Сотрудничество Томского политехнического университета и Института физики прочности и материаловедения СО РАН не первый год называют примером идеальной синергии вузовской и академической науки. Вместе им удается и выигрывать многомиллионные гранты, и реализовывать прорывные проекты, и готовить уникальных специалистов. В чем же секрет столь эффективного партнерства? Подробнее об этом, а также о реализации совместных проектов университета и академического института в области космических и медицинских исследований рассказал директор ИФПМ СО РАН, заведующий кафедрой физики высоких технологий в машиностроении ТПУ, руководитель сетевой научно-образовательной лаборатории ТПУ “Медицинское материаловедение” член-корреспондент РАН Сергей Псахье.
Томские технологии — космосу
— В чем успех совместных космических проектов ТПУ и ИФПМ СО РАН, о которых сегодня все чаще пишут федеральные СМИ?
— В первую очередь в том, что Томский политехнический университет выбрал очень верное направление — активное сотрудничество в высокотехнологичных областях. Яркий пример — космос. За последние три года нам удалось совершить настоящий прорыв. Сейчас это уже целая система, и на Томском политехническом лежит ответственная роль координатора проектов. Сегодня университет взаимодействует с Объединенной ракетно-космической корпорацией, куда входят 48 предприятий, а также 14 самостоятельных организаций ракетно-космической промышленности. Авторитет, заработанный при успешном выполнении проектов, создал тот фундамент, который позволил ТПУ позиционироваться в космической отрасли.
— Расскажите подробнее о наиболее выдающихся совместных космических проектах ТПУ и ИФПМ СО РАН.
— Совместно с ТПУ развивается сразу несколько весьма перспективных направлений. К примеру, при производстве корпусов космических кораблей нового поколения нужны новые нетрадиционные алюминиевые сплавы. Сегодня разработаны новые материалы, обладающие повышенной прочностью. Изготавливаемые из этих материалов элементы конструкций космических аппаратов не могут быть сварены традиционными методами. Может быть использован только новый метод сварки — сварка трением с перемешиванием. Такой метод формирует неразъемные соединения в твердой фазе.
Это новая для России технология, и она требует нового подхода к контролю качества соединений. Данный подход сформирован нами в рамках проекта по Постановлению Правительства №218. Он был посвящен разработке высокоэффективных технологий контроля качества соединений, полученных методом сварки трением с перемешиванием для изготовления корпусных элементов ракетно-космической техники нового поколения. В итоге был создан уникальный комплекс: единственный в стране и, пожалуй, лучший в мире. Мы демонстрировали его руководству государства. Сейчас совершенствуем сам метод сварки трением с перемешиванием, но уже с использованием ультразвука. Проект находится в стадии реализации.
Особо хочу отметить завершение этапа разработки противомикрометеороидного оптически прозрачного покрытия для стекол иллюминаторов. Первая партия стекол уже поставлена Ракетно-космической корпорации “Энергия” им. С.П.Королева. На сегодняшний день проведены все необходимые испытания, отработана технология, и в конце 2015 года был получен патент. На данный момент наши покрытия не имеют аналогов в мире. Они обладают высоким уровнем демпфирования (свойство материала поглощать энергию. — Прим. авт.) и защищают иллюминаторы, в том числе от космической пыли. Такие стекла сохраняют свои оптические свойства и прозрачность в течение длительного срока эксплуатации в космосе.
— Обычно от разработки до внедрения проходят годы. Как вам удалось сократить сроки?
— Это действительно знаковое достижение. Нам удалось довести разработку до технологии, получить патент, пройти все регламенты и выпустить первую партию. Проделана крайне непростая работа. Были сложности технологического, научного и организационного характера. Основные участники проекта: академик РАН, заведующий кафедрой материаловедения в машиностроении ТПУ, заведующий лабораторией ИФПМ СО РАН Виктор Евгеньевич Панин; заведующий отделом ИФПМ и профессор кафедры физики высоких технологий в машиностроении Виктор Петрович Сергеев и ваш покорный слуга. Нужно отметить, что большое участие в разработке, а не только в организации взаимодействия с РКК принял ректор университета Петр Савельевич Чубик. Он является соавтором одного из патентов. Как я уже говорил, первая партия стекол прошла все необходимые этапы сложной системы приемки, которая предусмотрена регламентами космической отрасли. В скором времени мы в партнерстве с коллегами (РКК, ТПУ и ИФПМ) откроем технологический участок по этим покрытиям. Принято решение о том, что стекла для иллюминаторов всех космических кораблей, в том числе нового поколения, во всяком случае российского производства, отныне будут обрабатываться в Томске. Этот участок станет частью большого сетевого распределенного инжинирингового центра, который создается для решения актуальных задач космической отрасли в кооперации ТПУ — ИФПМ СО РАН — РКК “Энергия”.
Как опередить конкурентов
— Со стороны такое сотрудничество выглядит практически идеальным…
— Правильнее сказать, эффективным. Наш проект разработки покрытий для иллюминаторов — показательный пример успешного взаимодействия вузовской и академической науки. Мы используем предложенный академиком В.Е.Паниным многоуровневый подход, позволяющий управлять свойствами материалов, используя возможности всех уровней. Следующий этап — разработка покрытий на фотоэлектронные преобразователи, проще говоря, солнечные батареи. В космосе они подвергаются бомбардировке микрометеороидами, мутнеют и становятся менее эффективными. Их нужно защищать, причем защита должна быть легкой. Это очень актуальная задача для космической энергетики. Уже подписан договор с РКК “Энергия”, и работа над проектом идет полным ходом. Думаю, что через год будут первые результаты. А через два — будем проводить испытания. Эти работы носят прорывной характер и имеют большое значение для отрасли. Специфика космоса в том, что мы соревнуемся не с внутренними конкурентами, а с внешними — и какими! Это НАСА, Европейское космическое агентство… И наша разработка должна всегда опережать существующие в мире аналоги. То, что сегодня нам это удается сделать, — показатель эффективности партнерства университета и академического института.
Еще один яркий пример — многоуровневый подход в направлении, которое известно как “динамическое моделирование и проектирование конструкций”. Здесь мы сотрудничаем и с РКК “Энергия”, и с Объединенной ракетно-космической корпорацией. Это проект, не имеющий зарубежных аналогов. Наш подход позволит учесть иерархию внутренней структуры материала при проектировании сложных конструкций и механических систем космических аппаратов.
Сегодня в космической отрасли мы не проигрываем, как думают многие. Но, как в любой гонке, мы в чем-то отстаем, в чем-то опережаем, в чем-то есть зависимость, особенно в средствах динамического проектирования. Ведь в космосе очень серьезные вибрационные нагрузки, и все проекты должны быть разработаны таким образом, чтобы локально не возникало напряжения, которое приближается к пределам пластичности или еще хуже — к пределам прочности. Любое повреждение может привести к аварии. Сложные системы работают в условиях вибраций. Каждый элемент конструкции колеблется со своей частотой, амплитудой, может возникнуть резонанс, что станет причиной поломки. Но лишь небольшое изменение в конструкции позволит решить проблему. Для этого нужны специальные испытательные стенды, очень дорогостоящие, и специальное программное обеспечение.
В нашем проекте мы используем новый, многоуровневый подход — будем учитывать не только конструкционные элементы, но и внутреннюю структуру материала, из которого состоит конструкция. Это позволяет значительно сократить число испытаний, время на разработку и найти новые материаловедческие и конструкторские решения. Когда мы только заявили наш проект по многоуровневому динамическому моделированию и проектированию конструкций, на нас вышел лидер в этой области — компания Simens. Они готовы распространять этот продукт за рубежом через свои каналы. Этот метод можно применить к самым разным областям: вертолетостроение, авиастроение, судостроение. Благодаря ему можно будет создавать более легкие и надежные конструкции. Все это делается под эгидой одноименной платформы “Легкие и надежные конструкции”. Ведь нужно думать не просто об импортозамещении, но и об опережении. Иначе нам все время придется догонять конкурентов.
— Многоуровневый подход — это относительно новое направление науки?..
— Если направлению чуть больше 30 лет, то его можно называть новым. Сегодня оно бурно развивается. В Америке и Китае созданы крупные центры в данной области… А в журнале Nature за последние четыре года на эту тему опубликовано больше статей, чем за последние 30 лет. Это мировой тренд, по которому будет развиваться Materials Science — наука о материалах. И мы в числе лидеров. Эта наука — основа всех наших проектов.
Новый подход к лечению рака
— Многоуровневый подход применяется и в одном из совместных проектов с ТПУ и ИФПМ СО РАН в области противораковой терапии?
— Да. Над этим проектом работает целая группа исследователей из России, Словении, Израиля. Речь идет о новых принципах направленного воздействия на микроорганизмы и клетки. Для подавления роста раковых клеток применяем продукты нанотехнологий. Нами разработаны наноразмерные агенты, которые напоминают смятый в комок лист диаметром 200 нанометров и толщиной меньше 1 нанометра. Их воздействие приводит к тому, что раковые клетки “голодают”, в результате замедляются их рост и развитие. Речь идет о новой стратегии лечения рака. Уже есть российский патент, ведется и международное патентование совместно с нашими зарубежными партнерами. Именно с этим связано некоторое отставание в публикациях… Но уже вышла первая статья в издательстве Nature Publishing Group.
По итогам экспериментов на клетках и на животных сегодня готовим большую статью в Nature, которая будет опубликована до конца года. Она посвящена новым принципам воздействия на раковую опухоль, имеющим не химическую, а физическую природу. Фактически это в русле развития нового направления, которое в мире называется Cancer Nanotechnology. За рубежом сегодня активно создаются объединенные центры превосходства, которые развивают данное направление. В работе лаборатории ТПУ “Медицинское материаловедение”, кроме ИФПИ СО РАН, участвуют Сколковский институт науки и технологий (Сколтех), Институт Джозефа Стефана (Словения) и Технион (Израиль). В этом прорывном проекте задействованы ведущие зарубежные ученые, включая нобелевского лауреата Дана Шехтмана. Собрана сильная команда, в составе которой, например, Борис Турк из Словении, на работы которого в 2014 году было более 1200 ссылок!
— Сегодня речь еще не идет о новом препарате для лечения рака?
— Пока нет. Ведь выведение нового лекарства на рынок — это очень длительный процесс. Он может занять многие годы. Но можно использовать нашу разработку как дополнение к уже существующим лекарствам. Словенские коллеги провели эксперименты, где наши противораковые агенты использовались в качестве дополнительного фактора при лечении стандартно применяемым в противораковой терапии химиотерапевтическим препаратом. И эффективность увеличилась в разы. Благодаря этому можно снижать дозу препарата. В ближайшее время на базе ТПУ мы откроем сетевой центр совместно с нашими партнерами по проекту, где будем развивать это новое направление. И, уверен, добьемся больших результатов.
На нижнем фото: На пилотируемые транспортные корабли РКК “Энергия” будут устанавливать иллюминаторы со стеклами, обработанными по технологии томских ученых
Мария Алисова
Фотоснимки предоставлены пресс-службой ТПУ
Нет комментариев