Наука и технологии России

Вход Регистрация

Девятый вал

Русские называют их убийцами, французы – злодейками и любительницами дурных шуток, англичане – разбойницами… Они появляются как будто из ниоткуда и пропадают в никуда. Нет, речь идёт не о клане политических активисток, а об аномальных морских волнах. Они возмущают не общественное спокойствие, а поверхность океана. И занимаются ими не полицейские, а учёные. В частности, сотрудники нижегородского Института прикладной физики (ИПФ) РАН.

В коллективе научно-образовательного центра под руководством академика РАН Владимира Таланова изучают волновые процессы не только на поверхности и в толще вод морских, но и в земных породах, и в биологических тканях. При всей несхожести этих природных сред есть много общего в методах их радиофизической диагностики. Об этом STRF.ru рассказал Александр Малеханов.

Александр_Малеханов Александр Малеханов: «Феномен аномальных морских волн бросил вызов всей волновой науке, настолько они причудливы, даже неправдоподобны»

Справка STRF.ru:
Малеханов Александр Игоревич, ведущий научный сотрудник Института прикладной физики РАН, заместитель руководителя НИР «Радиофизические методы диагностики природных сред: фундаментальные основы, моделирование, натурные эксперименты», получившей поддержку ФЦП «Кадры». По совместительству – главный учёный секретарь президиума Нижегородского научного центра РАН и доцент Нижегородского государственного университета им. Н. И. Лобачевского

В англоязычной литературе морские волны-убийцы зовутся аномальными (rogue) или причудливыми (freak). В чём же их своенравие?

– Основная и самая неприятная причуда – неожиданное появление «из ниоткуда», то есть не только во время шторма, но даже на фоне вполне спокойного моря, и такое же внезапное исчезновение. Причём их высота может превышать уровень фонового волнения в несколько раз (по определению – в два раза). Перед носом судна может неожиданно, за считанные секунды, вырасти водяной вал высотой в 2–3 десятка метров. К счастью, явление это весьма редкое, но с ростом интенсивности судоходства и развитием средств наблюдений надёжно установленное и уже не вызывающее сомнений. Ещё одна частая особенность – глубокая протяжённая впадина перед фронтом волны и группировка в пакет из нескольких волн, что ещё более усиливает силу «атаки» на судно или морскую платформу. Этот волновой феномен, очевидно, не имеет ничего общего с цунами. Зато, как показали самые последние исследования, есть некоторое родство с легендарным «девятым валом» – как раз благодаря возможной группировке. Однако известны и другие образы больших волн: например, «три сестры» (конечно, далеко не чеховских). Но и одной такой волны бывает более чем достаточно для катастрофы…

Учёным удалось раскрыть секрет этих фокусов?

– В значительной степени. Следствие по делу волн-убийц обещает быть доведённым до конца, то есть до оценок реальных рисков их появления в конкретных морских акваториях. В этом есть заслуга и наших сотрудников, которые выяснили, что есть подходящие для этого физические механизмы в самой динамике ветровых волн как нелинейных волн в неоднородной диспергирующей среде. Это дало возможность адекватного моделирования таких волн и, несмотря на их редкость, получения реалистичных прогнозов их появления с учётом характерных ветров, течений, профиля глубин.

Запись_волнографа_аномальной_волны Запись аномальной волны, сделанная с нефтяной платформы в Северном море: 20-минутная запись волнографа и профиль «волны-убийцы» на интервале 12 секунд

Это очень важное продвижение, и не только прикладное. Феномен аномальных морских волн бросил вызов всей волновой науке, настолько они причудливы, даже неправдоподобны. Но как только были поняты динамические модели таких волн, их «территория» сразу расширилась – теперь их исследуют и в нелинейной волоконной оптике, к примеру. Это вполне убедительный пример единства волновых явлений. Волны на воде и световые волны – совсем разные по своей физической природе, но с точки зрения своего описания они оказываются весьма близкими как характерные примеры нелинейных волн в среде с сильной дисперсией и неоднородным заполнением.

По всей видимости, вы не одни ведёте это «следствие»?

– ИПФ РАН участвует в крупном европейском проекте Extreme Seas. С нашей стороны контрактом руководит молодой учёный Алексей Слюняев, талантливый ученик профессора Ефима Пелиновского. Они соавторы первой в мировой литературе англоязычной монографии по этой «экстремальной» тематике. Характерно, что проект объединил не только ведущие научные институты, но и судовые верфи и даже страховые компании. Это тоже говорит о достигнутом уровне понимания феномена волн-убийц.

Какие ещё причуды океана в круге вашего внимания?

– Другая интересная тема – изучение пакетов, или цугов, интенсивных, десятки метров в высоту, нелинейных внутренних волн в океане. При определённых условиях, часто характерных для шельфовых зон, они формируются в виде группы волн-одиночек – солитонов. Такие солитонные цуги способны распространяться в направлении берега довольно далеко, на сотни километров в зависимости от конкретной гидрологии и профиля дна. И хотя это внутренние волны, «жизнь» которых сосредоточена сугубо в толще океанических вод, они могут быть надёжно зарегистрированы благодаря характерному воздействию на поле ветровых волн, например, с помощью спутниковых средств наблюдения.

В качестве «опытного полигона» для проверки развитых теоретических и численных моделей мы используем сейчас шельфы Японского и Охотского морей, а спутниковые данные обрабатываем совместно с коллегами из Тихоокеанского океанологического института ДВО РАН во Владивостоке.

Близкая к этой тематика, которую развивает группа Виктора Баханова, связана с дистанционными методами зондирования взволнованной морской поверхности с целью диагностики неоднородных подповерхностных течений. Это направление тоже на стыке с физической океанологией. Отмечу, что здесь наши натурные исследования подкреплены масштабным моделированием в Большом термостратифицированном бассейне – на одном из уникальных экспериментальных стендов ИПФ РАН. Этот стенд воплощает идею лабораторного воспроизведения условий верхнего слоя реального океана, и других таких стендов в мире просто нет. Точнее, есть один-два похожих, но они были «срисованы» с нашего бассейна.

Кроме того, вы развиваете технологии поиска нефтяных пятен на море.

– Если быть точным, речь идёт о плёнках поверхностно-активных веществ. Это не только нефтяные разливы или промышленные выбросы, хотя они и вызывают наибольшее беспокойство, но и плёнки биогенного характера – результат жизнедеятельности морских микроорганизмов. Над этим вопросом работает группа под руководством Станислава Ермакова.

Помимо океана вы занимаетесь и земными породами.

– Здесь основной акцент мы делаем на когерентных методах активной сейсмоакустики. Они позволяют добиться высокого разрешения при диагностике и мониторинге состояния земных пород путём излучения специальных пробных сигналов и их последующей обработки – это усилия группы Андрея Лебедева и нашей. Мы используем для этих работ две площадки – полигон ИПФ РАН «Безводное» в пригороде и уникальную в своём роде Воротиловскую глубокую скважину примерно в 100 километрах от города.

А что объединяет диагностику океана и биотканей?

– Главная из общих черт – специфика формирования изображения в оптически-мутной среде. Наш сотрудник Лев Долин ещё с середины 60-х годов стал развивать соответствующий теоретический аппарат на основе уравнений переноса излучения, тогда это стимулировалось становлением гидрооптики. Биоткани, с оптической точки зрения, ещё более мутная (сильно-рассеивающая) среда, и в нашем коллективе эти две линии – дистанционная оптическая диагностика прибрежных морских акваторий и оптический биоимиджинг – естественным образом объединились в группе молодых сотрудников Льва Сергеевича.

В ИПФ РАН сразу несколько лабораторий ведут исследования и приборные разработки по диагностике биотканей, как оптической, так и акустической (ультразвуковой). Наш коллектив сосредоточен на развитии методов оптической когерентной томографии и флуоресцентной микроскопии, которые позволяют получать изображения внутренней структуры ткани с высоким, недоступным ранее разрешением. Это и есть современный биоимиджинг.

В чём практическое применение ваших изысканий в этой области?

Визуализация_структуры_сосудистой_сети_методом_флуоресцентной_микроскопии
Визуализация структуры сосудистой сети в образцах ткани печени мыши методом однофотонной (слева) и двухфотонной (справа) флуоресцентной микроскопии с использованием коллоидных нанокристаллов. Глубина визуализации – 75 мкм

– Наиболее важно, что с помощью специальной оптической схемы наблюдения можно получить изображение неоднородностей в регулярной (здоровой) структуре ткани на самых ранних стадиях их появления, то есть сделать предупреждающую диагностику новообразований, и без скальпеля. Глубины при этом небольшие, миллиметры и меньше, поскольку оптика глубже не проникает в ткань, но для многих случаев этого уже достаточно для практической онкологии (например, кожных и слизистых тканей).

Томографическая схема – двумерная, но хочется видеть и трёхмерную картину. Один из новых подходов к получению 3D-визуализации состоит в использовании метода двухфотонной флуоресцентной микроскопии, развитием которого в нашем коллективе занимается молодой кандидат наук Екатерина Сергеева с группой аспирантов и студентов. Здесь у нас сложилась хорошая кооперация сразу трёх молодых команд – нашей, биологического факультета ННГУ и Нижегородской медицинской академии. Это действительно междисциплинарные исследования, с реальным выходом и на биофизику, и на медицину.

Какова в принципе роль молодёжи в проекте по целевой программе?

– Во всех тематических группах молодые сотрудники, от студентов старших курсов до кандидатов наук, взяли на себя основной труд получения новых результатов. В этом плане наш коллектив вполне соответствует самой идее целевой программы «Кадры». После того урона, который понесла наука в стране после начала столь либеральных рыночных преобразований, профессиональный рост молодых научных кадров необходимо поддерживать целевым образом, и вектор поддержки здесь выбран очень правильно, на мой взгляд. Лучшее средство такого роста – участие молодых людей в передовых научных разработках, имеющих не только сильную фундаментальную основу, но и перспективы практического выхода. Научные школы как устойчивые коллективы, обладающие внутренней общностью, – самая подходящая для этого «природная среда».

Расскажите о вашем научно-образовательном центре.

– Он возник на базе научной школы руководителя НОЦ – академика Владимира Ильича Таланова, автора многих пионерских работ по различным разделам радиофизики, в том числе по квазиоптике и эффектам самовоздействия волн, выполненных ещё в начале 60-х годов. Костяк коллектива НОЦ и самой школы, а это около 40 человек, составляют несколько групп, работающих по разным – но не разрозненным! – тематикам. В каждой есть лидер и несколько молодых сотрудников. Думаю, это вполне типичная схема построения подобных коллективов, тем более крупных.

Тематика НОЦ – радиофизические методы диагностики природных сред – одно из приоритетных направлений работ ИПФ РАН. Именно это соображение стимулировало нас подготовить заявку на конкурс и тем самым «узаконить» НОЦ. Очевидно, те исследования, о которых я рассказал, – только один из её срезов, хотя и весьма представительный. Эта тематика фактически основная для Отделения геофизических исследований, которое объединяет четыре отдела института. Замечу, что на базе отделения действует и другой НОЦ по программе «Кадры», под руководством члена-корреспондента РАН Евгения Мареева, в большей степени ориентированный на исследования и диагностику атмосферных явлений. Естественно, мы взаимодействуем и «дружим домами».

Радиофизика в целом – как общая наука о колебаниях и волнах в самых различных средах – своего рода фундамент ИПФ РАН как института широкого профиля. И природные среды мы рассматриваем в качестве важной и очень перспективной области приложений современной радиофизики. Если совсем коротко, то все наши занятия можно так и назвать – радиофизика природных сред.

Какие недостатки программы «Кадры» Вы видите?

– Я бы отметил только один – излишнюю формализацию, стремление свести «всю науку» к численным индикаторам и вообще к обилию бумажных форм. Понимаю, почему и зачем это сделано, – иначе кому-то нужно разбираться в существе поддержанных работ, в их реальном (а не бумажном!) весе. Сотрудники министерства и сопряжённой с ним структуры сопровождения проектов сделать это не в состоянии, профильных экспертов там нет. В итоге – перспективные исследования сведены до уровня строгого соответствия формальностям. Но это скорее отражение нынешних реалий, чем недостаток данной программы.

Многие недовольны, что в конкурсе слишком большое внимание уделено фактору цены.

– Да, стимуляция демпинговых заявок представлялась всем нам очень существенным недостатком, наверное, даже главным. Хотя, как известно, это тоже не специфика данной программы. Уверен, что программа «Кадры» в итоге не досчиталась многих достойных проектов – серьёзные работы, очевидно, должны иметь серьёзный бюджет. Но сейчас, судя по последним объявлениям новых конкурсов, ситуация заметно исправлена.

Вам легко было выиграть право на заключение контракта?

– И да и нет. Да – потому что годы участия в разных конкурсах, в том числе и по линии Минобрнауки, не прошли напрасно. Хорошим подспорьем послужил и наш опыт выполнения ряда предыдущих госконтрактов, ориентированных на поддержку коллективов ведущих научных школ. А что касается выполнения нами общих требований к организации в целом, то ИПФ РАН настолько сильный и правильный институт, что тут нам беспокоиться было просто не о чем. Но была и другая сторона – мы принципиально не пошли по пути существенного снижения объёма финансирования и поэтому совсем не были уверены в успехе нашей заявки. Но всё же «правильные» индикаторы перевесили чашу весов в нужную сторону.

Насколько прозрачной показалась вам экспертиза?

– Поскольку мы получили право на контракт, то я не склонен критиковать экспертизу. Но меня, скажу честно, озадачил протокол экспертной группы, который мы получили после. По-видимому, это было сделано как раз для прозрачности, но эффект был скорее обратный. Оценки всех членов комиссии были совершенно одинаковыми – с точностью до второго знака! Причём по всем проектам, а их было более трёх десятков. О чём это говорит? Только о том, что реально никакой экспертизы «с человеческим лицом» не было, возможно, она даже и не предполагалась, а был один за всех компьютер, который разложил все заявки по этим самым индикаторным полочкам и выдал свой вердикт. Такая «прозрачная» арифметика меня впечатлила.

Нужен ли отдельный конкурс для Москвы и Петербурга?

– Эта идея мне кажется странной. Уже проходят – или даже прошли – те времена, когда заявка из столичного университета или института РАН могла быть изначально сильнее: лучшие кадры, лучшее оборудование и так далее. Провинция – понятие географическое, но не научное. Тем более сейчас, когда центры российской науки естественным образом оказываются именно в провинции. В наших столицах содержать науку стало слишком дорого, да и для толковой молодёжи там есть более привлекательные в смысле заработков занятия. А если нет заметной подпитки молодыми кадрами, то через пару поколений лаборатория необратимо пустеет. С начала 90-х мы переживаем именно этот период, и по многим столичным институтам – конечно, не по всем! – «волна-убийца» опустения уже прокатилась.

Не берусь говорить за другие регионы, но Нижний Новгород если и относится к категории провинции, то никак не в смысле науки – это хорошо известно по разным оценкам, хотя бы по количеству успешных проектов по программе «Кадры» или мегагрантов. К слову, только в ИПФ РАН в прошлом году выполнялись 8 контрактов по линии НОЦ, естественно, по различным направлениям исследований – это объективно высокий уровень. Да и Нижегородский госуниверситет, который традиционно хорошо интегрирован с институтами РАН, а их фактически 5 в Нижнем, никак не выглядит провинциальным по сути. Такие связи всегда были сильной стороной и университета, и самих институтов.

Была ли возможность купить оборудование на средства ФЦП?

– У нас общая позиция по институту – мы стараемся не покупать оборудование по контрактам. Просто в силу того, что формально, по закону, приобретённое оборудование после окончания работы остаётся в собственности заказчика. Оборудование мы приобретаем по более подходящим для этого программам РАН или по грантам, иногда «в складчину». Кстати, приличный набор современного дорогого оборудования, которое активно нами используется в работах по НОЦ, особенно в натурных исследованиях, мы приобрели в своё время в рамках крупного контракта ИПФ РАН с Роснаукой на развитие Центра коллективного пользования «Волновые и квантовые технологии». Но тогда было особое распоряжение «сверху» о мгновенной его амортизации, так что формальных проблем у института не возникло.

Ваши предложения: что в целевой программе можно изменить?

– Не буду оригинален, если скажу – радикально упростить отчётность. Поскольку сам научный труд – полученные результаты, их уровень и степень актуальности – практически никто не оценивает, то зачем и для кого мы готовим целые тома? Казалось бы, достаточно справки о достигнутых «кадровых» индикаторах (раз они здесь главное), отчёта по затратам и короткой аннотации научных результатов со списком публикаций. Публикации и есть объективный показатель результативности, и если их практически нет, то тем более бессмысленно писать сотни страниц – надо просто закрывать работу. Всё остальное – перевод бумаги. Жалко и бумагу, сквозь которую виден исчезающий лес, и того времени, которое могло бы быть потрачено с большей для самого проекта пользой. Разве не так?

РЕЙТИНГ

4.40
голосов: 5

Галереи

Дом-музей Константина Циолковского в Калуге

Дом, в котором Константин Циолковский с семьёй с 1904 по 1933 год. Практически сразу после его смерти, в 1936 году, здесь был создан дом-музей, где можно вплотную познакомиться с весьма скромным бытом учёного и его родственников. Сейчас это филиал Государственного музея истории космонавтики.

36 фото

Обсуждение