«Наука в Сибири» № 28 (2414) 25 июля 2003 г. ВАКУУМНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ СПУСКАЮТСЯ ИЗ КОСМОСА НА ЗЕМЛЮ Минувшая командировка в столицу выдалась для академика А. Реброва весьма хлопотной. В промежутках между заседаниями Общего собрания РАН — визит на авиационный завод, встреча с киевскими коллегами, переговоры в японском представительстве… С трудом верилось, что этот целеустремленный, энергичный, полный замыслов человек готовится встретить свое 70-летие. Юрий Плотников, "НВС" — Меня уже начали чествовать заблаговременно, — смеется Алексей Кузьмич. — Одно поздравление просто развеселило: «С большой радостью узнал, что вам скоро 70 лет!» А с Москвой ситуация простая — надо в полной мере использовать возможность съездить в командировку за государственный счет. Меня этому еще акад. Жуков Михаил Федорович учил. Все встречи были связаны с развитием вакуумных технологий. О вакуумных технологиях и других проблемах, коими повседневно занята голова заведующего лабораторией разреженных газов Института теплофизики СО РАН, академик А. Ребров рассказал корреспонденту «НВС». Нам оставалось лишь втиснуть вдохновенный монолог ученого в русло нескольких тем. Гипертепловое ускорение молекул Почему мы сегодня смотрим на вакуумные технологии под несколько иным углом зрения, чем десять лет назад? Одна из причин: потребности в газодинамических исследованиях для космической техники уже не имеют былой остроты. В 60-70-е годы был колоссальный всплеск интереса к космическим технологиям. Столько умов двинулось в этом направлении, в том числе и мы, будучи молодыми, что к настоящему времени осталось не так много задач в газовой динамике, необходимых для того, чтобы аппараты успешно летали и садились. Начинается космический туризм. На повестке дня стоят вполне земные применения. К примеру, практическая ситуация: напыление кремния или тяжелого металла на поверхность любого материала. При нормальной температуре кремний в газовом состоянии не существует. Но есть его газообразные соединения — силаны (SiH4, Si2H6). Это довольно тяжелые молекулы, и если их разогнать в водороде до большой энергии, скажем, до 20 тыс. градусов, то при столкновении с поверхностью молекула разваливается — водород улетает, кремний осаживается на поверхности. Такая технология уже на пороге применения в электронике. Есть и новое перспективное направление в этой области. В потоке легкого газа можно разгонять биологические молекулы, не разрушая их структуру. В обычных условиях вы не можете нагреть ансамбль белковых молекул до температуры даже в сотню градусов Цельсия. В наших условиях изолированные молекулы можно разогнать до огромной энергии, донести до поверхности и высадить. А если газовый поток организовать особым образом, можно биологические молекулы лепить так, чтобы создавались структуры с особыми электрическими и оптическими свойствами. Мы сегодня делаем первые шаги в этом направлении. К сожалению, не мы первые — в мире уже есть подобные эксперименты. Но — на миниатюрных машинах, с вакуумным объемом в четверть кубометра, с небольшой производительностью. Делают если и не точку, то маленькое пятнышко биопленки. А в нашем институте еще в советское время создан вакуумный газодинамический комплекс, один из крупнейших в мире. И мы можем, освоив физические особенности технологии, выходить на масштабы, не сравнимые с теми, что есть за границей. Окна для сибирской стужи Еще одна насущная проблема — теплозащитное покрытие архитектурных стекол. Каждый, у кого есть внимательные глаза, хорошо знает, что вся Европа, включая страны не самые морозные, давно «застеклилась» от холода. Существует развитая специализированная промышленность, огромное количество заводов. На Украине, у Патона, одними из первых стали пытаться создавать собственные доморощенные системы. Мы говорили с ними об улучшении таких установок, о совершенствовании рабочего процесса… Удивительно, но у нас в Сибири намечаются только частные, очень мелкие движения в этом направлении. Прискорбно, что в руководстве Новосибирской губернии и города недостаточно хорошо представляет важность и возможности теплозащитного остекления. Сейчас наши окна пропускают 3 ватта на квадратный сантиметр на градус. Умножьте на площадь остекления города и на наши перепады температур в доме и на улице в сезон отопления, получите сумасшедшие деньги! Я ответственно заявляю, что с помощью теплозащитного покрытия стекла уход домашнего тепла через окна можно уменьшить в 3 раза. Это даст огромную экономию угля, колоссальное уменьшение выбросов углекислоты в атмосферу, снизит тем самым и остроту экологической ситуации… Мы в Институте теплофизики подготовили материалы, которые должны объяснить властям необходимость занятия этим делом. Недавно нас посетил с визитом швейцарский стекольный магнат Эрик Треш, президент фирмы, владеющей 42 стеклообрабатывающими и 2 стекловаренными заводами. У него есть желание привлечь сибирские мозги к совершенствованию своих технологий, чтобы перегнать конкурентов в Европе. Но когда встает вопрос, а нельзя ли привлечь его к нам, чтобы построить завод теплозащитных покрытий стекла здесь, в Сибири, отвечает, что перспективы-то необычайно широкие, а рынка нет! А раз покупать не будут, то и строить завод рано. Вот лет через пяток, может быть, будет интересно посмотреть! К сожалению, пока мы можем предложить только разработки, нацеленные на будущее, но никто не согласен переделывать под них завод сегодня. В моей лаборатории гости заинтересовались возможностями моделирования течения разреженного газа. Поскольку нанесение тонкого теплозащитного слоя на стекло проводится методом магнетронного напыления в вакуумной камере при давлении в миллион или десять миллионов раз меньше атмосферного, т.е. как раз в разреженном газе, там наши знания могут быть использованы. Я думаю, лед тронется. Он уже сейчас начинает потрескивать… Новая газодинамика старого диффузионного насоса Японцы интересуются покупкой разработанного нами вакуумного диффузионного насоса. В этой области мы давно достигли серьезных успехов — удалось совершенно по-новому предложить, как должен течь газ во всем известных диффузионных насосах. Ведь что такое диффузионный насос? Это как бы эжектор для высоковакуумной откачки: струя захватывает газ из вакуумной камеры, понижая давление до 10-2 — 10-9 миллиметров ртутного столба. Бич всех насосов, существовавших до нашего изобретения — это сильный обратный поток паров масла. Новейшие технологии такого не приемлют! Если отнюдь не дешевый диффузионный насос еще и «пылит» маслом на пленку, лучше установить турбо-молекулярный насос, который на порядок дороже, но избавляет от этого неприятного явления. В нашем насосе обратные потоки в 100 раз меньше, чем в обычных. Это подходит для многих технологий: моделирования космических условий, перегонки металлов на больших плавильных печах, алюминирования полимерных пленок… Получилась очень хорошая машина. Начали даже было серийное изготовление на Опытном заводе СО РАН. Но настала пора перестройки — и все рухнуло! Не так давно мои инженеры предложили выставить эти разработки в интернете и посмотреть, что будет. Теперь каждую неделю приходят заявки на разные насосы. А у нас есть только некоторые единичные экземпляры… Наука или производство? Сейчас мы ищем производителя этих вакуумных насосов, потому что потребность уже сидит в нашем компьютере и еженедельно прибавляется. Чувствуется, что промышленность оживает. На московском заводе «Салют», где делают воздушно-реактивные двигатели для истребителей последнего поколения, собираются использовать диффузионный насос в вакуумной камере для термостойкого напыления турбинных лопаток. К счастью, у нас есть в наличии именно тот насос, который им нужен. Но много других заказов… Поэтому состояние мое — неуютное. Сами у себя мы делать насосы не можем, и надо бы где-то создавать производство, но встают проблемы чисто стартового характера — нужны громадные деньги. В свое время мы организовали временный творческий коллектив «Зырянка» (по имени нашего ручья). Там под кручами красиво струится вода, особенно весной, и мне показалось удачным так насос назвать — даже запатентовали марку. В этой работе нас серьезно поддерживало Министерство науки. Сейчас в институте люди предлагают опять обратиться в министерство, поблагодарить их еще раз и предложить свои услуги к тому, чтобы с их помощью двигаться дальше. Возможно, это был бы реальный шаг в практическом направлении. Все-таки, я считаю, что тут не только время виновато, но и я тоже. Может быть, стоило впрягаться более серьезно в эту работу, доводить дело до ума. Но это — совершенно другая деятельность. И воспитание здесь нужно другое. Не знаю, насколько это было бы эффективно. Вакуумные технологии против наркомании и терроризма В прошлом году мы договорились о совместных исследованиях с университетом Южной Вирджинии (там работает группа Нобелевского лауреата Джона Фэна, давнего друга нашей лаборатории) и КТИ геофизического и экологического приборостроения. Отправили за океан документы, получаем грант… Можно сказать, что интеграционный проект в рамках Сибирского отделения идет через Америку. Перед специалистами, конструирующими приборы для обнаружения наркотиков или взрывчатых веществ, тоже встают проблемы разгона тяжелых молекул. Они отбирают пробы газа «на улице», при атмосферной ионизации, потом этот газ входит в вакуумную камеру, где и начинается наш интерес. В этом промежутке — камере расширения или камере разгона, как ее еще называют — много темных вещей. Мы, газодинамики, хорошо понимаем, что там происходит, когда нет ионизации, нет электрического поля. Если в результате объединения усилий газодинамиков и прибористов высочайшего класса удастся существенно поднять чувствительность масс-спектрометров, мы будем считать свою задачу выполненной. В преддверии этой работы мой юный коллега, студент 4го курса НГУ Мальцев Р. В., уже посчитал для общего впечатления в весьма упрощенной постановке структуру струи в разгонной камере. Эта структура просто видна на экране. Когда компьютер заменяет эксперимент Компьютерное моделирование серьезно изменило нашу деятельность даже в космических направлениях. Результаты, которые раньше приходилось получать очень трудоемким путем через решение кинетических уравнений, требующих необычайно глубоких знаний, сегодня получают на компьютере методом Монте-Карло с завидной для прошлого точностью. Речь идет только о том, на каком компьютере и сколько времени считать. При этом часто оказывается, что такое компьютерное моделирование точнее самого изощренного эксперимента. Поэтому сейчас эксперименты в разреженном газе ориентируются на измерения в тех ситуациях, когда нельзя четко задать компьютеру конфигурацию молекул, их свойства, условия столкновения с поверхностью… Если такие данные есть, задача решается достаточно хорошо. С другой стороны, такой расчет может позволить определение кинетических свойств газа на основании экспериментов с газовым потоком в существенно неравновесных условиях. Другие пути весьма проблематичны и весьма далеки от нужд практики. Кадры решают все В течение многих лет, со времен перестройки, не могу отделаться от одной мысли. Где наша страна сейчас проигрывает миру? Она проигрывает в забвении науки и , в частности, в неправильном понимании роли Академии наук. От Академии ждут, что она модернизирует производство при разваленных огромных отраслевых институтах. Не может Академия этого сделать! Но может при нормальном отношении получать научную продукцию и готовить высококвалифицированные кадры. В хорошем американском университете больше аспирантов, чем во всем Сибирском отделении. Мы в АН имеем возможность работать по тому же принципу, что и зарубежные университеты. При достаточно жесткой и серьезной аттестации, к которой я имею отношение, как и многие другие ученые, из аспиранта вырастает толковый специалист. Нам возражают: «Мы его подготовим, а он возьмет и уедет!» Возможно. Но его научная продукция останется. А при хорошей организации и уезжать особенно не будут, потому что за рубежом рынок умов уже достаточно плотно заполнен. Что для этого нужно? Жилье для молодых людей в первую очередь, достойная плата за творческую работу. И речь идет совсем не об астрономических суммах. Сколько можно подготовить специалистов на деньги, потраченные олигархом на покупку английского футбольного клуба, сколько построить зданий? В Академии наук, несмотря на нынешнюю атмосферу, нет такой возможности уходить деньгам в песок, как в других местах. Но за эти довольно скромные средства мы производим научную продукцию, сохраняем научно-техническую культуру, повышаем общий интеллектуальный уровень страны. И, кроме того, имеем потенциальный кадровый резерв на случай, если возникнет авральная необходимость выполнить срочную работу высочайшего уровня. Плановая, целевая подготовка специалистов высшей квалификации — вот что может стать движителем прогресса и на что пока способна Академия наук при нынешнем ее положении. Вот этого как раз не понимает наше правительство. В таком ключе не говорят даже руководители АН. Но это можно и должно объяснить народу. Думаю, это было бы огромным достижением, реализацией призвания Академии наук. стр. 3