Институт физики им. Б.И. Степанова НАН Беларуси давно и
успешно сотрудничает с российскими научными институтами
в области фундаментальной науки и прикладных
исследований.
В рамках программы Союзного государства сегодня
выполняются научные проекты по самым
разным направлениям: нанофотонике, физике
наногетероструктур, методам оптического зондирования
атмосферы, физике плазмы и т.д. Особенно
активно развивается сотрудничество с томским Институтом
оптики атмосферы им. В.Е. Зуева СО РАН. Ученые обоих
институтов совместно разрабатывают важные для
экологической безопасности механизмы
контроля содержания парниковых газов в атмосфере по
данным наземных и спутниковых измерений. Об этом и
многом другом — наш разговор с учеными из Минска и из
Томска.
Наблюдать — значит видеть
Наверное, это единственный дом в Минске, где
каждое утро, чтобы начать работу, «делают дырку в крыше».
Литературный образ принадлежит заведующему Центром
«Оптическое дистанционное зондирование» Института
физики им. Б.И. Степанова кандидату физико-математических
наук Анатолию Павловичу Чайковскому.
Он и командует той самой лазерной установкой для
исследования атмосферы (лидаром), для которой требуется
отверстие в крыше.
— Почему вы занимаетесь лазерами?
— Исторически наш институт сформировался как оптический.
Потом появились лазеры и стали одним из основных направлений
его развития. Проблема использования лазеров для
исследования окружающей среды сегодня — одна из наиболее
актуальных. У нас в институте работает
член-корреспондент НАНБ А.П. Иванов. Он был руководителем
лаборатории оптики рассеивающих сред в 1960-е гг., когда работы с
лидарами только начинались. А.П. Иванов, как и один
из главных организаторов нашего института Б.И. Степанов,
приехал к нам из Ленинграда, из Государственного оптического
института. Там велись наблюдения за состоянием
атмосферы.
— Другой центр был в Томске?
— Да. А наблюдать — значит видеть.
— Сквозь облака, туманы, задымления и грозы?
— Конечно. Как только появились лазеры, стало понятно, что теперь
есть уникальный инструмент, который позволяет видеть
состояние атмосферы гораздо лучше, чем раньше. Приложений
множество. Но если раньше загрязнение атмосферы было где-то
на втором плане, то постепенно эта проблема стала актуальной и,
пожалуй, самой главной. Это ведь экология планеты! В то же
время сформировался институт в Томске. С тех пор мы с
Томском непрерывно взаимодействуем. Иногда работаем над
одними проектами, иногда мы у них что-то заказываем, иногда
они у нас. В общем, мы добрые друзья. И в научном плане у
нас много общего, и в технологическом отношении мы дополняем друг
друга. То есть у нас полное взаимодействие.
— И что же вы делаете вместе?
— Применений лазерных систем очень много. В Беларуси
изготавливаются десятки лазеров для различных целей. Они
используются в машиностроении и медицине, на химических
производствах и в вузах, а также для исследования окружающей
среды.
Начиная с 1990-х гг. подходы к определению целей и
организации научной работы меняются. Беларусь — независимая
страна, у нас совсем другой круг вопросов и во
многом другой подход к задачам научных исследований, чем был
в Советском Союзе. У нас он очень практичный. Раньше мы
разрабатывали лазерную технику, передавали ее в большую
страну — там был потребитель. Нам не нужно было
задумываться, что будет с этим прибором. Сейчас
подход другой. У нас есть свои проблемы, в решении которых
лазерные системы могут дать хороший результат. В последние
годы мы работаем над серьезной проблемой — мониторингом
трансграничного переноса загрязнений в атмосфере в регионе
Беларуси. Лазерное зондирование атмосферы — это
дистанционный метод. Он хорош тем, что позволяет
обнаруживать загрязняющие вещества на больших расстояниях.
Локальные измерения в приземном слое атмосферы для этих целей
непригодны. Перенос загрязнений по большей части происходит
не вблизи земной поверхности, а в слое атмосферы до 30 км.
Лидары (лазерные
локаторы) — оптимальный инструмент для наблюдения этих процессов.
Это большая работа, которую мы ведем с российскими
коллегами.
— Вы изучаете истоки загрязнений атмосферы не только в
Беларуси?
— Конечно. Почему мы сотрудничаем с томичами, хотя, казалось бы,
они так далеко от нас? Дело в том, что нам нужно получать
информацию со всего евразийского континента, в ряде
случаев требуются данные наблюдений на всей планете.
— Чтобы понимать, что происходит в Беларуси?
— И это нужно не только нам. Дистанционный мониторинг
окружающей среды стал необходимым для всех развитых в научном и
техническом отношении стран, которые обладают
потенциалом для решения экологических проблем.
Существуют две технологии, которые позволяют получать
достоверную информацию об атмосфере в требуемых объемах. Одна —
это спутниковые наблюдения, а вторая — сети наземных систем
дистанционного зондирования. Один лидар дает локальную
информацию, но не общую картину.
— А что измеряется?
— Атмосферные примеси — газовые и аэрозольные; как эти вещества
появляются, откуда пришли, сколько их. В 2000 г. в рамках
Пятой рамочной программы ЕС была создана Европейская
экспериментальная аэрозольная лидарная сеть EARLINET.
Сеть объединяла и координировала работу 21
научной группы, проводившей регулярные лидарные наблюдения в
атмосфере в странах Западной Европы. Наш институт был
единственной организацией из стран Восточной Европы и бывшего
СССР, которая участвовала в этом проекте. Проект
продолжается 17 лет. За это время экспериментальная лидарная сеть
EARLINET трансформировалась в комплексную сеть
дистанционного зондирования окружающей среды с развитой
инфраструктурой измерительных станций, широким
перечнем аппаратуры и измеряемых характеристик,
унифицированной измерительной аппаратурой, системой контроля
качества измерений и развитым информационным
обеспечением. Объем выполняемых работ и количество
участников проекта превысили рамки исследовательской программы.
Проект ACTRIS-2 в рамках программы Европейского союза «Горизонт
2020» — нынешний этап этой крупной и
успешной исследовательской работы — будет ее
последней научной частью. Уже принято решение о
создании на пространстве EC инфраструктуры для обеспечения
дистанционного мониторинга окружающей среды на основе
выполненных научных исследований, технических и методических
разработок.
— Думаю, это пример качественной и эффективной научной
работы.
— Наш институт проводит
систематические наблюдения переноса загрязнений в
атмосфере приборами дистанционного зондирования с 2002 г. Мы
проводим регулярные лидарные и радиометрические
наблюдения в атмосфере, используем данные спутниковых
систем, моделируем процессы переноса загрязнений. Контроль
качества воздуха в приземном слое на территории Беларуси
проводит Гидромет (Республиканский центр по
гидрометеорологии, контролю радиоактивного загрязнения и
мониторингу окружающей среды) Минприроды Республики
Беларусь.
Об атмосферном воздухе в Минске и Беларуси: по данным
станций Гидромета, качество воздуха в большинстве городов
Беларуси оценивается как соответствующее установленным
показателям. Есть факторы, которые ухудшают обстановку, а есть
факторы, которые ее улучшают.
— Начнем с хороших новостей.
— Отопительные системы. Они переводятся на газ. Объем вредных
выбросов значительно уменьшается по сравнению с
использованием угля, мазута. Правда, на Украине и в Польше
проблема качественного топлива остается актуальной.
— А плохое?
— Транспорт. Много автомобилей и топлива с плохими
экологическими показателями. Еще одна проблема — загрязнение
атмосферы мелкими частицами с размерами меньше 1–5 мкм.
Такие мелкие частицы беспрепятственно проникают в наши
легкие, в кровь, они очень вредны для нашего здоровья.
— Откуда они?
— Эти частицы возникают в атмосфере как результат фотохимических
превращений, содержатся в выхлопных выбросах автомобилей и —
очень много — в дымах лесных пожаров. Одно из
самых вредных последствий трансграничного переноса
загрязнений для Беларуси в весеннее-осенний период — перенос
дымов лесных пожаров преимущественно с Украины и из западных
районов России.
— Экологические проблемы чрезвычайно
важны, особенно сейчас. Когда такая измерительная сеть
распространится дальше на восток ?
— Убежден, что, следуя примеру Европейского союза, нам
необходимо создавать совместную сеть дистанционных
наблюдений атмосферы на пространстве Союзного государства,
привлекать заинтересованные организации других стран Евразии к
решению этой актуальной проблемы. При этом, в отличие от
Европы, на большей части евразийского пространства наземная
инфраструктура для проведения измерений отсутствует. В таких
условиях оптимальным способом построе-
ния дистанционной системы контроля атмосферы становится
использование спутниковых данных вместе с результатами
измерений сети наземных базовых станций, на которых
проводятся комплексные локальные и дистанционные измерения
характеристик окружающей среды.
В 2004–2008 гг. мы выполнили проект, в результате которого
организовали координированные лидарные наблюдения атмосферы
на пространстве стран СНГ — лидарную сеть CIS-LiNet. В проекте
участвовали ученые из Томска (Институт оптики атмосферы им. В.Е.
Зуева СО РАН), Москвы (Институт прикладной геофизики им.
Е.К. Федорова), научные группы из Сургута, Владивостока и из
Кыргызстана. Работали вместе весьма эффективно и продолжаем
сотрудничество в настоящее
время.
К сожалению, отсутствуют механизмы формирования и выполнения
таких крупных международных программ. Надеюсь, что ситуация
поменяется в связи с интеграционными мероприятиями в рамках
Евразийского экономического союза: например, создана
Евразийская ассоциация поддержки научных исследований (ЕАПИ).
— Минск считается одной из лазерных столиц мира. Многое было
сделано здесь впервые. Точка роста — ваш институт?
— Конечно. Здесь создавались лазеры для различных целей. Институт
физики стал такой лазерной школой, где формировался
уникальный коллектив исследователей, конструкторов и
инженеров. Институт физики дал мощный толчок
развитию лазерных технологий в Беларуси. Сейчас в Минске работают
несколько организаций, производящих лазеры различного
назначения: «Лотис ТИИ», «Солар ЛС» и другие. Качество,
надежность и умеренная цена на лазерные системы,
ставшие следствием здоровой конкуренции, отличают продукцию
белорусских производителей. Большая ее часть идет на
экспорт.
— А в чем основа успеха?
— В специалистах. Если есть специалисты, способные работать на
хорошем мировом уровне, то все получится. Именно таких
формировал Институт физики. Хочу напомнить, что институт
создавался с участием ученых ленинградской оптической школы.
— Но все это продолжается?
— Конечно. Сотрудничество с российскими учеными — важный фактор
для решения крупных проблем.
— Что вы имеете в виду?
— Новые проекты. Один из проектов, в котором сотрудничество
с российскими учеными важно и необходимо, — исследования в
Антарктиде.
В Антарктиде на белорусской научной станции «Гора Вечерняя»
мы построили комплексную систему дистанционного мониторинга
атмосферы и земной поверхности. Антарктида — это
образец чистоты окружающей среды. В Минске по содержанию
взвешенных частиц воздух считается чистым. Однако в Антарктиде
содержание аэрозоля в атмосфере меньше в 10–20 раз.
Выше я говорил о другом проекте — формировании системы
дистанционного мониторинга окружающей среды на евразийском
пространстве. Решение этой задачи — необходимое
условие устойчивого развития стран Евразии. Мы и наши
российские коллеги — единомышленники в понимании необходимости и
выборе методов решения этой проблемы.
Взгляд с космических высот
В томском Институте оптики атмосферы СО РАН им. В.Е. Зуева разработан широкий спектр научных приборов для лабораторных и натурных измерений аэрозольных, газовых, турбулентных и других характеристик атмосферы. О том, какие исследования проводятся в Томске, рассказал директор института доктор физико-математических наук Геннадий Григорьевич Матвиенко.
— В беседе с А.Б. Чайковским мы говорили о «наземном»
использовании приборов и аппаратуры, с которой вы работаете
вместе. А мне хотелось перенестись на космические
высоты. Вы же смотрите на атмосферу не только снизу, но
и сверху. Не так ли?
— Конечно. Особенно это актуально сейчас, когда и Беларусь вышла
на орбиты. Я имею в виду запуск спутника Земли и программу
работ по исследованию природных ресурсов из космоса.
— Вы же автор уникального проекта по мониторингу растительного
покрова планеты!
— Это очень интересное исследование, Убежден, что к нему
присоединятся специалисты не только Беларуси, но и других стран.
Это ведь глобальный дистанционный контроль физиологического
состояния растительности планеты. Это наблюдение и фиксация
природных и техногенных катастроф, а также
несанкционированной индустриальной деятельности. Проще
говоря,
из космоса будем наблюдать за изменениями в атмосфере, что
позволит иметь более четкое представление о том, что происходит
на Земле и как человеческая цивилизация влияет на изменения
как в атмосфере, так и на поверхности.
— Но вы ведь в космосе работаете издавна?
— Еще в 1995 г. на станции «Мир» появился первый российский
космический лидар «Балкан», который был создан Институтом
оптики атмосферы, СКБ НП «Оптика» и НИИ
космического приборостроения. Лидар вел зондирование
облаков. Эксперимент был успешным. Однако он убедил нас в
том, что следует отдать предпочтение автоматическим аппаратам.
Дело в том, что на борту станции идет жесткая экономия
энергии, а наша аппаратура требует ее достаточно много. Поэтому
предпочтительнее работать на спутниках.
— Еще до запуска МКС я знакомился с программой научных
исследований. Тогда предполагалось, что мы с американцами будем
работать вместе. Была общая комиссия по отбору научных
экспериментов. Ее возглавляли академик В.Ф. Уткин и астронавт
Томас Стаффорд.
Помню, по лазерному зондированию из космоса предлагалось
несколько интереснейших экспериментов. Главными в них был
Институт оптики атмосферы. Почему же не удалось их
реализовать?
— Отсутствие финансирования — и только! Мы
создавали соответствующую аппаратуру, прошли много
этапов подготовки,
но вынуждены были сначала заморозить работы, а потом и прекратить
их. Из-за этого многие интереснейшие и нужные эксперименты
были отложены. Сейчас мы восстановили контакты с «Энергией».
Работаем по ряду проектов. В частности, разрабатываем прибор
для точного определения места посадки космонавтов. В настоящее
время разброс довольно велик, а наша аппаратура позволяет
определять точку приземления — именно точку, а не район. Но
все-таки сосредоточиваемся на аппаратуре для
спутников. Сейчас разработан технический проект
спутникалидара. Его отработка и запуск полностью зависят
от финансирования, все остальное у нас есть.
— Интересно, а сколько приборов и аппаратуры создано в
институте?
— Сказать точно не смогу. В целом — более сотни. Мы оснастили все
исследовательские полигоны, пункты от Москвы до Владивостока, от
Ямала до Алтая, от Якутии до Кыргызстана. Нами создана
надежная наблюдательная сеть.
— А
территорию западнее Москвы покрывают коллеги из
Беларуси?
— Мы тесно сотрудничаем с ними буквально с первого дня, как
был создан Институт физики в Минске.
— Союзное государство помогает вам?
— Конечно. Хочу отметить, что в Беларуси создаются отличные
лазеры, самые надежные в мире — и к тому же достаточно
дешевые, а потому мы закупаем их и широко используем.
Беседовал Владимир Губарев