Українська наукова перспектива. Від фундаментальних теорій до інновацій
Соловйов В’ячеслав Павлович
Доктор економічних наук,
кандидат технічних наук, професор,
Заступник директора з наукової роботи, керівник центру інновацій та технологічного розвитку інституту досліджень науково-технічного потенціалу та історії науки
імені Г. М. Доброва НАН України
Глобальна тенденція розвитку науки пов’язана з природним прагненням людини до знань. Забезпечуючи колективне накопичення знань і умінь, перетворюючись в колективний інтелект, наука сприяє вирішенню глобальних проблем еволюції людства шляхом розширення доступу до природних благ і забезпечуючи в певному сенсі оптимальну логістику взаємодії суспільства із зовнішнім матеріальним світом.
Надзвичайно актуальним нині у контексті світового науково-технічного прогресу, який щороку збільшує свої темпи і масштаби, є вчення В. І. Вернадського про біосферу та ноосферу. Вчений одним із перших сформулював ідею, що тільки взявши взаємозв’язки біосфери з іншими сферами під контроль розуму, можна зберегти наш світ і забезпечити планомірний розвиток людства.
За В. І. Вернадським ноосфера — це єдине організоване ціле, всі частини якого повинні бути гармонійно пов’язані одне з одним на всіх рівнях ієрархії, щоб узгоджено взаємодіяти. Необхідною умовою цього є швидкий, надійний зв’язок незалежно від відстані. Він стверджував, що слід концентрувати зусилля на пошуку та використанні нових джерел енергії. У найзагальнішому випадку він відносить до головних завдань науки не тільки вивчення наукової істини, не тільки розвиток наукових уявлень про Всесвіт, а й освоєння наукових істин і наукового світогляду в їх доповнення до потреб життя.
Ці принципи В. І. Вернадський заклав в ідею створення Української академії наук. Так, в доповіді на першому засіданні комісії з обґрунтування проєкту Української академії наук в Києві, він вказав на те, що «джерело її (академії) життя повинне битись разом з духовними і матеріальними потребами людей, цьому повинно бути підпорядковано всю творчість вченого».
Сучасна концепція залучення науки в систему економічного розвитку вимагає природного включення науки в так звану потрійну спіраль спільних дій науки, промисловості і держави, які попарно взаємодіють між собою. Саме в кінці минулого століття концепція потрійної спіралі похитнула впевненість політичної еліти найбільш успішних держав в тому, що двигунами промислового розвитку є виключно влада і бізнес. Виявилося, що в сучасних умовах, коли шлях від відкриттів до технологічних проривів вже не займає десятки, а то і сотні років, важливо було виявити головне джерело економічного і соціального розвитку. Концепція потрійної спіралі стверджує, що саме наука стає сьогодні необхідним елементом і прогнозування, і оперативного управління в усіх секторах економіки.
Здобуті знання і технології потім передаються в економіку, яка в кінцевому підсумку і є головною рушійною силою інноваційної діяльності. Водночас така схема виходить з припущення, що суспільство однозначно вітає будь-які нововведення та інновації. Насправді ж, по-перше, суспільство не бажаючи ризикувати, віддає перевагу не нововведенням, а випробуваним виробам і технологіям минулого. По-друге, нововведення, як правило, не є одноваріантними, і завжди є можливість вибору найбільш прийнятного варіанта. Саме тому суспільство суттєво впливає на створення знань і технологій — через попит і реалізацію споживацької функції.
Прогрес технологій, економічне процвітання будь-якої держави базуються на досягненнях науки, яка хоча й має загальний характер, але реальним провідником рушійної сили наукового знання завжди залишається наукова система конкретної країни. Ця рушійна сила не виникає спонтанно, а завжди є продовженням інтелектуальних зусиль минулого. Щоб не сумніватися в перспективах соціально-економічного розвитку України, важливо переконатися, що науковий потенціал нашої країни має успішну передісторію свого формування. Про це, зокрема, свідчать яскраві особистості минулого, які зробили значний внесок у світовий науково-технічний прогрес. Це і Кибальчич Микола Іванович, який у 1881 р. висунув ідею ракетного літального апарата з камерою згоряння, що хитається, для керування вектором тяги і розробив оригінальний проєкт літального апарата, здатного здійснювати космічні перельоти; і Сікорський Ігор Іванович, який у 1912–1914 рр. створив літаки «Гранд» («Руський витязь») і «Ілля Муромець», що започаткували багатомоторну авіацію; і Кузнець Семен Абрамович (Саймон Кузнець), майбутній лауреат Нобелівської премії з економіки, який почав свою наукову кар’єру в Харкові на початку 1920-х рр. і потім захистив в Колумбійському університеті (США) свою магістерську роботу, написану в Харкові, «Економічна система д-ра Шумпетера, викладена і критикуєма»; і Корольов Сергій Павлович, головний конструктор перших у світі космічних ракет, який вступив до Київського політехнічного інституту, вже будучи автором проєкту безмоторного літака К?5, та багато інших видатних особистостей України.
Українська академія наук (нині Національна академія наук України) зробила значний внесок у розвиток базових технологій ХХ століття. У 1932 р. в Харківському фізико-технічному інституті було отримано видатний результат — здійснено розщеплення ядра літію. У цей же період фізик-теоретик Лев Давидович Ландау, який працював у ФТІ з 1932 до 1937 рр., сформував всесвітньо відому школу теоретичної фізики. Українські вчені помітно вплинули на міжнародні дослідження в ядерній фізиці.
У Києві, в середині 1900-х рр. під керівництвом академіка Сергія Олексійовича Лебедєва була розроблена і введена в експлуатацію перша в континентальній Європі електронна обчислювальна машина. У 1960-х рр. в Інституті кібернетики під керівництвом Віктора Михайловича Глушкова були розроблені і запущені в експлуатацію ЕОМ принципово нових класів — для управління промисловими процесами в реальному часі (УМШН «Дніпро») і високоінтелектуальна машина для інженерних розрахунків (МІР).
Розробки військових ракет під керівництвом Михайла Кузьмича Янгеля і Володимира Федоровича Уткіна в Дніпрі, за певними параметрами донині є неперевершеними в світі. І нині КБ «Південне» ім. М. К. Янгеля успішно співпрацює зі світовими ракетобудівними фірмами в сфері освоєння космосу.
Нанотехнології
На початку XXI століття широкого поширення набули твердотільні наноструктури зі змінними властивостями та контрольованими розмірами. Можливість їх практичного використання спричинило революцію в матеріалознавстві, електроніці, механіці, хімії, медицині, біології. Дослідження останніх років дозволяють виділити вуглецеві нанотрубки як найбільш перспективні об’єкти, що дозволяють створювати матеріали з принципово новими властивостями.
На основі фундаментальних і технологічних досліджень процесів хімічного та електрохімічного (анодного) окислювального інтеркалювання природного графіту, гідролізу, термооброблення одержаних сполук, прокатки та пресування терморозширеного графіту (ТРГ) розроблено технологію виробництва ТРГ, ущільнюючих матеріалів і виробів із нього, яку реалізовано у промисловому масштабі на підприємстві «ТМСпецмаш» в Києві. Одержану продукцію впроваджено на підприємствах паливно-енергетичного комплексу, в тому числі атомної та теплової енергетики, машинобудування та оборонної промисловості. Унікальну технологію анодного окислення природного графіту в промисловому масштабі реалізовано в повіті Лобей
провінції Хейлуцзян у Китаї. Ці розробки зробили в межах наукових досліджень радіаційної хімії гетерогенних систем, синтезу і дослідження сорбентів, хімії та технології вуглецевих наноматеріалів в Інституті хімії поверхні ім. О. О. Чуйка НАН України.
Сфери, способи та можливості застосування нанотрубок численні і широкі. Навіть беручи до уваги те, що більша частина результатів останніх дослідів може бути невідома громадськості, вже тепер можна передбачити, що нанотрубки із часом стануть універсальним матеріалом для створення багатьох об’єктів.
В Інституті експериментальної патології, онкології та радіобіології ім. Р. Є. Кавецького НАН України досліджено та обґрунтовано перспективу застосування наноматеріалів в експериментальній та клінічній онкології. Ці дослідження здійснено спільно з науковцями Інституту хімії поверхні ім. О. О. Чуйка НАН України, в результаті отримано новий феромагнітний нанокомпозитний медичний препарат «Фероплат». Завдяки тому, що нормальні та пухлинні клітини мають відмінності за вмістом та особливостями метаболізму металовмісних білків, «Фероплат» забезпечує цілеспрямовану доставку протипухлинних ліків нового покоління до уражених клітин.
Започатковано дослідження в галузі наномедицини, нанофармації і нановетеринарії в Інституті біоколоїдної хімії НАН України. Здійснюється наукова робота в галузі біоколоїдної та колоїдної хімії, наномедицини та нановетеринарії, біоекології, колоїдних технологій збагачення металовмісної сировини. Досліджено механізми і процеси взаємодії наночастинок металів (золота, срібла, заліза, вісмуту) з еукаріотичними клітинами та розроблено методи одержання наночастинок металів (монодисперсних, сферичних, монофазних, з чистою поверхнею та біосумісних) і їх водних і органічних дисперсій відновленням з розведених розчинів.
В Інституті створено також банк екологічних біотехнологій очищення і ремедіації ґрунтів, природних і техногенних вод, вилучення радіонуклідів, руйнування особливо токсичних реагентів. Ці розробки запатентовані у США, Канаді, Бразилії, РФ, Китаї та інших країнах. За результатами досліджень сформульовано біогенну теорію формування вуглецевосланцевих формацій зі значними концентраціями тонкодисперсного золота.
Біотехнологія
Розвиток біотехнології в Україні йде в ногу із часом. Так, перші результати академічних досліджень в галузі генетичної інженерії, що є важливим напрямом формування теоретичного фундаменту біотехнології, були отримані ще на початку 1970-х рр. в Києві. Ці дослідження здійснюють в Інституті молекулярної біології і генетики, Iнституті сорбцiї та проблем ендоекологiї, Інституті клітинної біології та генетичної інженерії, Інституті біохімії, Інституті ботаніки ім. М. Г. Холодного, Інституті фізіології рослин і генетики НАН України й деяких інших установах НАН України.
Досягнення біотехнології, ґрунтуючись переважно на знаннях «про живе», часто спираються на нові уявлення про структуру неживої матерії, які формуються, коли мова йде про наномасштаби. Свого часу, в Iнституті сорбцiї та проблем ендоекологiї НАН України були сформовані уявлення про особливу роль гетероатомів азоту вуглецевої матриці в хімії дисперсних (поруватих) різновидів вугілля. Ці уявлення мали досить широкий резонанс серед провідних учених Німеччини, Франції, США та інших країн. Спеціально розроблені методи синтезу таких матеріалів з розвиненою нанопоруватістю стали основою для створення вуглецевих суперконденсаторів підвищеної потужності, що за своїми показниками перевищують аналогічні розробки відомих закордонних фірм. У результаті цих досліджень було створено ефективне медичне вугілля для гемо- і ентеросорбції. Разом із білоруськими колегами було організовано серійне виробництво колонок, що наповнюються гемосорбентами, які розроблені в Україні. Останнім часом показано перспективність створення нових композиційних вуглецьнеорганічних ентеросорбентів, що дозволяють контролювати в організмі не тільки шкідливі та токсичні речовини молекулярної природи, але й життєво важливі електроліти і мікроелементи.
На даний час використання методів сучасної біотехнології сприяло значним змінам у вітчизняному сільському господарстві, промисловому виробництві, енергетиці, медицині, ветеринарії тощо. Дані процеси стрімко розвиваються і вже мають значний вплив на міжнародну торгівлю, що в свою чергу, дозволяє Україні впливати на структуру світового господарства та національних економік багатьох країн.
Одним з важливих напрацювань академічної науки в інтересах народного господарства є генетичне поліпшення найважливіших для України сільськогосподарських культур — пшениці та кукурудзи. В Інституті фізіології рослин і генетики НАН України на основі теорії індукованої мутаційної мінливості В. В. Моргуна, обґрунтовано новий напрям генетичного поліпшення рослин — мутаційну селекцію. На цій основі розроблено методи практичного використання індукованих мутантів. Спільно з науковцями інших установ, уперше в Україні на основі спонтанних та індукованих генів карликовості було створено принципово новий тип напівкарликової пшениці, яка започаткувала «зелену революцію» в технології вирощування високих урожаїв цієї економічно і соціально важливої культури.
Створення та впровадження у виробництво напівкарликових сортів озимої пшениці забезпечило зростання її генетичного потенціалу на 25–30?%.
В Інституті клітинної біології та генетичної інженерії НАН України виконуються на світовому рівні дослідження в галузі вірусології. Ці дослідження продовжують на сучасному рівні дослідження, започатковані всесвітньо відомим вченим Д. Й. Івановським, який розпочав в Україні трудовий шлях та започаткував вірусологію. Колектив інституту багато років здійснює дослідження віддаленої гібридизації, клітинної культури рослин й генетики та біотехнології рослин. Тут запропоновано нові технології до використання вірусів як векторів, що дають можливість перенесення генів. Ці технології дозволяють перетворити зелені рослини в ефективні виробники важливих продуктів, таких як фармакологічні сполуки, харчові продукти та біоматеріали, без генетичної модифікації рослинного організму (нетрансгенна, транзієнтна експресія). Ці технології ліцензовано багатьма компаніями, серед яких Bayer, Monsanto, Denka тощо. Засновником Інституту Ю. Ю. Глебою та його колегами в Інституті клітинної біології та генетичної інженерії НАН України засновано низку компаній, орієнтованих на впровадження розробок Інституту — Icon Genetics (США, Німеччина); Nomad Bioscience (Німеччина); Nomads (Литва); Nambawan Biotech (Німеччина).
Енергетика
Науковці України значну увагу приділяють проблемам розвитку сучасних технологій виробництва електричної енергії. Є певні технологічні напрями, в яких Україна в світі знаходиться в групі лідерів. Ще в 1960 р. І. В. Курчатов запропонував розгорнути в Харківському фізико-технічному інституті (ХФТІ) дослідження термоядерних установок стелараторного типу на противагу установкам типу токамак. Побудовану в ХФТІ сім’ю стелараторних термоядерних установок «Ураган» постановою Кабінету Міністрів України віднесено до національного надбання України. Наявність в Україні експериментальних термоядерних установок і досвідчених науковців відіграла важливу роль у приєднанні України до виконання Програми наукових досліджень та навчання ЄВРАТОМ (2014–2018), що уможливило участь українських наукових установ у європейських термоядерних дослідженнях.
Різноманітність в Україні систем генерації і передавання електроенергії вимагало постановки і вирішення задач моделювання агрегатів енергетичних системах. Для вирішення цієї задачі в Інституті машинознавства НАН України (Харків) В. Л. Рвачевим було запропоновано теорію R?функцій, яку широко застосовують для комп‘ютерного моделювання лопаток турбін, шевронних підшипників, кронштейнів, масляних фільтрів, втулок, оболонок ТВЕЛів із полізональним і шевронним оребренням, корпусів кораблів, будівельних конструкцій тощо. В Україні створено школу механіків-енергомашинобудівників, яка почала розробляти числові методи розрахунку машинобудівних конструкцій при нестаціонарних і вібраційних впливах із використанням ЕОМ. Продовження й поглиблення цих робіт було викликано необхідністю зменшення металомісткості, підвищення надійності та ресурсу машин. Результати досліджень використовують для проєктування та модернізації турбоустановок. Побудовано системи моніторингу та вібродіагностування потужних роторних агрегатів електростанцій, розроблено методику оцінювання довговічності й залишкового ресурсу камер робочого колеса при модернізації діючих ГЕС України.
В Інституті економіки та прогнозування НАН України створено інформаційно-аналітичну систему (ІАС), призначену для моделювання, прогнозування та стратегічного аналізу енергетики України. Вона дає можливість інтегрувати прогнози агрегованих макроекономічних показників, будувати на їхній основі прогноз попиту на енергетичні послуги, оптимізувати структуру енергетичного балансу для задоволення перспективного
попиту і оцінювати соціально-економічні та екологічні наслідки реалізації широкого спектра сценаріїв. ІАС створено задля вирішення проблем, які виникають під час трансформації енергетичних ринків, лібералізації та міжнародній інтеграції в енергетиці.
Інформаційні технології
У 1960–1970-х рр. академічні установи України були визнані світовими лідерами створення і використання інформаційно-комунікаційних засобів в різних сферах життя. З часом інститути НАН України залишилися лідерами лише в окремих секторах інформаційних технологій.
Таким сектором залишається довгострокове зберігання інформації на оптичних дисках, створених з використанням сапфіру. На сьогодні архіви даних записуються на магнітні або оптичні носії, основним недоліком яких є неможливість тривалого зберігання інформації. Інститут проблем реєстрації інформації НАН України має значні напрацювання з вирішення цієї проблеми. Зокрема, були розроблені перші оптичні диски на скляній підкладці та створено технологічний комплекс для виробництва компакт-дисків в Україні. А в Інституті монокристалів НАН України відпрацьовано технологію великомасштабного виробництва та обробки сапфіру, що є набагато ефективнішим матеріалом для запису і довготривалого зберігання інформації. Патентний пошук, зроблений Інститутом проблем реєстрації інформації
НАН України, продемонстрував, що аналогів запропонованої технології у світі немає.
Лідерські позиції Інституту кібернетики ім.?В. М. Глушкова НАН України залишаються щодо методів аналізу і синтезу комунікативної інформації (символьної, голосової, візуальної), розпізнавання образів, штучного інтелекту, психоемоційних станів людини для створення нових людино-комп’ютерних інтерфейсів, моделювання жестової мови, побудови просторових моделей людини. Завдяки застосуванню досягнень у галузі штучного інтелекту розроблено сенсорну мережу та мобільну безпілотну платформу для збирання та оброблення даних про стан зеленого покриву мегаполісів, лісопаркових масивів та сільськогосподарських угідь на базі приладів сім’ї «Флоратест», розробленої раніше для вимірювання флуоресценції за допомогою спеціальних приладів — флуорометрів.
У зв‘язку зі зростанням кількості випадків гібридних протистоянь в економічних і військових сферах поновлюється інтерес до такого розділу інформатики, як криптографія. Нині створено програмний комплекс генерування і тестування псевдовипадкових і випадкових послідовностей для побудови ключової інформації, використовуваної в засобах криптографічного захисту. Розроблено основи побудови інфраструктури центрів сертифікації відкритих ключів, які є невіддільною складовою систем електронного документообігу. Нові оригінальні алгоритми розв’язання задач комп’ютерної стеганографії, уможливлюють приховане передавання інформації відкритими каналами зв’язку, а також, дають змогу не знаючи таємного стеганоключа, робити висновки щодо наявності
|
прихованої інформації в цифрових аудіо- та відеоконтейнерах і зображеннях. Розробки не мають аналогів у світі. Результати посилили оборонно-промисловий комплекс України в галузі захисту інформації.
Космічні дослідження
Україна входить до обмеженого переліку держав, які мають повний цикл створення ракет-носіїв.
Сучасна проблема забезпечення поздовжньої стійкості рідинних ракет-носіїв (РН) на активній ділянці польоту є однією з найактуальніших науково-технічних проблем ракетно-космічної техніки, які виникають під час створення нових і модернізації наявних РН як в Україні, так і за кордоном. Її вирішення багато в чому визначає надійність функціонування рідинних РН та їхніх систем.
Інституту технічної механіки НАН України і Державному космічному агентству України (ДКАУ) належать провідні позиції в Україні та за кордоном у наукових дослідженнях, спрямованих на вирішення різних проблем динаміки рідинних РН і їх підсистем. Науковці розвинули лінійну теорію поздовжньої стійкості рідинних РН передусім з урахуванням явищ кавітації в насосах рідинних ракетних рушійних установок (РРРУ) в математичних моделях динаміки системи «РРРУ — корпус РН». Врахування явищ кавітації такого роду не має аналогів за кордоном і дозволяє виконувати достовірні прогнози поздовжньої стійкості рідинних РН.
Розроблено науково-методичне забезпечення для прогнозування поздовжньої стійкості рідинних РН і динамічних навантажень на конструкції ракет і космічних апаратів на активній ділянці польоту. Такого роду розробки не мають аналогів в світовій практиці і є ключовими у теоретичних дослідженнях, спрямованих на вирішення проблеми забезпечення поздовжньої стійкості рідинних РН. Розроблене науково-методичне забезпечення використовувалося для аналізу поздовжньої стійкості рідинних РН різного призначення, створених у КБ «Південне» — РН «Циклон», «Дніпро», «Зеніт» «Циклон-3», «Циклон-4», «Зеніт-2», «Зеніт-2SL», «Зеніт?3SL», «Зеніт-2SLБ», «Зеніт-3SLБ», та в інших організаціях ракетно-космічної галузі.
На замовлення виконано теоретичний аналіз динамічних властивостей РН «Антарес», яка розроблялась за завданням Orbital Sciences Corporation (США), і визначено вимоги до газорідинного демпфера поздовжніх коливань для забезпечення поздовжньої стійкості РН. Одержані результати дали змогу Інституту дати практичні рекомендації із забезпечення поздовжньої стійкості РН «Антарес», які було реалізовано компанією Orbital Sciences Corporation.
Освоєння космічного простору потребує дослідження можливостей реалізації на орбіті звичного для людини середовища. Для вивчення впливу чинників космічного польоту на рослини та мікроорганізми, які росли та розвивалися в орбітальному польоті, було створено спеціальні культиватори та термостати, що давали змогу задавати необхідні для різних об’єктів температуру та освітлення, використовувати відповідні фіксуючі пристрої на орбіті, уникаючи таким чином впливу на біологічні об’єкти чинників, пов’язаних із спуском космічного апарата на Землю. Методичні розробки дозволили використати ультраструктурну організацію клітини та її зміни в якості одного з надійних індикаторів оцінки ступеня впливу чинників космічного польоту, зокрема мікрогравітації, на функціонування клітин.
Одержаний у космічних і модельних експериментах матеріал дав можливість позитивно відповісти на дискусійне питання щодо можливості впливу мікрогравітації на мікроорганізми та клітини в системі тканин і викласти сутність відкриття: рослинні клітини, не спеціалізовані до сприйняття гравітації, відповідають на відсутність гравітаційного вектора змінами метаболізму та функціонального навантаження органел, які відображаються у перебудові ультраструктури органел. Удосконалення методів молекулярної біології та їх застосування для досліджень експресії генів і синтезу білків в космічному польоті підтвердили та поглибили уявлення про гравічутливість рослинних клітин, перш за все, в аспекті специфічності відповідей клітин різних органів на дію мікрогравітації. Нині фундаментальні дослідження реакцій рослин на клітинному та молекулярному рівнях на дію мікрогравітації є науковим підґрунтям розробки технологій біорегенеративних систем забезпечення космонавтів, необхідним компонентом яких є автотрофна ланка.
Співробітництво науки та промисловості
Співробітництво Інституту проблем машинобудування ім. А. М. Підгорного НАН України в галузі сучасної енергетики та високотехнологічного машинобудування спрямовано на підвищення ефективності і перспективності використання розроблених в Інституті методів розрахунку й реалізації запропонованих технічних рішень для створення сучасних турбомашин та іншого машинобудівного обладнання в інтересах впровадження результатів досліджень в інженерну практику на основі існуючих договорів про співробітництво між Національною академією наук України та провідними вітчизняними підприємствами. В рамках Генеральної угоди про співпрацю між Академією та флагманом вітчизняного енергомашинобудування АТ «Турбоатом» було розроблено нову надпотужну турбіну для АЕС і нові гідротурбіни. Ці велетні вітчизняної індустрії, які плідно працюють, мають суцільнозварні ротори. Такі ротори діаметром від 4 до 5 метрів, масою 200 тонн не мають аналогів у світі.
Діяльність ННЦ «Харківський фізико-технічний інститут» спрямована на дослідження і розробки в галузі радіаційного матеріалознавства для забезпечення сталої ядерної енергетики України. Серед широкого переліку проблем особливе місце посідають проблеми безпечної роботи енергоблоків АЕС, а також оцінювання та подовження ресурсу корпусів реакторів і основного обладнання атомних станцій. Завдяки співпраці установ НАН України з НАЕК «Енергоатом» вже подовжено термін експлуатації 9 блоків. Це дозволило державі зекономити значні кошти та час, необхідний для будівництва нових реакторів. Не менш важливим напрямом діяльності науковців є участь у роботах з підвищення терміну експлуатації матеріалів активної зони. Успішно ведуться роботи зі створення ядерного палива, стійкого до аварійних умов. На часі питання удосконалення й створення нових ядерних технологій та матеріалів, покликаних підвищити безпеку виробництва електроенергії на АЕС та економічну ефективність ядерної галузі.
Співробітництво Фізико-технологічного інституту металів та сплавів НАН України щодо створення високотехнологічної бази вітчизняних металургійних мікровиробництв засноване на фундаментальних і прикладних дослідженнях в галузі магнітної гідродинаміки, електротехніки та металургії. Разом з виробничими підприємствами сформульовано концептуальні підходи щодо обґрунтувань інноваційних технологічних рішень. Ці результати становлять основу новітнього МГД?металургійного комплексу виготовлення високоякісної металопродукції для машинобудівних підприємств України, який створюється за участю інститутів фізико-технологічних металів та сплавів, електродинаміки НАН України та Національного технічного університету «Харківський політехнічний інститут». Таке обладнання і технології не мають аналогів за кордоном. Основні їх елементи пройшли успішне випробування, у тому числі в умовах такого високотехнологічного виробництва, як діючий комплекс електрошлакової наплавки валків прокатних станів на Новокраматорському машинобудівному заводі. При цьому вперше у світі був розроблений і впроваджений багатофункціональний МГД-міксер-дозатор
рідкої сталі корисною місткістю 6 тонн — прототип магнітодинамічного проміжного ковша.
Співробітництво Інституту загальної енергетики НАН України щодо наукового забезпечення видобутку вуглеводневої сировини зосереджено на проблемних питаннях раціонального освоєння вуглеводневого потенціалу України. Це співробітництво почалося з «інвентаризації» можливостей наукових установ НАН України та Івано-Франківського національного технічного університету нафти і газу, що дозволило представити загальну характеристику перспектив нарощування видобутку цих ресурсів в Україні. У зв‘язку з дефіцитом в Україні власних енергоресурсів, вирішення проблеми в значній мірі полягає у координації діяльності науковців та фахівців, що дасть змогу ефективно використовувати наявні фінансові, матеріально-технічні та кадрові ресурси.
З метою розгортання співробітництва Інституту електрозварювання ім. Є. О. Патона НАН України з промисловістю щодо розвитку спеціальної електрометалургії титану в Україні в інституті створено технологію електронно-променевого плавлення сплавів на основі титану та розроблено спеціалізовані електронно-променеві установки для її промислової реалізації, що дозволяють виплавляти зливки масою до 20 тонн. Створення в рамках Академії дослідно-промислового виробництва зливків титанових сплавів дозволило вирішити проблему імпортозаміщення високоміцних титанових сплавів для потреб оборонної промисловості держави. Відкрилася також перспектива співпрацювати з вітчизняними підприємствами у створенні титанових напівфабрикатів (поковок, прутків, труб тощо) та виробів. Особливу увагу приділено організації виробництва витратних матеріалів (порошків та дроту) з титанових сплавів для потреб новітньої індустрії адитивних технологій.
Особливого значення набуває співробітництво Інституту проблем матеріалознавства ім. І. М. Францевича НАН України в межах вирішення фундаментальних проблем відновлювано-водневої енергетики і паливно-комірчаних технологій. Вже розроблено наукові основи електрохімічних, плазмохімічних та мікробіологічних методів отримання водню. Разом з фундаментальними результатами створено низку готових технологічних рішень. Запропоновано методи створення ефективних водень-акумулюючих матеріалів для зберігання водню та виробництва нових матеріалів паливних комірок для його використання. Проведено монтаж і наладку дослідно-демонстраційної установки отримання водню з використанням відновлюваних джерел енергії й розроблено конструкцію установки для формування силових оболонок на поверхні балонів, призначених для зберігання водню. Також підготовлено експериментальний зразок батареї паливних комірок і проведено його стендові випробування.
Важливим фактором освоєння людиною космосу є оснащення космонавтів інструментами, які є пристосованими до умов відсутності гравітації і безповітряного простору. Цьому слугують експерименти у відкритому космосі. Комплексну програму наукових досліджень, метою якої було створення апаратури й технологій, зокрема, для з’єднання матеріалів у космосі методом зварювання, було розроблено за ініціативи Головного конструктора космічної техніки С. П. Корольова ще в 1964 р. Розроблену програму почали реалізовувати 1965 р. З часом, в Інституті електозварювання ім Є. О. Патона було створено експериментальну автоматичну установку «Вулкан», що давала можливість виконувати зварювання трьома зазначеними способами. Її було доставлено на борт космічного корабля «Союз?6», і в жовтні 1969 р. льотчиками-космонавтами В. М. Кубасовим і Г. С. Шоніним уперше в історії проведено експерименти зі зварювання і різання металів у космосі. Цей експеримент започаткував створення нового науково-технічного напряму — космічної технології. На даний час розроблено і опробовано обладнання, яке дозволяє зварювати матеріали практично всіх товщин, що застосовуються у космічному обладнанні. Нова конструкція електронно-променевої гармати дозволила значно збільшити строк її роботи в космосі і можливість працювати як у ручному, так і в автоматичному режимах.
Інститут технічної механіки НАН України активно співпрацює за темою «Динаміка перспективних космічних апаратів» з Державним космічним агентством (ДКА) України. В розрізі цього співробітництва вирішуються актуальні питання теоретичного та експериментального моделювання космічних систем різного призначення. Результати дослідження процесів керування такими системами використовуються для науково-технічного забезпечення вирішення нагальних проблем сучасної космонавтики, зокрема використання сонячних електростанцій космічного базування, створення та використання космічних тросових систем, вирішення питання боротьби з космічним сміттям. Багато фундаментальних та прикладних результатів учених НАН України вже втілені в ряді проєктів космічної галузі України, зокрема при створенні космічних апаратів серії «Січ», а також «Мікросат», при проєктуванні ракети-носія «Циклон?4», при розробці проєкту тросової системи для дослідження космічного простору.
Практичне значення мають дослідження і розробки у межах тематики «Комп’ютерне моделювання аеротермогазодинамічних процесів у технічних об’єктах (ракетно-космічна техніка, енергетика, металургія)». Зокрема, отримано суттєві результати у галузі аерогідромеханіки та тепломасообміну, які мають практичне значення для проєктування прямоточних повітряно-реактивних двигунів, перспективних для застосування у військовій техніці, оцінювання теплофізичних параметрів струменя ракетного двигуна з метою захисту пускового обладнання, вирішення задач надзвукового обтікання ракет-носіїв для покращення їх аеродинамічних характеристик. Крім того, важливе значення мають дослідження, спрямовані на використання водовугільного палива в енергетичній галузі, та розробки в галузі технологій газополум’яного нанесення покриттів. Окремі результати, отримані в рамках співпраці з КБ «Південне», які застосовані при виконанні космічних проєктів, зокрема міжнародного проєкту зі створення ракети космічного призначення «Циклон?4».
Успіхи вітчизняної космічної галузі багато в чому залежали від багаторічної співпраці інститутів НАН України та КБ «Південне». Внаслідок взаємодії КБ «Південне» та наукових установ НАН України в рамках укладеної Генеральної угоди про науково-технічне співробітництво в галузі створення ракетно-космічної техніки отримано багато практично значущих результатів. Тільки в 2018 р.було виконано наступні роботи: проведено деталізований аналіз існуючих стратегій побудови і розвитку місячних житлових споруджень (Інститут електрозварювання ім. Є. О. Патона); розроблена методика аналізу турбулентних пульсацій на обтічнику ракети-носія (Інститут проблем машинобудування ім. А. М. Підгороного); проведено відпрацювання технології виконання зварних з’єднань методом зварювання тертям з перемішуванням на зразках сплавів 7075,2219,2099 (Інститут надтвердих матеріалів ім. В. М. Бакуля); виконані роботи з визначення фізико-механічних характеристик вуглепластику виконаного методом ЗD?друку в умовах дії кріогенних температур (Інститут проблем міцності ім. Г. С. Писаренка); розроблено програми і методики проведення радіаційних випробувань модуля телеметрії для супутника Січ?2–1 (Інститут електронної фізики); проведені випробування власної внутрішньої атмосфери супутника формату КУБСАТ та представлені рекомендації із забезпечення заданого рівня тиску остаточного газового середовища і негерметичних відсіках супутників (Інститут технічної механіки НАН України і ДКА України).
Співробітництво НАН України з Українським союзом промисловців та підприємців (далі — УСПП) здійснюється згідно Меморандуму, укладеного у 2017 р. В межах Плану спільних заходів задля ознайомлення вітчизняних промисловців з сучасними розробками та наявним в НАН України науково-технічним потенціалом в галузі матеріалознавства Рада директорів підприємств м. Києва відвідала Інститут надтвердих матеріалів ім. В. М. Бакуля НАН України, Інститут технічної теплофізики НАН України.
Інститутом досліджень науково-технічного потенціалу та історії науки ім. Г. М. Доброва НАН України разом з УСПП із залученням таких громадських організацій, як Інститут еволюційної економіки, Академія сучасного політика, Агенція європейських інновацій проводяться круглі столи, форуми, семінари, конференції всеукраїнського і міжнародного рівня з питань прогнозування макроекономічної динаміки економіки України та світу, інвестиційної підтримки інноваційних процесів, розвитку інноваційної системи в Україні в контексті євроінтеграції.
Практика взаємодії науковців НАН України з представниками промислових підприємств свідчить про значну фахову зацікавленість останніх в науково-технічних розробках наукових установ Академії. Разом з тим, ситуація, яка склалася в економіці України, не викликає значної зацікавленості бізнесу інвестувати у реалізацію науково-технічних розробок та налагодження випуску інноваційної продукції. У зв’язку з цим існує необхідність не лише системної взаємодії реального сектору економіки України з фахівцями НАН України, але й вжиття державою дієвих заходів зі стимулювання інноваційної діяльності з метою уникнення загострення негативних тенденцій в економіці України.
Підвищується роль НАН України в аспекті імплементації директив ЄС, що стосуються виконання вимог щодо реалізації Угоди про Асоціацію Україна — ЄС. Прикладом цього є завдання щодо біоіндикації екологічного стану річкових систем України у галузі довкілля. В межах цього завдання розроблено комплексну систему діагностики, контролю і прогнозу екологічного стану та біорізноманіття водних екосистем. Успішно апробовано розроблену в Інституті оригінальну систему екологічного моніторингу української частини басейну Дунаю, створено систему гідроекологічної оцінки стану річок Карпат, підготовлено плани управління річковими басейнами річок Прип’ять, Тиса, Південний Буг та Дніпро. Ці завдання виконувалися у співпраці Інституту гідробіології НАН України з Державним агентством водних ресурсів України щодо використання досвіду створення регіональної системи контролю та оцінювання стану водних екосистем в контексті Водної рамкової директиви ЄС.
Розгортається міжнародна співпраця в галузі керованого термоядерного синтезу Інституту фізики плазми ННЦ «Харківський фізико-технічний інститут» в рамках дослідницьких програм ЄВРАТОМ. Це співробітництво базується на міжнародному консорціуму зі створення дослідницького реактора ІТЕР, який уже споруджується у Франції. Установи Академії наук України мають певні здобутки, кадровий потенціал і матеріально-технічну базу для досліджень з керованого термоядерного синтезу. У країні створено низку термоядерних, технологічних та дослідницьких установок, що дозволяє брати участь у найсучасніших дослідженнях з вивчення термоядерних систем, діагностики плазми, а також створення матеріалів для ядерної і термоядерної енергетики. Щодо плазмових технологій, то над розробками в цій сфері працюють близько десяти установ НАН України. За умов поліпшення координації цих досліджень можна зробити помітний крок у напрямі розвитку високотехнологічного виробництва, яке нині практично повністю імпортується. Ця робота має принципово міждисциплінарний характер, яка включає не лише різноманітні плазмові аспекти, а й питання матеріалів для термоядерних реакторів, розробки надпровідників, нових покриттів і сполук, методів їх з’єднання тощо. У зв’язку з цим для виконання досліджень в сфері термоядерного синтезу як в ЄС, так і в США, Японії, Південній Кореї, Китаї, Росії зусилля фахівців різних галузей науки обов‘язково об’єднаються в рамках дослідницьких програм.
|
