НЦФМ — быстрый старт

ВЗГЛЯД / #2_2022
Фото: Dnk-ag.ru, Roscosmos.ru

Научная программа Национального центра физики и математики (НЦФМ) включает девять основных направлений, и по каждому уже начались работы. Академик РАН из Объединенного института ядерных исследований, сопредседатель научно-­технического совета НЦФМ Борис Шарков рассказывает об этих направлениях и подробнее — об одном из самых любопытных, лабораторной астрофизике.

Биография эксперта
Борис Юрьевич ШАРКОВ родился в 1950 году в Москве. Окончил Московский инженерно-­физический институт (МИФИ), с 1973 по 1986 год работал там инженером, старшим научным сотрудником. С 1986 по 2005 год прошел путь до директора Института теоретической и экспериментальной физики (ГНЦ РФ ИТЭФ). В 2009—2016 годах — научный директор, председатель совета директоров проекта FAIR.

В 2016 году избран академиком РАН. С 2017 по 2021 год — вице-директор ОИЯИ. В настоящее время — спецпредставитель директора ОИЯИ в международных и российских научных организациях. Сфера научных интересов: физика пучков заряженных частиц и ускорителей; термоядерная энергетика; экспериментальная физика плазмы. Автор более 200 научных работ, более 70 приглашенных докладов на международных научных конференциях.

В НЦФМ образован научно-­технический совет (НТС). Цель его работы — подготовка и мониторинг исполнения научной программы НЦФМ по девяти проектным направлениям, находящимся на передовом крае мировой науки. Это:

  • исследование архитектуры суперкомпьютеров;
  • математическое моделирование на супер-­ЭВМ;
  • газодинамика, физика взрыва;
  • физика высоких плотностей энергии;
  • физика частиц, космология, астрофизика, геофизика;
  • ядерная, радиационная физика;
  • сильные и сверхсильные магнитные поля;
  • физика изотопов водорода;
  • искусственный интеллект и большие ­данные технических и промышленных систем.

Структура НТС двухуровневая: собственно совет и секции по направлениям (экспериментальная, лабораторная астрофизика и геофизика выделены в отдельную, десятую секцию).

Моя задача как руководителя НТС состояла в том, чтобы собрать в совете и секциях выдающихся ученых, без преувеличения — интеллектуальную элиту страны. Считаю, мне это удалось: среди членов НТС — 17 академиков и членов-­корреспондентов Академии наук, девять докторов наук. Сейчас в совете 26 членов, в каждой секции еще дополнительно по 10−12 человек.

Чуть меньше половины членов НТС — 12 из 26 — сотрудники Росатома (в основном из ВНИИЭФа). Также в совете присутствуют коллеги из Академии наук, МГУ, Курчатовского института, МИФИ, Нижегородского университета и других вузов, принимающих участие в этом грандиозном, благородном и амбициозном проекте. Кроме того, к работе в НТС и его секциях привлекаются выдающиеся специалисты из институтов РАН, индустрии высоких технологий.

Существенный момент: каждую секцию возглавляют двое: представители Росатома и Академии наук (или университета).

Важно, чтобы каждая секция смогла продемонстрировать существенный задел по своему направлению: наличие кадров, инфраструктуры, публикаций, конференций, диссертаций. Далее, необходима кооперация, активное сотрудничество ВНИИЭФа с организациями Академии наук, университетами и т. д. Очень важный критерий — соответствие целей и задач секции современному мировому уровню, поскольку планка притязаний НЦФМ в этом вопросе очень высока. Кроме того, должно быть очевидно, что интеграция усилий членов секции с использованием ресурсов НЦФМ решительно повлияет на успешное развитие данного направления.

Все эти темы поднимаются на конференциях по каждому из направлений. Секции начали работать очень активно, мы называем это быстрым стартом. С осени прошло уже несколько конференций, все — очень успешно.

Первой ласточкой в 2022 году стала конференция по экспериментальной лабораторной астрофизике и геофизике. Ее участники в докладах и дискуссиях подтвердили важность развития методов лабораторного моделирования для решения ключевых проблем, стоящих перед современными астрофизикой и геофизикой. Также обсуждались возможности сопоставления результатов лабораторного моделирования (именно этим мы будем заниматься на площадке НЦФМ) с данными наблюдений и экспериментов (в том числе космических), с расчетами теоретических моделей. На ближайший период (2022−2023 годы) определены четкие направления развития астрофизики и геофизики в лабораториях. Активное участие в докладах и обсуждениях приняли сотрудники Института космических исследований РАН, Физического института им. П. Н. Лебедева РАН, Института прикладной физики РАН, НИЦ «Курчатовский институт», Объединенного института высоких температур РАН, Института астрономии РАН, НИЯУ МИФИ, МГУ им. М. В. Ломоносова, ННГУ им. Н. И. Лобачевского, РФЯЦ-ВНИИЭФа, ЦНИИмаша. Таким образом, сложилась мощная кооперация ведущих институтов и университетов страны.

Активно обсуждались возможности использования имеющихся на площадке ВНИИЭФа лазерных установок и вычислительных средств ядерного центра для задач, связанных с астрофизикой и геофизикой. Для обсуждения этого вопроса в рамках конференции была организована экскурсия в Институт лазерной физики ВНИИЭФа. Ее участники осмотрели строящуюся лазерную установку, ознакомились с возможностями научно-­экспериментальной и вычислительной базы ядерного центра, математическими методиками и комплексами программ для суперкомпьютерного моделирования явлений астрофизики. Важный момент: ВНИИЭФ предоставляет ряд исследовательских установок для открытого доступа экспериментаторам НЦФМ.

На меня большое впечатление произвел строящийся комплекс лазерных установок УФЛ‑2М. После экскурсии стало ясно, что благодаря уникальной исследовательской инфраструктуре ВНИИЭФа в рамках работы по ряду направлений НЦФМ можно провести множество экспериментов и исследований на передовом крае современной науки.

Космические миссии
Российские аппараты не садились на Луну с 1976 года (последним был «Луна‑24»). В 2018 году была обнародована российская лунная программа, рассчитанная на 2021−2040 годы. Она состоит из трех этапов. Первый (2021−2025) предполагает создание модуля окололунной станции, испытания пилотируемого корабля «Орел» и исследование спутника автоматическими межпланетными станциями серии «Луна» («Луна‑25», -26, -27, -28).

«Луну‑25» планировали запустить в прошлом году; пуск перенесен на июль 2022‑го, аппарат находится на этапе завершения наземной экспериментальной отработки. Он состоит из двух частей: орбитальной и поверхностной (последняя в течение земного года будет исследовать поверхность Луны в районе южного полюса). «Луна‑26» будет работать на круговой полярной орбите и проводить дистанционные исследования Луны, в том числе изучать космические лучи и нейтрино ультравысоких энергий, а также экзосферу и плазменное окружение спутника. Запуск аппарата не раз переносился, сейчас он назначен на 2024 год.

«Луна‑27» — совместный проект Роскосмоса и Европейской космической ассоциации. Планируется создать автоматическую межпланетную станцию, орбитальная часть которой проведет дистанционные исследования и выберет подходящие площадки для спускаемых аппаратов; а посадочный аппарат будет исследовать поверхность в районе южного полюса Луны, в том числе криогенным бурением до глубины двух метров. Запуск намечен на 2025 год.

«ЭкзоМарс» (ExoMars) — совместная программа Европейского космического агентства (ЕКА) и Роскосмоса по исследованию Марса. В рамках первого этапа программы в 2016 году произведен запуск аппарата «ЭкзоМарс‑2016», через семь месяцев он достиг орбиты Марса и разделился на десантный модуль «Скиапарелли» и орбитальный аппарат TGO. Первый разбился при посадке, второй находится на высокоэллиптической орбите Марса и изучает происхождение малых газовых составляющих в атмосфере планеты. Второй этап программы (проект «ЭкзоМарс‑2022») предусматривает доставку на Марс российской посадочной платформы с европейским марсоходом на борту. Цели: изучение поверхности и подповерхностного слоя Марса, геологические исследования и поиск следов жизни на планете. Старт миссии запланирован на 2022 год.
По итогам конференции была поставлена задача: разработать предложения по созданию новых экспериментальных установок, которые будут располагаться на площадке НЦФМ и активно использоваться как для исследований, так и для обучения воспитанников центра. Вообще образовательная составляющая — одна из важнейших тем конференции: обсуждались способы привлечения магистров и аспирантов филиала МГУ в НЦФМ к работе на установках, организация работы со студентами. Ведь у секции исключительно интересная тематика: космология, исследования экзосферы Луны, атмосферы Марса — всё это темы, привлекающие молодежь.

Также все участники конференции получили домашнее задание: разработать технический облик перспективной установки с использованием мощных лазеров для моделирования астрофизических и геофизических задач. Представители всех институтов и лабораторий, входящих в секцию, должны прийти к консенсусу и решить, какую именно установку они хотят иметь на площадке НЦФМ. Подчеркну, создание такой установки — дело ближайших лет.

Все участники остались очень довольны итогами конференции, выражали искреннюю благодарность принимающей стороне — руководству РФЯЦ-ВНИИЭФ. Все действительно было организовано идеально.

В рамках работы секции мы планируем сконцентрироваться на астрофизических задачах, решаемых в лабораторных условиях. Это задачи, связанные с космическими миссиями «Луна‑25», «Луна‑27» и «ЭкзоМарс». Одна из задач — исследовать поверхность и атмосферу ближайших к нам планет для успеха соответствующих экспедиций. Для этого необходимо изучить состав пыли, пылевую плазму (как с поверхностей, так и в межпланетном пространстве) — это очень интересная тема, ею занимались еще выдающийся физик, академик Владимир Фортов и его ученики. Она хорошо подходит для лабораторного моделирования. Также в область наших интересов входит ряд геофизических задач, связанных с изучением пространства вокруг Земли, таких как зондирование верхних слоев атмосферы.

Астрофизика и геофизика — это целый пласт амбициозных научных задач, решение которых поможет ответить как на прикладные вопросы, так и на вызовы фундаментальной науки: понять, как создавалась Солнечная система, как образовывались и развивались экзопланеты. Я очень рад, что такие вопросы будут исследоваться у нас в НЦФМ.
ДРУГИЕ МАТЕРИАЛЫ #2_2022