Подписывайтесь на «АН»:

Telegram

Дзен

Новости

Также мы в соцсетях:

ВКонтакте

Одноклассники

Twitter

Аргументы Недели Интервью № 33 (828) 24-30 августа 2022 13+

Академик Юрий Кульчин: о применении лазера и спутниках Илона Маска

, 19:44 , Главный редактор АН

Академик Юрий Кульчин: о применении лазера и спутниках Илона Маска

Чем обычный воздух мешает появлению лазерного оружия? Почему армия не заинтересовалась акустическими обнаружителями беспилотников? Может ли боевой лазер ослепить спутники-шпионы Илона Маска? Как лазер помогает исследовать Мировой океан? Почему чиновникам от науки плевать на результаты работы учёных? Об этом и многом другом главному редактору «Аргументов недели» Андрею ­УГЛАНОВУ рассказывает российский физик, специалист в области оптики, лазерной физики, оптической обработки информации и оптических измерений, академик РАН, заслуженный деятель науки Российской Федерации, заместитель председателя Дальневосточного отделения РАН, доктор физико-математических наук Юрий Николаевич КУЛЬЧИН.

Лазер на военной службе

– Вы занимаетесь лазерами, голографической физикой. Советскую науку всегда двигала вперёд её военная составляющая. Появление лазеров связано с инициативой нобелевского лауреата академика Н.Г. Басова, предложившего в 60-е годы прошлого века создать в Казахстане секретную базу под названием «Терра-3», где предполагалось изучать и создавать лазерное оружие. Говорят, Рейган начал программу «Звёздных войн» после того, как эта «Терра-3» «подсветила» один из американских шаттлов. В СССР на лазерное оружие возлагались большие надежды. Предполагалось ставить боевые лазеры на самолёты, и таким оружием даже был сбит беспилотник. Насколько военная область применения лазера сейчас превалирует над гражданской?

– Я занимаюсь не столько изучением лазера, сколько его применением. Когда происходит какое-то большое открытие, с ним всегда связываются большие надежды. Но когда начинаешь заниматься применением этого открытия, то сталкиваешься с различными физическими проблемами, которые не позволяют в полной мере реализоваться той идее, на которую мы рассчитывали. В частности, это касается и лазерного оружия. Изначально мы предполагали резать лазером объекты и делать в них отверстия в духе «гиперболоида инженера Гарина». И всё было бы здорово, если бы между источником лазера и объектом воздействия не присутствовала бы атмосфера. Но она, увы, присутствует. Так же как может присутствовать другая преграда – та же банальная дымовая завеса. А это приводит к тому, что мощность излучения резко падает и лазер не получается применить как оружие. В космосе, где атмосферы нет, всё обстоит совершенно иначе. Но и на Земле для военных лазеров нашлось применение. Это и лидарные системы, которые активно используются военными, и лазерные дальномеры, и системы ослепления. И нельзя забывать про связь – и ту, что идёт по прямому лазерному лучу, и ту, что передаётся по оптоволоконным световодам, – это всё неотъемлемая часть разветвлённой командной сети, сети управления.

– Используются ли лазерные системы для обнаружения тех же беспилотников? Ведь именно беспилотники вернули артиллерии «звание» «бога войны».

– Мы разрабатывали такую систему, но продвинуть её нам, к сожалению, не удалось.

– Почему?

– Можно, конечно, лазером зондировать пространство как локатором, но лазерный луч имеет очень небольшой размер, и им трудно просканировать большое пространство. Воздушные объекты удобнее обнаруживать по их акустическому звучанию. Для этого можно использовать оптические микрофоны. Но и тут есть свои проблемы. Если система очень чувствительная, то она чувствует всё вокруг, и требуется что-то, чтобы убрать помехи. Нам эту проблему решить удалось. Мы использовали так называемые динамические голограммы. Они возникают в момент, когда две волны соединяются друг с другом. Эти голограммы возникают в специальных фоторефрактивных кристаллах. И когда мы одно из зеркал измерительного интерферометра заменили на эту систему, это позволило нам убрать все паразитные шумы от ветра, механических воздействий, вибрации и т.п. Такой микрофон на расстоянии до 1000 метров легко находит маленький дрон. Но нам не удалось убедить военных использовать эту систему. Зато мы её используем при работе в море, чтобы убирать паразитные шумы от волнения.

– Во времена Сердюкова у нас начали делать резиновые пушки и танки. Выглядело это смешным, но оказалось, что это весьма эффективная штука для введения в заблуждение противника, чтобы он тратил свои снаряды впустую. А почему бы не сделать такие игрушки в виде голограмм?

– Технологически надувной танк неизмеримо проще подобной установки. Да и цена вопроса на данный момент просто несопоставима.

– Бывший заместитель министра обороны сказал, что уже имеются лазеры, которые сжигают дроны на расстоянии до 5 километров, а лазерные комплексы «Пересвет» ослепляют вражеские спутники на высоте до полутора тысяч километров.

– В ослеплении спутников проблемы как раз никакой нет. Надо произвести воздействие на систему регистрации. И раз спутник находится так далеко от Земли, то и система у него должна быть очень чувствительной. Достаточно нескольким десяткам квантов света попасть в область устройства регистрации спутника, чтобы полностью её выжечь. Ведь она рассчитана на, условно говоря, один фотон, а вы посылаете на неё несколько сотен фотонов. Насчёт возможности сжигать дроны – я ничего не знаю. Возможно, такие работы велись кем-то, но мне об этом ничего не известно.

– Илон Маск запустил уже тьму спутников, которые используются вооружёнными силами США как передатчики сигнала с военных спутников на наземные командные пункты и позволяют корректировать огонь с точностью до едва ли не сантиметров. И с их помощью бьют по нашим солдатам. Почему нельзя ослепить эти спутники?

– Чтобы ответить на этот вопрос, надо заниматься непосредственно этой проблемой. Я бы не хотел выглядеть неубедительным, но думаю, что это вполне возможно. Нужно только решение.

Ржавые облака из пустыни Гоби

– Вы занимались боевыми лазерами?

– Когда я начинал заниматься лазерами, то имел некоторое касание к этой проблеме. Не столько к лазерам как оружию, сколько к лазерам, используемым как элементы сенсоров различных физических полей. Этим направлением я занимался довольно продолжительное время, и наша работа была достаточно успешной. Когда излучение лазера бежит по волоконному световоду со скоростью, близкой к скорости света, оно не защищено стопроцентно. Внешние факторы оказывают воздействие на различные его параметры – на поляризацию, интенсивность, частоту, фазу. Всё это может быть положено в основание создания различных измерительных систем. Нам одним из первых удалось предложить и создать распределённые волоконно-оптические измерительные системы. Они оказались весьма компактными. Откуда всё началось? Перед нами геофизики поставили совершенно утилитарную задачу. Им требовалось мониторить процесс добычи нефти. Но под землю же не заглянешь! Чтобы понять, что там происходит, изготовляются специальные сейсмоакустические косы. Это специальные датчики, соединённые между собой последовательно длинными кабелями. Длина таких кос может составлять сотни и тысячи метров. Производится взрыв, сейсмическая волна проходит через земной покров и отражается от различных слоёв. Эту информацию мы должны воспринять, обработать и преобразовать в картину распределения этих слоёв. Для этого нужно сделать очень много измерений, перенося измерительные косы в разные места. Размеры и вес этих кос весьма немаленькие, они похожи на здоровенные катушки с кабелями, которые возят на грузовиках. И вот ту косу, да не одну, надо развернуть, произвести взрыв, сделать замер, снова свернуть, перенести на другое место, снова развернуть, и так несколько раз. Это очень трудоёмкий процесс. Эту проблему мы попытались решить, используя распределённые оптоволоконные измерительные линии. Наша сейсмокоса длиной в несколько сотен метров уже помещалась в дипломат. С ней работать было гораздо удобнее. Но это решало только половину проблемы. И тогда пришла мысль – а зачем нам таскать эту косу с места на место? Если она такая лёгкая и компактная, то давайте сразу уложим несколько кос в разных местах, проведём только один взрыв и запишем сигнал сразу во многих точках. Это и легло в основу создания распределённых волоконно-оптических информационно-измерительных систем. Если внимательно посмотреть на то, что эта система из себя представляет, то мы увидим, что она чем-то напоминает нервную систему биологического объекта. Есть рецепторы, есть волоконные световоды – нейроны, по которым распространяются сигналы. Не хватает только мозгов. Возникла идея привнести в эту систему искусственный интеллект, т.е. способность к самообучению.

– Искусственный интеллект может самообучаться?

– Природа с рождения человека заложила в него две главные программы. Первая – сохранение вида, которую мы называем безусловным рефлексом. Благодаря ему мы избегаем опасных ситуаций и не задумываемся над тем, что, например, горячее опасно, мы это знаем заранее. Вторая программа сложнее. Люди рождаются разными, но мы в процессе обучения заставляем их вести себя похожим образом. Для этого служит заложенная той же природой способность человека к обучению. Когда мы начали внедрять в систему обучающуюся программу, это сразу вызвало интерес со стороны Министерства обороны. Эта система позволяет распознавать образы и мониторить процессы, протекающие в окружающей среде. Например, это может быть интеллектуальная контрольно-измерительная полоса для наших протяжённых границ. Это один из примеров того, как гражданская система нашла своё применение в военной области. Есть и другие примеры, но я не могу о них рассказывать.

– Используются ли лазеры на «гражданке»?

– Я уже говорил, что в обороне лазеры используются как лидарные системы, способные анализировать химический состав атмосферы. Но они могут использоваться и в гражданской сфере. У нас на Дальнем Востоке мы находимся на границе суши и океана. Атмосферные процессы на этой границе управляют нашей погодой, и их очень удобно изучать с помощью лидарных систем – «лазерных локаторов». Есть и другие области применения. Например, в весенний период над Дальним Востоком появляется необычная облачность желтоватого оттенка. После лазерного анализа мы выяснили, что такой оттенок облакам придают микро- и наночастицы пыли из пустыни Гоби. Эта пыль содержит очень много окислов железа, придающих облакам соответствующий «ржавый» оттенок. Когда они выпадают в океан, это служит спусковым крючком для размножения планктона, что вызывает экологические последствия – при превышении нормального количества планктона такие объекты начинают либо вымирать, либо вырабатывать токсины для защиты от соседей. Появляются известные у нас «цветные приливы». Связав всё это воедино, мы смогли предсказывать эти ядовитые «цветные приливы».

Уходим под воду

– Вы работаете на Дальнем Востоке. А этот регион знаменит своими биоресурсами. Особенно рыбой и другими морепродуктами. Но в воде же лазеры не используются, так что лазерная физика, получается, в этом деле не помощник?

– На большие расстояния лазерное излучение в воде распространяться не может. Реально – на сотни метров в зелёно-голубой области лазерного излучения, не больше. Но это не значит, что лазер тут совсем бесполезен. Возьмём фитопланктон, первичный элемент пищевой цепи в океане. Он перерабатывает солнечную энергию в энергию химических связей – крахмал, глюкозу и т.п. От состояния планктона очень многое зависит. Туда, где много планктона, придёт рыба, и туда можно посылать рыболовные корабли. Или мы можем сказать, что тот или иной вид планктона излишне размножился и стал вредоносным для остальных. Осталось только узнать, что с планктоном происходит. Мы разработали метод, который позволяет мониторить его состояние. Он основан на принципе флюоресценции. Когда лазерный луч с определённой длиной волны попадает в планктон, содержащийся в нём хлорофилл начинает люминесцировать в определённой области спектра. И в зависимости от интенсивности этого свечения мы можем сказать о концентрации планктона. По сдвигу максимума люминесценции мы можем судить о здоровье планктона, активен он или не активен. Первые системы для такого мониторинга основывались на заборе воды с определённой глубины и тестировании этого забора лазером. Это очень неблагодарное занятие. Пока не догадались, что можно сделать проще – пустить лазерный луч по световолокну, доставить его в нужную точку глубины океана и оттуда получить нужные данные. Звучит просто, но технически решить эту задачу было очень сложно. Но когда мы её решили, морские биологи и экологи получили классный прибор для мониторинга состояния планктона. И сразу начались открытия. Выяснилось, что планктон неравномерно распределяется по толще воды. Также выяснилось, что это распределение различно в разное время суток и времена года. Наш зонд дал возможность делать непрерывный срез активности планктона по всей глубине до ста метров в реальном времени. И бросать его можно хоть с резиновой лодки. До этого ничего подобного не было. Пытались что-то делать с подводными аппаратами, но не очень успешно.

– Мировой океан – это будущее человечества. Лазер может помочь в его исследовании?

– Кроме мониторирования планктона огромный интерес представляют знания о химическом составе воды и грунта. Если мы хотим осваивать Мировой океан, то обязательно нужно проводить геологические исследования. С геологическим молотком под воду не пойдёшь и образцы с глубины особо не достанешь. Существуют методы спектрографического исследования материалов. Для этого нужно «стрельнуть» лазером, получить плазменный факел, в свечении которого каждый элемент имеет свой «портрет» спектрального излучения. Нужно было лазер и спектрометр соединить с подводным роботом и научить их самостоятельно опускаться на дно и измерять его химический состав. И это мы тоже сделали! И морские геологи получили такой прибор. За ним будущее, потому что 70% планеты покрыто океаном. Всё, что есть на суше, мы уже освоили за редким исключением. Но громадное количество минеральных ресурсов находится в океане, и мы не имеем к ним доступа. Мы едва можем «пощупать» то, что находится на шельфе на глубинах в несколько сотен метров. То, что находится дальше и глубже, полностью нам неподконтрольно. Мы не можем не только это взять, мы даже не знаем, что там есть. Мы разработали комплексную программу по исследованию океана и назвали её «Гидрокосмос».

– Откуда такое название?

– Лет 20 назад я встречался с удивительным человеком – адмиралом Уолшем. Он тогда возглавлял гидрографическую службу ВМФ США. В Тихом океане есть Марианская впадина глубиной 11 километров, куда спускался батискаф Огюста Пикара. Все об этом знают. Но нигде не пишут, что он был не один, с ним спускался молодой лейтенант Уолш. Я спросил его, как он себя ощущает. «Лучше, чем космонавты, – ответил он. – Потому что космонавтов сотни, а на данный момент я остался единственным человеком на Земле, кто вместе с Пикаром был на такой глубине». Действительно, десять метров воды над головой – это давление в одну атмосферу. Представьте, какое титаническое давление аппарат испытывает на глубине в 11 километров! Просто так людей туда не отправишь. А значит, нужны роботы, которым требуются соответствующие приборы и соответствующие органы чувств. Этим мы сейчас активно занимаемся.

– Я присутствовал при погружении «Миров» на дно Байкала. И, честно скажу, не завидовал их экипажам.

– Я являюсь заместителем председателя Дальневосточного отделения РАН и могу говорить о науке несколько шире своей специализации. У нас есть Институт проблем морских технологий. Он одним из первых в нашей стране стал заниматься автономными подводными роботами. Первый такой робот появился у нас, на Дальнем Востоке. У подводных аппаратов, в том числе «Миров», спускавшихся на дно Байкала, есть проблема. Когда нам понадобилось доказать, что хребет Ломоносова начинается на нашем шельфе, чтобы оставить его за собой, то этой задачей занимались «Миры» и наши подводные роботы. Жизни экипажей «Миров» тогда висели на волоске, за что им потом и присвоили звания Героев России. Лёд сдвинулся, и они не могли обратно попасть в «лунку», из которой уходили на погружение. Это чудо, что они смогли вернуться живыми. А наши роботы, обладая интеллектом, не просто флажок поставили, что сделали акванавты, а исследовали 100 квадратных километров дна под водой и с точностью до полуметра вернулись в отправную точку.

Отчёты для отчётности

– Оптоволоконные кабели производили ещё в Советском Союзе. А сейчас это всё покупное или мы делаем их сами? Как вообще санкции подействовали на вас и вашу работу?

– Санкции ударили очень сильно. Мы утратили технологии производства оптоволоконных кабелей. Мы можем производить оптическое волокно, но не в промышленных масштабах. В Институте общей физики есть Центр волоконной оптики. Они вытягивают очень интересной формы волокно. Но тысячи километров, которые сейчас нужны, они сделать не могут. И это очень большая проблема для нас. Мы утратили технологию получения сверхчистого аморфного оксида кремния. Материаловедение вообще столкнулось с большими проблемами. Казалось, что проще покупать всё нужное за границей, а оказалось, что нужно было сохранять свои технологии. Тем более что у нас есть месторождения необходимых элементов, в том числе редкоземельных. Но на скрипке надо играть постоянно, чтобы не утратить навык. Так и нам надо развивать и поддерживать в нужном состоянии производство необходимых материалов, чтобы не зависеть от кого-то в этом вопросе.

– Как вы считаете, вот этот откат в хорошем смысле к советским принципам самодостаточности и самообеспечения науки и отсутствия зависимости от поставок из-за рубежа, пусть даже от дружественных стран, но которые, как показала практика, в любой момент могут стать недружественными, – он возможен? И благо ли это для нас?

– Поначалу я почувствовал этот откат и даже был им сильно воодушевлён. Но в России есть беда – каждое начинание у нас превращается в акцию. Вот чем импортозамещение отличается от импортонезависимости? Я, например, не вижу разницы. Зато появился новый модный термин. И беда в том, что под каждый новый термин у нас затевается новая программа, выделяются деньги, которые потом уходят неизвестно куда. Потому что у нас нет единой системы, нет ГКНТ (Государственный комитет Совета Министров СССР по науке и технике), который чётко знал, что делать и куда нужны средства, и который чётко работал с Госпланом. Которого, к сожалению, у нас тоже нет. А Госплан точно знал, сколько зубных щёток в год использует каждый житель СССР, сколько их потребуется выпустить, сколько для этого потребуется пластмассы или щетины, и кто это всё будет производить. Сейчас этого нет и в помине. Рынок разрушил эту систему, а новая не соответствует стоящим перед нами задачам. Если мы реально хотим совершить импортозамещение хотя бы в науке, необходимо вернуть два этих столпа, на которых всё держалось. Это не значит, что мы не должны вообще считаться с рынком и отменить его совсем. Но рынок должен быть регулируемым, и рычаги регулирования должны быть в руках у государства.

– Мы с вами говорим о науке, а не о бизнесе. Наука – это сфера государственных интересов и не может существовать в поле предпринимательства, где всё подчинено одному богу – богу прибыли. И регулировать науку государство должно через учёных. Ещё недавно у нас был Российский фонд фундаментальных исследований (РФФИ), который успешно проработал 20 с лишним лет и по совершенно непонятным причинам был закрыт. В новых условиях появляется надежда, что такие непонятные решения будут проходить с большим трудом, потому что даже у высшего руководства появляются вопросы, с какой целью и для чьей выгоды такие решения проводятся. Сейчас всем нужен результат.

– Сейчас приходится сталкиваться с тем, что чиновник стал доминировать над учёным. Причём этот чиновник обычно имеет уровень образования гораздо ниже, чем тот, кем он управляет. Но это было бы не страшно, если бы не то, что чиновники сейчас не желают принимать решения, потому что за решения надо отвечать, а они этого боятся. Если чиновник ничего не сделает, то его в худшем случае пожурят. Но если он взял на себя ответственность за что-то, а это не получилось, то его накажут. Поэтому ему проще ничего не делать. Нынешний аппарат попросту бездействует. Мы подаём в аппарат массу интереснейших инициатив. Не так давно мы с Дальнего Востока вышли с важной инициативой о том, что здесь нужно создать профессиональный центр по импортозамещению в области ремонта вышедших из строя деталей для судов и авиации. Я делал соответствующий доклад на президиуме РАН, было получено одобрение со стороны руководящего лица Минпромторга на уровне замминистра. И кому, думаете, отдали этот проект? Нам, профессионалам, которые его предложили? Как бы не так. Его отдали совершенно другим. И эти «неизвестно кто», получив грант, тут же пришли к нам – давайте, мол, работать, деньги наши, работа ваша. То есть деньги отданы откровенной «прокладке», задача которой эти деньги «освоить», вместо того чтобы отдать их тем, кто будет проект реально осуществлять. Такая вот работа чиновников от науки. И за такие решения эти чиновники не отвечают ничем. Закопают эти «неизвестно кто» бюджетные деньги, попилят их, и проект заглохнет. Кто ответит? Никто.

– Вы сказали, что чиновники ничего не знают.

– Я вспоминаю свою работу с министерствами советского периода. Чиновника того времени можно было разбудить ночью и задать ему вопрос. И он точно вам ответил бы, сколько учёных в том или ином подведомственном ему институте, какая у них квалификация, какой потенциал, какие задачи решает, какое имеется оборудование и какое ещё нужно и т.д.

– А сейчас?

– А сейчас, если задать чиновнику такой вопрос, он отправит запрос в этот институт, чтобы там ему подготовили справку. Сам он не знает ничего, и ему это совершенно не интересно. Мы устали писать им бумаги, потому что они банально не владеют никакой информацией. А как ты можешь чем-то руководить, если ты не знаешь, чем ты руководишь? Мы раньше писали один отчёт за год – итоговый. А сейчас отчёты шлём один за другим в разные инстанции. И хоть бы кто-нибудь их прочитал и проанализировал! Так ведь нет. Им наши отчёты нужны для отчёта, простите за каламбур.

Подписывайтесь на Аргументы недели: Новости | Дзен | Telegram