не так просто. Например, литий при высоком давлении превращается в диэлектрик, но если продолжаете сжимать, то вновь - в металл. Не менее удивительные вещи происходят с плазмой. Этот сильно ионизированный газ мы научились "замораживать" и превращать в кристалл, по сути, новое состояние вещества. Такие эксперименты сделаны впервые в мире. Сейчас в космосе на МКС проводятся эксперименты с плазменными кристаллами.
И конечно, огромный интерес вызывает так называемая кварк-глюонная плазма - экзотическое состояние материи, которая существовала в первые мгновения после Большого взрыва, породившего нашу Вселенную.
Таким образом, двигаясь вверх по шкале температур и давлений, мы как бы возвращаемся в младенчество Вселенной. Такие исследования решают мировоззренческие проблемы. Но работы в экстремальных режимах имеют не только сугубо фундаментальные, но и чисто прикладные значения. Например, мы изучаем новые физические явления, на основе которых можно создавать новые виды вооружения.
РГ: Кризис 90-х сильно ударил по вашему институту. Как удалось выжить?
Фортов: Мы сильно "упали" во время перестройки. Число сотрудников сократилось с 4,5 тысячи до 1200, из них научных осталось примерно 450 человек. А выжили за счет контрактов. Сейчас они приносят более половины бюджета института. Более того, заказов сейчас вдвое больше, чем мы способны выполнить. Вроде бы надо радоваться, расширять прикладной сектор, но не все так просто. Ведь эти заказы от промышленности очень утилитарные, к настоящей науке по большому счету отношение имеют слабое. Подобными задачами раньше занималась отраслевая наука, но она умерла, за что надо сказать особое "спасибо" перестройке. И теперь их прикладную работу пытаются переложить на плечи академических институтов. Но не для того они созданы, их задача - искать ответы на глобальные вопросы, делать открытия, которые кардинально изменят известные технологии. А для этого надо ступать по чистому полю, причем часто, действуя интуитивно, без особых шансов на успех. Скажем, в свое время Николай Семенов сказал, что надо заниматься цепными химическими реакциями. Почему - не мог ответить. И тем не менее ему поверили. Как поверили Петру Капице, который решил изучать жидкий гелий, хотя никто не понимал, как это можно применить. В итоге и Капица, и Семенов получили Нобелевские премии.
Понимаете, ученым руководство страны доверяло. Доверяло их авторитету и интуиции. Сегодня от нас требуют - покажите отдачу, что вы дали народному хозяйству. Конечно, мы выполним заказы промышленности, заработаем деньги, будем выживать, но никогда не получим Нобеля. Академия наук создана генерировать новые знания.
РГ: Одним из пяти приоритетов развития страны президент Дмитрий Медведев назвал энергоэффективность. Здесь потенциал России огромный. Какие есть предложения?
Фортов: Их целый пакет, который, кстати, мы в свое время направили в комиссию по модернизации экономики. Это, в частности, "умные сети". Дело в том, что сегодня наши ЛЭП устарели, износ достигает 70 процентов. Отсюда - потери, аварии. Их можно заменить, построив новые, но это очень дорого. А можно поступить иначе - установить в линиях датчики, объединив их в автоматизированную систему управления. Это позволит следить за состоянием линии и принимать решения не по факту аварии, а заранее, видя симптомы. А значит, избежать огромных потерь. Аналогичные "умные системы" можно установить и в распределительных сетях, которые питают наши дома.
Особо хочу сказать об альтернативной энергетике. Наши ученые построили карту возобновляемых источников России, где показали зоны, выгодные для применения, скажем, солнечной энергетики, ветряной, приливной, геотермальной. Думаю, для большинства будет откровением, что Якутия более привлекательна для солнечной энергетики, чем южная Германия.
РГ: Вы не раз подчеркивали, что главная проблема нашей науки - молодежь. Таланты должны быстро расти, делать научную карьеру, а для этого им надо давать свои лаборатории. Как обстоит дело в вашем институте?
Фортов: Недавно подписал приказ о том, что лабораторию возглавит ученый, которому еще нет и 30 лет. Но это капля в море. Беда в том, что в институтах РАН нет свободных ставок и квартир для молодых сотрудников. Вот я смотрю результаты работы сотрудников за год, у одних 900 баллов, у некоторых просто ноль. Говорю руководителям подразделений, что РАН и минобрнауки будут выделять деньги в соответствии с этими показателями эффективности. Но это требует времени и законодательной базы.
На Западе данную проблему решили. Например, в Институте Макса Планка, с которым мы сотрудничаем, из 600 сотрудников всего 21 сотрудник имеет постоянную ставку. С остальными могут распрощаться в любую минуту. Критерий один - эффективность работы, измеряемая цитированием и индексом Хирша. Те, кто у нас до хрипоты спорят с таким подходом, не понимают, как устроена наука. На Западе разговор с ученым начинается и кончается с индекса Хирша. Пока ситуация не изменится, наша наука будет топтаться на месте.
РГ: Что ваш институт может предложить в инноград Сколково?
Фортов: Несколько проектов, в частности, "умные" сети", проект по возобновляемым источникам энергии, сверхпроводящие электротехнические системы, взрывные размыкатели и многое другое, что мы сейчас обсуждаем с промышленностью.