ЖУРНАЛ «КАЗАКИ»

За последнее время руководство страны не раз говорило о необходимости инновационного развития экономики. Увы, для немалой части населения России, больше озабоченного проблемами низких зарплат и «убитого» жилищно-коммунального хозяйства, термины «инновационные разработки», «инновационные технологии» звучат непонятно или вовсе вызывают раздражение.

Между тем, прорывные научные открытия, внедренные в жизнь, действительно могут принести государству намного больше пользы, чем бесконечная продажа за рубеж запасов недр природы.

Однако каково это, быть ученым, исследователем в современной России? Смогут ли люди, прежде всего - молодежь, добиться чего-то, следуя дорогами Архимеда и Ломоносова?

На эти и другие вопросы помог ответить гость рубрики Александр Сивак - один из разработчиков проекта «Малогабаритные атомные часы».

Лазер как призвание

Родился Александр в городе Братске Иркутской области. Обуча­ясь в пятом классе средней общеоб­разовательной школы, вместе с ро­дителями переехал в Иркутск.

По признанию Александра Си­вака, в школьной программе боль­ше всего ему нравилась физика. Ему казалось, что именно она способ­на описать сущность окружающе­го нас мира. Еще в детстве мальчи­ка привлекла одна из «граней» физи­ческой науки – наука о лазерах. Про­читав об их широких возможностях, например, о том, что лучом света даже можно резать сталь, он поразился и решил заниматься в будущем именно лазерной физикой.

В 2003 году Александр поступил на физический факультет Иркутско­го государственного университета.

В конце первого курса студент по своей инициативе направился в Иркутский филиал Института ла­зерной физики Академии наук. Пого­ворил с его директором, обошел ин­ститут с экскурсией, узнал об основ­ных направлениях исследований.

В итоге на втором курсе Алек­сандр Сивак «прикрепился» к ин­ституту для написания курсовой работы. С начала второго курса он работает в научном учреждении инженером и одновременно тру­дится над курсовой, суть которой заключается в разработке ком­пактного мощного твердотельного лазера для медицины. Лазерный приборчик размером с ручной фо­нарик, работающий от двух «паль­чиковых» батареек, в перспективе давал возможности проводить кос­метические операции, например, по удалению лишних капилляров. Но тогда молодой исследователь особо не задумывался о практи­ческом аспекте применения этого устройства, а просто добросовестно пытался выполнить поставленную руководителем задачу. В конечном итоге прибор был доведен до экспе­риментального образца.

Однажды научный руководи­тель – профессор, доктор физико­математических наук Евгений Мартынович, под началом кото­рого трудился будущий инженер­физик, порекомендовал ему по­сетить курсы повышения квали­фикации по направлению «инно­вационный менеджмент». Опыт­ный наставник понимал, что но­вые знания пригодятся подопеч­ному для продвижения их совмест­ных разработок.

Тот внял доброму совету, запи­сался на курсы и после них стал об­ладателем диплома о повышении квалификации.

Определенно, Александр получил бы еще не один ди­плом на малой родине, если бы в начале 2006 года по програм­ме обмена студентами не перевел­ся из Иркутского государствен­ного университета в Московский инженерно-физический институт (МИФИ).

В МИФИ Александр Сивак учился с третьего курса до шестого. В 2009 году он окончил институт с красным дипломом и в том же году поступил в аспирантуру МИФИ.

Проект для большого мира

Илья Ильф и Евгений Петров в бессмертном «Золотом теленке» писали: «…Параллельно большо­му миру, в котором живут большие люди и большие вещи, существует маленький мир с маленькими людь­ми и маленькими вещами…

…В большом мире люди стре­мятся облагодетельствовать чело­вечество. Маленький мир далек от таких высоких материй. У его обитателей стремление одно — как-нибудь прожить, не испытывая чувства голода».

Мысль бросить вызов неизве­данному зародилась у Александра во время студенческой практики в Лаборатории стандартов частоты физического института Академии наук, что в городе Троицке. На тот момент научной группе, руково­дителем которой был кандидат физико-математических наук Вла­димир Величанский, как раз выде­лили грант на реализацию первой части проекта по созданию малога­баритных атомных часов. Практи­канту Александру Владимировичу Сиваку было предложено вместе со всеми заняться этим проектом, начать писать дипломную работу на его основе, что он и сделал к вы­пуску из МИФИ в 2009 году. Позже Владимир Величанский стал науч­ным руководителем Александра Си­вака в аспирантуре.

Для чего же нужны малога­баритные атомные часы? Как по­яснил наш собеседник, «сердцем» практически любых современных радиоэлектронных устройств явля­ется некий прибор, который выда­ет переменный сигнал определен­ной частоты. Чем стабильнее этот сигнал, тем более помехоустойчи­ва аппаратура: если это передат­чик, то можно обеспечить более высокую скорость передачи дан­ных, если это навигатор, то мож­но добиться большей точности на­вигации.

Чтобы сделать как можно бо­лее стабильный прибор, он не дол­жен быть подвержен никаким внеш­ним воздействиям (изменение дав­ления, температуры и т.д.), а часто­ту сигнала в нем нужно привязать к какому-то опорному резонансу. В кварцевых часах, например, этот резонанс создает кристалл квар­ца, который колеблется в электри­ческом поле с определенной часто­той. Но для современных телеком­муникационных и навигационных устройств точности кварцевых часов уже недостаточно и немалые надеж­ды возлагаются на сверхстабильные атомные часы.

Почему часы называются атом­ными? Нет, не надо боятся, что вну­три них протекает реакция атомно­го деления и в худшем случае меха­низм может превратиться в малень­кий Чернобыль!

Термин возник по­тому, что стабилизация в таких ча­сах осуществляется путем привяз­ки частоты генерируемого прибо­ром сигнала к оптическому резо­нансу пропускания света через ато­мы.

Обычно это атомы щелочного металла – рубидия или цезия, ко­торые находятся в виде пара в спе­циальной стеклянной ячейке. Че­рез пар светят специальным лазе­ром, частота излучения которого модулируется. Когда луч света по­падает в атомную среду, он либо сильно поглощается, либо прохо­дит без проблем, в зависимости от того, как настроена частота мо­дуляции лазера.
Периодичность «тиканья» атомных часов нельзя услышать, зато можно «увидеть» и зафиксировать при помощи фо­топриемника – так можно стаби­лизировать частоту модуляции ла­зера на пике пропускания света через ячейку и переводить эту ча­стоту в точные отсчеты времени. Поскольку атомы – это объекты, не стареющие во времени и мало подверженные каким-либо возму­щениям, то стабильность данных часов невероятно высока.

Сфера применения атомных часов широка. Во-первых, их мож­но встраивать в навигаторы. Как известно, навигатор работает по следующему принципу: прием сигналов с координатами со спут­ников, вычисление их временной задержки, определение своего ме­стоположения.

Современные навигационные спутники, где особая компактность не требуется, уже оборудованы атомными часами, а вот в прием­ники спутниковых сигналов такие часы пока не влезают. Чаще всего ставят кварцевый генератор, кото­рому требуется довольно длитель­ное время, чтобы синхронизиро­ваться с атомными часами на спут­нике. Если же встроить атомные часы непосредственно в сам при­емник, он начнет потреблять мень­ше энергии за счет того, что не бу­дет постоянно находиться в режи­ме синхронизации и просчета ко­ординат. Увеличится и точность на­вигации. При помощи навигатора со встроенными атомными часами будет достаточно всего двух спут­ников, чтобы засечь свои координа­ты на поверхности, или трех, чтобы определить еще и высоту. А все су­ществующие на сегодня навигаторы всегда используют минимум 4 спут­ника, а то и больше.

Второе направление приме­нения атомных часов – это теле­коммуникационное оборудование, например, для беспроводной связи стандартов GSM, WI-FI, Wi-Max.

Атомные часы пригодятся и в геологоразведке, например, при поиске запасов полезных иско­паемых, особенно на морском дне.

Родственное применение атом­ных «ходиков» — это новые методы радиолокации, что особенно акту­ально для военных, желающих нау­читься различать слаборазличимые радарами объекты, в том числе, за­щищенные по технологии «стелс».

Самый приблизительный спектр компаний, которые могут стать потребителями атомных ча­сов — это телекоммуникационные компании, компании, производящие контрольно-измерительное обору­дование, оборудование для навига­ции, для радиолокации, системы бес­проводной передачи данных и т.д. Но есть одно «но»…

Дело принципа

«К сожалению, все существу­ющие на сегодня компактные атомные часы, – говорит Александр Сивак, – имеют размеры не­большой коробки объемом около полулитра. Они потребляют мощ­ность от 10 Ватт и выше, весят под килограмм, поэтому их невоз­можно встроить в портативные устройства. Значит, встает акту­альная задача: как сделать их го­раздо более компактными, на­пример, размером со спичечный коробок, потребляющими мало энергии?

Наш проект решает эти зада­чи благодаря использованию ново­го физического принципа. Прибор состоит из двух основных частей: квантового дискриминатора, кото­рый заставляет атомные часы функ­ционировать, и электронной систе­мы стабилизации, которая следит за процессом, подает питание на ла­зер и т.д.».

По словам Александра, исследо­вания в направлении создания ми­ниатюрных атомных часов ведут­ся во многих странах мира: в Рос­сии, во Франции, в Израиле, в Китае, в Канаде, потому что проблема очень актуальна и востребована. Даль­ше всех продвинулись Соединенные Штаты.

Американские группы уче­ных сумели заинтересовать своих инвесторов и получили от Агентства перспективных военных разработок несколько десятков миллионов дол­ларов на этот проект. На текущий момент одна из американских ком­паний уже освоила серийное про­изводство подобного устройства. Очень хотелось бы верить, что в бу­дущем его будут встраивать в безобидные навигаторы, а не в крылатые ракеты…

Соперничество нисколь­ко не пугает Александра Сивака. Вот что он думает на этот счет: «Фи­зический принцип формирования оптического резонанса, который по-научному называется «резонанс когерентного пленения населенно­стей», можно реализовать различ­ными способами и по различным оптическим схемам. Одна из пер­спективных схем была открыта и исследована в России нашей на­учной группой. Кстати, в нее входит ученый из Гарварда, особенно по­могают физики-теоретики из Ново­сибирского государственного уни­верситета. Совместными усилиями мы хотим реализовать в «металле» эту перспективную схему, которая позволит создать прибор с лучшими по стабильности характеристика­ми, чем существующий у американ­цев.

Официально у нас сейчас прохо­дит стадия научно-исследовательской работы, мы готовим эксперименталь­ный образец. После его создания на­ступит этап опытно-конструкторской работы, когда образцов надо сделать много и дешево, сохранив все заяв­ленные характеристики.

При учете, что существующие атомные часы стоят от двух-трех ты­сяч долларов и выше, свой аналог при серийном производстве хотим сделать дешевле раз в десять».

Физический принцип – явле­ние когерентного пленения насе­ленностей, благодаря которому бу­дут работать российские атомные часы нового поколения, не нов, и открыли его не в России. С на­чала 2000-х годов он изучается во многих институтах и универси­тетах мира, в том числе, в Акаде­мии наук Российской Федерации. Но реализация на практике этого физического принципа в компакт­ном приборе стала возможна толь­ко в последнее время в связи с раз­витием компонентной базы и тех­нологий.

Несмотря на некоторые затруд­нения, разработчики искренне наде­ются, что их детище будет собирать­ся полностью из российских ком­плектующих. Тем самым они поддер­жат целую группу российских произ­водителей.

«Принуждение к инновациям»

Уместно ли применить к проекту аспиранта Александра Сивака модный ныне термин «инновационная разра­ботка»? Несомненно, да. Правда, не­которые эксперты полагают, что в эко­номике России нет спроса на иннова­ции. Александр разделяет их мнение, но не впадает от этого в уныние.

Александр Сивак: «То, что спро­са на инновации нет, действительно так. Но Президент России Дмитрий Медведев сейчас, на мой взгляд, де­лает ставку не просто на поддерж­ку и развитие инноваций. Действи­тельно, зачем их развивать, если их никто не будет потреблять? По­этому он проводит политику, на­правленную на обеспечение востре­бованности этих инноваций в на­шей стране. Кто-то может осуждать эту политику «принуждения к инно­вациям», как ее иногда называют, кто-то одобрять, но шаги в этом на­правлении явно делаются».

По убеждению Александра, именно успешная подготовка пре­зентации проекта позволила ему завоевать Национальную премию в области инноваций имени Влади­мира Зворыкина.

Герой нашего материала уча­ствует в Зворыкинском проекте с 2009 года. В 2009 году он побывал на Селигере, где был включен в состав участников телемоста с Президентом России. В ходе телемоста Александр Сивак собирался рассказать Прези­денту о своем проекте – атомных ча­сах, но по техническим причинам это сделать не удалось. Чтобы не упу­стить возможность представить про­ект первым лицам государства, позд­ней осенью 2009 года Александр про­бился на прием к первому замести­телю руководителя Администрации Президента России Владиславу Сур­кову и кратко изложил тому суть сво­ей работы.

По поручению Владислава Суркова рабочая группа «Космос и телекоммуникации» Комиссии при Президенте по модернизации и технологическому развитию эко­номики России внимательнее при­слушалась к докладу молодого уче­ного. Рабочая группа признала про­ект по созданию малогабаритных атомных часов перспективным. В 2010 году Александр подал свой проект на соискание номинации Зворыкинской премии. В течение года развивал его, делал несколько презентаций, в результате прошел в полуфинал, а потом и в финал.

Финал Зворыкинского конкур­са состоялся в бизнес-школе «Скол­ково» в декабре 2010 года. Эксперт­ной комиссией, в которую среди ди­ректоров нескольких предприятий космической и телекоммуникацион­ной отрасли страны входил и гене­ральный конструктор системы ГЛО­НАСС Юрий Урличич, проект «Мало­габаритные атомные часы» был при­знан лучшим в номинации «Косми­ческие технологии».

Рассказывает Александр Сивак: «По итогам конкурса было анонси­ровано, что победители в номинаци­ях станут участниками Сколковско­го проекта. Правда, в Сколковском фонде есть свои правила и соглас­но им каждый претендент все рав­но должен проходить внутреннюю независимую экспертизу. Поэтому от лица компании «Новые энерге­тические технологии» я подал заяв­ку своего проекта в инновационный центр «Сколково».

Надежды Александра Сивака оправдались – экспертиза проекта завершилась с положительным ре­зультатом. Теперь компания «Новые энергетические технологии» стала участником иннограда в Сколково.

Все грани наноалмазов…

Помыслы Александра погло­щены еще одним проектом, кото­рый развивается в той же лаборато­рии, что и проект «Атомные часы». Связан он со свойствами примесей в технических алмазах, которые све­тятся под воздействием лазерного излучения. Одна из таких примесей, так называемый «NV-центр», погло­щает излучение в широком диапа­зоне видимого спектра, например, в зеленом, а излучает в красной об­ласти. У этой примеси есть любо­пытная особенность: если на нее светить лазерным светом, одновре­менно воздействуя СВЧ-полем опре­деленной частоты с переменной мощностью, то красный свет на вы­ходе также становится то сильнее, то слабее.

Эту особенность материа­ла в будущем можно использовать при создании неких маркеров из на­ноалмазов на объектах. Таким мар­кером можно пометить, например, даже живые клетки, чтобы отследить их движение или распределение вну­три человеческого организма. На­нести такую метку, которую крайне сложно подделать, можно и на физи­ческие объекты, требующие защиты: паспорта, редкие предметы искус­ства, ювелирные украшения и т.д.

«Современные злоумышленники научились подделывать практически все современные виды защиты, в том числе, люминофоры и голограммы, – обрисовал ситуацию Александр Си­вак. – Маркеры на основе наноалма­зов позволят выйти на новый уровень защиты. Во-первых, вырастить тех­нический алмаз само по себе сложно – их производством занимаются еди­ничные предприятия. Во-вторых, что­бы сделать метку маленькой, но за­метной для фотоприемников, надо должным образом переработать это сырье, а также добиться очень высо­кой концентрации в ней NV-центров. В тех технических алмазах, которые выходят с завода-производителя, та­ких центров мало, алмаз нужно ими насыщать, что очень и очень затрат­но и окупится только при промыш­ленном производстве. Подделывать такую технологию экономически не­выгодно, а экономическая нецелесоо­бразность является лучшей защитой от подделки. Например, если под­делка банкноты обходится дороже, чем ее номинал, то фальшивомонет­чики вряд ли станут за это браться».

В свободное от науки и учебы время Александр Сивак занимается общественной работой. Хотя она все равно тесно связана с его исследова­тельской деятельностью. Александр состоит в Сообществе инноваторов России Futurussia, которое направ­лено на создание инновационной среды среди молодежи. Будучи аспи­рантом НИЯУ МИФИ, он входит в Со­вет молодых ученых и специалистов вуза. Одно из направлений, на кото­рое нацелен Совет – это сотрудниче­ство НИЯУ МИФИ с фондом «Сколко­во».

Мысли многих жителей Земли периодически обращаются к будуще­му. Кто-то пытается заглянуть в него, используя мистические и оккульт­ные приемы, кто-то прибегает к на­учному прогнозированию будущего, иначе – к форсайту. Форсайт, строя­щийся на анализе современных тен­денций и научном предвидении, по­могает понять, какие проекты могут быть перспективными завтра, куда двигаться с ними дальше. Увлечен­ный форсайтом, Александр Сивак с единомышленниками в настоящее время старается наладить механизм, при котором в фонде «Сколково» бу­дут прислушиваться к мнению инно­вационного сообщества, в том чис­ле, молодежи. Как знать, может быть, интуиция, знание современной жиз­ни и кипучая энергия молодого поко­ления действительно помогут уско­рить развитие нашей страны.

Материал подготовил
Дмитрий ИВАННИКОВ