Что нового на родине радио
ФОТО Дмитрия СОКОЛОВА
Круглая дата - исполнилось 160 лет со дня рождения изобретателя радио Александра Попова - удобный повод поговорить о том, как далеко продвинулась наука с момента изобретения «телеграфирования без проводов».
Наш собеседник - во многих смыслах коллега профессора Попова. И по сфере научных интересов, и по месту работы: первый в Европе Электротехнический институт, нынешний «ЛЭТИ». И «по должности» - Попов был первым выборным директором, а наш гость - семнадцатым ректором почти 10 лет.
У президента «ЛЭТИ» Владимира Кутузова мы узнали, что профессор Попов - создатель «прадедушки» мобильников; представили себе электронного егеря, а главное - воодушевились, уяснив, как страна может превратить технологическое отставание в опережение.
- Владимир Михайлович, выходит, «ЛЭТИ» в некотором роде - «родина радио». Можно краткий экскурс в историю изобретения?
- Если ограничиться совсем кратким экскурсом, то может сложиться впечатление, что профессор Попов изобрел радио в одиночку, на пустом месте, а это не так. Александр Степанович в своих работах ссылался на опыты немца Генриха Герца, англичанина Оливера Лоджа, француза Эдуарда Бранли.
Не случайно первая в мире радиограмма, переданная Поповым на расстояние с помощью азбуки Морзе, содержала имя Герца. Произошло это на заседании Русского физико-химического общества 7 мая 1895 года.
Сам Попов тогда работал в Кронштадте в интересах военно-морского ведомства и был обременен обязательствами «о неразглашении», что и породило споры о его приоритете. Из дневниковых записей ученого можно сделать вывод: приемник был сконструирован и опробован еще в 1894-м, но у нас в стране днем изобретения радио считается дата его публичного представления.
В наш Электротехнический институт Александр Степанович пришел в 1901 году, возглавил кафедру физики. Он одним из первых в стране получил почетное звание «Инженер-электрик» - оно присваивалось ученым советом с разрешения Министерства внутренних дел. А в 1905 году был избран ректором.
Чтобы перекинуть мостик к нашему времени, упомяну один не очень известный факт. В 1899 году Попов со своими учениками и коллегами изобрели телефонный радиоприемник, устройство для «приема радиодепеш на слух», как это называлось. Он выпускался серийно и был, по сути, первым в мире радиотелефоном, прадедушкой многих систем мобильной телефонной радиосвязи.
- Продолжая «перекидывать мостик» в наше время: в бытовом понимании радио - это то, что мы слушаем, а можно привести примеры радиосвязи, где мы ее не замечаем?
- Радио в быту - это не только то, что мы слушаем, но и то, что смотрим: например, цифровое телевидение - это не только высокая четкость картинки, но еще и большой список дополнительных сервисов. Радио - это и индикация времени прибытия транспорта на остановках, и дублирование этого сервиса в мобильных телефонах.
Возможно, скоро отомрет служба заказа такси: будем общаться с водителем напрямую - на базе мобильников уже можно соединять людей друг с другом с привязкой к их местоположению. Да что там людей - сегодня с помощью электроники легко отслеживают домашних и диких животных и даже пытаются ими управлять! Так что ждем появления электронных егерей.
Активно развивается персонифицированная телемедицина, в которой особенно нуждаются люди с тяжелыми заболеваниями и пожилые пациенты. На некое мобильное устройство (например, мобильник со специальным программным обеспечением) передаются сигналы от микросенсоров, закрепленных на одежде или теле человека, и таким образом постоянно проводится диагностика. При этом задача врача - определить, какие параметры нужно измерять, а наша, техническая, - разместить сенсоры так, чтобы пациент их, по возможности, не замечал.
В «ЛЭТИ» несколько лет назад был создан первый в стране инжиниринговый Центр гибкой печатной электроники и радиофотоники, и сегодня мы имеем технологии, которые позволяют «рисовать» сенсоры и проводники прямо на коже пациента!
В будущем надежность диагноза сможет гарантировать искусственный интеллект и доступ к мировым хранилищам данных по болезням, а для этого нужна очень высококачественная радиосвязь - такая, которая будет возможна в сетях пятого поколения 5G. Думаю, их полномасштабное внедрение обеспечит качественный скачок в трансформации всех сфер жизни общества.
Но здесь есть одна социально значимая опасность. На нее уже обратили внимание в Европе: старшее поколение (а это значительная и растущая часть общества) может не понять и не принять новую технологию, что надо учитывать при реализации национальных проектов «Цифровая экономика», «Здравоохранение», «Образование».
Если же говорить о развитии радиотехники в целом, то новые области ее применения определяются освоением новых частотных диапазонов. Сегодняшние диапазоны - от сверхдлинных радиоволн в несколько десятков километров до оптического и рентгеновского излучения, а недавно началось освоение терагерцового диапазона - частот более 1012 Гц. Последний пока мало изучен, но ясно, что он поможет на порядки увеличить пропускную способность или количество каналов связи, например, в промышленном Интернете или Интернете вещей, включая «умные дома» и беспилотный транспорт.
Я уже не говорю о таких самостоятельных областях радиотехники и электроники, как радиолокация, радионавигация, в том числе спутниковая, радиоастрономия, космическая связь...
- Радиотехника входит в приоритетные научные направления страны. В чем это проявляется?
- Сегодня на всех уровнях есть понимание, что без отечественной базы радиоэлектроники не реализовать многие амбициозные и социально значимые проекты. Я имею в виду освоение Арктического шельфа и Северного морского пути, умные, доступные и безопасные транспортные коммуникации, альтернативную и возобновляемую энергетику. Да и такие гиганты, как Роскосмос и Росатом, нуждаются в принципиально новой электронике, способной надежно работать в экстремальных условиях - в космосе, в атомных реакторах, под землей и под водой.
Не секрет, что в Советском Союзе была очень пестрая картина радиотехнической и радиоэлектронной промышленности. Например, мы имели самый большой в мире (и, как оказалось, весьма эффективный) парк радиолокационных станций. А, скажем, в программируемых цифровых сигнальных процессорах или СВЧ-полупроводниковых приборах заметно отставали. Но отставание это не было критичным, пока не наступили 1990-е годы, когда разрушились сложившиеся кооперации.
Сейчас мы связываем большие надежды с национальным проектом «Наука». По этому проекту, на базе ведущих вузов и академических институтов появятся научно-образовательные центры по приоритетным направлениям науки и технологий. Радиотехника, инфотелекоммуникации, радиоэлектроника относятся к так называемым приоритетным сквозным технологиям. Они определены Национальной технологической инициативой - госпрограммой поддержки отраслей, которые в скором времени должны стать в мире ключевыми. А в Петербурге есть мощный задел и, главное, человеческий капитал для создания масштабного консорциума, который стал бы основой такого научно-образовательного центра, причем федерального уровня. Если центр появится в нашем городе, нас в ближайшее время ждут прорывы мирового уровня.
- Вы упомянули, как неравномерно в советское время развивалась радиотехническая промышленность. А сейчас: в чем лидируем, в чем отстаем?
- Последние два десятилетия страна активно интегрировалась в мировую экономику, а в ней основными трендами были транснациональная кооперация и международное разделение труда. То, что принято называть глобализацией. Поэтому успехи в радиотехнике и радиоэлектронике - это почти всегда результаты международной кооперации и глобальной конкуренции.
Приведу пример. Система ГЛОНАСС конкурентоспособна и базируется на отечественных спутниках, стандартах частоты, энергетических системах, математическом и программном обеспечении, системах слежения, базовых наземных станциях, линейке приемоиндикаторов для различных пользователей. Но элементная база там не всегда нашего производства.
Иной пример - операторы сотовой связи: прекрасно работают в России, готовятся к освоению технологий 5G, но - почти полностью функционируют на импортном оборудовании, включая мобильные телефоны. Исключение составляет софт для мобильных приложений.
Но вот в чем вопрос: нужно ли стремиться занять все радиотехнические ниши? А главное, способны ли мы сделать это на конкурентоспособном уровне? Думаю, нам надо вкладываться в те направления, где мы сильны, и не тратить силы и средства на преодоление очевидных разрывов, которые можно нивелировать за счет международной кооперации.
- А оборонка?
- Конечно, в военной радиотехнике каждая ведущая держава предпочитает не зависеть ни от кого. Но как раз в военных приложениях радиотехники Россия не уступает никому: достаточно упомянуть комплексы противовоздушной обороны С400 «Триумф», «Буг» и «Панцирь», системы радиоэлектронной борьбы, бортовую радиоавионику для самолетов пятого поколения, «умную» ракету «Калибр», радиолокационные системы сверхдальнего обнаружения. Это только малый перечень успешных российских проектов последних лет.
Я не сторонник категорических оценок типа «отстали навсегда». Даже если сегодня отставание в какой-то области кажется критическим, «невозвратным», завтра могут появиться новые технологии, которые сегодня называют подрывными. Да-да, не прорывные, а подрывные: технологии, которые делают предыдущие бессмысленными и заставляют все разрабатывать «с чистого листа». Если такие технологии будут зарождаться у нас или с нашим участием, то отставание превратится в опережение.
- А можно какой-нибудь пример?
- В 1990-х весь мир отказался от «неперспективных» радаров метрового диапазона радиоволн. А в России эти радары сохранили, потому что оценили их главное преимущество - возможность всепогодного обнаружения скоростных целей, в том числе выполненных по технологии «Стелс», невидимок. В результате новая модификация семейства метровых радиолокационных станций «Небо-У» Нижегородского НИИ радиотехники оказалась подрывной по отношению к технологии «Стелс». И эти радары пользуются большим экспортным спросом.
Из последних примеров подрывных технологий можно назвать радиофотонику: квантовые вычисления могут превратить обычные компьютеры в сравнимые по быстродействию с суперкомпьютерами.
Так что в целом у отечественной радиотехники очевидные успехи есть. Главное - не забывать ориентировать их и на гражданский рынок, на потребности простого человека.
- Возвращаясь к «вузу Попова»: какими разработками особенно гордитесь помимо упомянутых?
- «ЛЭТИ» входит в Ассоциацию ведущих университетов России, он участник проекта «Топ 5-100». И поэтому должен соответствовать современной модели «университета 4.0», которая предполагает полноценное участие вуза в создании производств на основе новых технологий.
Это лучше всего можно показать на конкретном примере - создании промышленного производства новой элементной базы на основе подложек карбида кремния. Это алмазоподобный материал с уникальными характеристиками, он используется в электронике, работающей в экстремальных условиях. Индустриальным партнером выступает ОАО «Светлана - Электронприбор», а совокупная стоимость проекта превышает 500 млн руб. Уже в конце текущего года начнется серийный выпуск новой продукции.
Для нас это принципиальный проект. Технологии выращивания монокристаллов карбида кремния в «ЛЭТИ» развиваются более полувека, но 30 лет назад Советский Союз упустил возможность стать монополистом в этой области, и сейчас так называемый «Метод ЛЭТИ» используется во всем мире, включая США, Японию, Китай.
Вот теперь он будет использоваться и в России. Спрос на экстремальную электронику растет, поэтому мы готовим проект нового завода с увеличенной на порядок производственной мощностью. Наше ноу-хау - интеграция технологического трансфера с трансфером кадровым, то есть новые кадры готовятся одновременно с новыми технологиями, «внутри» них.
Кроме того, сегодня для нашей страны удачно складывается ситуация с электроникой на алмазе. В России получены самые большие и самые чистые в мире искусственные монокристаллы алмаза - это достижение компании NDT в Сестрорецке. Разработаны технологии получения эпитаксиальных слоев с рекордными характеристиками - заслуга нижегородского Института прикладной физики РАН. Созданы первые экспериментальные транзисторы - это уже наше, СПбГЭТУ «ЛЭТИ». Если не упустим свой шанс, можем стать мировыми лидерами в области алмазной электроники.
Из разработок радиотехнического профиля упомяну принципиально новую пассивную радиолокационную систему. Пассивная радиолокация, поясню, в отличие от активной не посылает свой зондирующий сигнал, а принимает отраженные от контролируемых объектов сигналы сторонних передатчиков, например цифрового телевидения. Наша система абсолютно «невидима», экологична и электромагнитно совместима с другими радиоэлектронными средствами и системами. Она используется для обнаружения воздушных, наземных и надводных объектов, то есть для защиты важных объектов - от атомных и гидроэлектростанций и аэропортов до мест проведения массовых мероприятий. Этот проект мы ведем вместе с петербургским предприятием АО «НИИ «Вектор», система уже продается на экспорт.
Я упоминал перспективный терагерцовый диапазон: в «ЛЭТИ» разрабатываются терагерцовые и фотонные технологии для высокоскоростной киберзащищенной связи нового поколения, радиофотонные интегральные схемы высокоскоростной обработки сверхширокополосных сигналов. Мы впервые получили сверхвысокочастотные и оптические метаматериалы для управления терагерцовым излучением. Вместе с коллегами из Южно-Корейского электротехнологического института (KERI) разработали уникальную технологию анализа медицинских эндоскопических изображений и визуализации.
В завершение скажу еще об одной интереснейшей задаче - создании человеко-машинного интерфейса. Искусственный интеллект может иметь доступ к сверхбольшим объемам информации, но нужно еще донести это в реальном времени и «сжато» до интеллекта естественного, человеческого. А для этого нужен адекватный интерфейс.
Задача эта сегодня формулируется по-разному в разных предметных областях и сферах человеческой деятельности, и решать ее должны люди разных профессий: инженеры и программисты, медики и психологи, юристы и социологи. А, возможно, специалисты профессий, которых сегодня еще нет, но о которых мы уже думаем.
Материал опубликован в газете «Санкт-Петербургские ведомости» № 052 (6405) от 22.03.2019.
Комментарии