Печально известный пожар в пермской “Хромой лошади” унес в декабре 2009-го жизни более 150 человек. Сейчас, спустя три года после трагедии, становится ясно, что такого количества жертв можно было бы избежать, если бы в помещении клуба использовались не стандартные тепловые и электронные датчики, фиксирующие лишь задымление, а приборы, анализирующие химические изменения в составе воздуха. Работы по созданию подобных устройств вот уже семь лет ведутся в студенческом конструкторском бюро “Технические средства экологического мониторинга” (СКБ ТСЭМ), организованном при факультете электроники Московского государственного технического университета радиотехники, электроники и автоматики (МГТУ МИРЭА).
— В данном случае такое большое количество людей погибло в основном из-за того, что они отравились продуктами горения, опасными химическими соединениями. Ведь чаще всего когда идет горение вредных веществ, невооруженным глазом этого не увидеть, запах — не почувствовать. Человеку кажется, что ничего и не происходит вовсе. Обычные датчики реагируют только на дым: он появляется — приборы срабатывают, — рассказывает руководитель СКБ ТСЭМ профессор Владимир КАПУСТИН. — Наши же приборы определяют состав продуктов горения, при этом чувствительность наших анализаторов на несколько порядков выше, чем чувствительность стандартных датчиков систем пожарной сигнализации. Кроме того, они оснащены синтезатором голоса. В результате, когда в многолюдном помещении внезапно прозвучит: “Внимание! Опасно! Выброс фосгена!”, веселиться уже никто не будет, все двинутся к выходу.
Спектр технических средств, разрабатываемых в нашем бюро, довольно широк. Одна из важнейших задач СКБ ТСЭМ — работа над изготовлением простейших, компактных и недорогих приборов, которые достоверно и быстро анализируют, какое из вредных для организма веществ находится в воздухе. Сфера применения таких устройств практически бесконечна: кафе, клубы, поликлиники, аэропорты — любые места массового скопления людей. Кроме того, их можно использовать на складах хранения химических веществ, промышленных предприятиях — везде, где есть потенциальная угроза опасных выбросов…
Сегодня в СКБ ТСЭМ работают три преподавателя МИРЭА, четверо аспирантов, четверо стажеров-исследователей, а также семеро студентов нашего университета. Бюро было организовано с целью привлечения молодежи из МИРЭА к участию в НИОКР по созданию новых материалов и технологий, разработке новых приборов и систем для экологического мониторинга окружающей среды и обеспечения безопасности жизнедеятельности. Сейчас здесь проводятся исследования по целому спектру направлений, среди которых — разработка новых материалов на основе микролегированных сплавов тугоплавких металлов с наноструктурированной поверхностью и монокристаллов сложных оксидов со структурой в виде нанотрубок для эффективных термоэмиттеров ионов органических молекул; создание новых технологий получения материалов термоэмиттеров ионов с использованием роботизированных технологических комплексов и нанопорошков оксидов; изучение физико-химических механизмов селективности ионизации органических молекул на поверхности материалов термоэмиттеров ионов; исследование физико-химических механизмов формирования и кинетики изменения наноструктур на поверхности термоэмиттеров ионов с использованием инфракрасной и фотоэлектронной спектроскопии; разработка физических принципов функционирования новых приборов и устройств с ионными пучками, полученными методами поверхностной ионизации органических молекул.
В настоящее время для целей газового анализа воздуха на предмет содержания паров наркотических, отравляющих или взрывчатых веществ (НВ, ОВ или ВВ) используют обширный набор приборов, среди которых важное место занимают масс-спектрометры, газовые хроматографы и спектрометры дрейфовой подвижности ионов. Однако известные в мире приборы не обладают необходимыми значениями чувствительности и селективности по отношению к НВ, ОВ и ВВ, подвержены они и так называемым ложным срабатываниям. Конечная цель исследований, проводимых в СКБ ТСЭМ, — создание нового поколения приборов на основе дрейф-спектрометров с селективной поверхностной ионизацией органических молекул для детектирования НВ, ОВ и ВВ, а также для проведения экологического мониторинга окружающей среды.
— На заре основания нашего бюро, — продолжает Владимир Капустин, — перспективность тематики его исследований высоко оценил ректор МГТУ МИРЭА академик РАН Александр Сергеевич Сигов. Благодаря его поддержке нам удалось буквально с нуля, в условиях нехватки средств и людей, создать полноценное мини-предприятие электронной промышленности, которое может разрабатывать материалы, технологии, физическую идеологию приборостроения, сами приборы, создавать их макеты, то есть вести замкнутый цикл работ. Ректор выделил нам помещения, помог сделать ремонт, договорился о том, чтобы некоторые предприятия пошли навстречу, передав нам часть своего оборудования бесплатно либо по льготной цене. Так, с миру по нитке, через друзей и знакомых в академической среде в лаборатории нашего бюро появилось старое советское оборудование для лазерной, контактной сварки, электронный микроскоп. Имеется у нас и уникальное оборудование собственного изготовления, в том числе установка для выращивания монокристаллов методом Бриджмена, настольный роботизированный технологический комплекс, стенд для исследования параметров поверхностной ионизации и дрейфовой подвижности ионов органических молекул. В отличие от некоторых коллег мы не боимся доверять нашим студентам самостоятельную работу на этом оборудовании. Во-первых, оно не настолько дорогостоящее, чтобы опасаться, что они его повредят, во-вторых, многие приборы ребята спроектировали и собрали сами, поэтому отлично знают, как с ними работать.
Основная задача, решаемая нами, — выпуск и подготовка хороших специалистов, которые действительно хотят заниматься конструированием. В СКБ ТСЭМ уже прошли практику и успешно защитили дипломы более 20 инженеров, подготовлено несколько кандидатов физико-математических наук. Пополняем мы коллектив просто: в начале учебного года информируем первокурсников о существовании СКБ, приглашаем их к нам на экскурсию. Приходит студент, я ему рассказываю о существующих технологиях работы — конструировании, снятии характеристик, исследовании свойств материалов и т.д. И если он заинтересовался, предлагаю “пройтись” по разным направлениям работы, приобрести навыки. Приходят к нам обычно после третьего года обучения, когда уже освоен базовый курс по физике и математике. Идут добровольно, остаются в СКБ после занятий, сидят до позднего вечера, втягиваются в рабочий процесс. Идеи создания новых устройств, не имеющих аналогов в мире, исходят от меня. В этом помогает огромный опыт, накопленный за годы работы в Институте металлургии и материаловедения им. А.А.Байкова РАН, а также на предприятиях отечественной электронной промышленности.
Должен сказать, что за регистрацию и поддержание патентов на наши устройства плачу из своей собственной зарплаты. Ребята, подключаясь к реализации моих идей, видят, как они появляются, трансформируются, как возникают и решаются дополнительные вопросы — они наблюдают весь процесс, обучаются сами формировать и реализовывать идеи. В бюро единовременно трудятся не более 10 человек, поэтому можно работать с каждым студентом индивидуально. В итоге из наших стен выходят отличные специалисты, которые не просто прослушали теоретический курс, но уже участвовали и в практической работе. Наши ребята создают техническую документацию, макеты, методики анализа, распознавания, программные продукты, приобретая в процессе широкий кругозор. В год в СКБ закрепляются пять — семь человек, впоследствии они выполняют тут и дипломные работы. А кто-то остается и в аспирантуре. Таким образом на базе СКБ идет непрерывный процесс обучения: из стен бюро выходят квалифицированные, востребованные профессионалы, владеющие навыками конструирования, способные создавать новые приборы.
К сожалению, сегодня у студентов стипендии невелики. По мере возможности стараемся решить и эту проблему. Участие в выполнении НИР по заказу Минобрнауки и оборонных ведомств, в Программе развития научного потенциала высшей школы приносит вузу небольшие гранты, благодаря чему удается немного платить и студентам. Мы уже несколько раз подавали заявки на участие в конкурсе, организованном в рамках Постановления №218. Нашими партнерами в борьбе за финансирование по этому направлению готовы стать такие серьезные предприятия, как ОАО “Восход” (Калуга) и ОАО “Ангстрем” (Зеленоград). Но пока, к сожалению, выиграть этот конкурс нам не удалось.
Сейчас мы уже “прошли” НИРовскую стадию. Создали макеты принципиально новых приборов, разработали современные теоретические подходы, новые материалы, конструкторско-технологические решения. Все наши работы защищены 18 патентами РФ. В результате бюро вышло на стадию, когда можно проводить опытно-конструкторские работы по созданию промышленных образцов приборов. Но известно, что без денег “автомобиль не построишь”. Для успешной реализации наших проектов требуется около 100 миллионов рублей. Кстати, за рубежом до такого многопараметрического анализатора до сих пор не додумались! Попытки сделать селективную ионизацию у них были, но в основе этих попыток лежала иная научная идеология, и ничего не получилось. Нам удалось связать физику с материаловедением, а им — нет. В нашем бюро мы опираемся на теорию поверхностной ионизации и определенные принципы создания материалов. Приборы такого назначения сегодня делают Англия, Германия, Израиль, США, Франция, Швеция, но у них ионизируется “все подряд”, не селективно. Используется либо изотопная ионизация, либо ионизация в коронном или лазерном разряде. У нас же ионизируются только соединения азота, серы, фосфора и мышьяка — все остальное мы сразу отсекаем. В результате у них образуются полтора десятка типов ионов, у нас же — только один, который мы и можем анализировать по нескольким параметрам. Кстати, для мониторинга окружающей среды мы предлагаем приборы двух классов: для экспресс-анализа (они попроще, чуть дешевле, позволяют определять три параметра) и более дорогие приборы, рассчитанные на анализ по шести-семи параметрам.
Конечно, мы хотим довести наши идеи до выпуска промышленных образцов, для этого нужно провести полноценные ОКР не просто в рамках вуза, но совместно с предприятием. Нужны и средства. Но сегодня немногие компании готовы вкладываться в создание нового продукта. Большинство хотят тут же получить готовый прибор, без финансового риска — все и сразу. Но есть и другие — такие, как ОАО “Восход” и ОАО “Ангстрем”. Они провели маркетинг, посмотрели, что есть на рынке: какие приборы, с какими параметрами, с какой идеологией. И готовы включиться в совместную работу — по схеме софинансирования 50 на 50, предлагаемой Минобрнауки. А если нам опять не повезет в конкурсном отборе по Постановлению №218, ОАО “Восход” все равно настроен довести до ума наши идеи и освоить у себя выпуск продукции СКБ ТСЭМ.
Работая в таких, прямо скажем, специфических условиях, стараюсь быть большим оптимистом и никогда не унывать. Уверен, тот, кто опускает руки, ничего не добьется. Сегодня у нас есть маленькое промышленное предприятие, квалифицированные, увлеченные общим делом ребята, худо-бедно, но мы продвигаемся вперед. При этом основную задачу вуза — готовить высококвалифицированных специалистов — выполняем.
Анна ШАТАЛОВА
Фото СКБ ТСЭМ
Нет комментариев