textarchive.ru

Главная > Автореферат диссертации


ОТЧЕТНЫЙ ДОКЛАД

Президиума

РОССИЙСКОЙ

АКАДЕМИИ НАУК

Научные достижения

Российской академии наук

в 2008 году

МОСКВА 2009

УДК 001

ББК 73

О-88

I SBN 978-5-02-037073-9  Российская академия наук, 2009

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 12

О СОСТОЯНИИ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПРИКЛАДНЫХ НАУК В РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 18

МАТЕМАТИЧЕСКИЕ НАУКИ 18

ФИЗИЧЕСКИЕ НАУКИ 22

НАНОТЕХНОЛОГИИ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ 25

ЭНЕРГЕТИКА, МАШИНОСТРОЕНИЕ, МЕХАНИКА И ПРОЦЕССЫ УПРАВЛЕНИЯ 30

ХИМИЧЕСКИЕ НАУКИ И НАУКИ О МАТЕРИАЛАХ 34

БИОЛОГИЧЕСКИЕ НАУКИ 39

НАУКИ О ЗЕМЛЕ 43

ОБЩЕСТВЕННЫЕ НАУКИ 48

ИСТОРИКО-ФИЛОЛОГИЧЕСКИЕ НАУКИ 53

ВАЖНЕЙШИЕ НАУЧНЫЕ ДОСТИЖЕНИЯ 62

I. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ НАУКИ 62

1.Современные проблемы теоретической математики 62

2.Математическая физика и математические проблемы механики, физики и астрономии 68

3.Вычислительная математика, параллельные и распределенные вычисления 70

4.Математическое моделирование в науке и технике 73

5.Современные проблемы дискретной математики и теоретической информатики 76

II. ФИЗИЧЕСКИЕ НАУКИ 79

6.Актуальные про-блемы физики кон-денсированных сред, в том числе кванто-вой макрофизики, мезоскопики, физики наноструктур, спин-троники, сверх-проводимости 79

7.Физическое материаловедение: новые материалы и структуры, в том числе фуллерены, нанотрубки, графены, другие наноматериалы, а также метаматериалы 84

8.Актуальные проблемы оптики и лазерной физики, в том числе достижение предельных концентраций мощности и энергии во времени, пространстве и спектральном диапазоне, освоение новых диапазонов спектра, спектроскопия сверхвысокого разрешения и стандарты частоты, прецизионные оптические измерения, проблемы квантовой и атомной оптики, взаимодействие излучения с веществом 85

9.Фундаменталь-ные основы лазерных технологий, включая обработку и модификацию материалов, оптическую информатику, связь, навигацию и медицину 86

10.Современные проблемы радиофизики и акустики, в том числе фундаментальные основы радиофизических и акустических методов связи, локации и диагностики, изучение нелинейных волновых явлений 87

11.Фундаменталь-ные проблемы физической электроники, в том числе разработка методов генерации, приема и преобразования электромагнитных волн с помощью твердотельных и вакуумных устройств, акустоэлектроника, релятивистская СВЧ-электроника больших мощностей, физика мощных пучков заряженных частиц 88

12.Современные проблемы физики плазмы, включая физику высоко-температурной плазмы и управ-ляемого термо-ядерного синтеза, физику астро-физической плазмы, физику низко-температурной плазмы и основы ее применения в технологических процессах 89

13.Современные проблемы ядерной физики, в том числе физики элементарных частиц и фундаментальных взаимодействий, включая физику нейтрино и астрофизические и космологические аспекты, а также физики атомного ядра, физики ускорителей заряженных частиц и детекторов, создание интенсивных источников нейтронов, мюонов, синхротронного излучения и их применения в науке, технологиях и медицине 90

14.Современные проблемы астрономии, астрофизики и исследования космического пространства, в том числе происхождение, строение и эволюция Вселенной, природа темной материи и темной энергии, исследование Луны и планет, Солнца и солнечно-земных связей, исследование экзопланет и поиски внеземных цивилизаций, развитие методов и аппаратуры внеатмосферной астрономии и исследований космоса, координатно-временное обеспечение фундаментальных исследований и практических задач 96

III. ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ 100

15.Основы развития и функционирования энергетических систем в рыночных условиях, включая проблемы энергоэффективнос-ти экономики и глобализации энергетики, энергобезопасность, энергоресурсо-сбережение и комплексное использование природных топлив 100

16.Физико-технические и экологические проблемы энергетики, тепломассообмен, теплофизические и электрофизические свойства веществ, низкотемпературная плазма и технологии на ее основе 101

17.Фундаменталь-ные проблемы современной электротехники, импульсной и возобновляемой энергетики 106

18.Атомная, термоядерная, водородная и космическая энергетика 107

19.Общая механика, динамика космических тел, транспортных средств и управляемых аппаратов, биомеханика, механика жидкости, газа и плазмы, неидеальных и многофазных сред, а также механика горения, детонации и взрыва 109

20.Механика твердого тела, физика и механика деформирования и разрушения, механика композиционных и наноматериалов, а также трибология 112

21.Теория машин и механизмов, анализ и синтез машинных комплексов, фунда-ментальные проблемы машин и сложных технических систем, включая безо-пасность, ресурс и живучесть, снижение техногенных и технологических рисков для объектов гражданского и оборонного назначения, проблемы аэрокосмической техники, морских и наземных транспортных систем 116

22.Комплексные проблемы машиноведения, эргономика и бмомеханика систем «человек-машина-среда», создание и функционирование макро- и микроробототехни-ческих, мехатронных комплексов, динамика машин, волновые и вибрационные процессы в технике 118

23.Создание перспективных конструкций, материалов и технологий в авиации, ракетной и атомной технике, судостроении, наземном транспорте, станко- и приборостроении 120

24.Теория систем, общая теория управления сложными техническими и другими динамическими системами, в том числе единая теория управления, вычислений и сетевых связей, а  также теория сложных информационно-управляющих систем, групповое управление и распределенное управление 121

25.Человеко-машинный симбиоз, интеллектуальное управление, управление в неопределенных средах и управление в междисципли-нарных моделях организационных, социальных, экономических, биологических и экологических систем 125

26.Управление движением, управление в энергетических и транспортных системах, управление производством (автоматизация проектирования, автоматизация технологических процессов, логистика), мультидисципли-нарная координация и управление в глобальных производственных системах, а также кооперативное управление 127

IV. ИНФОРМАТИКА И ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ 131

27.Теория информации, научные основы информационно-вычислительных систем и сетей, информатизация общества 131

28.Системный анализ, искусственный интеллект, системы распознавания образов, принятие решений при многих критериях 135

29.Системы автоматизации, GALS-технологии, математические модели и методы исследования сложных управляющих систем и процессов 140

30.Нейро-информатика и биоинформатика, научные основы и применения 144

31.Проблемы создания глобальных и интегрированных информационно-телекоммуникаци-онных систем и сетей. Развитие GRID технологий и стандартов 144

32.Архитектура, системные решения, программное обеспечение и информационная безопасность информационно-вычислительных комплексов и сетей новых поколений, системное программирование 146

33.Элементная база микроэлектроники, наноэлектроники и квантовых компьютеров, материалы для микро- и наноэлектроники, микросистемная техника, твердотельная электроника 149

34.Опто-, радио- и акустоэлектроника, оптическая и СВЧ-связь, лазерные технологии 153

35.Локационные системы 155

V. ХИМИЧЕСКИЕ НАУКИ И НАУКИ О МАТЕРИАЛАХ 156

36.Теоретическая химия и развитие методологии органического и неорганического синтеза, новые методы физико-химических исследований 156

37.Современные проблемы химии материалов, включая наноматериалы 162

38.Научные основы экологически безопасных и ресурсосберега-ющих химико-технологических процессов 169

39.Химические аспекты современной экологии и рационального природопользова-ния, включая научные проблемы утилизации и безопасного хранения радиоактивных отходов 170

40.Химические аспекты энергетики: фундаментальные исследования в области создания новых химических источников тока, разработки технологий получения топлив из ненефтяного и возобновляемого сырья, высоко-энергетических веществ и материалов 172

41.Химические проблемы создания фармакологически активных веществ нового поколения 173

VI. БИОЛОГИЧЕСКИЕ НАУКИ 176

42.Биологическое развитие и эволюция живых систем 176

43.Экология организмов и сообществ 179

44.Биологическое разнообразие 183

45.Общая генетика 188

46.Структура и функции биомолекул и надмолекулярных комплексов 190

47.Молекулярная генетика, механизмы реализации генетической информации, биоинженерия 194

48.Молекулярные механизмы клеточной дифференцировки, иммунитета и онкогенеза 196

49.Клеточная биология, теоретические основы клеточных технологий 199

50.Биофизика, радиобиология, математические модели в биологии, биоинформатика 202

51.Биотехнология 205

52.Физиология нервной и висцеральных систем, клиническая физиология 210

53.Эволюционная, экологическая физиология, системы жизнеобеспечения и защиты человека 215

VII. НАУКИ О ЗЕМЛЕ 218

54.Изучение строения и формирования основных типов геологических структур и геодинамических закономерностей вещественно-структурной эволюции твердых оболочек Земли, фундаментальные проблемы осадочного породообразования, магматизма, метаморфизма и минерало-образования 218

55.Периодизация истории Земли, определение длительности и корреляция геологических событий на основе развития методов геохронологии, стратиграфии и палеонтологии 221

56.Физические поля Земли – природа, взаимодействие, геодинамика и внутреннее строение Земли 222

57.Изучение вещества, строения и эволюции Земли и других планет методами геохимии и космогеохимии 224

58.Геология месторождений полезных ископаемых, научные основы формирования минерально-сырьевой базы 224

59.Осадочные бассейны и их ресурсный потенциал, фундаментальные проблемы геологии и геохимии нефти и газа 227

60.Комплексное освоение недр и подземного пространства Земли, 229

разработка новых методов освоения природных и техногенных месторождений 229

61.Мировой океан –физические, химические и биологические процессы, геология, геодинамика и минеральные ресурсы океанской литосферы, роль океана в формировании климата Земли 230

62.Динамика и охрана подземных и поверхностных вод, ледники, проблемы водообеспечения страны 232

63.Физические и химические процессы в атмосфере и на поверхности Земли, механизмы формирования и изменения климата, проблемы криосферы 233

64.Катастрофиче-ские процессы природного и техногенного происхождения, сейсмичность – изучение и прогноз 234

65.Эволюция окружающей среды и климата под воздействием природных и антропогенных факторов, научные основы рационального природопользова-ния, использование традиционных и новых источников энергии 236

66.Разработка методов, технологий, технических и аналитических средств исследований поверхности и недр Земли, гидросферы и атмосферы, геоинформатика 238

67.Цивилизацион-ные перемены в современной России: духовные процессы, ценности и идеалы 239

68.Политические отношения в российском обществе – власть, демократия и личность, проблемы и пути консолидации современного российского общества 241

69.Трансформация социальной структуры российского общества 244

70.Укрепление российской государственности, включая федеративные отношения 246

71.Человек как субъект обществен-ных изменений – социальные, гуманитарные и психологические проблемы, проблемы развития массового сознания 248

72.Методологиче-ские проблемы экономической теории и становления экономики, основанной на знаниях 249

73.Теория и методы экономико-математического моделирования сценариев социально-экономического и инновационного развития Российской Федерации 251

74.Комплексное социально-экономическое прогнозирование развития Российской Федерации 253

75.Проблемы и механизмы обеспечения экономической, социальной и экологической безопасности Российской Федерации 255

76.Научные основы региональной политики и устойчивое развитие регионов и городов 257

77.Формирование основ современной системы международных отношений 261

78.Комплексные исследования экономического и политического развития иностранных государств и регионов мира во взаимосвязи с национальными интересами Российской Федерации, опыт реформ в иностранных государствах 263

79.Место Российской Федерации в мировом хозяйстве, особенности интеграции Российской Федерации в мировое экономическое сообщество 267

80.Международ-ный терроризм, проблемы обеспечения национальной безопасности Российской Федерации 269

IX. ИСТОРИКО-ФИЛОЛОГИЧЕСКИЕ НАУКИ 270

81.Комплексные исследования этногенеза, этнокультурного облика народов, современных этнических процессов, историко-культурного взаимодействия в Евразии 270

82.Сохранение и изучение культурного, археологического и научного наследия: выявление, систематизация, научное описание, реставрация и консервация 273

83.Изучение исторических истоков терроризма, мониторинг ксенофобии и экстремизма в российском обществе, антропология экстремальных групп и субкультур, анализ комплекса этнических и религиозных факторов в локальных и глобальных процессах прошлого и современности 274

84.Проблемы теории исторического процесса, обобщение опыта социальных трансформаций и общественный потенциал истории 276

85.Изучение эволюции человека, обществ и цивилизаций, человек в истории и история повседневности, ретроспективный анализ форм и содержания взаимоотношений власти и общества 278

86.Исследование государственного развития России и ее места в мировом историческом и культурном процессе 279

87.Изучение духовных и эстетических ценностей отечественной и мировой литературы и фольклора 281

88.Проблемы теории, структуры и исторического развития языков мира, изучение эволюции, грамматического и лексического строя русского языка 283

ИНДИКАТОРЫ ЭФФЕКТИВНОСТИ РЕАЛИЗАЦИИ ПЛАНА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ РАН НА 2008 Г. 286

Приложение 291

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ, ПОЛУЧЕННЫЕ В РАМКАХ ПРОГРАММ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПРЕЗИДИУМА РАН 291

1. КВАНТОВЫЕ НАНОСТРУКТУРЫ 294

2. ФЕМТОСЕКУНДНАЯ ОПТИКА И НОВЫЕ ОПТИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ 295

2.1. Фемтосекундная оптика и физика сверхсильных полей 295

2.2. Новые оптические материалы 296

3. КВАНТОВАЯ МАКРОФИЗИКА 297

4. ПРОИСХОЖДЕНИЕ И ЭВОЛЮЦИЯ ЗВЕЗД И ГАЛАКТИК 299

5. ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ РЕЛЯТИВИСТСКОЙ ИМПУЛЬСНОЙ СТАЦИОНАРНОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ БОЛЬШОЙ МОЩНОСТИ 300

5.1. Нано- и пикосекундная релятивистская электроника большой мощности 300

5.2. Электромагнитные волны терагерцевого диапазона 302

6. НЕЙТРИННАЯ ФИЗИКА 302

7. ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИ 304

7.1. Экологически чистая энергетика на основе альтернативных энергоносителей 304

7.2. Биотопливо и энергоносители из возобновляемого сырья 305

8. РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ПОЛУЧЕНИЯ ХИМИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ И СОЗДАНИЕ НОВЫХ МАТЕРИАЛОВ 308

8.1. Органические и гибридные наноструктурированные материалы для фотоники 308

8.2. Направленный синтез неорганических веществ с заданными свойствами и создание функциональных материалов на их основе 309

8.3. Дизайн молекулярных магнитноактивных веществ и материалов 310

8.4. Развитие методологии органического синтеза и создание соединений с ценными прикладными свойствами 311

8.5. Полифункциональные материалы для молекулярной электроники 312

8.6. Фундаментальные основы создания новых функциональных и конструкционных неорганических материалов, в том числе на базе нанотехнологий 313

9. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЕЩЕСТВА В ЭКСТРЕМАЛЬНЫХ УСЛОВИЯХ 315

9.1. Теплофизика экстремального состояния вещества 315

9.2. Фундаментальные проблемы магнитоплазменной аэродинамики 317

9.3. Физика и механика сильно сжатого вещества и проблемы внутреннего строения Земли и планет 319

9.4. Фундаментальные проблемы плотной низкотемпературной плазмы 320

10. МОЛЕКУЛЯРНАЯ И КЛЕТОЧНАЯ БИОЛОГИЯ 321

10.1. Регуляция экспрессии геномов и геномов на уровне транскрипции (функциональная геномика) 321

10.2. Синтез белка и регуляция экспрессии генов на уровне информационных РНК 322

10.3. Протеомика, выяснение структуры и функции особоважных белков 323

10.4. Клеточная биология, включая стволовые клетки 323

10.5. Генно-инженерные подходы к лечению социально-важных болезней 324

11. БИОРАЗНООБРАЗИЕ И ДИНАМИКА ГЕНОФОНДОВ 325

12. ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ НАУКИ - МЕДИЦИНЕ 326

13. ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ НЕЛИНЕЙНОЙ ДИНАМИКИ 328

14. ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ИНФОРМАТИКИ И ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ 333

15. РАЗРАБОТКА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ ОСНОВ СОЗДАНИЯ НАУЧНОЙ РАСПРЕДЕЛЕННОЙ ИНФОРМАЦИОННО-ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ СРЕДЫ НА ОСНОВЕ ТЕХНОЛОГИЙ GRID 336

16. ИЗМЕНЕНИЕ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ И КЛИМАТА: ПРИРОДНЫЕ КАТАСТРОФЫ 341

17. ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ОКЕАНОЛОГИИ: ФИЗИКА, ГЕОЛОГИЯ, БИОЛОГИЯ, ЭКОЛОГИЯ 343

18. ПРОИСХОЖДЕНИЕ И ЭВОЛЮЦИЯ БИОСФЕРЫ 345

19. ПРОГНОЗ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО РАЗВИТИЯ ЭКОНОМИКИ РОССИИ С УЧЕТОМ НОВЫХ МИРОВЫХ ИНТЕГРАЦИОННЫХ ПРОЦЕССОВ 347

20. ЭКОНОМИКА И СОЦИОЛОГИЯ ЗНАНИЯ 350

21. АДАПТАЦИЯ НАРОДОВ И КУЛЬТУР К ИЗМЕНЕНИЯМ ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ, СОЦИАЛЬНЫМ И ТЕХНОГЕННЫМ ТРАНСФОРМАЦИЯМ 350

22. ПРОЦЕССЫ УПРАВЛЕНИЯ 353

23. ИЗДАНИЕ ТРУДОВ ВЫДАЮЩИХСЯ УЧЕНЫХ 354

ПРИНЯТЫЕ СОКРАЩЕНИЯ 355

ПРИНЯТЫЕ СОКРАЩЕНИЯ Error: Reference source not found

ВВЕДЕНИЕ

Настоящий отчет подготовлен согласно ст. 27 (д) Устава РАН в соответствии с распоряжением Правительства Российской Федерации от 27 февраля 2008 г. № 233-р об утверждении Программы фундаментальных исследований государственных академий наук на 2008 – 2012 годы и поручением Правительства Российской Федерации от 15 декабря 2006 г. № МФ-П7-6002 «О реализации Федерального закона «О внесении изменений в Федеральный закон «О науке и государственной научно-технической политике» и Федеральный закон «Об архивном деле в Российской Федерации» от 4 декабря 2006 г. № 202-ФЗ.

В настоящее время многие отрасли отечественной науки остаются на передовых мировых рубежах. Однако в России результаты научных исследований практически не востребованы, несмотря на настоятельную необходимость перехода экономики страны на инновационный путь развития.

Это, прежде всего, связано с двумя пока не преодоленными негативными тенденциями. Первая из них определяется исключительной ориентацией экономики на сырьевую и утилизационную специализацию, вторая – самой спецификой построенной в России рыночной экономики, в которой конкурентные преимущества хозяйствующих организаций определяются не уровнем используемых знаний, а административными факторами. В результате такой политики наше государство с начала 90-х годов в течение уже более 15 лет фактически исключало достойную финансовую поддержку научной деятельности, а бизнес так и не нашел стимулов для организации и финансирования собственных исследований, отдавая предпочтение импорту и внедрению в производство далеко не самых передовых зарубежных технологий.

К сожалению, в нашей стране до сих пор не удается преодолеть запрет на создание инновационных коммерческих структур при организациях академического сектора науки. Этот запрет полностью противоречит требованиям государственных органов к повышению роли отечественной науки как источника инновационного процесса. Более того, он полностью отрицает возможность такой ее роли.

Однако следует подчеркнуть, что в последнее пятилетие заметно возросло внимание к проблемам отечественной науки со стороны государства. Существенно выросли бюджетные ассигнования на фундаментальные исследования, в основном касающиеся развития академического сектора науки. Такая поддержка положительно повлияла на сокращение оттока специалистов, занятых научными исследованиями и разработками, хотя кардинального перелома в этой сфере пока не произошло. Ожидается, что дальнейший рост ассигнований на науку приведет к увеличению заработной платы работников академической науки и соответственному повышению престижа профессии ученого.

Выполнение государством в полной мере программы поддержки фундаментальных исследований позволит России приблизиться к уровню поддержки научных исследований и разработок за рубежом. В количественном выражении это означает сокращение отрыва России от ведущих стран мира по показателю величины внутренних затрат на исследования и разработки. Отчетные данные за 2006-2008 гг. показывают превышение темпов роста затрат на науку в России по сравнению с зарубежными странами на 12-13% в год. Однако развитие науки, как и других социально-экономических систем, инерционно. Поэтому проходившее в течение почти полутора десятилетий разрушение научной сферы не может быть быстро восстановлено. Научные школы создаются десятилетиями на основе преемственности поколений исследователей, формирования особой научной среды, которая, в конечном итоге, определяет уровень исследований и получаемых результатов.

Преодоление тенденций, ослабляющих российскую науку, потребует от государства формирования и последовательного проведения политики радикального изменения роли и места научного сектора в отечественной экономике и в жизни общества.

В связи со сказанным выше приводимые в настоящем докладе научные результаты следует рассматривать с учетом объективного положения, в котором находится сегодня отечественная наука.

В фундаментальной науке особое место занимает математика. Она является основой для эффективного развития как наук естественного и технического профиля, так и экономических, социальных и гуманитарных наук. Отмечается значительный рост перспективных приложений, разрабатываемых в сфере теоретической математики. При создании моделей реальных процессов в естественных науках, формировании различного рода хранилищ и баз данных широко используются методы теоретической информатики и дискретной математики. В сфере системного программирования выполняются проекты по разработке сложных научных и прикладных моделей природных явлений и технических устройств. Для расчетно-теоретических исследований важнейших научных, технических и инженерных проблем, выдвигаемых практикой, применяются научные достижения в области математического моделирования и вычислительной математики.

В разделе физических наук значительны перспективы использования результатов исследований по ряду направлений физики конденсированных сред(физики наноструктур, мезоскопики, спинтроники и изучения сверхпроводимости) для создания новой электронной и электронно-оптической элементной базы, разработки высокоэффективных полупроводниковых светодиодов и лазеров, преобразователей световой энергии в электрический ток. Научные достижения оптики и лазерной физики являются основой для разработки новейших технологий в промышленности, медицине и других областях, в частности, для создания принципиально новых хирургических инструментов, массового использования протонной терапии для лечения онкологических заболеваний. Исследования в области радиофизики и акустикисоздают основу для развития сверхдальней связи и радиолокации, космической навигации, средств радиоэлектронной борьбы и др. Созданные на базе фундаментальных результатов физического материаловедения атомные и молекулярные наноструктуры из металлов, элементов полупроводниковых соединений и биомолекул могут использоваться в качестве элементов приборов наноэлектроники и нанобиосенсоров, а также для создания новых композитных функциональных материалов, в частности с эффектом памяти формы. В области астрономии, астрофизики и исследовании космического пространства получены научные результаты мирового уровня в исследовании физики Солнца и свойств нейтрино, построена теория происхождения космических лучей сверхвысоких энергий, решались проблемы происхождения, строения и эволюции Вселенной, выяснения природы темной материи и темной энергии. Эти исследования создают основы для прорывов в понимании свойств материи на фундаментальном уровне.

Использование результатов современных исследований в области информационных технологий в настоящее время является необходимым условием конкурентоспособности продукции на мировых рынках. Поэтому в отчетном году данное научное направление развивалось достаточно активно. Исследования были направлены на создание фундаментальных основ развития отечественных технологий проектирования суперЭВМ на базе масштабируемой сети микропроцессоров, детального предсказательного моделирования и виртуального прототипирования в процессе создания перспективных изделий машиностроения, образцов новой техники, альтернативных и новых энергетических установок, а также технологий проектирования систем управления технологическими процессами на основе масштабируемых аппаратно-программных комплексов. Разрабатывались новые технологии, архитектуры, методы и алгоритмы для систем обработки, передачи и хранения видео-, аудио- и иной мультимедийной информации; исследовались фундаментальные проблемы сверхскоростной передачи оптической информации и теоретических основ сверхвысокоскоростных широкополосных беспроводных сетей с элементами искусственного интеллекта и систем связи высокого уровня интеллектуальности; проектировались вычислительные микросистемы на кристалле на основе сенсоров различной физической природы.

Результаты фундаментальных исследований в области нанотехнологий находят приложение практически во всех современных промышленных технологиях, во многом определяя их конкурентоспособность и перспективы развития.
В исследовании и получении полупроводниковых наногетероструктур, а также использовании их для создания современных информационных систем российскими учеными получены результаты мирового уровня. Быстродействующие электронные и оптоэлектронные приборы на основе полупроводниковых наногетероструктур составляют основу элементной базы современной стационарной и мобильной телекоммуникационной аппаратуры, волоконно-оптических линий связи, твердотельных источников света, систем радиолокации, спутниковой навигации, систем экологического мониторинга и контроля безопасности движения на транспорте, существующих и перспективных радиоэлектронных систем вооружения, в медицине и квантовой криптографии.

Исследования в области энергетики были направлены на разработку стратегий развития отраслей топливно-энергетического комплекса, совершенствование схем и параметров электростанций, электросетей, способов получения и использования различных типов топлива для них, поиск принципиально новых решений проблем энергетики. Проводились работы по диверсификации источников энергии и повышению эффективности их использования, решению экологических проблем при сжигании вредных отбросов и проблем безопасности атомной энергетики.

В области машиностроения проведен анализ состояния машиностроительного комплекса страны и разработаны прогнозные оценки его развития до 2030 г. Определены приоритетные направления исследований, к которым отнесены: анализ и синтез машинных комплексов, развитие эргономики и биомеханики человеко-машинных систем, динамики машин и вибрационных процессов в технике, изучение перспективных материалов и технологий машиностроения, а также развитие теории техногенной безопасности.

Химия и наука о материалах являются базисом для эффективного развития многих отраслей промышленности, энергетики, сельского хозяйства, медицины и экологии. Исследования в этой области направлены на получение фундаментальных научных знаний о химических превращениях и химических свойствах веществ, создание новых химических процессов и технологий, разработку физико-химических основ получения перспективных материалов (композиционных, металлических, полимерных, керамических), включая наноматериалы, изучение самоорганизации наноструктурированных и пористых материалов и сорбентов, синтез фотопроводящих и фотохромных материалов, разработку теории пластичности и прочности. Особое внимание уделялось исследованиям в области синтетической органической, технической и медицинской химии, направленным на создание эффективных энергоемких продуктов специального назначения, новых лекарственных препаратов, экологически сбалансированных средств защиты растений, современных средств дезинфекции и гигиены.

В сфере биологических наук проводились комплексные исследования закономерностей, механизмов и эволюции таких процессов, как дифференцировка, морфогенез, регенерация, репродуктивная биология, клонирование клеток и организмов. В последние годы получены уникальные данные по особенностям дифференцировки стволовых клеток, выделенных из разных тканей и органов млекопитающих, включая человека. Выявлены основные закономерности функционирования и формирования биоразнообразия природных экосистем, видов и популяций и его значение для поддержания стабильности окружающей среды и предотвращения экологической катастрофы на региональном и глобальном уровнях. Развивались традиционные и новые направления отечественного почвоведения, в частности, исследования классификации и географии почв, роли живых организмов в формировании почвы как среды обитания, баланса органического вещества и элементов питания растений в почвах.

В области генетики проводились работы по изучению генофондов популяций человека, животных и растений с применением молекулярных маркеров нового поколения. Это позволяет расширить поиск новых источников генетического разнообразия и генов хозяйственно-значимых признаков растений и животных для селекционной практики. Разработан и внедрен в практику высокоинформативный метод анализа генофондов сельскохозяйственных животных. Исследования в области физиологии имеют принципиальное значение для решения проблем сохранения здоровья человека. Результаты фундаментальных исследований находят практическое применение в медицине, фармакологии, токсикологии, протезировании сенсорных систем, ветеринарии, сельском хозяйстве, экологии (моделирование экологических систем, мониторинг и моделирование последствий загрязнения среды), педагогике, информатике и космических исследованиях.

В области наук о Земле проявляется отчетливая тенденция к развитию междисциплинарных исследований. Работы, выполняемые специалистами по геологическим наукам, горным наукам, геофизике, географическим исследованиям, исследованиям водных ресурсов и суши в целом направлены на выработку стратегии эффективного управления сырьевыми ресурсами страны.

Исследования в области общественных наук в основном направлены на разработку научных основ экономической политики государства и поиск решений социально-политических проблем российского общества. Разработаны стратегии социально-экономического развития страны, ее отдельных регионов и отраслей, сформированы предложения по созданию модели инновационной системы России и механизмов ее практической реализации. Проведен анализ проблем международной и национальной безопасности страны, внешнеполитической деятельности и формирования современной системы международных отношений.

В области историко-филологических наук продолжалось изучение истории мировых цивилизаций, российской и всемирной истории, взаимодействия западных и восточных культур в истории человечества. Изучались история русской литературы, литература народов России и стран СНГ, исследовались проблемы языкознания и искусствоведения, русского языка, языков России и народов мира.

В настоящее время в нашей стране формируется новое представление о роли фундаментальных исследований в развитии общества и государства, постепенно осознается важность фундаментальной науки как атрибута сильного государства и интеллектуальной базы для создания инновационной экономики. Результаты фундаментальных исследований, а также важнейших прикладных научных исследований и разработок начинают рассматриваться в качестве основы экономического роста государства, его устойчивого развития, фактора, определяющего место России в современном мире.

Одним из проявлений внимания к фундаментальной науке является принятие Программы фундаментальных исследований на 2008-2012 гг., выполнение которой не только повысит роль фундаментальной науки в построении общества, основанного на знаниях, но и обеспечит стабильность финансирования исследований, сохранение и поддержку ведущих научных школ и повышение качества кадрового потенциала науки. Реализация Программы в отчетном году позволила сконцентрировать бюджетные средства на выполнении наиболее перспективных проектов, ориентированных на обеспечение интересов национальной экономики.

В отчет включены важнейшие научные достижения, полученные в 2008 г. в научных учреждени­ях РАН, а также членами Академии и возглавляемыми ими коллективами в дру­гих государственных академиях наук, университетах и других вузах, государственных научных центрах, отраслевых научных учреждениях.

В приложении к отчету приведены научные результаты по программам фундаментальных исследований Президиума РАН. Эти программы формируются с целью концентрации материальных и интеллектуальных ресурсов организаций РАН на приоритетных направлениях фундаментальных исследований в области естественных, общественных и гуманитарных наук, результаты которых могут оказать существенное влияние на темпы научно-технического прогресса в России. Программы фундаментальных исследований Президиума РАН представляют собой совокупность работ (проектов) междисциплинарного и межрегионального характера, выполняемых научными организациями отделений РАН (по областям и направлениям науки), региональных отделений РАН и региональных научных центров РАН.

Результаты выполненного анализа состояния и перспектив развития фундаментальной и прикладной науки и важнейшие научные достижения могут послужить основой для формирования государственного заказа Академии наук со стороны Правительства Российской Федерации на проведение научных исследований. Многие из результатов могут в перспективе представлять интерес для организаций государственного и предпринимательского секторов.

Отчетный доклад подготовлен Научно-организационным управлением РАН, Финансово-экономическим управлением РАН и Институтом проблем развития науки РАН на основе материалов научных организаций РАН, обобщенных и представленных:

  • отделениями РАН по областям и направлениям науки, возглавляемыми академиками-секретарями отделений:

академиком Фаддеевым Л.Д. (Отделение математических наук);

академиком Матвеевым В.А. (Отделение физических наук);

академиком Велиховым Е.П. (Отделение нанотехнологий и информационных технологий);

академиком Фортовым В.Е. (Отделение энергетики, машиностроения, механики и процессов управления);

академиком Тартаковским В.А. (Отделение химии и наук о материалах);

академиком Григорьевым А.И. (Отделение биологических наук);

академиком Глико А.О. (Отделение наук о Земле);

академиком Степиным В.С. (Отделение общественных наук);

академиком Деревянко А.П. (Отделение историко-филологических наук);

  • региональными отделениями РАН, возглавляемыми председателями региональных отделений:

академиком Сергиенко В.И. (Дальневосточное отделение РАН);

академиком Асеевым А.Л. (Сибирское отделение РАН);

академиком Чарушиным В.Н.(Уральское отделение РАН);

  • координаторами программ фундаментальных исследований Президиума Российской академии наук.

О СОСТОЯНИИ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПРИКЛАДНЫХ НАУК В РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

МАТЕМАТИЧЕСКИЕ НАУКИ

Особое место среди наук занимает математика, которая в настоящее время является основой для эффективного развития всех без исключения наук естественного профиля; биологических, медицинских, экономических, социальных и частично гуманитарных наук; технологических процессов и производств. Российская математическая наука находилась и продолжает находиться на самом высоком мировом уровне.

Стратегическое направление математических исследований во многом определяется прогрессом в решении стоящих перед этой наукой фундаментальных проблем и наличием перспективных приложений, разрабатываемых в сфере теоретической математики.

В первую очередь следует отметить роль математики и информационных технологий в системе образования. Известно, что фундаментальная наука является необходимым компонентом системы образования на всех ее стадиях – от начальной школы до аспирантуры и докторантуры. Поэтому совершенно недопустимо снижение роли науки вообще и математики, как основы естественных наук в особенности, в образовательном процессе. Причем, именно хорошая подготовка в области фундаментальных наук приводит к спросу на отечественных специалистов за рубежом.

В конце ХХ в. одно из центральных мест в математике заняла алгебраическая геометрия. Во многом это произошло благодаря ее тесным связям с другими направлениями математики, в первую очередь, с теорией чисел и математической физикой.

Интенсивные исследования ведутся в бирациональной классификации алгебраических многообразий размерности больше 3, в частности, в программе минимальных моделей. В ближайшее время получит обоснование теория мотивов и будет завершена классификация циклов. Исследования также проводятся в алгебраической К-теории.

Потребностями теоретической физики, во многом, определяется прогресс в некоммутативной алгебраической геометрии и теории векторных расслоений.

В алгебраической теории чисел многие математики работают над доказательством известных гипотез о дзета-функциях алгебраических многообразий, в которых определяющую роль должна сыграть адельная теория. В теории диофантовых уравнений будет найдено эффективное доказательство гипотезы Морделла и получены ее обобщения на многообразия высших размерностей.

Весьма перспективными представляются приложения неархимедовых метрик и пространств в физике (квантовая оптика), биологии (описание динамики белковых молекул и других иерархических систем), а также гуманитарных науках (экономика, социология, когнитивная наука).

В аналитической теории чисел главной проблемой остается гипотеза Римана о нулях дзета-функции. Исследования в этой сфере, безусловно, приведут к новым результатам о характере распределения простых чисел.

Исследование трехмерных многообразий с помощью потоков Риччи, приведшее к доказательству гипотез Пуанкаре и Терстона (известный результат Г.Я. Перельмана), открыло новое направление в трехмерной топологии, бурное развитие которого ожидается в ближайшие годы. Известной проблемой топологии остается описание гомотопических групп сфер. Кроме этого, важной задачей, определяющей развитие современной топологии, является классификация особенностей и узлов. Подробное исследование инвариантов Дональдсона и Зайберга-Виттена и открытие новых, еще не известных науке, инвариантов гладких многообразий позволит получить классификацию четырехмерных симплектических многообразий. Большое внимание привлекают достижения асимптотической геометрии и теории квазиизометрических отображений, полученные в последние годы.

В теории функций вещественных переменных одну из центральных ролей играет теория приближений. Наряду с традиционными приближениями – полиномами (алгебраическими и тригонометрическими) используются разложения по другим системам функций (в качестве примера упомянем теорию всплесков). Новые задачи в этой области будут возникать на стыке с другими областями математики (такими, как теория чисел и комбинаторика), а также диктоваться приложениями вещественного анализа и теории приближений в теории хранения, передачи и поиска информации (например – глобальные поисковые системы в Интернете).

Последние десятилетия ХХ в. характеризовались активным проникновением методов комплексного анализа в дифференциальную и, особенно, симплектическую геометрию (исследования Громова, Дональдсона и др.). С другой стороны, такие классические атрибуты комплексного анализа, как пространства Тейхмюллера римановых поверхностей, комплексные структуры и т. д. стали обычным инструментом в арсенале современной теоретической физики. Теория приближений аналитических функций нашла свое применение не только в физике, где использование аппроксимаций Паде можно уже считать традиционным, но и в теории чисел, теории информации и т. д. В многомерном комплексном анализе возникло новое направление, связанное с объединением комплексной дифференциальной геометрии, топологии и симплектической геометрии, с одной стороны, и математической физики, с другой.

Развитие функционального анализа определяется его приложениями в механике и теоретической физике. Благодаря теории струн особое значение приобрела теория представлений бесконечномерных групп Ли. Квантовые группы и более экзотические алгебраические структуры постоянно возникают в работах физиков и требуют от математиков их тщательного изучения.

В теории динамических систем произошел переход от исследования нелинейных колебаний систем с конечным числом степеней свободы к изучению систем с распределенными параметрами (автоволны). Актуальным направлением в теории динамических систем является сопоставление регулярного и хаотического поведения в сложных системах. В частности, большое внимание привлекает исследование хаотической динамики бесконечномерных гамильтоновых систем. В перспективе речь идет о построении математической теории хаоса. Указанные исследования смыкаются с изучением системы уравнений Навье–Стокса.

Исследование интегрируемых систем ныне превратилось в одно из стратегических направлений современной теории уравнений с частными производными. Развитие этого направления связано с дальнейшим исследованием уравнения Кадомцева–Петвиашвили и других многомерных интегрируемых систем. Важное значение имеет и изучение эволюции медленных переменных в системах, близких к интегрируемым (диффузия Арнольда).

В математической теории оптимального управления и теории диффе-ренциальных игр в последнее время вызывают повышенный интерес задачи, возникающие в физике, биологии и экономике. Они стимулируют дальнейшее развитие методов оптимального управления системами с распределенными параметрами, системами с бесконечным временным горизонтом, системами с импульсными управлениями, гибридными системами и т. д.

Одной из основных задач, стоящих перед теоретической и математической физикой, является построение математической теории калибровочных полей с применением к единой теории взаимодействия элементарных частиц (хотя для полного решения этой задачи потребуется, возможно, не одно десятилетие). Другим направлением, значительно активизировавшимся в последнее время, является изучение процессов, лежащих в основе строения и развития Вселенной.

Некоммутативная теория вероятностей приобретает особое значение в связи с приложениями в квантовой информатике. Это новая научная дисциплина, изучающая способы хранения, передачи и переработки информации в системах, подчиняющихся законам квантовой механики. На ее основе разрабатываются обоснованные принципы рационального и помехоустойчивого дизайна указанных систем. Квантовая теория информации тесно связана с изучением вероятностей на некоммутативных алгебраических структурах, асимптотической теорией случайных операторов и матриц и т. д. Важное значение приобретает изучение динамических (в частности, марковских) моделей квантовых каналов с памятью, основанных на принципах теории открытых квантовых систем, и методов нахождения их информационных характеристик. Все большее внимание будет уделяться системам с непрерывными переменными, основанным на принципах квантовой оптики. Многие эксперименты по квантовой обработке информации, включая сверхплотное кодирование и телепортацию фотонных состояний, а также квантовые криптографические протоколы, реализуются в подобных системах.

Помимо этого дальнейшее развитие получат традиционные области теории вероятностей: стохастическое дифференциальное и интегральное исчисление, теория мартингалов и т. д. Будут развиваться и применения этих методов в биологии (например, при расшифровке генома человека), финансовой и страховой математике, экономике (например, при построении моделей финансовых рынков).

Одной из принципиальных задач в направлении развития взаимодействия человека и компьютера является создание квантового компьютера. Дальнейший прогресс в теории квантовых вычислений, возникший после работы Шора, относящейся к теории вычислительной сложности, во многом связан с практическими проблемами, возникающими при решении указанной задачи.

В сфере математического моделирования и вычислительной математики отечественные специалисты находятся на одном уровне со специалистами ведущих стран.

Разработка современной модели климата является чрезвычайно сложной задачей, требующей кооперации многих исследовательских коллективов. Разработанная в РАН модель включает углеродный цикл, химические трансформации малых газовых примесей, систему четырехмерного усвоения данных для атмосферы и Мирового океана.

Активно реализуется проект «Фобос-Грунт», предназначенный для доставки на Землю реликтового вещества с Фобоса – спутника Марса. Создан Центр по сбору измерительной информации об объектах техногенного происхождения в околоземном космическом пространстве. Существенные достижения достигнуты и в технологии создания автономных подводных роботов, алгоритмах анализа зрительной информации на автотрассах и др.

Создан технический базис для решения проблемы энергообеспечения страны и развития регионального энергоснабжения на базе АЭС малой и средней мощности.

Математическое моделирование остается единственным средством получить последовательную, системно согласованную количественную оценку последствий от реализации тех или иных вариантов экономической политики страны. Наблюдается некоторое «размывание» национального и особенно отраслевого уровня координации экономических процессов: наиболее важные процессы в российской экономике сейчас протекают на уровне регионов и крупных корпораций в русле глобальных тенденций. Поэтому акценты в моделях будут смещаться на описание регионов и многопрофильных корпораций во взаимодействии с мировой экономикой.

Методы теоретической информатики и дискретной математики широко ис-пользуются при разработке моделей реальных процессов в естественных науках. При этом одним из существенных результатов бурного развития информационных технологий является формирование различного рода хранилищ и баз данных.

Один из главных видов использования информации состоит в поддержке принятия решений. Основная особенность опережающего по отношению
к зарубежному уровня соответствующих национальных исследований состоит в том, что алгебраические и логические конструкции позволяют регулярным образом строить высокоэффективные алгоритмы не в рамках эвристических информационных моделей, а на их основе.

Проводятся активные разработки в области интеллектуального анализа данных и распознавания образов, которые будут неотъемлемой составляющей новых поисковых систем.

В сфере системного программирования (параллельного и распределенного программирования) разработана среда параллельного программирования ParJava, включающая набор инструментов, позволяющий перенести большую часть разработки параллельной программы на инструментальный компьютер. Разработаны общие принципы построения инструментальных систем для изучения и визуализации тонкой структуры программ на основе широкого спектра графовых моделей. Разработана DVM-система, поддерживающая создание переносимых и эффективных приложений на языках C-DVM и Fortran-DVM
для параллельных вычислительных систем с различной архитектурой. Продолжается разработка языка Норма, позволяющего исключить фазу программирования при переходе от расчетных формул к программе. Выполняются различные проекты по разработке сложных научных и прикладных моделей природных явлений и технических устройств; языков, систем и технологий параллельного программирования; моделей вычислений и новейших архитектур вычислителей.

Создается общероссийская информационно-вычислительная система (пространство) в интересах науки, образования, разработки и развития высокотехнологических производств. Будет создана распределенная сеть суперкомпьютерных центров и центров обработки и хранения информационных ресурсов, объединенная скоростными телекоммуникационными каналами. Проводятся исследования и разработки технологий контроля качества и создания корректного программного обеспечения.

Разрабатываются инфраструктура системы планирования команд и отдельные оптимизирующие фазы для открытого компилятора Gcc. Разработана инновационная универсальная технология оптимизирующей компиляции. Выполняются исследования и разработки по системам обнаружения дефектов на уровне исходного кода.

Сохраняются традиционно сильные позиции отечественных производителей антивирусов. Этот товар пользуется спросом не только на внутреннем, но и на внешних рынках. Компании же, производящие средства шифрования и ЭЦП, работают только на внутренний рынок, сертифицируя производимую продукцию в соответствии с российскими стандартами.

В области управления данными широко изучаются: управление XML-данными, технологии Semantic Web, средства обеспечения семантической интероперабельности информационных ресурсов.

С учетом вышеизложенного в области математических наук Россия сохраняет свои ведущие мировые позиции.

ФИЗИЧЕСКИЕ НАУКИ

В ядерной физике в 2008 г. ожидался прорыв в понимании свойств материи на фундаментальном уровне после ввода в строй в Европейском центре ядерных исследований ускорителя со встречными пучками протонов – Большом адронном коллайдере (LHC-БАК). Реализация проекта идет на основе широкой международной кооперации; в создании LHC-БАК и подготовке экспериментов участвуют большие коллективы российских физиков.

Крупнейшими событиями последнего времени в физике микро- и макромира стало об­наружение взаимопревращений нейтрино различных типов и открытие астрономическими методами существования «темной материи» неизвестной пока природы. На повестке дня стоят задачи всестороннего определения свойств нейтрино и прямой регистрации частиц «темной материи». Российские ученые активно участвуют в их решении. Для этого в интересах нейтринной астрофизики развиваются расположенные в стране подземные и глубоководные лаборатории и соответствующие комплексы.

Важным результатом последних лет, полученным при участии российских физиков, стало обнаружение и исследование нового класса эффектов, связанных с различием между материей и антиматерией. Лидирующие позиции в области физики атомного ядра – синтезе и исследовании сверхтяжелых элементов, а также более легких экзотических ядер – занимает Объединенный институт ядерных исследований, расположенный в г. Дубна.

Исследование свойств ядерного вещества при экстремальных плотностях энергии, создание и изучение нового состояния ядерной среды – кварк-глюонной плазмы - связано с экспериментами на пучках тяжелых ядер на ядерном коллайдере RHIC (США), в которых заметную роль играют российские физики. Значительные успехи достигнуты и российскими специалистами в области методов получения ускоренных пучков заряженных частиц и детекторных технологий, нашедших свое применение в других областях науки, медицине и наукоемких технологиях.

Особенностями фундаментальной ядерной физики являются межведомственный характер исследований, индустриальный масштаб экспериментальных установок, а также привлечение к их созданию наиболее высокотехнологичных отраслей промышленности. Ключевые проекты в данной области имеют уровень мегапроектов и требуют целенаправленной поддержки со стороны государства.

В сфере астрономии и исследований космического пространства актуальными проблемами являются вопросы происхождения, строения и эволюции Вселенной, выяснение природы «темной материи» и «темной энергии»; исследования Луны и планет, Солнца и солнечно-земных связей; изучения экзопланет. Прогресс в этой сфере обусловлен глобализацией астрономической инструментальной базы: созданием в международной кооперации крупных наземных и космических телескопов и многоэлементных интерферометров. Для отечественной астрономии крайне важно участие в международных проектах – как в действующих, так и в проектах по созданию астрономических инструментов нового поколения.

Следует заметить, что российскими астрофизиками в международной кооперации уже получен ряд фундаментальных результатов мирового класса. А в настоящее время наметились положительные тенденции в развитии национальной программы фундаментальных космических исследований. Кроме этого ведется активная работа по подготовке новых проектов и экспериментов на космических аппаратах.

Актуальные проблемы физики конденсированных сред решаются в рамках физики наноструктур, мезоскопики, спинтроники и изучения сверхпроводимости. Развитие этих работ привело к открытию новых свойств материалов и структур, обусловленных их малыми размерами, которые сравнимы с размерами атомов или молекул. Изучение физических свойств таких объектов позволяет создавать новую электронную и электронно-оптическую элементную базу, разрабатывать высокоэффективные полупроводниковые светодиоды и лазеры, преобразователи световой энергии в электрический ток, высокочувствительные фотоприемники и приборы ночного ИК видения. Качественный скачок в создании больших интегральных схем ожидается с освоением литографических методов с использованием излучения экстремального ультрафиолетового диапазона.
В перечисленных областях, включая развитие нанотехнологий, фундаментальные исследования российских физиков находятся на передовом уровне. Однако степень востребованности отечественной промышленностью получаемых результатов, ориентированных на высокотехнологические индустриальные применения, нельзя признать адекватной требованиям времени.

Важнейшими задачами современной оптики и лазерной физики являются: достижение теоретически возможных концентраций энергии во времени, пространстве и спектральном диапазоне, а также освоение новых диапазонов спектра. Так, создание источников сверхсильных оптических полей петаваттного (1015 Вт) уровня мощности и с интенсивностями на уровне 1022 Вт/см2 открывает новые возможности как для фундаментальных, так и прикладных исследований экстремального состояния вещества. В частности, это необходимо для инициирования лабораторного моделирования процессов в ядерных и термоядерных реакциях, создания компактных источников высокоэнергичных заряженных частиц и жесткого электромагнитного излучения, в том числе, для адронной терапии раковых заболеваний и т.п. Лидирующие позиции в этой области занимают США, Франция и Япония. Исторически высокий уровень российской науки в этой сфере составляет основу для участия в международных проектах по созданию уникальных исследовательских комплексов. В сфере спектроскопии сверхвысокого разрешения, успешно решаются задачи разработки стандартов частоты и времени, в том числе, для системы «ГЛОНАСС». Фундаментальные результаты в области лазерной физики являются основой для разработки новейших лазерных и оптических технологий в промышленности, медицине и других областях.

Радиофизика и акустика, представляя собой общую науку о колебаниях и волнах различной физической природы, имеют фундаментальные и проблемно-ориентированные приложения в самых разных областях современной науки и техники. Так, исследования в области вакуумной СВЧ электроники, где решаются задачи генерации больших мощностей в микроволновом диапазоне, создают основу для развития сверхдальней связи и радиолокации, средств радиоэлектронной борьбы, космической, навигации микроволнового нагрева плазмы в установках управляемого термоядерного синтеза и др. В целом российские исследования в сфере создания мощных источников микроволнового излучения соответствуют мировому уровню, а по некоторым позициям Россия занимает в мире лидирующее положение.

Низкочастотная гидроакустика является, по существу, безальтернативным средством дистанционной диагностики и мониторинга процессов в толще океана на акваториях размерами в сотни километров. С фундаментальной точки зрения – это важнейший раздел физической океанологии и способ изучения глобальных изменений климата. Основная прикладная направленность исследований в этой области – разработка физических основ и научное сопровождение построения систем дальнего противолодочного наблюдения и защиты подводных лодок от обнаружения. В США и в других странах НАТО работы в названных выше областях ведутся интенсивно и в большом объеме. Наша страна до конца 80-х годов прошлого столетия сохраняла паритет в этих исследованиях и разработках, причем по некоторым направлениям имела опережение. Теперь же имеется значительное интегральное отставание.

Развитию радиофизических методов исследования окружающей среды в передовых странах мира уделяется большое внимание, особенно – в США. В России имеются отдельные научные коллективы, работающие на мировом уровне. Однако в целом мы существенно уступаем странам с развитой экономикой, прежде всего – из-за отсутствия системы научно-исследовательского мониторинга. Расширение международного сотрудничества способствовало бы преодолению этого отставания.

Следует заметить, что в США и странах ЕС в последние 10-15 лет происходит бурный рост исследований по разработке физических основ принципиально нового поколения виброакустических методов диагностики, использующих нелинейные акустические эффекты. К ним относятся: создание новых методов неразрушающего контроля, сейсмоакустического мониторинга, нелинейных методов ультразвуковой медицинской диагностики и целенаправленной микрокапсульной доставки лекарственных средств и их акустической активации. Россия, несмотря на имевшееся в предшествующий период опережение в теоретических и даже в экспериментальных исследованиях в области нелинейной акустики, теряет свои передовые позиции. В первую очередь это касается разработки аппаратуры и технических средств.

Основные направления исследований по физике плазмы сейчас связаны с участием России в программе Международного экспериментального термоядерного реактора ИТЭР. Среди них: реализация режимов улучшенного удержания плазмы; исследования по проблеме стабилизации МГД неустойчивостей; разработка плазменных источников нейтральных атомных пучков с большими энергиями и токами.

НАНОТЕХНОЛОГИИ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Необходимым условием обеспечения конкурентоспособности производ-ственного сектора России на мировом рынке уже в настоящее время и, тем более в перспективе, является развитие и применение супервычислений, массовых информационных технологий и нанотехнологий.

Первоочередной задачей становится развитие отечественных технологий проектирования супер-ЭВМ на основе масштабируемой сети микропроцессоров, детального предсказательного моделирования и виртуального прототипирования в процессе создания перспективных изделий машиностроения, образцов новой техники, альтернативных и новых энергетических установок, а также технологий проектирования систем управления технологическими процессами на основе масштабируемых аппаратно-программных комплексов.

Создание таких технологий предполагает проведение широкомасштабных фундаментальных и прикладных исследований в различных областях знаний, в том числе в математике, микроэлектронике, информационных технологиях, вычислительных системах, информатике и телекоммуникациях.

Информатика, вычислительные, телекоммуникационные системы и эле-ментная база. В рамках этого направления изучаются теоретические и прикладные проблемы создания научной распределенной информационно-вычислительной среды Grid; создаются распределенные вычислительные комп-лексы нового поколения на основе фундаментальных методов синтеза новых архитектур и алгоритмов их функционирования и управления; разрабатываются новые эффективные программные и аппаратные средства обеспечения информа-ционной безопасности; исследуются фундаментальные проблемы искусственного интеллекта, распознавания образов, оптимизации, проблемно-ориентированных систем и экспертных систем, основанных на знаниях; разрабатываются методы и программные комплексы многопроцессорных супер-ЭВМ; усовершенствуются системы распознавания рукописного текста и речи, перевода с одного языка на другой, а затем внедряются в глобальные информационные сети; создаются теории и технологии элементной базы компьютеров, в том числе квантовых.

В Институте системного анализа РАН разработана теория динамических информационно-преобразующих устройств минимальной сложности, надежно и эффективно решающих широкий спектр проблем наблюдения, фильтрации, стабилизации, идентификации и инвертирования. Устройства найдут широкое применение при решении практических задач промышленной автоматики, навигации и робототехники.

Разработана теория интеллектуальных систем управления, основанная на современных информационных технологиях и использующая правила и базы знаний. Интеллектуальные системы управления эффективно функционируют в условиях существенной нестационарности и при наличии неустранимой неопределенности. Особенность их построения состоит в том, что синтезируются не только и не столько сами законы управления, сколько множества таких законов управления и механизмы автоматического выбора из этих множеств надлежащего закона управления, возможно с последующей его оптимизацией.

Методами вычислительной математики исследован широкий класс нелинейных динамических систем, в которых возникают хаотические движения. Установлено, что во многих случаях реализуется универсальный сценарий Фейгенбаума–Шарковского–Магницкого возникновения хаоса через субгармо-нический и затем гомоклинический каскады бифуркаций устойчивых предельных циклов. Эта теория открывает перспективы объяснения многих сложных нелинейных явлений, в частности, турбулентности.

Существенно дополнена и доведена до логического совершенства теория конфликтных равновесий за счет введения специальным образом организованной иерархии равновесий. Теперь в каждой игре может быть найдено единственное устойчивое разумное равновесие.

Разработана теория и методы обработки нечетко заданной информации. Полученные результаты существенно обобщают классическую теорию Колмогорова–Шеннона и открывают возможность надежного оперирования информацией в условиях значительных помех и нерегулярных искажений.

В рамках направления информационные технологии развиваются технологии открытых систем как метатехнологии для создания информационных систем всех классов – от «систем на кристалле» до «GRID-систем»; разрабатываются новые технологии, архитектуры, методы и алгоритмы для систем обработки, передачи и хранения видео-, аудио- и иной мультимедийной информации; создаются технологии естественного симбиоза деятельности ученых и информационной среды; разрабатываются фундаментальные проблемы сверхскоростной передачи оптической информации и теоретических основ сверхвысокоскоростных широкополосных беспроводных сетей с элементами искусственного интеллекта и систем связи высокого уровня интеллектуальности; разрабатываются методы и алгоритмы определения и визуализации глобальных и локальных электрофизиологических характеристик сердца и мозга; проектируются вычислительные микросистемы на кристалле на основе сенсоров различной физической природы.

В Исследовательском центре мультипроцессорных систем Института программных систем РАН (г. Переславль-Залесский) создана так называемая Т-система с открытой архитектурой, которая не смогла обеспечить разработку высокопроизводительных параллельных программ, но оказалась удобной для реализации GRID-технологий и GRID-сервисов. Дальнейшее развитие Т-системы и областей ее использования тесно связано с проектами GRID, выполняемыми в РАН и в других организациях.

В области управления данными наблюдается значительный прогресс коммерческих систем управления базами данными (СУБД) за счет поддержки параллельных баз данных; встроенной поддержки хранилищ данных, OLAP и data mining; адаптивной оптимизации запросов; поддержки XML, неструктурированных и мультимедийных данных. В то же время этим системам свойственна чрезмерная сложность и тяжеловесность, переизбыток возможностей и трудность внедрения средств для поддержки новых приложений.

В мире SQL-ориентированных СУБД также развиваются системы, созданные на основе подхода «открытых исходных текстов» (open source). Тенденцией последних лет является постепенное обретение зрелости этими системами, их все более широкое использование, а также активное участие в их развитии и совершенствовании российских разработчиков. Проблемами свободно доступных SQL-ориентированных СУБД являются отсутствие новых идей и подходов, недостаточная надежность, производительность и масштабируемость.

В последние годы наблюдается повышение интереса к области объектно-ориентированных (ОО) СУБД. В 2008 г. после долгого перерыва была проведена конференция, посвященная проблемам ОО СУБД. Под эгидой начата работа по созданию нового стандарта объектно-ориентированной модели данных. Возможно, эта активность приведет к новому витку популярности ОО СУБД.

Следует заметить, что не для всех приложений SQL-ориентированные СУБД обеспечивают требуемое соотношение цена/производительность. Одной из тенденций текущего времени является разработка специализированных систем управления данными, позволяющими эффективно поддерживать приложения соответствующей предметной области. В этой области исследования и разработки осуществляются совместно коллективами из ОМН РАН и ОНИТ РАН.

Мощная исследовательская группа в области управления данными базируется в Институте системного программирования РАН. Последние 10 лет группа специализируется в направлении управления XML-данными. Группой успешно разработаны и доведены до работоспособного состояния система интеграции разнородных источников данных на основе XML и система управления XML-данными Sedna. В последние годы группа выполняет исследования и разработки, ориентированные на анализ текстов в Web.

Коллектив, специализирующийся на использовании методов и подходов Semantic Web для разработки современных Web-ориентированных информационных систем, действует в Вычислительном центре им. А.А. Дородницына РАН. В Институте проблем информатики РАН в течение многих лет работает коллектив, специализирующийся на методах и средствах обеспечения семантической интероперабельности информационных ресурсов.

В России все более проявляется тенденция к разработке специализированных средств управления данными. Во-первых, у нас существует достаточно много сфер, которые еще полностью (частично) не автоматизированы. При выборе средств управления данными для разработки информационных систем в этих сферах следует полагаться на специализированные системы, применение которых может заметно удешевить и ускорить разработку приложений. Во-вторых, новые специализированные средства управления данными можно разработать и довести до работоспособного состояния гораздо быстрее, чем внедрить требуемые новые возможности в универсальные СУБД. Российские специалисты в области управления базами данных могут оказаться в состоянии создавать такие системы, которые будут успешно использоваться в России и конкурировать на мировом рынке.

В области лазерных технологий важнейшим фактором, определяющим качество современных вычислительных средств, является скорость передачи данных в пределах ЭВМ на уровне плата-плата или чип-чип. Наиболее перспективным вариантом увеличения такой скорости является использование быстродействующих оптических систем, обеспечивающих скорости передачи до 10 Гбит/с и выше. Полупроводниковые лазеры с вертикальным резонатором (ЛВР) представляют собой идеальный излучатель для оптических систем параллельной передачи информации в пределах ЭВМ. В рамках широкого международного сотрудничества Институтом физики полупроводников Сибирского отделения РАН разработаны и изготовлены ЛВР, обеспечивающие скорости передачи данных порядка 20 Гбит/с. Использование лазеров данного типа в матричном исполнении открывает перспективы создания оптических информационных систем с быстродействием на уровне 1 Тбит/с.

Как показали работы Института проблем лазерных и информационных технологий и других организаций РАН проявляется тенденция широкого применения лазерной техники в медицинской практике для диагностики и лечения заболеваний за счет разработки многофункциональных лазерных технологий и новых методов лечения различного рода патологий в офтальмологии, кардиоваскулярной хирургии, урологии и онкологии; создания фемтосекундных лазерных комплексов и новых лазерных методов лечения заболеваний с целью прецизионного хирургического вмешательства в офтальмологии; разработки мощных твердотельных фемтосекундных лазерных систем петаваттного уровня для практической реализации принципов лечения онкологических заболеваний методами протонной терапии – локального воздействия на опухоли моноэнергетическими пучками протонов с энергией в сотни МэВ; развития в сосудистой хирургии и нейрохирургии лазерных методов с целью создания
новых методов в ангиопластике (в том числе, сосудистых байпасов), совершенствования техники проникновения к сосудам и техники обработки различных элементов тканей сосудов; разработки технологий на основе твердотельных лазеров видимого и ближнего ИК диапазона с широким диапазоном длительности импульса и высокой мощности для эндоскопической и лапароскопической хирургии; развития технологий лазерной генерации наноструктур на биосовместимых материалах с целью достижения существенного прогресса в медицине, в частности, в протезировании; разработки лазерных технологий создания квантовых точек и металлических наночастиц для ранней диагностики инфекционных заболеваний и их лечения путем направленной доставки лекарственных средств в организм; проектирования полупроводниковых лазеров среднего ИК диапазона и технологий на их основе для оптической диагностики заболеваний различного рода; развития лазерных методов лечения и диагностики в лечебно-диагностических комплексах удаленного доступа – телемедицине.

Необходимо отметить, что российский рынок медицинских услуг, за редким исключением, пока финансово не готов к восприятию высоких технологий. Тем не менее, в России существуют технологии и экспериментальные модели приборов мирового уровня, и даже превосходящие его. В качестве примера можно привести следующие: офтальмологический комплекс «МИКРОСКАН», обеспечивающий коррекцию дальнозоркости, близорукости и всех видов астигматизма; сверх-высоковакуумный низкотемпературный сканирующий зондовый туннельный микроскоп «GPI Cryo», работающий при гелиевых температурах и высоком
(10-11 тор) вакууме.

Нанотехнологии представляют собой широкое поле деятельности, включающее разнообразные направления науки и техники. В сфере практических приложений все более проявляется надотраслевой характер нанотехнологий, которые, подобно информационным технологиям, присутствуют практически во всех современных промышленных технологиях, во многом определяя их конкурентоспособность и перспективы развития.

Российские ученые имеют результаты мирового уровня в области нанотехнологий, в первую очередь связанные с исследованием и получением полупроводниковых наногетероструктур, а также использованием их для создания современных информационных систем. Быстродействующие электронные и оптоэлектронные приборы на основе полупроводниковых наногетероструктур составляют основу элементной базы современной стационарной и мобильной телекоммуникационной аппаратуры, волоконно-оптических линий связи, твердотельных источников света, систем радиолокации, спутниковой навигации, систем экологического мониторинга и контроля безопасности движения на транспорте, существующих и перспективных радиоэлектронных систем вооружения, в медицине и квантовой криптографии.

В рамках развития элементной базы СВЧ-наноэлектроники первостепенное значение приобрела разработка оптимизированных для конкретных применений полупроводниковых наноструктур и создание сверхбыстродействующих транзисторов на их основе. Значительные результаты достигнуты в Санкт-Петербургском физико-технологическом научно-образовательном центре РАН, где впервые в РФ реализована полупромышленная технология создания наногетероструктур соединений А3В5 методом молекулярно-лучевой эпитаксии, в ИСВЧПЭ РАН, где получены гетероструктурные транзисторы с рекордными характеристиками, и в Институте физики полупроводников СО РАН в направлении создания напряженных гетероструктур Si/Ge для массового производства сверхбыстродействующих интегральных схем. В РАН продол-жаются также работы по созданию приборов и интегральных схем на базе резонансно-туннельных гетероструктур.

Проводятся работы по разработке технологий создания наногетероструктур для нанофотоники и оптоэлектроники. В частности, для создания светоизлучающих приборов и фотоприемников используется широкий спектр гетероструктур с пониженной размерностью. Значительные успехи достигнуты в создании лазеров на квантовых точках, обладающих предельно низкими значениями порогового тока. Выходная мощность таких лазеров непрерывно увеличивается и приближается к значениям, ранее характерным только для лазеров на квантовых ямах. Важные и интересные результаты получены в развитии эпитаксиальной технологии выращивания нитевидных нанокристаллов (нановискеров), которые могут служить, например, однофотонными источниками излучения. Использование современных методов инженерии зонной структуры позволяет создавать источники и фотоприемники во всем диапазоне видимого света. В 2008 г. достигнуты существенные успехи в направлении повышения эффективности и снижения стоимости источников белого света на основе светодиодов.

Исследование и разработка новых типов наноматериалов, включая материалы для биомедицинских применений, позволяют уже сегодня создавать широкий спектр новых наноструктурированных материалов, аналоги которых в природе отсутствуют. Это материалы, обеспечивающие совместимость органических и неорганических элементов, обеспечивающие адресную доставку лекарств в живом организме и визуализацию процессов и отдельных фрагментов живых организмов. Значительное продвижение было достигнуто в получении и исследовании приборов на основе нового двумерного материала графена.

ЭНЕРГЕТИКА, МАШИНОСТРОЕНИЕ, МЕХАНИКА И ПРОЦЕССЫ УПРАВЛЕНИЯ

Эффективное развитие надежности, экономичности и экологичности энергетики страны определяется в значительной мере фундаментальной и прикладной наукой. Совершенствование схем и параметров электростанций, электросетей, способов получения и использования различных типов топлива для них и, особенно, поиск принципиально новых решений этих проблем определяют задачи наших институтов. Прежде всего, для анализа стратегий развития отраслей топливно-энергетического комплекса (от добычи топлива до обеспечения страны электроэнергией и теплом, а транспорта – топливом) во взаимосвязи с экономикой и оценки возможных последствий оперативных решений был создан интерактивный модельно-компьютерный комплекс. На его базе в ИНЭИ РАН был смоделирован вариант развития энергетики России до 2030 г. Исследования, обеспечивающие повышение эффективности тепловых систем и машин на основе совершенствования газодинамики, теплообмена и горения за счет разработки новых математических моделей велись в ОИВТ и ИТ СО РАН.

Исследования, направленные на повышение тепловой и экологической эффективности, наиболее развивающихся в последние годы схем создания электростанций на основе газотурбинных установок базовой энергетики в парогазовых циклах и малой энергетики в газотурбинных установках с впрыском воды и пара велись в ОИВТ. Реализация же возможности значительного снижения потерь в электрических сетях на основе сверхпроводников была показана в работах Института низких температур при Московском авиационном институте и ФТИ РАН.

Решение ряда экологических проблем при сжигании вредных отбросов и создании новых промышленных технологий получено в исследовании ИЭиЭ РАН, посвященном сильноточным дугам в газовых потоках. В связи с расширением строительства атомных электростанций ученые РАН принимали активное участие в проектировании новых типов реакторов. Большой цикл научных проблем будущей энергетики рассмотрен в исследованиях ОИТВ, посвященных изучению свойств и возможностей использования термоядерной и низкотемпературной плазмы.

Машиностроение является материальной базой научно-технического про-грессса страны, реальных секторов ее экономики и национальной безопасности. Развитие машиностроительного комплекса опирается на фундаментальные и при-кладные исследования в области машиноведения как междисциплинарной науки о машинах, машинных комплексах и сложных системах «человек – машина – среда». Машиноведение и машиностроение формируют пятый и шестой технологические уклады и призваны обеспечить технологическую независимость страны и совершенствование национальной технологической базы.

Анализ состояния машиностроительного комплекса страны и прогнозные оценки его развития до 2030 г. были выполнены в 2008 г. согласно указанию Президента Российской Федерации и распоряжению Президиума РАН. Направленность дальнейших фундаментальных и прикладных разработок по проблемам машиноведения и развитию ведущих отраслей машиностроения нашла свое отражение в материалах указанного прогноза и была обсуждена на Общем собрании РАН. Общая структура фундаментальных, поисковых и прикладных исследований междисциплинарного характера в области машиноведения и машиностроения разработана в ИМАШ РАН, ИПМАШ РАН, ИМАШ УрО РАН, ИФТПС СО РАН, ИММ КазНЦ РАН, ИВМ СО РАН, НЦНВМТ РАН во взаимодействии с ведущими отраслевыми НИИ. По мнению головного института в этой сфере – ИМАШ РАН, приоритетными направлениями исследований до 2030 г. являются: анализ и синтез машинных комплексов, развитие эргономики и биомеханики человеко-машинных систем, динамики машин и вибрационных процессов в технике, изучение перспективных материалов и технологий машиностроения, а также развитие теории техногенной безопасности.

В НЦНВМТ РАН разработана обобщенная теория нелинейной и волновой механики и технологий и созданы головные образцы новой техники для нефтегазового, строительного и оборонного машиностроения. Фундаментальные исследования ИМАШ РАН и ИПМАШ РАН вопросов прочности, ресурса, живучести и безопасности машин, являющихся объектами технического регулирования, опасными производственными объектами и критически важными для национальной безопасности объектами инфраструктур, обобщены в пяти томах серии книг «Безопасность России». В работах ИПМАШ РАН разработаны научные основы комплексных методов термомеханического и физико-химического упрочнения несущих элементов машин в условиях штатных и экстремальных воздействий. Исследования ИМАШ УрО РАН позволили рассматривать и диагностировать физико-механические состояния критических зон машин и конструкций в условиях сложных напряженных состояний.

Исследования рабочих процессов, динамики ресурса и экологии новых машин и энергоустановок, использующих нетрадиционные энергоносители (ядерные, водородные или газовые), проводились в ИМАШ РАН и его филиале. Результаты фундаментальных исследований использовались в совместных разработках институтов РАН, НИИ и КБ отраслей в атомном и тепловом энергомашиностроении, ракетостроении, авиации, на железнодорожном и автомобильном транспорте, в нефтегазовом и химическом комплексах.

Механика изучает фундаментальные законы движения и взаимодействия материальных тел и сред. Достижения механики тесно связаны с решением актуальных задач в различных областях техники, а также с изучением природных явлений и живых систем. Традиционно механику разделяли на три составные части: общую и прикладную механику; механику жидкости, газа и плазмы; механику деформируемого твердого тела. Бурное развитие науки и техники привело к выделению новых разделов механики, как правило, тесно связанных с другими областями науки. К ним можно отнести трибологию, биомеханику и геомеханику.

Механика развивается не только в институтах РАН и высших учебных заведениях, но и в исследовательских институтах наукоемких отраслей промышленности. Достижения в области методов и средств измерений физико-механических параметров, в вычислительной технике способствуют более глубокому изучению сложных механических систем в условиях действия механических нагрузок, физических полей и воздействия активных сред. Результаты, полученные в области механики в 2008 г., отличаются органичным сочетанием экспериментальных, теоретических и расчетных подходов к решению актуальных проблем создания новых материалов с многоуровневой структурой и повышенными служебными характеристиками, проектирования новых типов конструкций и сооружений, предназначенных для работы в экстремальных условиях, разработки методов и средств прогнозирования протекания природных процессов. Существенные достижения имеются в таких актуальных областях механики, тесно связанных с созданием перспективных образцов военной техники, как механика гиперзвуковых и трансзвуковых течений газа, нелинейная механика деформирования, прочности и долговечности конструкций из наполненных полимерных материалов, механики движительных комплексов. Состоявшийся в 2008 г. Международный конгресс по теоретической и прикладной механике подтвердил высокий уровень проводимых в России исследований, а также их соответствие мировому уровню.

Исследования в сфере механики проводятся по следующим основным направлениям: создание и обоснование новых математико-механических моделей и методов исследования природных объектов и явлений; моделирование и повышение эффективности и экологической безопасности технологий добычи и переработки природного сырья; теоретические и экспериментальные исследования механики неравновесных, неидеальных и многофазных сред, явлений гидромеханики; теоретические и экспериментальные исследования гиперзвуковых аэродинамических явлений как основы создания летательных аппаратов нового поколения; теоретические и экспериментальные исследования способов управления потоками жидкости, газа и плазмы; теоретические и экспериментальные исследования процессов деформирования, прочности и разрушения твердых тел на основе многоуровневого подхода с приложениями в областях создания новых материалов и технологий, включая композиционные материалы, наноматериалы и нанотехнологии, а также в области разработки методов прогнозирования и повышения ресурса, надежности, живучести и безопасности конструкций и сложных технических систем; исследования по общей механике, динамике космических тел, управляемых и неуправляемых аппаратов; теоретические и экспериментальные исследования трибологии и явлений износа; исследования по динамике и управлению движением механических систем, включая транспортные средства и робототехнические системы; решение фундаментальных и прикладных проблем механики мини- и микророботов; теоретическое и экспериментальное изучение механических явлений в экстремальных условиях вещества, исследование динамики ударно-волновых процессов, горения и детонации; исследования по биомеханике.

Как и прежде, механика и ее новейшие достижения будут широко использоваться для решения проблем повышения обороноспособности страны.

Современная теория управления представляет собой разветвленное научное направление, использующее аппарат классической теории автоматического регулирования и управления, кибернетики, методов оптимизации, исследования операций и искусственного интеллекта, теории принятия решений и охватывающее проблемы управления системами самой разнообразной природы, масштаба и назначения. В то же время более традиционные области использования теории управления – сложные технические системы, робототехника, авиация, навигация, космос, обработка изображений и многие другие – будут сохранять существенную роль стимула для развития теории и областей ее приложений. Перед теорией управления в период до 2030 г. стоят сложные и ответственные задачи. Это обусловлено не только растущей ролью управления как неотъемлемой черты инновационного развития, но и управления как средства выживания, стабильности и безопасности в современных, быстро меняющихся условиях.

В теории управления все большую роль будет играть исследование нелинейных систем. Здесь можно ожидать прогресса в области синтеза нелинейных управлений, появления новых типов обратной связи, исследований хаоса, синхронизации, других специфических нелинейных эффектов. Все большее распространение получат модели гибридного управления, включающие логические и непрерывные компоненты. Особую роль будет играть сетевое и интеллектуальное управление авиационно-космическими, морскими и наземными объектами, в том числе – интеллектуальное планирование действий в беспилотных аппаратах. Широчайшие перспективы открываются для применения идей управления в биотехнологиях, биоинформатике, медицине. В частности, в системах управления в медицине все большую роль должны играть интеллектуальные экспертные системы, способные управлять лечебным процессом, повышать качество медицинских диагнозов и освобождать врачей от большого объема рутинной работы. Очень важны модели управляемых эколого-экономических систем.

К разработкам в области критических технологий Российской Федерации относится технология создания и управления новыми видами транспортных средств, где будет необходимо достичь нового уровня автоматизации и распределения функций между оператором и системой управления, а в автономных движущихся объектах – нового уровня универсальности и интеллектуальности. Это же актуально и для управления технологическими процессами.

Необходимо развивать оптимальное адаптивное управление, позволяющее активно устранять априорную неопределенность, обеспечивать высокую точность управления при сложных многокомпонентных ограничениях, при изменениях конфигурации, в критических и закритических режимах, при неустойчивости объекта на основных и нештатных режимах, при упругости его конструкции, при повреждениях или отказах части органов управления и элементов конструктивной схемы. Нужно развивать также теорию робастных систем управления, осуществляющих пассивное парирование влияния неконтролируемых факторов.

В области навигации и наведения движущихся объектов должна развиваться теория навигационных и гироскопических систем, основанная на комплексировании инерциальных навигационных систем со спутниковыми радионавига­ционными системами, корреляционно-экстремальными системами навигации и наведения по физическим полям, обзорными системами с распознаванием образов и ориентиров. В области задач управления системами междисциплинарной природы (организационно-техническими, медико-биологическими, эколого-экономическими и др. системами) будут развиваться экспертно-классификационные, экспертно-статистические и так называемые «активные» модели управления.

Будут играть важную роль системы интеллектуальной поддержки принятия управленческих решений (от предприятия до государственных органов), в частности, так называемые когнитивные системы, которые способны вести мониторинг текущей ситуации, включая обработку текстовой информации, давать прогнозы развития ситуации на основе включения экспертных знаний, рекомендации по принятию решений. Такие системы особенно важны для целей стратегического планирования в условиях неопределенности, когда нет возможности получить достоверные количественные прогнозы. Они дают характеристику общих тенденций развития и указывают на возможные побочные последствия принимаемых решений.

ХИМИЧЕСКИЕ НАУКИ И НАУКИ О МАТЕРИАЛАХ

Химия и наука о материалах являются базисом для эффективного развития всех без исключения наук естественного профиля и различных отраслей промышленности, энергетики, сельского хозяйства, медицины и экологии. Очевидно, что развитие и интенсификация исследований в этой области естествознания призваны обеспечить устойчивое социально-экономическое развитие страны в ближайшей и отдаленной перспективе.

В Отделении сосредоточены ведущие ученые страны и имеется развитая инфраструктура, а также значительная материальная база в виде институтов, центров коллективного пользования, научно-образовательных комплексов и отдельных лабораторий. Это позволило, несмотря на ряд материально-техни-ческих и финансовых трудностей, получить за последнее время важные результаты.

Исследования в области теоретической химии, развития методологии органического и неорганического синтеза, новых методов физико-химических исследований касаются проведения комплексных эксперимен-тальных и теоретических исследований, позволяющих получать фундаментальные научные знания о химических превращениях и химических свойствах веществ, создавать новые химические процессы, технологии и перспективные материалы, включая наноматериалы. В качестве наиболее крупных достижений в этом направлении можно отметить следующие. Во-первых, создана общая методология синтеза нового оптоэлектронного наноматериала, превосходящего по интенсивности эмиссии и стабильности все известные аналоги. Синтезированные флуорофоры перспективны для создания сверхчувствительных наносенсоров для маркировки биомолекул, детектирования взрывчатых и наркотических веществ. Во-вторых, предложен и реализован новый принцип создания наноэлектро-механических систем («наномускул»), позволяющий разрабатывать стабильные и высокоэффективные молекулярные машины и переключатели. В-третьих, синтезированы кремнийорганические соединения и разработаны методы их самоорганизации, открывающие перспективы создания сложных микросистем с уникальными полупроводниковыми свойствами.

К числу достижений фундаментального характера можно также отнести теоретические исследования возможностей использования полимерных глобул в качестве нанореакторов, прогнозирование фазового поведения расплавов и растворов полимеров, открытие гиперактивирующего воздействия магнитных полей на спин-селективный катализ. На основе этих исследований разработан метод адресной доставки изотопов в клетки миокарда крыс, страдающих от медикаментозной гипоксии.

Современные проблемы химии материалов, включая наноматериалы, являются важнейшим направлением современного материаловедения. Исследования по этому направлению сосредоточены на разработке физико-химических основ получения композиционных, металлических, полимерных, керамических материалов, теории пластичности, прочности, синтезу фотопроводящих, фотохромных материалов, изучению самоорганизации наноструктурированных и пористых материалов и сорбентов. В этой сфере существенные результаты получены при создании новых алюминий-скандиевых лигатур, применение которых позволяет повысить эксплуатационные свойства особо прочных алюминиевых сплавов; разработке методов синтеза и направленного регулирования электронной структуры и магнитных свойств нанографенов и нанографитов; синтезе новых гетероциклических фульгидов и этенов, перспективных соединений для создания устройств оптической записи информации и ячеек памяти; создании высокоэффективных селективных органических флуоресцентных и фотопереключаемых хемосенсоров; разработке технологии  получения активных кварцевых волоконных световодов, легированных висмутом, и проектировании волоконных лазеров, генерирующих оптическое излучение в новом спектральном диапазоне от 1300 до 1520 нм.

К числу достижений фундаментального характера можно также отнести разработку теоретических представлений о механизме высокотемпературного окисления металлов и создании на их основе технологий окислительного конструирования тонкостенной керамики; создание фотоэлектрических, нелинейно-оптических и фоторефрактивных полимерных композитов из поливинилкарбазола и комплексов фталоцианината рутения, высокие фоторефрактивные характеристики которых позволяют использовать их в медицинской диагностике и телекоммуникационных технологиях; создание на основе нанопористого сверхвысокомолекулярного полиэтилена биосовместимых нанокомпозитов с уникальными антифрикционными показателями, близкими свойствам природного состава; разработку метода формирования наночастиц палладия, платины и оксидов железа внутри гранул сверхсшитого нанопористого полистирола, и создание технологии получения эффективных магнитных сорбентов для глубокой очистки воды от токсичных веществ.

Следует подчеркнуть, что за 2008 г. существенные результаты получены и в области практического материаловедения. Так, с целью получения высокочистых монокристаллов кремния, разработаны методы синтеза, глубокой очистки и анализа моноизотопных силанов; для создания износостойких порошковых материалов разработана технология превращения фуллереновой фазы чугуна в частицы алмазной фазы. Создан новый высокопрочный сплав на основе системы Al-Zn-Mg-Cu-Zr, содержащий микродобавки серебра и скандия, и разработана технология изготовления из него кованых и прессованных полуфабрикатов деталей внутреннего силового набора перспективных самолетов. Применение нового сплава позволит повысить весовую эффективность конструкции на 10% и увеличить ресурс работы деталей перспективных самолетов в 1,5 раза.

На основе нанотехнологий созданы новые композиционные материалы: антифрикционные, вибропоглощающие и электроизоляционные, эксплуата-ционные характеристики которых улучшены в два-три раза. На их основе организовано производство узлов трения гидротурбин, судовых гермопроводов и опорных амортизирующих реле для главных силовых установок кораблей и подстанций городского электротранспорта.

К числу достижений фундаментального характера в области научных основ экологически безопасных и ресурсосберегающих химико-технологических процессов можно отнести следующие. Во-первых, синтез новых мономеров норборненового типа и разработку технологии получения на их основе поликарбосиленов – перспективных материалов для газоразделительных мембран. Во-вторых, создание металлоустойчивого катализатора крекинга мазута, который кроме цеолитного носителя, алюмооксидного связующего и структурного модификатора – глины, включает смешанный оксид магния-алюминия в качестве «ловушки» тяжелых металлов. В-третьих, разработку новых нанострукту-рированных металл-углеродных катализаторов дегидрирования углеводородов.
С использованием таких катализаторов достигнута 100-процентная конверсия циклогексана в бензол при 100-процентной селективности. В-четвертых, получение новых эффективных экстрагентов для гидрометаллургии, гальванических производств, технологии производства синтетических волокон, утилизации отработанных золотосодержащих электролитов гальванотехники, глубокого доизвлечения золота из сбросных растворов аффинажа.

С целью устойчивого и экологически безопасного функционирования термоядерного реактора ИТЭР проведен цикл модельных экспериментов по анализу процессов переноса и осаждения углеводородных радикалов. Найдены температурные условия подавления осаждения и ускоренной рекомбинации углеводородных радикалов в стационарном потоке разреженного газа, состоящем из смеси водород/углеводороды. Предложена конструкция теплового фильтра, способного существенно понизить накопление тритийсодержащих углеводородов в термоядерных реакторах.

Впервые выполнены исследования образцов геологического материала, отобранных из глубинного хранилища Сибирского химического комбината, свидетельствующие об удалении продуктов деления и актинидов на расстояние, не превышающее 100 м от нагнетательной скважины. Не обнаружено проник-новения радионуклидов и трития в вышележащие горизонты. Полученные результаты подтверждают безопасность геологического захоронения радиоактив-ных отходов для существующих глубинных хранилищ.

В части химических аспектов современной экологии и рационального природопользования, включая научные проблемы утилизации и безопасного хранения радиоактивных отходов, наиболее крупными достижениями являются: создание технология переработки отходов горнопромышленных производств Северо-Запада России; получение новых, не уступающих лучшим мировым образ-цам, сварочных материалов для строительства магистральных нефте- и газопрово-дов из хладостойких сталей повышенной категории прочности. Наноразмерность компонентов сварочных материалов и плавленых минеральных сплавов сущест-венно повышает качество сварных швов. Технология позволит обеспечить снижение экологического стресса на урбанизированных территориях региона Баренцева моря.

Впервые предложен простой и высокоэффективный способ получения мобиль-ных селективных сорбционных систем на основе природных алюмосиликатных материалов для дезактивации твердых сыпучих материалов;

Разработаны эффективные наноразмерные катализаторы с минимальным со-держанием благородных металлов (Pd, Ru), обладающие высокой эффектив-ностью и стабильностью в агрессивных средах. Катализаторы могут быть использованы в процессах уничтожения токсичных галогенсодержащих отходов
в мягких условиях. Все это позволит заменить дорогостоящие и опасные в технологическом отношении методы утилизации труднолетучих техногенных хлорсодержащих отходов, основанные на их сжигании в избытке нефтепродуктов, а также методы каталитического окисления, которые могут приводить к выделению диоксинов в окружающую среду.

Предложены высокоэффективные методы фракционирования высокоактивных жидких радиоактивных отходов, содержащих опасные радионуклиды урана, плутония, америция и др. актинидов. Разработаны новые минералоподобные матрицы для инкорпорирования радионуклидов, обеспечивающие долговременное хранение радиоактивных отходов.

Для мониторинга загрязнения радиоактивными продуктами территорий и мест захоронения отходов разработаны высокочувствительные и избирательные методы определения радионуклидов, а также предложены и апробированы математические модели, позволяющие надежно прогнозировать миграцию радиоактивных отходов в местах их захоронения.

Фундаментальные исследования в области химических аспектов энергетики сосредоточены на создании новых химических источников тока, разработке технологий получения топлив из ненефтяного и возобновляемого сырья, использовании новых сред в химической технологии (сверхкритические растворители, ионные жидкости), получении высокоэнергетических веществ и материалов. Следует подчеркнуть, что такие исследования тесно связаны с укреплением оборонного потенциала страны, поэтому необходимо принять безотлагательные меры по их поддержке.

В качестве наиболее крупных достижений по этому направлению можно отметить следующие. Во-первых, разработку технологии нитрования органических соединений в среде жидкого и сверхкритического диоксида углерода. При этом реализованы различные пути синтеза ранее неизвестных высокоэффективных энергоемких соединений в ряду нитропроизводных алифатических нитроалкилдиазеноксидов. Во-вторых, нитрамидирование природных аминокислот и спиртов путем взаимодействия N,N´-динитромочевины с глицином и борнеолом с получением перспективных компонентов для высокоэнергетических газогенерирующих составов, а также биологически активных веществ. В-третьих, разработку нового анодного катализатора, отличающегося высокой удельной активностью и стабильностью; улучшенного катодного катализатора, толерантного к этанолу, и высокоактивного наноразмерного катализатора, стабильного в реакции прямого электроокисления боргидрида натрия. Показана реальная возможность создания высокоэффективных автономных энергетических установок различного назначения. В-четвертых, создание новых эффективных ингибиторов, обеспечивающих подавление детонации водородо-воздушных смесей любого состава при повышенном начальном давлении (до 600 кПа) и различных способах инициирования. В-пятых, разработку нового подхода к использованию полиолов растительного происхождения, образующихся в производстве энергоносителей из возобновляемого сырья (биоэтанол, биодизель), в качестве оксигенатных компонентов высокооктановых топливных композиций. Показано, что наибольший октаноповышающий эффект достигается при использовании кеталей с эквимольным количеством спиртов. В-шестых, обеспечение, с помощью установки в трубе осесимметричного препятствия специальной формы (сопла), управляемого перехода ударной волны в детонацию в стехиометрической пропано-воздушной смеси при нормальных условиях при скорости ударной волны на входе в сопло выше 68020 м/c. Многократные отражения ударной волны от стенок сопла приводят к детонационному взрыву, распространяющемуся со скоростью порядка 2 км/с. Полученный результат имеет важнейшее значение для разработки новых систем реактивного движения с детонационным сжиганием топлива и мощных импульсных детонационных горелок для отечественной промышленности.

Фундаментальные исследования, которые выполняются в рамках исследований химических проблем создания фармакологически активных веществ нового поколения, связаны с созданием антиоксидантных препаратов, так называемых «умных» полимеров, наноматериалов в качестве средств доставки лекарственных препаратов, формирования библиотек синтетических и природных биологически активных соединений, разработки методов молекулярного моделирования.

Существенные результаты получены в области создания новых водорастворимых органических и металлорганических доноров оксида азота, обладающих прямой противоопухолевой активностью и улучшенной биодоступностью. Разработаны новые специальные методы стереонаправленного построения гликозидной связи и превращения азидопроизводных сахаров. Созданы оригинальные широкопористые трехмерные подложки для культи-вирования животных (в том числе стволовых) клеток, что открывает широкие перспективы для проектирования биоинженерных конструкций животных тканей и искусственных органов. Также установлена противоопухолевая активность нового препарата барназа, являющегося термостабильным белком ферментом рибонуклеазы, полученного генноинженерным путем из клеток E.coli.

Разработана переносная система экспресс-анализа микроорганизмов социально-значимых и особо опасных инфекционных болезней людей и животных в полевых условиях методом полимеразной цепной реакции. Анализатор по чувствительности и времени анализа не уступает зарубежным приборам.

БИОЛОГИЧЕСКИЕ НАУКИ

Исследования по биологии развития, эволюционной биологии, биоразно-образию, экологии организмов и их сообществ, общей генетике по-прежнему занимают ведущие позиции в проблематике общей биологии.

В сфере биологии развития успешно ведутся комплексные исследования закономерностей, механизмов и эволюции таких процессов как дифференцировка, морфогенез, регенерация, репродуктивная биология, клонирование клеток и организмов. В последние годы получены уникальные данные по особенностям дифференцировки стволовых клеток, выделенных из разных тканей и органов млекопитающих, включая человека.

Сохраняет высокий уровень и отечественная эволюционная биология. Особо следует отметить разработку проблем докембрийских этапов развития органического мира, палеонтологии микроорганизмов, а также эволюционной синэкологии – эволюции экосистем и биосферы в целом.

Россия является одним из ведущих государств в области изучения биоразнообразия нашей планеты. В этой сфере исследований выделяют два основных блока задач: инвентаризация таксономического и экологического разнообразия организмов, сообществ и экосистем и изучение экосистемных функций биоразнообразия, как основы сохранения баланса биосферных процессов. Исследования, проводимые в рамках программы Президиума РАН «Биоразнообразие и динамика генофондов», позволили выявить важные закономерности функционирования и формирования биоразнообразия природных экосистем, видов и популяций и его значение для поддержания стабильности окружающей среды и предотвращения экологической катастрофы на региональном и глобальном уровнях.

Современная экология – это система научных исследований взаимосвязей организмов со средой обитания и влияния условий окружающей среды на популяции, сообщества и экосистемы. Активно развиваются различные направления фундаментальной и прикладной экологии. Продолжаются работы по исследованию структурно-функциональной организации природных экосистем разных биомов, в первую очередь бореальных лесов, занимающих всю северную часть Европейской России и Сибири и играющих важную роль в регуляции газового состава атмосферы Земли. Получены новые результаты в изучении адаптаций организмов и их сообществ к разным средам обитания, в том числе с экстремальными условиями. Исследуются закономерности формирования паразитарных систем.

На высоком уровне продолжаются исследования поведения, коммуникации и биосоциальности животных.

Развиваются традиционные и новые направления отечественного почвоведения, в частности, исследования разнообразия и географии почв, роли живых организмов в формировании почвы как среды обитания, баланса органического вещества и элементов питания растений в почвах.

В результате недавно начатых исследований инвазий чужеродных видов как источников экологической опасности установлены основные инвазионные коридоры, получены данные о масштабах инвазионного процесса, способах распространения и воздействиях видов-вселенцев на экосистемы страны, разработана концептуальная модель оценки риска новых инвазий.

В области генетики проводятся работы по изучению генофондов популяций человека, животных и растений с применением молекулярных маркеров нового поколения. Это позволяет расширить поиск новых источников генетического разнообразия и генов хозяйственно-значимых признаков растений и животных для селекционной практики. Изучается генофонд народонаселения России, что позволит прогнозировать генетико-демографические процессы и дать рекомендации по профилактике широко распространенных заболеваний на основе результатов генетических исследований.

Наряду с успешным развитием названных направлений на фоне мировой науки очевидно отставание по ряду разделов общей биологии, что связано с нехваткой финансирования и кадров. Практически все области биологии в настоящее время переживают сложный период смены поколений, ухода лидеров, снижения притока молодых кадров, реорганизации структуры и сокращения численности сотруд-ников институтов, старения существующего и отсутствия современного прибор-ного оборудования, резкого сворачивания стационарных и экспедиционных (особенно морских) работ, а также исследований биосферных процессов. В фе-деральных целевых и научно-технических программах Федерального агентства по науке и инновациям практически не уделяется внимания исследованиям и разработкам технологий, связанных с организменным, популяционным и экосистемным уровнями организации жизни, а также изучению воздействий новых технологий, материалов и веществ на живую природу и человека.

Комплекс наук, объединяемый понятием физико-химическая биология, охватывает широкий спектр объектов и направлений исследования – от биомолекул и надмолекулярных комплексов, строения и функционирования генетического аппарата, организации клетки и межклеточных взаимодействий, биофизических процессов и биоинформатики до биотехнологии.

В отчетном году продолжалось выделение и структурная идентификация разнообразных биологически активных компонентов из животных, растительных и микробных источников. Были открыты новые антибиотики, токсины и ферменты, перспективные для дальнейшего исследования в качестве потен-циальных лекарственных препаратов и биотехнологических реагентов. В частно-сти, в микроорганизмах обнаружены новые патентно-чистые термостабильные ферменты, перспективные для использования в промышленной биотехнологии и молекулярной диагностике.

Значительные усилия были направлены на расшифровку молекулярных механизмов работы важнейших компонентов живых систем – генетического аппарата клетки, белоксинтезирующих рибосомальных комплексов, реакционных фотосинтетических центров растений и бактерий, сигнальных центров животных и бактерий. Обнаружены новые механизмы активации работы генов, идентифицированы участки генома, ответственные за координацию работы отдельных регуляторных участков генома. Обнаружен новый путь эволюции вакцинных штаммов вируса полиомиелита.

Исследованы пути регуляции жизнедеятельности клеток высших организмов с помощью химических агентов и физических факторов. Получены новые низкомолекулярные биорегуляторы, обеспечивающие транспорт белков через биологические мембраны и блокирующие развитие вирусов в культурах клеток. Продолжались исследования молекулярных и клеточных механизмов работы иммунной системы человека. Предложены новые пути борьбы с аутоиммунными заболеваниями.

Исследования по всем этим направлениям интенсивно проводятся в развитых странах. Полученные при этом результаты становятся основой для практических разработок в области медицины и сельского хозяйства. Институтами РАН предложен ряд новых методов диагностики и терапии инфекционных и опухолевых заболеваний. Созданы генно-инженерные технологии производства важных белковых препаратов, созданы новые виды трансгенных растений с ценными хозяйственными свойствами. Показана эффективность применения микробиологических методов при добыче цветных и драгоценных металлов.

Серьезным препятствием для применения предлагаемых учеными новых лекарств и технологий в практической медицине является отсутствие государственной системы поддержки клинических испытаний. Ни одно из заинтересованных ведомств – Минобрнауки, Минпромторговли и Росздрав не может обеспечить полноценной поддержки всего цикла создания наукоемкого продукта – от генерации идеи до разработки технологии производства, клинических испытаний и государственной регистрации. Назрела острая необходимость координировать на уровне правительства РФ усилия указанных ведомств в разработке единой программы создания новых лекарственных средств.

Исследования в области физиологии имеют принципиальное значение для решения проблем сохранения здоровья человека. Результаты фундаментальных исследований находят практическое применение в медицине, фармакологии, токсикологии, протезировании сенсорных систем, ветеринарии, сельском хозяйстве, экологии (моделирование экологических систем, мониторинг, моделирование последствий загрязнения среды), педагогике, информатике и космических исследованиях.

В области физиологии клетки интенсивно ведутся работы по изучению молекулярной организации мембран, клеточных ансамблей, молекулярных механизмов осуществления каждой из физиологических функций. Особенно ценны новые данные, позволяющие охарактеризовать роль отдельных молекулярных процессов в обеспечении деятельности организма человека в естественных условиях. Результаты этих исследований легли в основу синтеза новых веществ, перспективных для использования в качестве лекарств в медицинской практике.

При изучении проблем нейрофизиологии, физиологии сенсорных систем, физиологии высшей нервной деятельности человека и животных выявлен ряд механизмов пластичности системы связей и взаимодействия между нервными клетками, функциональной организации нейрональных структур, что обеспечило прогресс в понимании природы обучения и памяти, физиологических основ сознания, способствовало выяснению нейрофизиологических особенностей формирования поведенческих реакций в процессе индивидуального развития. Результаты, полученные при анализе механизмов распознавания локализации движущихся источников звука, находят применение в работе операторов. Для оптимальных режимов работы в практике космических полетов важное значение имеют новые данные о гравирецепторной системе.

Исследования по физиологии висцеральных систем были направлены на изучение регуляции кровообращения, дыхания, пищеварения и выделения. Построена математическая модель ключевых звеньев биомеханики сердца, что имеет важное значение для создания новых подходов в трансплантологии. Существенный прогресс достигнут в понимании способов интеграции систем регуляции физиологических процессов; взаимосвязи нервных, эндокринных, аутокринных и паракринных влияний в регуляции функций в целостном организме. Получены новые результаты о роли местно выделяющихся физиологически активных веществ, которые модулируют действие медиаторов нервной системы и гормонов.

В эволюционной физиологии получены крупные результаты при использовании методов математического моделирования для анализа эволюции функций при изменениях природных факторов, а также при экстремальных воздействиях. В экологической физиологии и физиологии экстремальных состояний расшифрован ряд механизмов приспособительных реакций, выяснена роль различных физиологических систем в адаптации организма человека и животных к меняющимся условиям внешней среды, антропогенным воздействиям, особенно в экстремальных ситуациях. Реализацией этих исследований является разработка новых средств и методов жизнеобеспечения, коррекции функционального состояния человека в природных, экстремальных и производственных условиях.

Фундаментальные исследования в области клинической физиологии находят применение в практике клинической медицины и отечественного здравоохранения, особенно в кардиологии, трансплантологии, иммунологии и нейрохирургии.

В Российской Федерации исследования в области физиологии осуществляются в институтах РАН, РАМН, РАО, в НИИ Минздравсоцразвития России, на кафедрах высших учебных заведений, в учреждениях ряда иных ведомств и координируются Российской академией наук.

НАУКИ О ЗЕМЛЕ

Изучение Земли, как сложнейшей природной системы, осуществляется целым комплексом дисциплин и специальностей, группирующихся в геологические, геофизические, геохимические, горные и географические науки, а также в науки об атмосфере, водах суши и Мировом океане. Наряду с углублением специализации исследований внутри каждой из этих наук по отдельным дисциплинам и даже методам, наблюдается отчетливая тенденция к развитию и междисциплинарному сотрудничеству. Это определяется все большим пониманием особой роли и важности взаимодействия и взаимовлияния различных процессов, происходящих в оболочках Земли, в том числе на среду обитания человека и, наоборот, результатов его жизнедеятельности (антропогенный и техногенный факторы) на эволюцию природной среды. Следствием этого стало стремительное развитие исследований на стыке геофизики, биологии и медицины, геологии, палеонтологии, биологии и химии, геофизики, механики, петрологии и создание междисциплинарных программ фундаментальных исследований, объединяющих усилия ученых различных специальностей.

Практическая реализация таких комплексных и междисциплинарных исследований охватывает большинство наиболее актуальных фундаментальных проблем, стоящих перед учеными в науках о Земле на ближайшие годы.

Одно из наиболее крупных направлений фундаментальных исследований в области наук о Земле посвящено изучению строения и формирования основных типов геологических структур и геодинамических законно-мерностей вещественно-структурной эволюции твердых оболочек Земли, проблемам осадочного породообразования, магматизма, метаморфизма и минералообразования в земной коре.

Российскими учеными были получены результаты мирового уровня по следующим ключевым направлениям: проблемам становления ранней континентальной коры, разработке моделей глубинного строения докембрийских структур и построению тектонических карт; выяснению особенностей динамики мантии Земли на основе петролого-геохимических методов и математического моделирования; реконструкциям палеогеодинамических режимов крупных геологических провинций территории России; экспериментальному изучению и разработке моделей магматических и метаморфических процессов с акцентом на роль флюидной фазы и выяснение физико-химических особенностей формиро-вания рудных месторождений. Достигнутым успехам во многом способствовала реализация программы модернизации приборно-аналитической базы.

По направлению периодизации истории Земли, определения длительности и корреляции геологических событий на основе развития методов геохронологии, стратиграфии и палеонтологии получен целый ряд принципиально новых результатов. Так на основании биостратиграфических, хемостратиграфических и изотопно-геохронологических методов выполнена разработка детальной схемы расчленения опорных разрезов рифея и венда. Полученные новые биостратиграфические данные по венду северо-востока Русской плиты и Сибирской платформы позволяют распознавать особый глобальный этап в эволюции жизни на Земле и укрепляют статус вендской системы. Изотопно-геохимическое изучение осадочных комплексов Сибирской платформы позволило выполнить реконструкцию палеогеографических обстановок на рубеже докембрия и фанерозоя. Существенное продвижение достигнуто по важнейшей проблеме происхождения жизни.

В области изучения физических полей Земли, их природы и взаимодействия, динамики и внутреннего строения Земли российские ученые сохраняют лидирующие позиции по таким важным направлениям как развитие новых методов комплексной интерпретации данных по геофизическим полям, изучение и интерпретация палеомагнитных и геомагнитных данных, изучение строения земной коры и мантии Земли методом приемных функций, построение трехмерных численных моделей конвекции в мантии Земли и магнитогидродинамических процессов в ядре Земли. Успешно развивается модернизация сети сейсмологических наблюдений Геофизической службы РАН. Необходимо отметить существенное улучшение состояния приборной базы геофизических исследований и сохранение трудностей постановки крупномасштабных экспериментов.

В области изучения вещества, строения и эволюции Земли и других планет методами геохимии и космогеохимии получены новые важнейшие результаты, позволяющие объяснить происхождение Луны и всю имеющуюся совокупность экспериментальных данных и геохимических ограничений. Выполнены реконструкции химической эволюции Земли на ранних этапах ее истории. Продолжаются работы по созданию аппаратуры для реализации космических проектов «Луна-глоб» и «Фобос-Грунт». Данное направление, имеющее стратегически важное значение, развивается вполне успешно.

Основные усилия в геологии месторождений полезных ископаемых, научных основ формирования минерально-сырьевой базы были направлены на усовершенствование теоретических основ учения о рудных месторождениях и методологии их прогнозирования и поисков. Все это имеет огромное значение для развития минерально-сырьевой базы страны

Устойчивое экономическое и социальное развитие России возможно только при форсированном изучении недр, открытии и освоении новых месторождений полезных ископаемых. Тем не менее негативные тенденции в воспроизводстве материально-сырьевых ресурсов в стране, по ряду составляющих оцениваемые как катастрофические даже при явно сдержанных подходах к этим оценкам, сохраняются. Следовательно, развитие минерально-сырьевой базы страны в средне- и долгосрочной перспективе требует принципиальных решений в изменении государственной политики в недропользовании: ее законодательного, организационного и материального, а также и ее научного обеспечения.

Важнейшими стратегическими задачами в рассматриваемой сфере являются: геологическое изучение страны на современных научных и технологических уровнях; воссоздание системы научного обеспечения работ по воспроизводству минерально-сырьевых ресурсов, включая разработку новых принципов прогнозирования и оценки запасов стратегических и дефицитных видов сырья, как в известных горнорудных районах, так и на новых территориях. Выполняемые фундаментальные исследования сфокусированы на следующих ключевых направлениях: изучение факторов формирования крупных и богатых месторождений, причин их образования лишь в некоторых провинциях и в определенные периоды; исследование периодичности в формировании определенных генетических типов месторождений в истории Земли, их связи с определенными этапами эволюции и типами литоферы и выявление металлогенических эпох, благоприятных для накопления тех или иных видов сырья; изучение условий зарождения и развития рудообразующих систем, причин их дифференцированной продуктивности; разработка четырехмерных генети-ческих моделей месторождений, как основы прогнозно-поисковых критериев выявления и оценки месторождений.

Особое значение для нашей страны, основу экономики которой составляют ресурсы углеводородного сырья, имеет изучение осадочных бассейнов и их ресурсного потенциала, фундаментальных проблем геологии и геохимии нефти и газа. В связи с этим сибирскими учеными разработана стратегия развития нефтяного и газового комплексов России на период до 2030 г. Показано, что главной базой страны на весь этот период останется Западная Сибирь, хотя уже начнется крупномасштабная добыча нефти и газа в Восточной Сибири и на Дальнем Востоке. Важнейшей стратегической задачей является разработка Федеральной целевой программы и проведение крупномасштабных геологоразведочных работ на шельфах российского сектора Северного Ледовитого океана. Получен ряд крупных результатов по оценкам углеводородного потенциала различных комплексов Западной и Восточной Сибири и разработке новых эффективных технологий разработки месторождений.

В области комплексного освоения недр и подземного пространства Земли, разработки новых методов освоения природных и техногенных месторождений получены результаты, убедительно показывающие, что отечественные горные науки способны в настоящее время решить проблему обоснования формирования в стране инновационно емкой технологической базы комплексного освоения ресурсов недр в целях значительного повышения эффективности работы и усиления конкурентных преимуществ минерально-сырьевого комплекса России. Это возможно при использовании принципов комбинирования физических, химических и биологических методов, создании замкнутых производственных циклов, использовании сопутствующих техноген-ных образований, глубокой переработке минерального сырья и снижении его потерь с повышением качества стратегически важных видов готовой продукции.

В области исследования Мирового океана отечественная океанология сохраняет мировой уровень в изучении глобальных процессов, связанных с формированием климата и биопродуктивностью и имеет приоритет в исследованиях краевых и внутренних морей России. Ведутся исследования динамики океанических течений и тепломассопереноса, направленные на выявление климатических изменений, изучение катастрофических явлений (цунами, ураганов), геолого-геофизические исследования строения и металлогении дна океана, изучение минеральных ресурсов, оценка запасов и технологий их освоения. В целом, интенсивность океанологических исследований за последние пять лет увеличилась, хотя и остается недостаточной из-за нехватки ресурсов на поддержание научного флота и его оснащение современной аппаратурой. Выполнены 54 погружения глубоководных обитаемых аппаратов «Мир-1» и «Мир-2» на дно озера Байкал. Проведена крупнейшая полярная экспедиция, охватившая все моря российского сектора Арктики, внесшая важный вклад в изучение климатических изменений в арктических морях России.

Водные ресурсы играют определяющую роль в решении проблем жизнеобеспечения и экономического развития страны. Сложность и недо-статочная изученность природных процессов, протекающих в водных объектах, влияние на них изменений климата и антропогенной деятельности, противоречивость требований отраслей экономики к режимам водных объектов, реальность наступления глобального водного кризиса в ближайшие 20-25 лет обуславливают необходимость интеграции фундаментальных и прикладных междисциплинарных исследований в области наук о воде.

В рассматриваемой сфере уровень фундаментальных исследований не уступает мировому. Разработаны новые методы оценки и моделирования процессов в водной среде, прогнозирования экстремальных гидрологических ситуаций и смягчения последствий их негативного влияния на здоровье человека и экосистемы. Получены существенные результаты в развитии теории и методов управления крупными водохозяйственными системами. Выполнен комплекс научных исследований по прогнозированию и стратегическому планированию развития водохозяйственного комплекса страны. Разработана концепция «Водные ресурсы как стратегический фактор развития экономики России на долгосрочную перспективу», а также обоснованы оптимальные решения и стратегии управления водопользованием и водоохранной деятельностью. Реализация основных положений концепции требует единой государственной политики в этой области, совершенствования нормативной и законодательной базы, в частности, следует внести изменения и дополнения в Федеральный закон «Водный кодекс Российской Федерации», принять меры по созданию государственной системы единого комплексного экологического мониторинга; стимулировать развитие инновационной деятельности.

По направлению «Катастрофические процессы природного и техногенного происхождения, сейсмичность – изучение и прогноз» выполнено крупнейшее обобщение геолого-геофизических данных о катастрофических природных процессах (сейсмичность и связанные с ней процессы, вулканизм), опубликованное в пяти томах. Выполнены работы по совершенствованию методов оценки сейсмической опасности, проведены работы и составлены карты детального сейсмического районирования ряда территорий Российской Федерации. Существенное продвижение получено на пути создания комплексного метода, повышающего точность и устойчивость решения обратной задачи об определении положения поверхности разрыва и вектора смещений в очаге землетрясения. Успешно проводится сейсмический мониторинг в сейсмоопасных зонах и на ряде крупных горнодобывающих комбинатах. Выполнен комплексный анализ влияния природных катастроф, связанных с вулканизмом, на изменения состояния природной среды и климата. В данной области исследования российские ученые занимают лидирующие позиции, что, в частности, находит свое отражение в их ведущей роли в соответствующих международных организациях (IASPEI, ESC, ASC и др.).

В области геоэкологии и экологической безопасности основное направление фундаментальных исследований, развиваемое в последние годы, связано с разработкой теории комплексной оценки и управления природно-техническими рисками с целью обеспечения устойчивого развития России. Работа включает создание теоретических основ и практических аспектов анализа геохимических, радиационных и геодинамических рисков, а также методов прямого и косвенного (административно-хозяйственного) управления этими рисками. Практическим результатом этой деятельности можно считать разработку многофункциональной системы автоматизированного мониторинга опасных геодинамических процессов (землетрясений, оползней, опускания земной поверхности и др.), выполненную учеными Института геоэкологии РАН в кооперации с сотрудниками Института физики Земли им. О.Ю. Шмидта и Института геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН. Эта система была внедрена на морских нефтедобывающих платформах на шельфе о. Сахалин.

По направлению Программы, связанному с изучением процессов в атмосфере и на поверхности Земли, механизмов формирования и изменения климата и проблем криосферы проводится мониторинг состава атмосферного воздуха и изучение химических реакций в атмосфере, возникающих в связи с выбросами, а также исследование циклов углерода, серы и азота. Следует отметить определенное технологическое отставание от уровня соответствующих исследований развитых стран.

В отношении климата важнейшей остается проблема выявлении и оценки глобальных и региональных изменений климата. В ближайшие годы будут подведены итоги первого периода реализации Киотского протокола и принято решение о дальнейших мерах борьбы с изменениями климата. Институты РАН (ИФА РАН, ИГ РАН, ИГКЭ Росгидромета и РАН) активно участвуют в работе Межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК) и в переговорных процессах. Хотя веских оснований для утверждения об угрозе глобальной катастрофы в настоящее время нет, проблема требует серьезного научного обоснования. Несколько лучше обстоит дело с развитием численного моделирования, которое соответствует мировому уровню.

По направлению «Эволюция окружающей среды и климата под воздействием природных и антропогенных факторов, научные основы рационального природопользования, использование традиционных и новых источников энергии» получен ряд важных в теоретическом и практическом отношении результатов. Выполнены исследования природно-географических систем, определяемых сложным взаимодействием глобальных изменений окружающей среды и климата, с одной стороны, и быстро развивающимися социальными процессами – с другой. Устойчивость биосферы и понимание порога такой устойчивости остается до сих пор не решенной проблемой, требующей применения глубокого системного подхода. В этом смысле остается недо-оцененной роль экономической и социально-политической географии.

Важнейшей задачей современной географической и геоэкологической науки является понимание того, каким образом глобальные процессы и глобальные изменения преломляются в конкретных условиях и в конкретных регионах, а также где и почему возникают критические области, в которых процессы приобретают резкий, а иногда и необратимый характер. И, наоборот, нужно понять – могут ли и при каких условиях региональные изменения природы (например, экологическая катастрофа в регионе Аральского моря) вызвать серьезные глобальные изменения, которые будет трудно предотвратить. Современные исследования в этом направлении строятся на базе широкого использования спутниковых данных и развития специализированных геоинформационных систем.

Исследования по разработке методов, технологий, технических и аналитических средств исследования поверхности и недр Земли, гидросферы и атмосферы, геоинформатике проводятся путем создания новых технологий и программно-аппаратных комплексов исследования приповерхностного слоя Земли и ее внешних оболочек. Успешно развиваются технологии, соединяющие геоинформационные системы (ГИС) и ГИС-ориентированные методы искусственного интеллекта. В области развития отечественных методов и аналитических средств исследования вещества важным достижением является введение в строй аппаратуры для локального геохронологического исследования цирконов и других урансодержащих минералов U–Pb изотопным методом. Впервые в России использована методика лазерной абляции. Ряд достижений имеется в области изучения миграции трансплутониевых и других радиоактивных элементов в природной среде и разработке систем радиохимического мониторинга территорий предприятий ядерно-топливного цикла.

Разрабатываются новые аэрокосмические методы и технологии для иссле-дования гидросферы, атмосферы, земной поверхности сейсмоопасных территорий и областей проявления вулканизма, горнорудных районов. В частности, для изучения приповерхностного слоя океана, ГУ «АЭРОКОСМОС» Минобрнауки России совместно с институтами РАН разработаны методы регистрации коротких внутренних волн в водной среде по спектрам оптических и радиолокационных изображений; методы дистанционного мониторинга антропогенных воздействий на экосистемы прибрежных акваторий; методы обнаружения оптических неоднородностей морской среды, основанные на анализе характеристик изменчивости сигналов в разных спектральных каналах космической аппаратуры высокого пространственного разрешения; новые методы дистанционного мониторинга сейсмоопасных районов по геодинамическим, ионосферным, тепловым и другим предвестникам землетрясений, регистрируемым из космоса.

ОБЩЕСТВЕННЫЕ НАУКИ

Перспективы развития России, в первую очередь, конечно, зависят от нашей государственной политики. Но, как представляется, надо очень внимательно исследовать серьезные фундаментальные изменения, которые происходят сейчас в мире. Это – мировой финансовый кризис, который на наших глазах превращается в мировой экономический кризис. Эти события отражают то, что можно назвать кризисом современной глобализации. Та модель глобализации, которая формировалась несколько последних десятилетий, сейчас оказалась в крайне серьезной и очень тяжелой ситуации. Потерпела и теоретически и практически крах неолиберальная модель экономического развития, которая господствовала в мире по крайней мере со времен Рейгана.

Финансово-экономический кризис, охвативший США, а затем и весь мир,
в 2008 году существенно ускорил трансформацию системы международных отношений, которая началась в середине нынешнего десятилетия. Суть этой трансформации – переход от однополярной к многополярной структуре мировой политики и экономики.

Опережающими темпами развивались Китай, Индия, Бразилия. В то же время по ряду вопросов возникли расхождения между США и другими развитыми странами Запада. Отношения между США и Европейским союзом приобрели неоднозначный характер. Зашли в тупик попытки довести до конца либерализацию международной торговли под эгидой ВТО. Завязнув на многие годы в иракской войне, США начали утрачивать контроль над развитием событий в мире.

Пока можно говорить только о контурах новой многополярности, которые формируют новые центры силы. Какое положение они займут в мире, и каким этот мир станет – покажет время. Однако уже сейчас принципиально важно уяснить: многополярность XXI века качественно отличается от той, что была прежде.

Наибольшую опасность для обеспечения национальной безопасности России будут представлять тенденции мирового развития, предполагающие использо-вание военно-силовых способов разрешения межгосударственных противоречий.

Очаги напряженности вокруг Российской Федерации, способные привести к вовлечению России в конфликты различной формы и интенсивности, вызываются к жизни и затем подогреваются как объективными, так и субъективными факторами, которые проявляются в таких областях как:

борьба с международным терроризмом;

национально-территориальные споры;

экономические разногласия, в том числе споры за доступ к природным ресурсам (воде);

цивилизационные противоречия;

претензии на глобальное или региональное лидерство и др.

Со времени формального исчезновения СССР прошло уже почти два десятилетия – срок достаточный, чтобы о тенденциях на постсоветском пространстве можно было говорить с высокой степенью определенности. По разным причинам в отечественной и мировой научной литературе таковая пока отсутствует. Можно выделить несколько ключевых тем.

Это, прежде всего, диалектика интеграционного и дезинтеграционного развития в рамках постсоветского пространства.

Центростремительные и центробежные тенденции в ареале бывшего СССР имеют разные источники, достаточно противоречивую динамику, но нередко развиваются параллельно и вызывают к жизни самые причудливые коллизии, накладывающие сильнейший отпечаток на развитие региона.

Далее, это вопросы безопасности в условиях глобализации, которые приобретают новое качество и зачастую требуют принципиально новых подходов. Это – сложность и многообразие возникающих здесь вызовов национальной и международной безопасности.

В условиях глобализации само постсоветское пространство становится объектом конкуренции между участниками международной жизни.

Возникает вопрос об оценке содержания, направленности и результатов эволюции постсоветского пространства в контексте процессов глобализации: насколько здесь правомерно говорить о политическом размежевании по линии «Россия versus США/НАТО/ЕС», или о более масштабных трансформациях в «треугольнике» Россия–Запад–Китай, или об иной геополитической конфи-гурации.

Важно посмотреть и на то, какие внешние влияния будут наиболее значимы для международно-политического развития постсоветского пространства: стремление ослабить конкурентоспособность России, борьба за доступ к российским природным ресурсам, передел и хозяйственное освоение Арктики, активизация внешних центров силы и влияния в отношении стран постсоветского пространства и т.п. В свете недавних событий на Кавказе возникает необходимость оценить конфликтогенный потенциал в постсоветском пространстве и то, как он соотносится с вызовами / возможностями глобализации.

Наконец, необходимы прогнозные оценки в отношении ожидаемых тенденций эволюции в регионе, а также возможностей их корректировки в интересах укрепления стабильного и устойчивого международно-политического развития.
В этой связи необходимо решение таких задач как:

определение основных факторов, тенденций, вариантов развития международных отношений в контексте процессов глобализации, значимых для положения дел в постсоветском пространстве;

анализ места постсоветского пространства в системе глобальных международно-политических взаимосвязей;

формулировка стратегических и внешнеполитических выводов для России.

В настоящее время происходит исчерпание возможностей быстрого развития в рамках сложившейся в России экспортно-сырьевой модели экономики.

Модель экономического роста, сложившаяся в России, выглядит следующим образом:

в основе экономического роста лежит интенсивное расширение внутреннего спроса, вызванное притоком в страну доходов, связанных с благоприятной внешнеэкономической конъюнктурой цен на энергоносители и металлы (рост потребительского спроса также подогревается ростом потребительского кредитования);

основной эффект от расширения внутреннего спроса «улавливается» импортом, динамика которого существенно опережает рост внутреннего рынка;

экспорт имеет ярко выраженную сырьевую направленность (в 2007 г. доля экспорта нефти и газа составила 48% от суммарных объемов экспорта), что подразумевает высокую зависимость российской экономики от внешне-экономической конъюнктуры;

основная часть доходов концентрируется в экспортных секторах и в секторе торговли.

Проблема состоит в том, что предпосылки экономического роста в рамках существующей модели перестанут действовать уже в ближайшие годы. Это связано как с действием ограничений разного рода (в первую очередь, ресурсных и социально-демографических), так и с исчерпанием потенциала самой сложившейся экспортно-ориентированной модели воспроизводства.

В этой связи перед российской экономикой стоит задача стабилизации предложения энергоресурсов без реализации ряда капиталоемких и сложных в технологическом и организационном отношении проектов в области добычи и транспортировки нефти. Уровень ее добычи к 2015 г. стабилизируется в пределах 530-540 млн. т. в год, добычи газа – будет медленно повышаться. Кроме того, ожидается рост капиталоемкости добычи полезных ископаемых (нефти и газа), который вызовет снижение рентабельности и инвестиционной привлекательности проектов.

Аналогичная ситуация (рост капиталоемкости, связанный с исчерпанием старых и необходимостью разработки новых месторождений) будет присуща и добыче других видов полезных ископаемых (руд металлов, сырья для производства стройматериалов).

Таким образом, темпы роста добывающей промышленности существенно замедлятся и не смогут обеспечивать в дальнейшем высокие темпы экономического роста.

Огромная проблема – это действие социально-демографических ограничений. Несмотря на предпринимаемые меры в области социальной политики и устойчивый рост реальных доходов населения, сохраняется ряд негативных тенденций, ведущих к ухудшению человеческого капитала как в количественном (из-за демографических проблем), так и в качественном отношении.

Еще одна важнейшая проблема – это низкая конкурентоспособность продукции обрабатывающих отраслей промышленности.

В настоящий момент важнейшим фактором, ограничивающим повышение конкурентоспособности и, соответственно, рост в обрабатывающей промыш-ленности, является нехватка современного оборудования, позволяющего нормали-зовать параметры эффективности и качества производимой продукции.

Усиление конкуренции на внешних и внутренних рынках является результатом действия технологического фактора. Кроме того, возникает дополнительный фактор, осложняющий условия конкуренции российской продукции как на внешнем, так и на внутренних рынках. Этим фактором может стать начало нового технологического рывка в развитых странах, совмещенного с переносом современных высоких технологий в страны, проходящие индустриализацию.

В нынешних условиях, когда основу экспорта товаров составляет вывоз сырья, динамика физических объемов экспорта весьма ограничена вследствие ограничений со стороны добычи, транспортной инфраструктуры, масштабов спроса и других факторов. В итоге, рост экспорта товаров в последние годы устойчиво отстает от общей динамики ВВП. Кроме того, к концу текущего десятилетия будет исчерпан запас ценовых конкурентных преимуществ значительной части перерабатывающих производств, ориентированных на внутренний рынок. Соответственно, главная альтернатива уже ближайшего
этапа развития выглядит следующим образом: либо на базе расширения инвестиций в основной капитал и сопутствующего роста инновационной активности существенно повысится конкурентоспособность продукции обрабатывающей промышленности (что скомпенсирует падение вклада внешнеэкономического фактора), либо существенное падение темпов развития станет неизбежным.

В этой связи большую роль приобретает разработка пороговых значений экономической безопасности и их количественных параметров, которые должны отражать состояние экономики, максимально неуязвимой от возможных негативных внешних влияний.

Важнейшими задачами, решение которых позволит в перспективном периоде решить указанные цели в сфере реальной экономики, являются поддержа-
ние достаточно высоких темпов экономического роста и факторов, их определяющих – диверсификация производства на инновационной основе, инвестиции, прирост запасов полезных ископаемых и др.

В социальной сфере важнейшими задачами являются преодоление бедности и неправомерно высокого разрыва в доходах и имущественном уровне богатых и бедных, снижение уровня безработицы, формирование мощного социального слоя, получившего название среднего класса, достаточное обеспечение населения качественными услугами отраслей социальной сферы (ЖКХ, образование, здравоохранение, культура) и достижение на этой основе кардинального улучшения демографической ситуации.

В денежно-финансовой сфере предстоит обеспечить сбалансированность доходов и расходов государственного бюджета, устойчивость банковско-кредитной системы и денежного обращения и на этой основе создания в России одного из мировых финансовых центров.

Крайне важны также показатели эффективности государственного управления и построение системы предельно критических показателей развития российского общества, которая могла бы дать точку отчета происходящих социальных изменений (прогрессивных и регрессивных).

В последнее время в научный оборот введено понятие социокультурной безопасности. Ее измерение позволяет судить о сохранении культуры, языка, национальной идентичности в условиях нивелирующего влияния глобализации и международных миграций.

Все большее значение приобретает разработка различных прогнозов, особенно технологического развития экономики России, а также прогнозов социально-экономического развития как всей страны, так и ее регионов.

В качестве крупнейших инновационных контуров ХХI столетия прогнозируются: информационные и телекоммуникационные технологии
(в том числе создание глобальных информационных систем, построение информационного общества); медицина и здравоохранение (в том числе проблемы геронтологии, поддержка престарелых, совершенствования управления сферой охраны здоровья населения); защита окружающей среды (одна из первостепенных ее задач – перевод автомобильного транспорта на экологически безопасное топливо); технологии личной безопасности и противодействия терроризму (разработка датчиков, систем оповещения населения, вакцин, индивидуальных наборов для осуществления тестов на вредность, методов изучения и использования особенностей психологии и поведения террористических групп
и др.).

Приоритетными направлениями макротехнологии должны быть области: энергетики и энергетического машиностроения, атомной энергетики; ракетно-космических технологий; авиастроения; судостроения; производства военной техники и вооружений; средства связи и радиотехники; нанотехнологий и новых материалов; информационных технологий; железнодорожного транспорта.

Технологическая модернизация экономики, отраслей и предприятий предполагает эффективное встраивание инновационных решений в существую-щую технологическую структуру.

Сопряженность, гармонизация и учет потенциала технологической струк-
туры требуют использования новых подходов и способов измерения, исключающих традиционное суммирование эффекта от использования инновационных решений.

Несбалансированность потенциала стадий полного инновационного цикла была и остается одной из острых и нерешенных проблем управления национальной инновационной сферой.

Все это требует создания модели инновационной системы России и механизмов ее практической реализации.

Крайне важны разработки вариантов взаимоувязанных в межотраслевом аспекте макроэкономических прогнозов на период до 2020 и 2030 годов.

Не менее важное значение имеет разработка комплексных прогнозов регионального развития, включающих экономические, политические, социальные и другие аспекты.

При все большей открытости России внешнему миру крайне важны разработки прогнозов развития России, ведущих стран мира (Китая, Индии, Европы, США и Японии) и мировой экономики на ближайшую и более отдаленную перспективу, прогнозы экономических и международных взаимо-отношений России с внешним миром, а также анализ основных возможных вызовов для России на мировой арене и разработка вариантов ответа на них.

Все происходящее в России и мире требует философского осмысления. В этой связи большие задачи стоят перед философской наукой в таких областях, как философия науки и техники, эпистемологии и логики, аксиологии и философская антропология, а также история философии.

Необходима разработка предложений по нормативно-правовому обеспечению всех принимаемых правительственных решений, а также по правовому регулированию взаимодействия информационного и гражданского общества; иностранных инвестиций, гармонизации международно-правовых и национально-правовых методов их регулирования; правового режима морских пространств, открытого моря и континентального шельфа и др.

ИСТОРИКО-ФИЛОЛОГИЧЕСКИЕ НАУКИ

Исторические науки. Фундаментальные исследования, проводимые отечественными историками, находятся в русле новейших тенденций исторической науки и получили широкое признание ведущих зарубежных
ученых. За последние годы в результате освоения новых методов и существенного расширения тематики исследований произошел качественный сдвиг в разработке многих ключевых проблем истории. Выполнены фундаментальные исследования по актуальным проблемам истории с древнейшего времени до наших дней.

В настоящее время учеными РАН целенаправленно разрабатываются проблемы теории, методологии и истории исторической науки в виде самостоятельной научной программы, и многие современные подходы к изучению прошлого уже апробированы в России. Одно из приоритетных направлений – изучение современных моделей мирового исторического процесса. В рамках этого направления исследуются ключевые вопросы глобальной истории, проблемы компаративистики, теории и истории цивилизаций, проблемы диалога как специфической формы межкультурного взаимодействия, который приобрел особую значимость в эпоху глобализации. Важное место занимает анализ кризисных и переходных эпох в мировой истории. Работают научные центры, осуществляющие инновационные исследовательские программы по ключевым проблемам исторической антропологии, истории культуры и истории повседневности, социальной, интеллектуальной и гендерной истории, по источниковедению и специальным историческим дисциплинам. Новое направление – «Информационные процессы и информатика в исторических исследованиях».

В рамках программ фундаментальных исследований ОИФН РАН были исследованы имеющие важное практическое значение проблемы организации, трансформации и социальной функции исторического знания, формирования исторического сознания и исторической памяти, которая на рубеже XX–XXI вв. стала одной из ведущих как в профессиональной историографии, так и в общественных дискуссиях. В настоящее время изучается комплекс отношений власти, социума и личности в историческом развитии.

Идет процесс открытия архивов, устойчиво расширяется деятельность в сфере публикации исторических источников, чему важнейшим подтверждением служит выход томов ряда фундаментальных продолжающихся изданий.

Многообещающим направлением в исторических исследованиях за последние годы стало изучение Русского Зарубежья. Значительные результаты получены в разработке истории российской государственности эпохи средневековья. Внесен существенный вклад в изучение социальных трансформаций в России (XVII–XX вв.). Проанализированы теоретико-методологические проблемы модернизационного подхода к изучению исторических процессов, выделены основные этапы его эволюции, определено место среди прочих теорий, объясняющих причины и направленность общественных изменений. Выявлены институционально-политические, хозяйственно-экономические, социокультурные механизмы российских модернизаций, их роль в формировании национальной модели перехода от традиционного к индустриальному обществу. Новизна результатов обеспечена вовлечением в научный оборот и анализом новых комплексов массовых статистических и нарративных источников.

В перспективе представляются актуальными дальнейшие исследования отечественной модели модернизации и ее региональных аспектов, диффузии инноваций в историческом процессе, роли механизмов социальной интеграции в формировании региональных и национально-страновых моделей развития, а также разработка методов и инструментария актуализации исторического опыта в современной социальной практике.

Большие результаты получены в изучении экономической истории. Успешно ведется изучение проблем истории международных отношений. Приоритетным направлением в изучении всеобщей истории являются сквозные тематические исследования, относящиеся к разным эпохам и континентам («Человек и общество в истории», «Христианство в мировой истории», «Россия и Запад: исторический опыт XIX–XX вв.», «Образы времени и исторические представления в цивилизационном контексте: Россия – Восток – Запад»).

Одно из основных направлений – изучение истории континентов, регионов и отдельных стран. Деятельность научных центров по региональной истории ориентирована на изучение проблем диалога культур и цивилизаций. В последние годы особое внимание было направлено на расширение ареала исследований в направлении подлинно всемирной истории. С этой целью осуществляется научная программа «Россия в мировой истории» и проект сравнительно-исторических исследований стран постсоветского пространства. Кроме того, был создан Центр истории религии и церкви, подготовивший первый учебник по истории мировых религий. Осуществляется специальная программа по изучению истории права.

Существенное продвижение было сделано в изучении сравнительной истории древних цивилизаций, в изучении византийской цивилизации, западноевропейского Средневековья и Раннего Нового времени. В последние годы новые достижения связаны с результатами комплексного изучения таких актуальных проблем истории Нового времени, как специфика модернизации европейских стран в XIX веке; проблема соотношения эволюционного и революционного путей развития Западной Европы; формирование гражданского общества; деятельность политических партий и европейский парламентаризм. Результаты долговременных исследований были обобщены в многотомном труде «История Европы». В настоящее время ведется работа по его завершающему тому, посвященному истории ХХ века. Разработаны новые подходы к таким актуальным проблемам, как европейский федерализм, формирование и эволюция национальной идеи, опыт международной социал-демократии, тоталитаризм, левые движения в Европе. Изучению истории двух мировых войн, международных отношений и холодной войны был посвящен специальный проект Института «Проблемы войны и мира в XX веке» (издан 4-томный труд «Мировые войны в XX веке»). Поднять на качественно новый уровень исторические исследования по истории ХХ века позволила подготовка и издание многочисленных научных публикаций архивных документов (в том числе работа над архивом Коминтерна). Накопленный научный потенциал позволил приступить к работе над новым масштабным проектом – подготовкой академической 6-томной «Всемирной истории».

Важнейшее значение имеют академические исследования в области востоковедения. Продолжается работа по теоретическому осмыслению основных тенденций и закономерностей развития восточных обществ в конце ХХ – начале XXI века. При этом должное внимание уделяется исследованиям в области историографии, экономической теории, обобщению достижений российской и западной исторической, экономической и политической мысли. Рассматриваются особенности этнокультурного кода китайской цивилизации, публикуются статьи по истории отечественного китаеведения, исследования по истории взаимоотношений России и Китая с XVII в. до наших дней; характеризуются различные аспекты внешней политики России в Азиатско-Тихоокеанском регионе. Ведется работа по написанию 10-томной Истории Китая.

Научная и практическая работа в области востоковедения в РАН учитывает потребности российского общества, национальной экономики и государственные интересы страны. Осуществляется плодотворное сотрудничество востоковедов РАН с МИД РФ.

Принципиальное значение имеют комплексные историко-культурные исследования Славянского мира, составляющего ближайший западный вектор Российской политики. Были получены важнейшие результаты в изучении развития общественной мысли славянских народов в различные эпохи, культурных связей славян, истории международных отношений в Центральной, Юго-Восточной и Восточной Европе от Средневековья до наших дней, проблем образования наций, межнациональных и межконфессиональных отношений у народов региона, восприятия ими друг друга.

Археологические исследования, выполняемые ведущими институтами РАН (ИА РАН, ИИМК РАН, ИАЭ СО РАН, ИИА УрО РАН и др.) обеспечивают формирование современных научных знаний о древней и средневековой истории Евразии. Они не только создают источниковую базу для изучения древних культур, но и формируют общую синтетическую картину культурных трансформаций и технологических и культурных инноваций в древности и средневековье, раскрывают многие аспекты этнических процессов и становления средневековых государств на территории Евразии. Экспедиции институтов РАН ведут широкие полевые исследования на всей территории России – от Калининграда до Приморья, а также в некоторых важных в историко-культурном отношении регионах зарубежной Евразии – в Крыму, в Средней Азии, в Месопотамии, в Монголии. Результаты полевых исследований активно вводятся в научный оборот. Важнейшим фактором интеграции археологического сообщества России стали всероссийские археологические съезды, проведенные в 2006 и
2008 гг. в Новосибирске и Суздале.

Благодаря работам археологов изменился облик и содержание гуманитарной науки. Теперь это комплексные исследования с широким привлечением методик, специалистов, лабораторной базы естественных наук. В рамках текущих проектов реконструируются формы биологической, хозяйственной и культурной адаптации к окружающей среде, виды использования природных ресурсов, а также исследуются демографические и социальные параметры древних обществ. Новые материалы, собранные и проанализированные исследователями РАН в последние годы, стали основой для решения таких фундаментальных проблем как время и пути первоначального расселения человека из его прародины – Восточной Африки на Евразийский континент. Определен характер развития палео-литических традиций на территории Центральной Азии и доказана непрерыв-
ная эволюция культуры первобытного человека на протяжении последних
100 тыс. лет. Изучено становление древней металлургии в Приуралье в эпоху бронзы, развитие средневекового расселения и культурного ландшафта в центре Московского государства (трехтомная монография «Культура средневековой Москвы. Исторические ландшафты».

Для осмысления национального прошлого и более глубокого понимания российской идентичности исключительную важность имеет археологическое изучение Древней Руси, средневековых городов и сельских поселений Центра и Севера Европейской России, Новые раскопки в Новгороде, Старой Ладоге, Подмосковье, в Суздальском Ополье, на Кубенском озере, в Рязани, Московском Кремле, Суздале обеспечивают современное научное видение таких важнейших явлений средневековой истории как славянская колонизация восточно-европейской равнины, становление древнейших городов, формирование древне-русского сельского ландшафта.

В деятельности археологических учреждений РАН значительное место занимает работа по обеспечению сохранности археологического наследия. Предложения РАН легли в основу принятых Законодательным Собранием РФ в сентябре 2006 г. поправок к кодексу РФ, предусматривающих усиление ответственности за расхищение археологических ценностей. Археологические учреждения РАН выполняют большой объем спасательных раскопок в зонах строительства, в том числе в древнейших исторических городах (раскопки в Ярославле, Владимире, Ростове Великом, Смоленске), культурный слой которых представляет исключительную ценность. В условиях экономического роста и расширения хозяйственной деятельности в России особую актуальность приобретает экспертиза крупных строительных проектов с точки зрения обеспечения сохранности археологических объектов.

Общие масштабы полевых археологических работ в России в последние годы постоянно возрастают (в среднем на 10-12% в год), что связано, прежде всего, с ростом объемов спасательных раскопок на новостройках. Необходимый научный уровень раскопок во многом обеспечивается за счет того, что их научная регламентация осуществляется РАН, в ведении которой находится выдача открытых листов и экспертиза отчетов о полевых работах. Систему научной регламентации археологической деятельности необходимо сохранить и при реорганизации системы выдачи открытых листов. В этой ситуации вызывают озабоченность возможные изменения этой системы.

В РАН динамично развиваются фундаментальные и прикладные исследования по этнологии и антропологии. За последние 15-20 лет в рамках этнологии и антропологии наиболее динамично развиваются следующие направления и области исследований: этносоциология, социальная антропология городских субкультур, исследования диаспор и меньшинств, изучение этнических процессов и контактов, исследования проблем семьи и гендерных отношений, антропология и география религий, социально-антропологические исследования власти и конфликтов, юридическая антропология, этология человека, исследования национализма и ксенофобии, миграций и социальной адаптации и др. Заслуженное признание получили изданные РАН тома серии «Народы и культуры», каждый из которых посвящен одному или нескольким родственным народам РФ. В методологии найдено оптимальное сочетание традиционных историко-этнографических проблем и изучение современности. Решается проблема расширения поля этнологических исследований и выработка их методики в условиях современного модернизирующегося общества, проблемы взаимопроникновения культур, глобализации во всех сферах общественной жизни, соотношения гражданской и этнической идентичности, роль религии в обществе.

Продолжаются поиски оптимального соотношения между этнологией и антропологией. Если обычно этнологи стремились изучать этнокультурные процессы на групповом уровне, рассматривая этнические группы (народы)
в качестве целостностей, то сегодня на первый план все больше выходит пробле-
ма взаимоотношений индивида и традиционной (по рождению индии-
вида) этнокультурной среды и выбора индивидом такой среды и рефе-
рентной этнокультурной группы, которые соответствуют его персональным установкам.

В научно-организационном плане следует ожидать дальнейшего развития региональных этнологических центров и школ, которые могут составить необходимую конкуренцию традиционным лидерам в области этнологических и антропологических наук – Москве и Санкт-Петербургу. Среди приоритетов в этнологических исследованиях – народы России и стран «ближнего зарубежья». Будет также возрастать значение исследований стран Восточной и Передней Азии, а также Африки и арабского мира.

Растет значение этнологических исследований для нужд общества и государства, включая экспертные исследования законопроектов и политических решений, экономических и социальных проектов, проблемы преодоления ксенофобии, построения гражданского общества. Востребованность таких исследований будет зависеть от готовности государственных структур и бизнеса к восприятию и применению на практике результатов научных исследований. Крайне необходимо создание системы научного этноконфессионального мониторинга российского общества на предмет обеспечения гражданского согласия, сохранения целостности и разнообразия российского народа.

Важной составляющей деятельности ученых ОИФН РАН является трансляция нового научного знания в образовательную практику. Регулярно проводимые курсы повышения квалификации для преподавателей региональных университетов стимулируют введение в учебный процесс новейших достижений отечественной и мировой историографии. Учеными-историками подготовлено и опубликовано несколько комплектов инновационных учебных пособий для вузов и многочисленные учебные пособия для средней школы по всему циклу всеобщей истории от истории Древнего мира до Новейшей истории, учебник по истории России ХХ века. По инициативе ИВИ РАН проводится Всероссийское научно-методическое совещание «Проблемы методологии исследований, инновационные подходы и координация научно-образовательной деятельности в преподавании истории в высшей школе» (с 2003 г.), на котором была выработана программа подготовки новых учебников и учебных пособий для университетов. Эта работа продолжается в рамках научно-методического семинара «Историография, теория и методология истории: учебная литература нового поколения».

Перспективы развития отечественной исторической науки состоят, прежде всего, в подготовке обобщающих исследований по наиболее крупным проблемам, таким как взаимодействие власти и общества, взаимосвязь реформ и революций. Уже признана необходимость в дальнейшем расширении сравнительно-исторических исследований, призванных осветить место России в мировом историческом процессе.

Филологические науки. Современная академическая лингвистика ориентирована на обширное предметное поле (более 6000 языков), обладает теоретическим и методологическим потенциалом.

Фундаментальные языковедческие исследования в РАН ведутся на базе ИЯЗ РАН, ИРЯЗ РАН, ИЛИ РАН, а также в региональных научных центрах.

Мировое признание в области теоретической лингвистики получили Московская, Петербургская и Новосибирская типологические школы, школа теории функциональной грамматики, школа сравнительно-исторического изучения индоевропейских языков, московская семантическая школа и некоторые другие. Они успешно развиваются, хотя и нуждаются в более серьезной поддержке со стороны государства.

Главными направлениями исследований отечественных лингвистов являются:

1. Строение языков мира: типология языков, «контрастивная» и ареальная лингвистика, а также закономерности исторического развития языков.

2. Употребление языка в жизни человека: кроме социолингвистики и психолингвистики, ставших сравнительно недавно традиционными, активно в последние годы развиваются политологическая лингвистика, исследование языка науки и языков средств массовой информации. Результаты этих теоретических разработок прилагаются к детальному описанию многочисленных языков Российской федерации, а также ближнего и дальнего зарубежья.

3. Междисциплинарныеаспекты этносоциальной и культурной истории в свете языковых данных в связи с комплексным изучением народов России,
а также зарубежных регионов.

4. Создание фундаментальных баз данных, служащих основой для выполнения названных выше задач и для выдвижения новых проблем перспективных исследований. Пример такой работы – национальный корпус русского языка и других языков России.

Современное состояние русистики в РАН характеризуется значительными достижениями в области современной, исторической и диалектной лексикогра-
фии – созданием многотомных академических словарей современного русского языка, исторических, этимологических и диалектных словарей и атласов. Важные результаты получены в области изучения русской разговорной речи и социолингвистических параметров функционирова­ния русского языка. Создан и развивается масштабный Национальный корпус русского языка – инфор-мационная база, обеспечивающая объективность и достоверность суждений о современном состоянии и путях развития русского языка. Высокий уровень лингвисти­ческих и культурно-исторических обобщений достигнут в изучении древнерусских письменных памятников, в особенности новгородских берестя­ных грамот. Идеи отечественной школы лексической семантики получили все­мирное признание. На их основе создан бес­прецедентный в мировой лингвис­тике объяснительный словарь русских синонимов и сей­час идет работа над ин­тегральным словарем русского языка. По теоретическому уровню русистика находится на одном из первых мест в мировой лингвистике, а по некоторым направлениям – на первом месте.

Одно из ведущих направлений отечественного языкознания связано с изучением языков народов Сибири.

Задачей академической науки о русском языке является экспертная оценка речевых инноваций с точки зрения их нормативности и закрепление норм литературного языка в нормативных словарях, грамматиках, справочни­ках по культуре речи. Решение этой за­дачи вытекает из положений Федераль­ного Закона РФ «О государственном языке Россий­ской Федерации». Для вы­полнения этой работы необходимо знание исторического разви­тия языка, его диалектной, социальной, профессиональной и иной дифференциации. По­этому академическая деятельность в области языковой нормализации русского языка опи­рается на всю совокупность лингвистических характеристик древних и со­временных тек­стов. Подобным образом организована работа с национальным языком во всех странах мира.

Основными направлениями литературоведческих исследований в учреждениях ОИФН РАН (ИМЛИ РАН, ИРЛИ РАН) остаются разработка общей и специальной историко-литературной проблематики, текстологическая, эдиционная и коммен-таторская подготовка научных изданий, разработка теоретико-литературных и смежных философско-эстетических проблем, а также архивно-документальное обеспечение проводимых исследований. Сегодня их результатами являются новые академические собрания сочинений русских писателей (А.С. Пушкина, Н.В. Гоголя, И.А. Гончарова, И.С. Тургенева, А.А. Фета, К.Н. Леонтьева, А.А. Блока, С.А. Есенина, В. Хлебникова, М.А. Волошина), издания литературных памятников и их сводов (Библиотека литературы Древней Руси), научные труды по широкому кругу историко-литературных тем.

В области изучения древнерусской литературы ученые РАН всегда занимали лидирующее положение. В 2008 г. академику А.А. Зализняку была присуждена Государственная премия РФ за исследование «Слово о Полку Игореве: взгляд лингвиста» (М., 2007).

Учеными РАН проводятся исследования по теории и методологии литературоведения, комплексному анализу основных проблем теории литературы в историческом освещении, изучению важнейших литературно-художественных течений XX века, анализу теоретико-литературных идей России и Запада, современных проблем теории литературы.

Одно из приоритетных направлений академического литературоведения связано с изучением различных этапов истории русской литературы, литератур Востока и Запада в свете установления основных закономерностей развития литературного процесса, разработки вопросов исторической поэтики.

Ведется работа по выпуску «Историй» национальных литератур; особое научное значение имеет подготовка новой «Истории русской литературы
XX века», отвечающей современному состоянию филологической науки.

Фольклористами РАН ведется многоаспектная работа по собиранию, архивации и систематизации памятников устного народного творчества, применению междисциплинарных подходов к изучению текстовых массивов произведений фольклорных жанров, использованию компьютерных технологий. Приобретает особую актуальность подготовка полного свода русского фольклора, а также фольклора других народов РФ, в частности, Сибири и Дальнего Востока.

Ещё одна проблема, требующая скорейшего решения: после распада Советского Союза оказались за рубежом или прекратили существование специальные журналы, такие как «Советское финно-угроведение», «Советская тюркология». Сложилась абсурдная ситуация: Россия, в которой проживают по самому скромному подсчёту 16 коренных тюркоязычных народов, не имеет специального научного издания, посвященного их языкам и культуре, а Германия издаёт такой журнал.

В области изучения русского языка и государственных европейских языков сейчас наблюдается недостаточное развитие исследований, посвященных синхронии и диахронии, лишь в отдельных научных центрах (главным образом, в Москве и Петербурге) ведется планомерная работа. Так, например, в России фактически нет специалистов по старофранцузскому языку, вузовское преподавание латыни и древнегреческого языка, важное для любой области исторической лингвистики, ограничивается элементарным курсом.

Достойное место в мировой лингвистике всегда занимала отечественная наука о языке. Существующие шесть центров изучения 126 языков народов России в силу недостаточного финансирования не имеют возможности развернуть полноценные экспедиционные исследования по сбору языкового материала. Во многом утрачены научные позиции таких традиционно сильных направлений российской лингвистики, как финно-угроведение, тюркология, монголистика. Мало внимания уделяется изучению языков Африки, Северной и Южной Америки, Австралии и Океании. Необходимо иметь отдельную программу для изучения редких языков.

Особенно востребована русистика в связи с развитием компьютерных технологий: для решения проблем искусственного интеллекта и общения с компьютером на естествен­ном языке, создания моделей машинного перевода, разнообразных поисковых систем и других информационных задач.

ВАЖНЕЙШИЕ НАУЧНЫЕ ДОСТИЖЕНИЯ

Номер и наименование направления фундаментальных исследований

(по Программе)

Результаты

1

2

I. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ НАУКИ

  1. Современные проблемы теоретической математики

Полностью классифицированы все конечные подгруппы в группе Кремоны плоскости (т.е. группы бирациональных автоморфизмов плоскости) с точностью до сопряжения над полем комплексных чисел. Таким образом, дан окончательный ответ на классический вопрос, восходящий к Бертини, С. Кантору, Виману и другим математикам конца 19-го века, об описании всех конечных подгрупп в группе бирациональных преобразований плоскости.

Ключевым понятием квантовой теории информации является «сцепленность» − специфический род корреляции, отсутствующий в классических системах. Важный класс квантовых каналов связи образуют каналы, разрушающие сцепленность, в конечномерном случае подробно изученные в работах П. Шора и др. Проведено исчерпывающее исследование этого класса в бесконечномерном случае. Установлен критерий разрушения сцепленности для квантового гауссовского канала общего вида, позволивший найти ряд новых случаев, для которых известная гипотеза аддитивности пропускной способности выполняется в наиболее сильной форме.

Доказано существование точек гладкости у любой субримановой метрики. Задача, решенная в работе, возникла сразу после обнаружения строго анормальных субримановых геодезических, минимизирующих длину (R. Montgomery, 1991), и считалась очень трудной. У нее есть несколько эквивалентных одинаково естественных формулировок и отсутствие решения сильно тормозило развитие субримановой геометрии.

Установлено, что для любой ограниченной биортонормированной системы, определенной на сепарабельном метрическом пространстве с борелевски регулярной внешней мерой, существует ряд Фурье, расходящийся на множестве положительной меры. Этот результат, дающий широкое обобщение классической теоремы Колмогорова, относится к основным фактам современной теории меры и абстрактного анализа Фурье. Он потребовал создания принципиально новой конструкции и может иметь различные приложения, в том числе к биортогональным разложениям на римановых многообразиях.

В работе дан принципиально новый способ построения резольвент, называемых адельными, для некоторого класса пучков абелевых групп на алгебраических многообразиях. Важнейший пример – пучки K-групп из высшей К-теории. В отличие от известных резольвент они обладают свойствами мультипликативности и контравариантности. Это позволяет описывать в их терминах произведения Масси на группах Чжоу, а также бирасширения над группами Чжоу.

Полностью решена задача биголоморфной классификации для двумерных трубчатых областей и решена задача об описании собственных голоморфных отображений (конечных разветвленных накрытий) двумерных областей Рейнхарта.

Для решений в шаре полигармонического уравнения или уравнения, отличающегося от него младшими слагаемыми, получено необходимое и достаточное условие существования предела в среднем квадратичном на границе. Критерий существования граничного значения получен и для решений произвольного эллиптического уравнения с постоянными коэффициентами в двумерной полосе.

Для одного класса алгебр с экспоненциальным ростом доказано (совместно с А. Беловым) что ассоциированная алгебра Ли содержит нетривиальную свободную подалгебру. В частности, это верно для алгебры Ли L_n+2 с образующими x_1, . . . , x_n+2 и соотношениями: для всех k < n +1, любой коммутатор длины k, состоящий из менее чем k различных символов из {x_1, . . . , x_n+2}, равен нулю. Аналогичный результат верен и для групп.

Впервые для известного уравнения Курамото–Сивашинского (1975 г.), описывающего неустойчивость в широком классе нелинейных явлений, доказаны теорема о глобальной разрешимости при ограниченных начальных данных и теорема о разрушении решений этого уравнения в многомерном случае. Для доказательства этих результатов разработан новый подход к исследованию рассмотренных проблем.

В некоторых традиционно считающихся хаотическими областях фазового пространства гамильтоновых систем с двумя степенями свободы и их дискретных аналогов доказано существование островков устойчивости, окружающих эллиптические периодические орбиты. Суммарная мера этих островков имеет тот же порядок, что и мера рассматриваемой хаотической области.

Развит метод А.В. Погорелова изометрических деформаций развертывающихся поверхностей, имеющий прикладное значение, например, в самолетостроении. Построено семейство специальных изометрических вложений поверхности прямого кругового конуса в трехмерное евклидово пространство в виде кусочно гладкой ворончатой поверхности, а также поверхностей платоновых тел в виде кусочно гладких замкнутых поверхностей, не имеющих плоских кусков. Высказана гипотеза, что аналогичные вложения допускают поверхности всех трехмерных выпуклых многогранников. (МИАН)

Детально изучено однопараметрическое семейство сигма-конечных мер на множестве распределений, инвариантных относительно бесконечномерной коммутативной группы мультипликаторов картановского типа. Выяснены связи этих мер с мерами Пуассона–Дирихле и предложены их обобщения. Вычислена асимптотика преобразования Лапласа их конечномерных аппроксимаций. Мера впервые возникла в контексте теории представлений групп токов и имеет серьезные приложения в этой теории.

Получено сильное продвижение в обратных задачах геофизики и установлена связь этих задач с геометрической задачей о минимальном заполнении. Для метрик, достаточно близких к плоским, доказана как гипотеза Митчела о глобальной жесткости римановой метрики относительно функции граничного расстояния, так и минимальность таких метрик в смысле заполняющего объема по Громову.

Формализм Баталина-Вилковысского и формализм фейнмановских диаграмм применен для вычисления континуальных интегралов. Доказано свойство симплициальной локальности для действия дискретной BF-теории на триангуляции, вычислено точно действие для 1-симплекса и пертурбативно для симплекса старшей размерности. Получены аналогичные результаты для дискретной BF-теории на клеточном разбиении многообразия на кубы. В качестве приложения получены точные результаты для эффективного действия BF-теории на когомологиях де Рама для окружности и бутылки Клейна.

Получены результаты, позволяющие вычислить распределение функционалов от диффузии со скачками, которые остановлены в момент выхода из интервала. Для броуновского движения с экспоненциально распределенными скачками, происходящими в пуассоновские моменты времени, получены явные формулы для преобразования Лапласа совместного распределения момента выхода и величины перескока.

Выявлены связи уравнения Беллмана с вырожденным уравнением Монжа–Ампера. Построен унифицированный метод нахождения функций Беллмана, годящийся для многих конкретных задач анализа. Найдены функции Беллмана для слабой формы неравенства Джона–Ниренберга и для теоремы вложения Карлесона.

Получены новые оценки точности сильной аппроксимации в многомерном принципе инвариантности для сумм независимых неодинаково распределенных случайных векторов с конечными моментами степенного порядка. Результаты усиливают соответствующие оценки У. Айнмаля, относящиеся к случаю одинаково распределенных векторов. (ПОМИ РАН)

Рассматривалась задача о разложении Фишера в пространстве целых функций H(CN). Решение задачи тесно связано с решением глобальной задачи Коши для дифференциальных операторов в частных производных с постоянными коэффициентами. Получен следующий результат: пусть P(z) – произвольный многочлен, P*(z) – сопряженный многочлен, получаемый из P(z) заменой коэффициентов на комплексно-сопряженные. Тогда любая функция f из H(CN)  представляется в виде суммы f = f1 + f2, где функция f2 является решением уравнения P*(d/dz)y = 0, а функция f1 делится на многочлен P(z).

Показано, что все уравнения на решетке, принадлежащие к известному списку Адлера-Бобенко-Суриса (АБС), задают преобразования Беклунда для частных случаев интегрируемой дискретной версии уравнения Кричевера–Новикова. Это позволяет, в частности, строить новые высшие симметрии для АБС уравнений.

Исследована асимптотика по малому параметру решений системы уравнений Ландау-Лифшица с медленно меняющимися коэффициентами и малыми диссипативными слагаемыми. Эти уравнения представляют собой математическую модель для одноосного ферромагнетика в нестационарном магнитном поле. Построенные асимптотики позволяют описать эффект перемагничивания и выявить влияние параметров внешнего магнитного поля и диссипации на устойчивость этого процесса. (ИМ с ВЦ УНЦ РАН)

Доказана теорема о сохранении гензелевой рациональности нормированных полей при циклических p-расширениях. Как следствие, получено выполнение AKE-принципа для гензелева ручного поля.

Получен отрицательный ответ на вопрос Ф. Стефана о совпадении условий существования алгоритмов индуктивного синтеза программ для порождения семейства множеств конечных текстов по конечным выборкам и предельной эквивалентности любых вычислимых представлений этих семейств.

Получена полная характеризация типов изоморфизма главных идеалов полурешетки арифметических m-степеней.

Для каждой конечной простой линейной группы над полем четного порядка описаны все изоспектральные ей конечные группы. В частности, доказано, что любая такая линейная группа почти распознаваема, а также установлено, при каких условиях она является распознаваемой.

Установлена распознаваемость среди накрытий простых линейных групп проективной размерности, отличной от четырех, и найден пример нераспознаваемой среди накрытий группы размерности четыре.

Получены достаточные условия абсолютной непрерывности функций соболевского типа, удовлетворяющих неравенству Пуанкаре на s-регулярных метрических пространствах.

Доказана теорема Михлина об ограниченности в Lp, 1<p<, одного класса сингулярных интегральных операторов, действующих на функции, заданные в областях групп Карно.

Завершен цикл работ, посвященных изучению вероятностей больших уклонений сумм независимых одинаково распределенных случайных векторов. Получены интегролокальные теоремы для уклонений на границе и вне крамеровской области, а также для сверхбольших уклонений. (ИМ СО РАН)

Разработана теория и алгоритмы для вычисления локальных и асимптотических разложений решений системы обыкновенных дифференциальных уравнений. Разработанная теория основана на методах степенной геометрии, обобщает результаты, полученные ранее для одного уравнения, и пригодна для системы уравнений с любыми особенностями. (ИПМ РАН)

Получены новые критерии выполнения весового неравенства Харди с переменными пределами интегрирования для всех 0<p, q<∞. В качестве приложения решена задача характеризации соответствующего неравенства для оператора геометрического среднего. (ВЦ ДВО РАН)

Доказан асимптотический закон распределения простых чисел среди значений знаменателей непрерывных дробей почти всех вещественных чисел. (ИПМ ДВО РАН)

В равномерно полной векторной решетке установлена взаимосвязь между двойственностью Минковского и однородным функциональным исчислением. Это позволяет расширить метод линеаризации (или метод огибающих) и выработать единообразный подход к порядковому исчислению и доказательству классических неравенств для положительных линейных и билинейных операторов. (ИПМИ ВНЦ РАН)

Получены предельные распределения максимальной степени и числа вершин заданной степени в условных случайных графах Интернет-типа при условии, что число ребер графа известно. (ИПМИ КарНЦ РАН)

Проведен качественный анализ основных типов нагруженных дифференциальных, интегральных и функциональных уравнений. Установлена существенная взаимосвязь нагруженных уравнений и краевых задач со смещением, предложено эффективное применение к решению локальных и нелокальных задач для обыкновенных и в частных производных дифференциальных уравнений. Исследован широкий класс прямых и обратных краевых задач со смещением для линейных уравнений основных и смешанных типов, в том числе, со знакопеременной характеристической формой и в областях, содержащих внутри себя более одного интервала линии параболического вырождения. (НИИ ПМА КБНЦ РАН)

Для транзитивных на вершинах групп автоморфизмов конечных графов завершено описание стабилизаторов вершин с локально примитивным лиевым действием. Задача восстановления стабилизатора вершины конечного графа в транзитивной на вершинах группе автоморфизмов по его ограничению на окрестность вершины привлекает внимание с середины прошлого века.

С помощью теории характеров конечных групп найдены возможные порядки и подграфы неподвижных точек автоморфизмов дистанционно регулярного графа диаметра 4, являющегося накрытием графа Хигмена–Симса. В частности, группа автоморфизмов такого накрытия не может транзитивно действовать на множестве антиподальных классов. Указанный метод удалось применить к графам, для которых вторая матрица собственных значений не является рациональной.

Для задач линейного и выпуклого программирования предложены новые конструкции логарифмических барьерных функций, включающие в себя наряду со штрафным коэффициентом векторные параметры сдвига ограничений, играющие роль двойственных переменных. В результате повышается степень гладкости внутренних оптимизационных подзадач в классическом методе штрафов и вычислительная эффективность последнего.

Построены классы всплесков из целых функций экспоненциального типа, являющиеся одновременно интерполяционными и ортогональными на вещественной оси. Частичные суммы интерполяционных и ортогональных разложений и их производные аппроксимируют с наилучшим порядком функции и их соответствующие производные. Результаты распространены на классы периодических функций. (ИММ УрО РАН)

  1. Математическая физика и математические проблемы механики, физики и астрономии

Обоснована процедура сведения задачи факторизации матриц-функций к решению фредгольмовских уравнений. Факторизация матриц-функций позволяет получать решения ряда новых сложных задач математической теории дифракции. Используя некоторые приемы теории потенциала удалось доказать корректность классической задачи дифракции плоской волны на прозрачном клине.

Метод статистического анзаца Бете применен к вычислению статистической суммы для четырехвершинной модели. Для фиксированных граничных условий установлена связь между скалярным произведением векторов состояния и порождающими функциями плоских разбиений. Построена модель покрытий на периодической решетке. (ПОМИ РАН)

С помощью преобразования Мутара построены двумерные операторы Шредингера с быстро убывающими гладкими потенциалами и нетривиальными L2-ядрами и распадающиеся за конечное время решения уравнения Веселова-Новикова с быстро убывающими гладкими начальными данными Коши.

Разработана новая параметризация неизвестных в уравнениях нелинейной теории упругости, обеспечивающая корректность (локальную на гладких решениях) задачи Коши.

Установлена нетеровость краевых задач в Rn+ для квазиэллиптических систем, получены необходимые и достаточные условия разрешимости в соболевских пространствах. Доказаны теоремы об изоморфизме для классов матричных квазиэллиптических операторов в Rn в специальных шкалах весовых соболевских пространств. (ИМ СО РАН)

Исследована сходимость по Моско интегральных функционалов, определенных на пространстве интегрируемых с квадратом функций со значениями в гильбертовом пространстве. Интегрантами у этих функционалов являются зависящие от времени собственные, выпуклые, полунепрерывные снизу функции, определенные на гильбертовом пространстве. (ИДСТУ СО РАН)

Для одномерной и двумерной задач о неоднородной релаксации при решении уравнения Больцмана и модельных кинетических уравнений для газовых смесей простых газов, а также для газов с внутренними степенями свободы впервые получены результаты, свидетельствующие о неклассических закономерностях процессов переноса.

Дан полный математический анализ и проведены численные исследования сингулярной нелинейной краевой задачи, возникающей в гидромеханике и нелинейной теории поля при моделировании фазовых переходов в сложных средах.

Для функции Лауричеллы – обобщения гипергеометрической функции на случай многих переменных – получены новые формулы ее аналитического продолжения на всю комплексную плоскость по каждому из переменных. (ВЦ РАН)

Методом корневых трансфер-матриц исследованы модель Изинга на треугольной решетке и четырехлинейная модель типа Изинга на квадратной решетке. Для этих моделей выявлена картина расположения сингулярностей свободной энергии в различных областях значений параметров взаимодействия узла решетки с внешним полем и с соседними узлами. (ИПМ ДВО РАН)

Исследование посвящено задаче навигации движущегося аппарата по геофизическим полям. Задача состоит в том, чтобы по фрагменту реального поля, снятому аппаратом, и хранимой на борту информации о поле в целом (эталону) определить параметры движения аппарата. Предлагаются математические модели процесса навигации, новые экстремальные задачи, возникающие в связи с проблемами информативности поля и экономного хранения эталона поля. Наряду с традиционным представлением поля как матрицы интенсивностей, рассматривается способ задания поля в форме контуров. (ИММ УрО РАН)

  1. Вычислительная математика, параллельные и распределенные вычисления

Разработана, реализована и открыта к свободному доступу в интернете модульная вычислительная технология для решения краевых задач с использованием адаптивных конформных симплициальных сеток.

Разработаны общий подход для построения оптимальных алгоритмов вычисления билинейных форм над полем из двух элементов и алгоритмы умножения полиномов с мировым рекордом по числу операций.

Разработаны и исследованы алгоритмы решения задачи вариационного усвоения данных наблюдений о температуре поверхности океана для полной нелинейной системы уравнений гидротермодинамики с целью восстановления функций потоков тепла. (ИВМ РАН)

Разработан и реализован комплекс программ глобальной оптимизации функций многих переменных. Основой комплекса является метод неравномерных покрытий, разработанный в ВЦ РАН. Параллельный вариант метода реализован на многопроцессорных вычислительных системах с распределенной памятью. Проведено экспериментальное исследование эффективности на различных тестовых задачах оптимизации. В частности, успешно решались задачи построения молекулярных кластеров.

Предложен метод вычисления дискретных кривизн в задаче приближения тел многогранниками. Показано, что сходящаяся последовательность пар двойственных (локально-полярных) многогранников позволяет не только приблизить площадь поверхности тела и его объем, как это было предложено в классическом методе исчерпывания Архимеда, но и построить сходящуюся кусочно-аффинную аппроксимацию многомерного сферического отображения. Градиент кусочно-аффинного отображения задает естественную кусочно-постоянную аппроксимацию многомерного тензора кривизны, а также естественную аппроксимацию энергий изгибания поверхности.

Построена и исследована новая бикубическая конечно-элементная (КЭ) аппроксимация задачи Неймана для уравнения Пуассона в полосе при условии периодичности вдоль нее, обеспечивающая, в отличие от бикубической аппроксимации по общепринятой схеме метода КЭ с аппроксимацией граничного условия как естественного краевого, 4-й порядок точности для всех сеточных значений численных решений.

Мультиоператорные схемы рекордно высоких порядков (7-9), оптимизированные для разрешения мелких деталей решений, были использованы для численного моделирования генерации звука до- и сверхзвуковыми струями. Расчеты выявили возможность правильного описания возмущений давления, амплитуда которых характеризуется очень малыми величинами (порядка 10–5-10–6) по сравнению со средним значением порядка единицы. (ВЦ РАН)

Произведено тестирование суперкомпьютера МВС100К. Продемонстрирована возможность запуска задач с использованием всех процессоров системы, проверена устойчивость работы системы. В комплексе программ Noisette реализовано гибридное распараллеливание MPI+OpenMP, которое позволяет более эффективно использовать суперкомпьютеры с многоядерными узлами. В тестовом расчете на 1280 процессорах был получен выигрыш в производительности около 20% по сравнению с MPI распараллеливанием. Выполнена серия расчетов реальных трехмерных акустических задач. (ИММ РАН, МСЦ РАН)

Предложен способ сплайн-интерполяции функций одной переменной с большими градиентами, основанный на выделении аддитивной составляющей, задающей основной рост. Показано, что формулы линейной и квадратической сплайн-интерполяции обладают равномерной точностью на априорно сгущающихся сетках.

Построены новые параллельно реализуемые весовые алгоритмы метода Монте-Карло с конечной дисперсией для оценки функционалов и их параметрических производных от решения уравнения переноса излучения с учетом поляризации.

Предложены и исследованы три итерационных метода бисопряженных направлений в подпространствах Крылова для решения систем линейных алгебраических уравнений с несимметричными матрицами: алгоритмы бисопряженных невязок, сдвоенных бисопряженных невязок и стабилизированных бисопряженных невязок, реализуемые с помощью экономичных двучленных рекурсий.

Разработан новый алгоритм выбора параметра сглаживания в задачах приближения сплайнами, базирующийся на представлении невязки сглаживающего сплайна в ряды по степеням оператора невязки и дополнительного к нему оператора.

Исследован и разработан язык асинхронного параллельного программирования численных алгоритмов АСПЕКТ, позволяющий производить группирование фрагментов вычисления для поиска субоптимального размера. Разработаны фрагментированные версии широко используемых численных алгоритмов и написаны реализующие их 3-мерные параллельные программы.

Разработан новый алгоритм параллельной реализации асинхронных вероятностных клеточных автоматов, полностью сохраняющий стохастичность процесса. Построена ассоциативная версия алгоритма Рамалингама для динамической обработки подграфа кратчайших путей с выделенным стоком после удаления из графа одной дуги.

Разработан генератор форм пользовательского интерфейса на основе онтологий предметных областей. Разработан программный инструмент – репозитарий, позволяющий организовать надежное хранение данных и структурировать их по разнообразным тематическим коллекциям.

Разработана вычислительная методика анализа данных сейсмического мониторинга для контроля процесса подготовки сильного землетрясения в выделенной очаговой области. Сейсмический процесс рассматривается в координатах «магнитуда – время», что позволяет анализировать во времени изменение формы «энергетического сигнала» от потока изучаемых сейсмических событий, выделяя при этом так называемый «прогностический энергетический» клин. (ИМ СО РАН, ИВМиМГ СО РАН, ИВМ СО РАН)

Предложены неклассические классы корректности функций с изолированными особенностями (дельта-образные формы, разрывы первого рода, изломы). Построены новые регуляризирующие алгоритмы аппроксимации положений особенностей функции, являющейся решением операторных уравнений 1-го рода. (ИММ УрО РАН)

Предложена и исследована модель фейеровских процессов с аттрактантами, гарантирующая как решение задачи допустимости, так и сходимость к выделенным подмножествам допустимого множества. (ИАПУ ДВО РАН)

Разработан математический аппарат исследования обратных задач и задач управления для стационарных моделей гидродинамики, тепломассопереноса и магнитной гидродинамики. Установлены новые априорные оценки решений задач управления. Разработаны эффективные численные алгоритмы их решения и установлены достаточные условия сходимости. На примере задачи обтекания кругового цилиндра плоским потоком вязкой жидкости в канале продемонстрирована возможность обеспечения безотрывного обтекания и значительного уменьшения коэффициента лобового сопротивления за счет оптимального нагрева поверхности цилиндра и близлежащих участков стенок канала. (ИПМ ДВО РАН)

  1. Математическое моделирование в науке и технике

Предложены математические методы решения общей «обратной задачи» материаловедения - определения набора химических элементов и соответствующих ему типов кристаллических структур при поиске материалов, имеющих заданные свойства. Развиты оптимизационные методы и алгоритмы, позволяющие моделировать кристаллические структуры для определенных классов веществ. (ВЦ РАН)

Создана новая модель климата с разрешением: в атмосфере – 2.52 градуса по долготе и широте и 21 уровнем по вертикали; в океане – 10.5 градуса по долготе и широте и 40 уровнями по вертикали.

Проведен анализ неопределенностей, связанных с физико-математическим описанием в климатических моделях процессов взаимодействия атмосферы и криолитозоны. Установлены основные факторы, определяющие адекватное воспроизведение глобальными моделями термодинамического режима вечной мерзлоты.

На основе численного моделирования исследованы долгопериодная эволюция климата вод и морского льда Северного Ледовитого океана и механизмы, ответственные за формирование и изменчивость современного климата Арктики.

Построена модель газовой и аэрозольной динамики с учетом гетерогенных процессов на поверхности частиц.

Проведена оценка информационного содержания данных летных испытаний гиперспектрометра для выбранных тестовых участков территории Тверской области.

Разработана математическая модель регуляции энергетического баланса организма. (ИВМ РАН)

Проведено численное моделирование и теоретическое исследование аэроакустики сверхзвуковой недорасширенной струи, истекающей в затопленное пространство. Получены новые результаты, которые опровергают существующую теорию образования дискретного звука, известного в литературе как скрич-тон (screech-tone), согласно которым скрич струи является результатом взаимодействия ударно-волновой структуры и вихрей, бегущих вдоль границы струи. (ИПМ РАН)

Разработанная оригинальная двумерная макроскопическая модель потоков автомобильного транспорта в условиях синхронизованного движения обобщена на случай многофазного потока (под фазой подразумевается группа транспортных средств, объединенных одинаковыми характеристиками или целями). Новая модель позволяет учитывать не только реальную геометрию магистрали и ее многополосность, но и неоднородность транспортного потока. Адекватность модели подтверждена многочисленными тестовыми расчетами, имитирующими различные дорожные ситуации.

Для оптимизации работы безопасного быстрого ядерного реактора проведено сравнение оксидного и нитридного топлива. Показано, что основные характеристики (длительность кампании свыше трех лет, взрывобезопасность, легкость управления) примерно одинаковы. Преимуществом нитридного топлива является меньший размер активной зоны, но оксидное топливо более технологично.

Методом математического моделирования обнаружен эффект сильного перегрева твердой фазы металлов (почти в 10 раз превосходящий температуру плавления) при фемтосекундном воздействии лазерного излучения. (ИММ РАН)

Для 3D-уравнений магнитогазодинамики на основе разработанных монотонных численных методов высокого порядка аппроксимации выполнены численные исследования параметров плазменного сгустка, разлетающегося в разреженную ионосферу в случае промежуточного диапазона высот 100-120 км. Рассмотрены все стадии развития плазменного течения от 10–6 до сотен секунд.
В случае однородной изотермической атмосферы, основываясь на распределении Больцмана, получена связь между средней плотностью по кубической ячейке, плотностью в ее центре и плотностями на границах.

Реализовано моделирование пространственного обтекания различных аппаратов аэрокосмической техники, включая моделирование нестационарного ближнего следа. Для дозвукового, трансзвукового и сверхзвукового диапазона скоростей исследовано влияние различных факторов на пространственную структуру течения, параметры потока и аэродинамические характеристики аппаратов. Полученные результаты могут быть использованы при проектировании новых образцов спускаемых аппаратов, аппаратов многоразового использования и самолетной конфигурации, а разработанные программы могут применяться в исследовательской и инженерной практике отраслевых институтов соответствующего профиля.

Предложен и развит принципиально новый способ инициирования детонации – инициирование с помощью профилировки стенок трубы. Детально проанализирован механизм инициирования детонации в осесимметричной трубе с профилем стенки в виде параболического элемента и конического расширения. Обнаружено, что механизм инициирования связан с тремя основными стадиями: двойным Маховским отражением лидирующей ударной волны; кумуляцией волны Маха и (или) отраженной ударной волны, с образованием одного или двух локальных взрывов; отражением взрывной волны от конической поверхности и последующим реинициированием.

Проведены исследования течений высокотемпературного газа с учетом химических реакций, диссоциации, неравновесного возбуждения колебательных степеней свободы молекул. Для описания термохимических процессов использовалась математическая модель, полученная с помощью строгой кинетической теории газов, учитывающая внутреннюю структуру молекул, эффекты вязкости, в том числе и объемной, теплопроводности и диффузии. Рассмотрено неравновесное возбуждение колебательных степеней свободы молекул углекислого газа для двух- и трех температурных моделей.

В численных экспериментах по численному моделированию сдвиговой неустойчивости в трехмерной постановке выявлен механизм вторичной неустойчивости, являющийся причиной вихревого каскада. Изучены крупномасштабные параметры устойчивости, как не зависящие от вязкости и теплопроводности. Получена новая эквивалентная форма записи уравнений Навье–Стокса для периодического слоя несжимаемой среды.

Найдено численное решение нелинейной задачи совместного деформирования роговицы и склеры глаза при нагружении роговицы равномерным давлением по ограниченной центральной области. Получены зависимости внутриглазного давления от внешнего воздействия.

Было подробно проанализировано изменение полной вихревой структуры течения около сферы, движущейся в линейно стратифицированной вязкой жидкости, при уменьшении внутреннего числа Фруда Fr от бесконечности до 0.005 (при числе Рейнольдса Re = 100). Наиболее сложная трансформация вихревой структуры происходит при 0.6 < Fr < 0.9, когда наблюдается постепенное исчезновение рециркуляционной области следа. Начиная с Fr = 0.4, из гребня ближайшей к сфере волны формируется новая рециркуляционная область и около горизонтальной плоскости Y-Z зарождается тонкая вихревая структура с вертикальной осью вращения. (ИАП РАН)

Исследованы качественные свойства решения прямой задачи для уравнения переноса оптического излучения в многослойной мутной среде с френелевскими условиями сопряжения на границах раздела слоев.

Для рекурсивно определимых сетей построены алгоритмы вычисления надежности и длины кратчайшего замкнутого пути через все вершины. Установлено, что в этих сетях объем вычисления надежности и длины кратчайшего пути зависят линейно от числа ребер в отличие от сетей общего вида, где данные объемы вычисления зависят экспоненциально от числа ребер. (ИПМ ДВО РАН)

Разработаны методы решения коэффициентных обратных задач для эллиптических операторов по заданной информации об амплитудно-частотных характеристиках граничных полей смещений в режиме установившихся колебаний. Проведен ряд вычислительных экспериментов по реконструкции одномерных законов изменения модуля упругости, модуля сдвига и плотности в стержне при возбуждении продольных, изгибных и крутильных колебаний. (ИПМИ ВНЦ РАН)

Разработана теоретико-игровая модель управления биоресурсами в дискретном времени для конечного и бесконечного горизонта планирования, в которой центр наказывает игроков, отклоняющихся от кооперативного договора, достигнутого в начале игры. (ИМПИ КарНЦ РАН)

Выделен широкий класс базовых и эталонных уравнений, выступающих основой качественно новых линейных математических моделей процессов, протекающих во фрактальных системах и нанострукутрах. Предложены и исследованы новые фрактальные дифференциальные уравнения состояния моделей термодинамических процессов в газах и жидкостях, которые являются замыкающими для системы уравнения Навье-Стокса и уравнения неразрывности. (НИИ ПМА КБНЦ РАН)

  1. Современные проблемы дискретной математики и теоретической информатики

Построена модель смешанной экономики типа Эрроу-Дебре. На основе гомотопического подхода получены условия существования равновесных цен для этой модели, близкие к самым общим предположениям теорем существования равновесия в классической модели Эрроу-Дебре. Найден широкий класс смешанных экономик типа Эрроу-Дебре с максимально возможной областью нетангенциальности их отображений избыточного спроса.

Разработана методика совместного анализа многомерных фазовых пространств, генерируемых нелинейными динамическими системами, описывающими циркуляцию атмосферы и процессы переноса и трансформации загрязняющих примесей, предназначенная для целей долгосрочного прогнозирования изменений качества атмосферы на фоне циркуляционных процессов, рассчитанных с учетом климатической информации, ранжированной по масштабам пространственно-временных возмущений.

Методами постановок обратных задач переноса примесей в пограничном слое атмосферы проведено построение моделей оценивания длительного регионального загрязнения территорий.
С использованием асимптотических разложений теории потенциала получен ряд малопара-метрических представлений полей концентраций от площадных источников.

Создана специализированная картографическая оболочка ITRIS (Integrated Tsunami Research and Information System), построенная на принципах ГИС-технологий и объединяющая в своем составе программные компоненты, вычислительные алгоритмы для моделирования цунами и землетрясений, вместе с информационными ресурсами (спутниковыми снимками, цифровыми моделями рельефа, материалами дистанционного зондирования, историческими каталогами и данными наблюдений, результатами моделирования).

Разработан комплекс прикладных программ для численного исследования пространственных задач динамики моментной упругой среды на многопроцессорных вычислительных системах. Комплекс оснащен программными средствами сжатия больших массивов данных с контролируемой потерей информации, которые позволяют многократно снизить сетевой трафик, используемый для копирования файлов – результатов счета при решении задач на удаленных кластерах, и служат для компактного хранения численных решений в постоянной памяти компьютера. (ИМ СО РАН, ИВМиМГ СО РАН, ИВМ СО РАН)

Создан Инновационный учебно-методический комплекс (ИУМК) «Информатика (1-4 классы)». Комплекс является системообразующим элементом всей начальной школы, интегрируя различные дисциплины, создавая для них интеллектуальную и технологическую основу. Учебные материалы ИУМК знакомят детей с основными информационными объектами, помогают овладевать методами преобразования информации, научиться строить информационные модели. Изучение математических основ информатики является основой формирования общеучебных навыков и развития общих мыслительно-коммуникативных способностей ребенка. Компьютерная поддержка при этом помогает детям параллельно осваивать разнообразные способы достижения результатов, различные инструменты и технологии, позволяет снизить объем рутинной работы учащихся и повысить вариативность заданий курса. Данная разработка признана важным результатом в масштабе всего российского образования. Работа завершена, ресурс выложен в Единой коллекции образовательных ресурсов и проходит экспериментальную апробацию во многих регионах страны.

Создан математический аппарат и комплекс алгоритмов для решения задач обучения беспризнаковой классификации объектов, воспринимаемых компьютером через совокупность нескольких разнородных показателей их попарного несходства. Разработанная принципиально новая методология селективного комбинирования наиболее информативных метрик основана, с одной стороны, на общих алгебраических принципах анализа разнородной, неполной и противоречивой информации, развитых в работах Ю.И. Журавлева и его учеников, и, с другой стороны, на методе потенциальных функций М.А. Айзермана, Э.М. Бравенмана и Л.И. Розоноэра. Алгоритмы использованы для решения прикладных задач идентификации личности по свободно пополняемому комплексу биометрических характеристик и классификации аминокислотных последовательностей белков по их эволюционному сходству.

Даны точные определения и математическая характеризация понятий, используемых для построения моделей изображений в задачах их анализа и распознавания. (ВЦ РАН)

Разработка эффективных алгоритмов и их программная реализация на различных типах архитектур. Предложены эффективные алгоритмы проверки эквивалентности программ в моделях, связанных с обработкой прерываний. Разработан оптимальный по порядку последовательный алгоритм антиунификации подстановок, представленных в виде ациклических ориентированных графов, и на его основе предложен новый метод вычисления инвариантов равенства в моделях одномодульных программ. Установлена верхняя оценка сложности в классе параллельных алгоритмов для задачи антиунификации подстановок, представленных в виде ациклических ориентированных графов. Предложена концепция метаподстановки, обобщающая понятие подстановки, и установлены основные алгебраические свойства метаподстановок. (ИСП РАН)

Впервые построены бесконечные семейства плоских 4-хроматических и реберно 4-критических графов, образованных пересечением замкнутых кривых на плоскости, и тем самым опровергнута гипотеза Грецша-Закса-Кeстера о 3-раскрашиваемости графов этого класса.

Для k3, r>1 получены нижние оценки числа (k, r)-неразделенных семейств подмножеств n-элементного множества ((k, r)-неразделенных булевых функций).

Разработан прямой комбинаторный (свитчинговый) метод построения q-значных совершенных кодов, на его основе исследована проблема пересечений q-значных (q>2) совершенных кодов, получен широкий спектр возможных пересечений совершенных q-значных кодов.

Доказана NP-полнота задачи о существовании во множестве векторов евклидова пространства такого подмножества векторов неизвестной мощности, что среднее значение квадрата длины их суммы не меньше заданного положительного числа. Для оптимизационного варианта этой задачи обоснован приближенный асимптотически точный алгоритм, полиномиальный в случае фиксированной размерности пространства. (ИМ СО РАН)

Для системы линейных дифференциальных уравнений с интервальными коэффициентами решена задача идентификации параметров и начальных значений по интервальным измерениям фазовых состояний. Решена задача управляемости – перевода пучка траекторий системы из одного заданного бруса в другой за конечное время – в классе кусочно постоянных ограниченных управлений. (ИПМ ДВО РАН)

II. ФИЗИЧЕСКИЕ НАУКИ

  1. Актуальные про-блемы физики кон-денсированных сред, в том числе кванто-вой макрофизики, мезоскопики, физики наноструктур, спин-троники, сверх-проводимости

Обнаружено, что в сверхтекучем жидком гелии при возбуждении турбулентных акустических волн, так называемого второго звука, наряду с известным прямым Колмогоровским каскадом, описывающим перенос энергии от низких частот (область «накачки») к высоким, наблюдается «обратный энергетический каскад», соответствующий переносу энергии в сторону более низких частот. Формирование обратного каскада сопровождается появлением в резонаторе одиночных низкочастотных волн, являющихся аналогом бегущих одиночных волн большой амплитуды – «волн убийц» на поверхности океана. (ИФТТ РАН)

Экспериментально установлено, что при температурах выше 0,1 К наряду с тремя наблюдавшимися ранее кристаллографическими типами граней кристаллов Не-4 существуют еще не менее 10 граней других ориентаций. Для всех этих граней определены энергии элементарных ступеней.

В гейзенберговских антиферромагнетиках на пирохлорной решетке Gd­2Ti2O7 и Gd2Sn2O7, характеризующихся сильной фрустацией обменного взаимодействия и неупорядоченностью при температурах много ниже образования спиновых корреляций, наблюдался магнитный резонанс нового типа. Предполагается, что резонанс обусловлен расщеплением коллективных возбуждений в поле анизотропии. (ИФП РАН)

В антиферромагнитном кристалле α-Fe2O3 обнаружен и исследован новый механизм акустооптической дифракции, обусловленный модуляцией поперечным звуком поляризаций нормальных световых мод. (КФТИ КазНЦ РАН)

В мультиферроике BiFeO3 обнаружен новый механизм перехода Мотта диэлектрик-металл, обусловленный резким падением величины хаббардовской энергии U из-за перехода электронной системы ионов Fe3+ из высокоспинового (S=5/2) в низкоспиновое (S=1/2) состояние. (ИК РАН)

Экспериментально реализована гигантская, до 90 %, оптическая спиновая поляризация электронов при комнатной температуре в твердых растворах GaAs1-xNx. Показано, что спиновая поляризация электронов сохраняется дольше 1 наносекунды, что на порядок превышает время спиновой релаксации свободных электронов. Рекордно высокие значения поляризации и спиновой памяти обусловлены формированием нелинейно связанной системы свободных и локализованных электронных спинов, в основе которого лежит спин-зависимый захват свободных электронов на глубокие парамагнитные центры и их динамическая поляризация. (ФТИ РАН)

Выполнены исследования пространственного коррелятора амплитуд Бозе-конденсата диполярных экситонов, накапливаемых в кольцевых ловушках в GaAs/AlGaAs гетероструктурах с одиночной квантовой ямой. В условиях Бозе-конденсации экситонов возникает пространственно-периодическая структура когерентно связанных пятен люминесценции, которая исчезает при увеличении температуры выше порога Бозе-конденсации. (ИФТТ РАН)

По спектрам фотолюминесценции в гетеронаноструктурах Si/SiGe/Si при температурах, превышающих критическую для перехода экситонный газ – электронно-дырочная жидкость, обнаружен и исследован переход Мотта, возникающий при увеличении концентрации экситонов в потенциальной яме квазидвумерного SiGe-слоя. По форме линии люминесценции определена концентрация частиц в образующейся при переходе Мотта электронно-дырочной плазме. (ФИАН)

Обнаружено, что в режиме гигантских осцилляций магнитосопротивления двумерных электронов, индуцированных микроволновым излучением, магнитополевые зависимости проводимости двумерной электронной системы существенно отличаются при бесконтактных и контактных измерениях. Показано, что гигантские осцилляции микроволновой фотопроводимости возникают исключительно вблизи края образца или вблизи контактной области и отсутствуют в объеме структуры. (ИФТТ РАН)

Обнаружено при гелиевых температурах гигантское (до 10000 раз) изменение тока в монокристаллических пленках (111) Pb0,74Sn0,26Te:In в магнитном поле напряженностью до 4 Тл, уменьшение или увеличение которого зависит от величины и взаимной ориентации постоянного магнитного и электрического полей. Обнаруженное явление объясняется в рамках представлений о PbSnTe:In, как об узкощелевом изоляторе-сегнетоэлектрике. (ИФП СО РАН)

В квантовой яме на основе теллурида ртути с ориентацией поверхности (013) обнаружена двумерная электронно-дырочная система, состоящая из легких высокоподвижных электронов с подвижностью
(4-6)105 см2/Вс и более тяжелых и низкоподвижных дырок с подвижностью (3-7)104 см2/Вс. Эта система является первой экспериментальной реализацией двумерного полуметалла и демонстрирует ряд особенностей в классическом магнитотранспорте (положительное магнитосопротивление и знакопеременный эффект Холла) и в режиме квантового эффекта Холла, обусловленных одновременным существованием двумерных электронов и дырок. (ИФП СО РАН)

В гетероструктурах n-In0.2Ga0.8As/GaAs с двойными квантовыми ямами в области перехода из диэлектрического состояния в режим квантового эффекта Холла обнаружены новые закономерности влияния эффектов слабой локализации и электрон-электронного взаимодействия на продольное и холловское сопротивление. Развита теория, описывающая влияние поперечного магнитного поля на эффект индуцированной электрическим током спиновой поляризации в двумерном электронном газе при учете спин-орбитального взаимодействия. (ИФМ УрО РАН)

В спектрах фотопроводимости гетероструктур с квантовыми ямами, легированными мелкими примесями, обнаружены резонансы Фано, обусловленные взаимодействием электронов и дырок с продольными оптическими фононами. Установлено, что в квантовых ямах ширина резонанса Фано определяется в основном силой взаимодействия носителей с фононами. Показана возможность локальной диагностики характеристик оптических фононов в квантовых ямах с помощью измерений резонанса Фано в спектрах фотопроводимости. (ИФМ РАН)

Обнаружено возникновение щели в фононном спектре наноструктурных керамик в терагерцовом диапазоне частот. Проанализированы условия, приводящие к ее возникновению. Показано, что положение верхнего края щели в спектре фононов в значительной степени определяется структурой межзеренных границ, а наличие включений с характерным размером меньшим, чем размер зерна основного материала керамики (поры, включения других фаз), приводит к смещению щели в высокочастотную область фононного спектра. (ИРЭ РАН)

Обнаружено в пленках TiN «сверхдиэлектрическое» состояние - переход от активационного типа проводимости, отвечающего диэлектрическому состоянию, к состоянию с практически нулевой проводимостью. Установлено, что данный переход характеризуется критической температурой, критическим магнитным полем и критическим напряжением. Такое поведение является дуальным к известному переходу Березинского-Костерлица-Таулеса (БКТ) из резистивного состояния в сверхпроводящее для двумерных сверхпроводящих систем. Весь комплекс исследований указывает на то, что наблюдаемое сверхдиэлектрическое состояние есть низкотемпературная фаза зарядового перехода БКТ, возникающего в результате самопроизвольного формирования структуры сверхпроводящих островков в диэлектрической матрице в системах, находящихся в критической области перехода сверхпроводник-изолятор по беспорядку. (ИФП СО РАН)

Обнаружено возникновение и упорядочение спонтанного магнитного потока в сверхпроводящих многосвязных структурах с джозефсоновскими -контактами – сверх-проводящих фазовых инверторах на основе тонкопленочных структур «сверхпроводник-ферромагнетик-сверхпроводник». Спонтанный поток возникает только в ячейках с нечетным числом -контактов и обеспечивает кратность фазы двум  при обходе сверхпроводящих ячеек сеток. Наиболее вероятными являются состояния с антипараллельным взаимным расположением потока в соседних ячейках. (ИФТТ РАН)

На основе теории сверхпроводимости с большим импульсом пар при кулоновском взаимодействии объяснена природа наблюдаемого в высокотемпературных сверхпроводящих купратах упорядочения типа «шахматной доски». Исследование топологии сверхпроводящего параметра порядка позволяет предсказать характерные особенности интерференции квазичастиц, что важно для их наблюдения. (ФИАН)

Проведены расчеты электронной структуры и формы поверхностей Ферми новых классов высокотемпературных сверхпроводников на основе железа ROFeAs (R = La, Ce, Pr, Nd, Sm, Y), AFe2As2 (A = Ba, Sr) и LiFeAs, продемонстрировавших глубокую аналогию этих систем, зоны проводимости которых образованы 3d состояниями Fe (в плоскостях FeAs), и имеющих квазидвумерный характер. Результаты расчетов находятся в хорошем соответствии с данными экспериментов. (ИЭФ УрО РАН, ИФМ УрО РАН)

Показано, что флуктуационный эффект Нернста в неупорядоченных тонких сверхпроводящих пленках превышает тот же эффект в нормальном металлическом состоянии на несколько порядков даже при температурах в 5-10 раз выше критической. (ИТФ РАН)

Показано, что в графене можно достичь температуры перехода в макроскопически сверхпроводящее состояние порядка нескольких градусов К, поместив на листе графена островки сверхпроводящего металла размером в десятки нанометров на расстоянии между соседними островками в доли микрон. (ИТФ РАН)

Экспериментально обнаружена в антиферромагнетике-сверхпроводнике CeRhIn5 при давлении
2.3 ГПа «локальная» квантовая критическая точка. Соответствующая «локальная» квантовая фаза характеризуется мощными спиновыми и зарядовыми флуктуациями, создающими притягивающее электрон-электронное взаимодействие, приводящее к возникновению сверхпроводимости нетрадиционного типа. (ИФВД РАН; Лос-Аламосская национальная лаборатория, США)

Экспериментально установлено существование трех состояний одного и того же расплава AsS, отличающихся друг от друга по структуре ближнего порядка и физическим свойствам. Под давлением 2 ГПа молекулярная жидкость AsS превращается в ковалентную, а при дальнейшем сжатии до 5 ГПа - в металлическую. (ИФВД РАН)

Обнаружено возникновение огромного эффекта деформации кручения при приложении электрического поля к квазиодномерным проводникам с волной зарядовой плотности. Кручение наблюдается как в нитевидных квазиодномерных проводниках – TaS3, NbS3, (TaSe4)2I, так и в объемных кристаллах K0.3MoO3. Нормировка поверхностной сдвиговой деформации на электрическое поле дает величину 10–6 м/В и выше, что на много порядков превышает пьезомодули известных пьезоэлектриков. (ИРЭ РАН)

Проведены успешные эксперименты по кристаллизации белков на МКС в условиях невесомости. Завершены работы по рентгеноструктурному анализу белка генноинженерного инсулина человека. Структурные данные и координаты атомных моделей переданы в Международный банк белковых структур. (ИК РАН)

Обнаружены структурные превращения в монослоях In на подложке Si при формировании тонкого приповерхностного слоя сплава GexSi1-x с параметром решетки, большим, чем у исходной подложки. Искусственное изменение параметра решетки позволяет исследовать влияние поверхностных напряжений на процесс формирования поверхностных наноструктур и дает возможности для атомного конструирования на поверхности. (ИАПУ ДВО РАН)

  1. Физическое материаловедение: новые материалы и структуры, в том числе фуллерены, нанотрубки, графены, другие наноматериалы,
    а также метаматериалы

Развита технология создания атомных и молекулярных наноструктур методом атомной оптики с размерами наноструктур до 30 нм и менее. Технология позволяет получать упорядочные массивы большого количества (до миллиона) идентичных наноструктур из металлов, элементов полупроводниковых соединений и биомолекул. Такие наноструктуры могут использоваться в качестве элементов приборов наноэлектроники и нанобиосенсоров. (ИСАН)

Предложен новый композитный функциональный материал с эффектом памяти формы, обеспечивающий обратимые деформации активного элемента. На его основе реализован прототип микропинцета с рекордно малыми габаритами – 1231 мкм. Микропинцет может быть использован в нанотехнологии, для трехмерной манипуляции нанообъектами: углеродными нанотрубками, живыми клетками, их органеллами и т.п. (ИРЭ РАН, ФТИ РАН, МИФИ, МИСиС)

Создана технология выращивания сапфировых лент с капиллярными каналами, позволяющая производить принципиально новые хирургические инструменты – скальпели с флуоресцентной диагностикой резецируемой ткани в окрестности режущего острия непосредственно в процессе хирургической операции по удалению злокачественных образований. (ИФТТ РАН)

Обнаружено, что сплавы Ti-Ni с эффектом памяти формы обладают уникальными трибологическими и физико-механическими свойствами: предел прочности – 1,6-1,8 ГПа; текучесть - 1,2-1,4 ГПа; реактивное напряжение – до 1,0-1,2 ГПа; обратимая деформация – до 9%. По сравнению с традиционными медицинскими металлическими материалами (например, коррозионностойкими сталями) их коэффициент трения в 1,5 раза меньше, а износостойкость на порядок выше. Формирование в объемных сплавах субмикрокристаллического состояния приводит к их еще большей износостойкости. Сплавы перспективны для применения в узлах трения, в частности, для изготовления искусственных суставов. (ИФМ УрО РАН)

Разработана структура и технология получения оксидного композитного волокна, введение которого в хрупкую матрицу на основе алюминида титана обеспечивает квази-пластическое поведение композита с прочностью на изгиб не менее 300 МПа при температурах от комнатной до 900оС и высокое сопротивление ползучести и малоцикловой усталости до той же температуры. Использование этого материала в авиационных двигателях существенно повысило бы их основные характеристики. Зарубежных аналогов такого материала нет. (ИФТТ РАН)

  1. Актуальные проблемы оптики
    и лазерной физики,
    в том числе достижение предельных концентраций мощности и энергии во времени, пространстве и спектральном диапазоне, освоение новых диапазонов спектра, спектроскопия сверхвысокого разрешения и стандарты частоты, прецизионные оптические измерения, проблемы квантовой и атомной оптики, взаимодействие излучения с веществом

Создан оптический интерферометр с дифракционной волной сравнения для измерения с субнанометровой точностью формы светосильных оптических поверхностей, включая асферические, и волновых деформаций объективов. По ряду параметров созданный интерферометр существенно превосходит мировые аналоги. Создание такого интерферометра позволяет реализовать в России разработки объективов сверхвысокого разрешения для проекционной литографии, рентгеновской микроскопии и астрономии. (ИФМ РАН)

Осуществлено ахроматическое восстановление голограмм (АВГ), созданных с помощью фемтосекундного лазера. Такие голограммы содержат небольшое число периодов интерференционной картины, что позволяет получить АВГ, при котором голограмма действует подобно зеркалу сложной кривизны, и, таким образом, впервые реализовать идею Ю.Н. Денисюка, выдвинутую в 1963 году. (ИСАН)

Созданы одиночные лазерные диоды с выходной мощностью до 8 Вт с прогнозируемым сроком службы не менее 5000 часов и получена рекордная выходная мощность 25 Вт на длине волны 808 нм. (ФИАН)

Созданы лазеры с большим диапазоном перестройки частоты в полностью волоконном исполнении. В качестве селектора частоты применены волоконные брэгговские решетки (ВБР). Предложен и реализован метод синхронной перестройки нескольких ВБР, образующих резонатор лазера. Получен диапазон непрерывной перестройки 45, 65 и 50 нм в спектральных областях 1100, 1550 и 1300 нм для лазеров на основе световодов, легированных иттербием, эрбием и фосфором соответственно. Показано, что ограничение диапазона перестройки возникает из-за рассогласования резонансных длин волн ВБР при сжатии. (ИАиЭ СО РАН)

Разработана фемтосекундная лазерная установка для прецизионных измерений частот от УФ до радиодиапазона с относительной точностью 10–14 – 10–15, как основа мобильных фемтосекундных оптических часов наземного и космического базирования для решения задачи повышения точности координатного и временного обеспечения. С целью повышения точности фемтосекундных часов до 10–17–10–18 разработан оптический стандарт частоты нового поколения на основе ультра-холодных атомов магния, захваченных в магнитооптическую ловушку. Создана автоматизированная система регистрации и управления экспериментом по спектроскопии сверхвысокого разрешения атома магния и на первом этапе выполнено наблюдение поглощения на «часовом» переходе 1S03P1 атома магния. (ИЛФ СО РАН)

Создан и работает самый мощный в мире лазер на свободных электронах (ЛСЭ) в области терагерцового излучения со средней мощностью 500 Вт и длиной волны излучения 250–100 мкм. Осуществлен запуск второй очереди ЛСЭ в области λ = 100–30 мкм, впервые в мире получен режим рекуперации на ускорителе-рекуператоре с двумя дорожками, обеспечивающими четырехкратное прохождение электронного пучка через высокочастотные резонаторы ускорителя, получен проектный средний ток пучка 9 мА. (ИЯФ СО РАН)

  1. Фундаменталь-ные основы лазерных технологий, включая обработку и модификацию материалов, оптическую информатику, связь, навигацию и медицину

Разработан и внедрен в клиническую практику лазерный хирургический комплекс «Лазурит» с параметрами излучения, позволяющими использовать его как для разрушения камней любого химического состава и любой локализации в организме человека, так и для выполнения оперативных вмешательств на мягких тканях. Сделаны успешные онкологические операции на кровонаполненных органах. Операции, проводимые с использованием комплекса «Лазурит», транслировались по оптоволоконным сетям в ряд российских и европейских медицинских учреждений в режиме реального времени. (ИОФ РАН, Российская медицинская академия последипломного образования Росздрава)

Разработан метод высокоэффективного (~100%) деления лазерного луча на множество независимо модулируемых лучей с сохранением в них пространственных характеристик исходного света. Метод позволяет создавать новые виды акустооптических устройств с предельно малыми оптическими потерями, такие как канальные мультиплексоры для оптических систем приема-передачи информации. (ИРЭ РАН)

Созданы волоконные лазеры на основе активных кварцевых волоконных световодов, легированных висмутом, генерирующие оптическое излучение в новом спектральном диапазне 1300-1520 нм, освоение которого позволит более чем на порядок увеличить пропускную способность волоконных линий связи. (НЦВО РАН)

  1. Современные проблемы радиофизики и акустики, в том числе фундаментальные основы радиофизических и акустических методов связи, локации и диагностики, изучение нелинейных волновых явлений

В области акустики разработано новое поколение излучающих и приемных технических гидроакустических средств, которые закладывают базу для решения фундаментальных и прикладных задач акустики океана, в том числе акустической томографии океана, освещения подводной обстановки, измерения и контроля скрытности малошумных объектов. Созданы конструкции, опытные образцы и технология изготовления широкополосных, не имеющих аналогов за рубежом, излучателей в диапазоне частот от 100 до 3000 Гц с акустической мощностью до 100 кВт и кпд порядка 90%. (ИПФ РАН)

Созданы фундаментальные основы новых видов акустической томографии неоднородных природных сред, материалов и биологических объектов: термотомография, нелинейная акустическая томография, пассивная шумовая томография. Соответствующие методы и приборы позволяют решить принципиально новые практические задачи когерентной сейсмики, гидрофизики океана, акустического проектирования, вибродиагностики, а также медицинской диагностики. (ИПФ РАН, ИОФ РАН, МГУ, ИРЭ РАН, ИФЗ РАН)

В новых областях акустики – нано-фононике (нано-акустике) и в создании акустических мета-материалов – получены важные результаты. Установлена возможность создания «отрицательных» акустических сред с противоположно направленными фазовой и групповой скоростями, выяснены особенности аномальной рефракции и фокусировки такими средами, проведены эксперименты в кристаллах с сильной анизотропией сдвиговой упругости. Установлена роль акустической кавитации на эффективность доставки лекарств; использование 100-нм газовых пузырьков в полимерной оболочке в сочетании с ультразвуком приводит к 8-кратному увеличению концентрации лекарства в опухолевой ткани. (МГУ, ИОФ РАН, ИРЭ РАН, АКИН)

Разработаны методы и реализованы устройства управления рентгеновским пучком с помощью рентгеноакустических взаимодействий за счет создаваемого ультразвукового градиента параметра кристаллической решетки. Созданы схемы по отклонению, перемещению рентгеновского пучка, управлению его фокусировкой, коллимацией и расходимостью. (ИК РАН)

  1. Фундаменталь-ные проблемы физической электроники, в том числе разработка методов генерации, приема и преобразования электромагнитных волн с помощью твердотельных и вакуумных устройств, акустоэлектроника, релятивистская
    СВЧ-электроника больших мощностей, физика мощных пучков заряженных частиц

Для установок управляемого термоядерного синтеза реакторного масштаба предложен метод, позволяющий суммировать мощности от набора гиротронов и адаптивно сканировать суммарный волновой поток. Продемонстрирован квазиоптический резонансный диплексер, суммирующий излучение от двух ~140 ГГц/~0.5 МВт гиротронов и коммутирующий суммарный поток между выходными каналами с частотой до 20 кГц. (ИПФ РАН; Институт физики плазмы Общества Макса Планка, Германия)

Созданы уникальные плазменно-пучковые источники сверхмощного когерентного СВЧ излучения, основанные на взаимодействии прямолинейных электронных пучков с медленными плазменными волнами. Плазменный усилитель с релятивистским сильноточным электронным пучком обеспечивает высокое усиление и выходную мощность излучения более 50 МВт в импульсах длительностью в десятки наносекунд с плавной перестройкой частоты излучения в диапазоне 2,5–
3,5 ГГц. (ИОФ РАН)

Разработан метод и устройство генерации терагерцового излучения. Создана миниатюрная сэндвич-структура с сердцевиной из ниобата лития и кремниевыми обкладками, преобразующая фемтосекундные лазерные импульсы в терагерцовое излучение с рекордной на сегодня в мире эффективностью 0,12%. Развита теория эффекта преобразования, предсказывающая возможность повышения эффективности преобразования вплоть до нескольких процентов. (ИПФ РАН)

На основе обнаруженного эффекта осцилляций фото-напряжения при изменении концентрации двумерных электронов в полупроводниковой наноструктуре под действием СВЧ излучения реализован новый принцип детектирования в терагерцовом диапазоне. Он основан на когерентном резонансном усилении плазменных волн и их выпрямлении на специально приготовленном дефекте в электронной системе, введение которого позволяет управлять как амплитудой, так и знаком постоянного фото-напряжения. Изготовлен прототип многопиксельной матрицы детекторов, позволяющий получать изображения в диапазоне 0.1–0.6 ТГц со спектральным разрешением
2 ГГц и временем срабатывания элемента матрицы 1 нс, с мощностью эквивалентного шума
(1-3)10–14 W/Hz1/2 прирабочих температурах 140–170 К. (ИФТТ РАН)

Предложена новая схема для создания компактных мультигигаваттных источников сверхширокополосного (СШП) излучения на основе возбуждения многоэлементной решетки комбинированных антенн от одного генератора через фидерную систему, в которой совмещены функции трансформатора и делителя мощности. Это позволило увеличить число антенн в решетке и уменьшить ширину диаграммы направленности излучения. Создан источник СШП излучения с высокой направленностью и эффективным потенциалом до 3 МВ на основе возбуждения 64-элементной решетки от генератора биполярных импульсов с выходной мощностью более 3 ГВт при частоте повторения до 100 Гц. (ИСЭ СО РАН)

Реализован и исследован сверхбыстрый механизм коммутации тока в полупроводниках на основе туннельно-ударного ионизационного фронта. Получены импульсы амплитудой 150 кВ со временем нарастания 100 пс с максимальными скоростями роста тока 30 кА/пс и напряжения 1,5 МВ/пс. (ИЭФ УрО РАН)

  1. Современные проблемы физики плазмы, включая физику высоко-температурной плазмы и управ-ляемого термо-ядерного синтеза, физику астро-физической плазмы, физику низко-температурной плазмы и основы ее применения в технологических процессах

Получены фундаментальные результаты в теории пылевой плазмы. Сформулированы критерии образования и объяснено наличие резких границ «войдов» – областей плазмы, свободных от пылевых частиц, – ранее предсказанных теоретически и обнаруженных в экспериментах, проводимых в условиях микрогравитации на МКС. Построена теория пылевых структур с новым геликоидальным (спиральным) типом симметрии, существование которых подтверждено экспериментально. (ИОФ РАН)

В экспериментах с плазмоидом анизотропных горячих ионов на газодинамической ловушке (ГДЛ) идентифицирована и исследована альфеновская ионно-циклотронная микронеустойчивость. Анализ параметров плазмы на пороге развития неустойчивости позволяет сделать важный вывод о том, что данная микронеустойчивость в проектируемом мощном (2 МВт) многоцелевом источнике нейтронов на основе ГДЛ возбуждаться не будет. (ИЯФ СО РАН)

Экспериментально установлено наличие нижней ионизованной области в дневной ионосфере Венеры. Применение новых высокоточных технологий для обработки данных двухчастотного радиопросвечивания станций «Венера-15,16» показало наличие ионосферных слоев с вертикальным масштабом 5-10 км на высотах от 80 до 120 км в дневной ионосфере и отсутствие подобных слоев в ночной ионосфере Венеры. (ФИРЭ РАН)

  1. Современные проблемы ядерной физики, в том числе физики элементарных частиц и фундаментальных взаимодействий, включая физику нейтрино и астрофизические и космологические аспекты, а также физики атомного ядра, физики ускорителей заряженных частиц и детекторов, создание интенсивных источников нейтронов, мюонов, синхротронного излучения и их применения в науке, технологиях и медицине

Успешно завершен важнейший этап крупнейшего в истории науки международного мега-проекта в области фундаментальной физики – сооружение уникального научного комплекса Большого адронного коллайдера (LHC-БАК) на базе Европейского центра ядерных исследований в Женеве (ЦЕРН), в реализацию которого значительный вклад внесли научные центры и университеты России. (ИФВЭ, ИТЭФ, ВНИИЭФ и ВНИИТФ Росатома, ИЯИ РАН, ПИЯФ РАН, ИЯФ СО РАН, ИФТТ РАН, ФТИ РАН, РНЦ КИ, ОИЯИ, МГУ, СПбГУ)

На электрон-позитронном коллайдере ВЭПП-4М с детектором КЕДР завершена серия экспериментов по сверхточному измерению масс элементарных частиц. Среднемировая точность измерения масс улучшена в три раза для J/ψ и ψ'-мезонов и в два раза для ψ''-мезона, массы D-мезонов и τ-лептона измерены с наилучшей в мире точностью. Данные по массе τ-лептона позволят на новом уровне точности провести проверку гипотезы лептонной универсальности, одного из основных постулатов Стандартной Модели, провозглашающего равенство константы слабого взаимодействия для трех поколений лептонов. (ИЯФ СО РАН)

В международном эксперименте D0 с участием российских физиков впервые обнаружена новая частица ─ дважды странный барион Ωb, состоящий из b-кварка и двух s-кварков. В этом же эксперименте было впервые наблюдено парное образования Z-бозонов и измерено сечение этого процесса. Эти исследования являются важной проверкой Стандартной модели. (ИФВЭ)

В международном эксперименте Belle на e+e коллайдере KEKB (Япония) исследован распад B → Kπ+χc1 и обнаружены в спектре инвариантных масс π+χc1 комбинаций вблизи 4.1 ГэВ/c2 два перекрывающихся пика. Этот сигнал может означать обнаружение четырехкварковых состояний, аналогичных ранее наблюдавшемуся экзотическому резонансу Z(4430)+. (ИТЭФ)

В рамках эксперимента NA48 в ЦЕРНе при значительном вкладе сотрудников ОИЯИ проведен анализ распадов K(K→ ) и Ke4 (K→ с+е Извлечены значения длин ππ рассеяния
(S-волны) с изотопическим спином 0 и 2 с экспериментальной погрешностью в несколько процентов, что дает возможность для проведения прецизионной проверки предсказаний Киральной Пертурбативной Теории. (ОИЯИ)

В области теории получены важные результаты.

Найдено описание всех классических решений теории струн в четырехмерном пространстве анти-де Ситтера с помощью метода, сводящего задачу к изучению алгебраических кривых. В рамках AdS4/CFT3-дуальности предложена система уравнений (типа уравнений Бете), которая в определенной асимптотике дает спектр теории при всех значениях константы связи. (ПИЯФ РАН)

Найдены поправки к полной ширине распада ортопозитрония в девятом порядке по постоянной тонкой структуры. Результат получен в замкнутой аналитической форме, позволяющей вычислять эти поправки с произвольной точностью, и воспроизводит лучшие численные оценки в пределах их точности. Полученный результат важен для прецизионной проверки справедливости квантовой электродинамики. (ОИЯИ)

Исследованы свойства темной материи в суперсимметричных обобщениях Стандартной модели. Определена область параметров, в которой легкие гравитино образуют теплую темную материю. Разработана подробная теоретическая модель мелкомасштабного распределения темной материи в гало Галактики и показана возможность косвенной регистрации нейтралино внеатмосферными детекторами по жесткому гамма-излучению, возникающему в результате аннигиляции этих частиц в плотных самогравитирующих сгустках с массой порядка массы Луны или Земли. (ИЯИ РАН)

Исследованы процессы адронизации кварк-глюонной плазмы, образующейся в столкновениях релятивистских ядер. Показано, что аномально большие значения коэффициента объемной вязкости, ожидаемые вблизи температуры фазового перехода, способствуют формированию кварковых капель. Получено объяснение коротких времен адронизации, наблюдаемых в столкновениях ядер при энергиях ускорителей SPS и RHIC. Найден динамический отклик ядра на внесенный антипротон. (РНЦ КИ)

Вычислена средняя множественность адронов в распадах W-бозонов. Оценена разность множественностей в событиях с распадом W-бозона на адроны с рождением и без рождения чарма. Прекрасное согласие этих результатов с данными коллайдера LEP подтверждает универсальный характер механизма образования адронов в жестких процессах. (ИФВЭ)

В эксперименте ФЕНИКС на коллайдере RHIC (БНЛ, США) с участием российских физиков завершен анализ измеренных с высокой точностью дифференциальных сечений рождения 0-мезонов, эллиптических потоков -мезонов и (анти)дейтронов в p+p и Au+Au столкновениях при энергиях сталкивающихся ионов 100 ГэВ/нуклон. Обнаружено, что степень подавления выхода 0-мезонов остается постоянной в области импульсов, больших 5 ГэВ/с, и возрастает с увеличением центральности ядро-ядерных взаимодействий. Наиболее вероятным объяснением обнаруженного эффекта являются энергетические потери жестко рассеянных партонов, движущихся в плотной, горячей сильновзаимодействующей партонной среде, с ярко выраженными коллективными свойствами, характеризуемой высокой начальной глюонной плотностью (dNg/dy ~ 1400) и плотностью энергии (0 ~ 20 ГэВ/фм3). (ПИЯФ РАН, РНЦ КИ, ИФВЭ)

Для ультра-холодных нейтронов (УХН) с длиной волны ~10 нанометров в принципе возможно наблюдение квантовых эффектов в макроскопических масштабах. Для этого была создана периодическая магнитная структура с использованием постоянных магнитов с градиентом 2,8 Т/мм. Эксперимент проведен на пучке УХН реактора Института Лауэ-Ланжевена. Впервые наблюдено макроскопическое квантование траекторий движения нейтрона в магнитном канале, стенки которого образованы градиентом магнитного поля квадрупольного типа. Результаты согласуются с квантовым расчетом. (ПИЯФ РАН)

Завершена обработка экспериментальных данных по поиску неизвестных ранее сверхтяжелых (за границей стабильности) изотопов лития 12Li и 13Li. Эксперимент проводился в Дармштадте (ФРГ) на пучке радиоактивных ядер 14Be с энергией 304 МэВ/нуклон с использованием жидководородной мишени и магнитного сепаратора FRS. Результаты анализа показывают, что 12Li может быть описан как виртуальное s-состояние с длиной рассеяния 22,4 фм. Изотоп лития 13Li обнаружен в виде широкого резонанса при энергии около 1,5 МэВ. Полученные результаты противоречат проведенным ранее теоретическим расчетам по оболочечной модели. Изучение структуры нейтроно-обогащенных ядер за границей стабильности (число которых теперь достигло 14) важно и для уточнения моделей нейтронных звезд. (РНЦ КИ)

На Баксанской нейтринной обсерватории введена в строй новая подземная лаборатория, расположенная на рекордной глубине около 5000 метров водного эквивалента внутри горы Андырчи на Северном Кавказе. В лаборатории обеспечены уникальные условия сверхнизкого радиационного фона для проведения фундаментальных исследований и решения прикладных задач в области ядерной физики, радиационной биологии и метрологии. (ИЯИ РАН)

Закончен объединенный анализ измерений за 18-летний период на галлий-германиевом нейтринном телескопе Баксанской нейтринной обсерватории, который в настоящее время является единственным в мире детектором, обеспечивающим наблюдение суммарного потока нейтрино от всех термоядерных реакций, протекающих в Солнце. Полученная величина потока приходящих на Землю нейтрино очень хорошо согласуется с предсказанием Стандартной солнечной модели с учетом нейтринных осцилляций и результатов уникальных экспериментов с искусственными источниками нейтрино. (ИЯИ РАН)

Начат набор данных в международном эксперименте OPERA в подземной лаборатории Гран-Сассо (Италия), выполняемом с участием российских специалистов. Эксперимент предназначен для исследования эффекта нейтринных осцилляций в пучке нейтрино от ускорителя SPS в CERN. (ОИЯИ, ИТЭФ, ИЯИ РАН, ФИАН, НИИЯФ МГУ)

В ходе орбитального эксперимента ПАМЕЛА (Россия, Италия, Германия, Швеция) выполнены измерения отношения потока антипротонов к потоку протонов в области энергий (1–100) ГэВ, которые позволили внести ясность в проблему происхождения антипротонов в космических лучах и сделать вывод, что ядерные взаимодействия космических лучей с межзвездным веществом являются основным механизмом образования антипротонов в Галактике. В этой же области энергий получен и другой, интереснейший результат – обнаружен рост отношения потока позитронов к суммарному потоку электронов и позитронов для частиц с энергией более 20 ГэВ, что может оказаться проявлением эффекта аннигиляции частиц темной материи в нашей Галактике. (МИФИ, ФИАН, ФТИ РАН)

Обнаружен эффект влияния молний на интенсивность мюонов с пороговой энергией около
100 МэВ. Эффект заключается в скачкообразном изменении интенсивности мюонов на величину (0.5–1)% одновременно с молнией и восстановлении к прежнему уровню с характерным временем порядка 1,5 мин. Таким образом, получено подтверждение того, что спорадические вариации мюонов во время гроз действительно связаны с электрическим полем грозовых облаков. (ИЯИ РАН)

В энергетическом спектре галактических электронов, измеренном в российско-американском эксперименте ATIC, обнаружен избыток в области энергий 300–800 ГэВ. В качестве возможных причин происхождения избытка рассматриваются вклад близкого источника (расстояние меньше 3000 световых лет) и эффект аннигиляции частиц темной материи. (НИИЯФ МГУ)

Измеренная на комплексе НЕВОД-ДЕКОР интенсивность многомюонных событий при больших зенитных углах от первичных частиц с энергией порядка 1018 эВ значительно выше предсказаний широко распространенных моделей адрон-ядерных взаимодействий QGSJET01, SIBYLL, EPOS. (МИФИ)

В рамках работ на комплексе ПАВИКОМ по изучению спектров сверхтяжелых ядер в составе первичного космического излучения по данным измерений в кристаллах оливинов из метеоритов исследовано 1887 треков тяжелых и сверхтяжелых ядер (Z>35) космического излучения и построено зарядовое распределение обнаруженных ядер космических лучей. Найдено 92 трека, минимальная оценка заряда которых соответствует ядрам с Z>90. (ФИАН)

В международных экспериментах на подземных установках OPERA и LVD в Италии получена величина отношения числа положительных мюонов к отрицательным для диапазона энергий
(0.9–3.0) ТэВ. На установке OPERA для избытка положительных мюонов получена величина 1.330.06, а по данным LVD – 1.26 с методической ошибкой 0.11 и статистической 0.04. (ИЯИ РАН)

Предложена и детально разработана теория происхождения космических лучей сверхвысоких энергий, которая позволила предсказать ряд особенностей спектра таких частиц. Эти спектральные особенности использованы для нормировки данных всех известных экспериментов, что позволило впервые согласовать эти разнородные данные в рамках единой модели с протонным составом первичных космических лучей. (ИЯИ РАН)

Показано, что нерелятивистские ударные волны, порождаемые релятивистскими джетами из активных галактических ядер, эффективно ускоряют заряженные частицы вплоть до энергий
ε ~ 1020 эВ и способны обеспечить формирование наблюдаемого в Галактике спектра космических лучей при энергиях ε > 1018 эВ. (ИКФИА СО РАН)

Завершено сооружение и осуществлен физический запуск электрон-позитронного коллайдера ВЭПП-2000. В ходе пробных экспериментов достигнута рекордная для односгусткового режима светимость 1031 см–2сек–1 при энергии  500 МэВ в пучке. Полученные результаты доказывают перспективность метода круглых пучков и достижения проектной светимости 1032 см–2сек–1 при энергии около 1 ГэВ в пучке. Подтверждена эффективность секционирования сверхпроводящих обмоток в фокусирующих соленоидах коллайдера с магнитным полем 130 кГс для получения оптимальной фокусировки пучков в месте встречи в широком диапазоне по энергии. Комплекс ВЭПП-2000 с универсальными детекторами СНД и КМД-3 позволит выйти на новый уровень точности и чувствительности в изучении физики высоких энергий в области энергий до 2 ГэВ в системе центра масс. (ИЯФ СО РАН)

На ускорителе У-70 введены в рабочем режиме оба дефлектора СВЧ-сепаратора частиц.
В результате на экспериментальной установке «ОКА» получен пучок вторичных частиц с 25% содержанием К+-мезонов при импульсе частиц 12.5 ГэВ/с (25-кратное обогащение пучка). Успешное проведение сеанса обеспечено за счет надежной работы всех систем экспериментального комплекса «ОКА», в том числе крупнейшей в России криогенной системы, охлаждающей дефлекторы сепаратора сверхтекучим гелием до температуры 1.8 К. Таким образом, создана исследовательская база мирового уровня для изучения редких распадов К-мезонов и процессов радиоактивных превращений. (ИФВЭ)

Разработан, изготовлен и установлен в Центре коллективного пользования «Геохронология Кайнозоя» ускорительный масс-спектрометр для определения ультрамалых количеств космогенных изотопов. Основная направленность прибора – датировка археологических образцов по изотопу углерода 14C. Экспериментально продемонстрирована возможность получения чувствительности лучше 1013. Возможность определения малых количеств изотопов открывает широкие перспективы для исследований в области археологии, экологии, медицины и других областях исследований. (ИЯФ СО РАН)

Опробована с пучком система когерентной ВЧ гимнастики в протонном синхротроне У-70; тем самым обеспечены требования к длительности сгустка для протонной радиографии. (ИФВЭ)

Продолжены эксперименты с синхротронным излучением на станциях, расположенных на каналах вывода пучка СИ накопителя ВЭПП-3. На станциях проводили работы исследовательские группы из более чем 60 институтов РАН и других российских и зарубежных организаций. Запущена в эксплуатацию специальная метрологическая станция «Космос» на накопителе ВЭПП-4М, предназначенная для абсолютных и относительных калибровок различной аппаратуры в широком спектральном диапазоне фотонов от 10 эВ до 10 кэВ. (ИЯФ СО РАН)

Произведен физический пуск источника резонансных нейтронов ИРЕН. Генерация нейтронов осуществляется на пучке электронов линейного ускорителя, разработанного ИЯФ СО РАН. На вольфрамовой мишени, установленной в мишенном зале источника, получен импульсный пучок электронов с энергией около 20 МэВ и током до 0,4 А. Это позволило осуществить первую генерацию резонансных нейтронов с их регистрацией во время-пролетном режиме. (ОИЯИ)

Многоцелевой ускорительно-накопительный комплекс ИТЭФ-ТВН в 2008 году отработал свыше 4900 часов (рост 9%) для выполнения экспериментов по фундаментальным и прикладным исследованиям. Выполнен комплекс исследовательских работ по ускорению ионов Al10+ и Fe16+ в бустерном синхротроне УК до предельной энергии этого кольца с последующим выводом и многократной перезарядной инжекцией пучка в накопительное кольцо У-10. (ИТЭФ)

  1. Современные проблемы астрономии, астрофизики и исследования космического пространства, в том числе происхождение, строение и эволюция Вселенной, природа темной материи и темной энергии, исследование Луны и планет, Солнца и солнечно-земных связей, исследование экзопланет и поиски внеземных цивилизаций, развитие методов и аппаратуры внеатмосферной астрономии и исследований космоса, координатно-временное обеспечение фундаментальных исследований и практических задач

Измерение плотности энергии космических лучей, магнитных полей и турбулентных движений в горячем  (десятки миллионов градусов) газе скоплений галактик является важной задачей современной астрофизики.

Реализован новый метод таких измерений на основе данных оптических и рентгеновских наблюдений. Звезды и горячий газ, излучающий в рентгеновском диапазоне волн, находятся в едином гравитационном потенциале, создаваемом темной материей и обычным веществом. Распределение звезд, в отличие от газа, определяется исключительно гравитацией. Сравнение рентгеновских и оптических изображений, вместе с измерениями температуры газа и дисперсии скоростей звезд, позволило определить плотность энергии космических лучей, магнитных полей и микротурбулентности, которая составила около 10% от тепловой энергии газа.  Этот метод позволяет по данным рентгеновских обсерваторий проводить более точные измерения полных масс скоплений галактик и содержания в них «темной материи», что крайне важно для определения основных параметров Вселенной. (ИКИ РАН совместно с ESA)

Получены важные результаты по структурам и турбулентности в системах двойных звезд. На специально построенной лабораторной установке с дифференциально-вращающейся мелкой водой проведено моделирование спиральных структур, возбуждаемых неустойчивостью сверхотражения. Методом численного моделирования определены параметры спиральных волн плотности в аккреционном диске тесной двойной звездной системы. На основе наблюдательных данных и разработанной теоретической модели рассчитан степенной спектр крупномасштабной турбулентности в аккреционном диске тесной двойной системы IP Peg. (ИНАСАН, РНЦ КИ)

На основе современных космологических наблюдательных данных о распределении скоплений галактик и анизотропии реликтового излучения по результатам наблюдений на спутнике WMAP получено новое независимое верхнее ограничение на сумму масс нейтрино трех форматов (электронного, мюонного и тау): < 1.05 эВ с уровнем достоверности 95%. Данные по крупномасштабной структуре скоплений галактик получены путем обработки результатов миссии ROSAT в предположении об универсальности барионной фракции во Вселенной, обоснованной теоретически, данными наблюдений и численным моделированием. (ФИАН)

На БТА с применением метода спектринтерферометрии обнаружено, что система субкарликов G89-14 с металличностью – 1.9 в гало Галактики состоит из четырех компонент (с массами от 0.67 до 0.22 масс Солнца) и является самой низкометалличной из известных четверных звезд. Это свидетельствует о том, что система образовывалась в среде с низким содержанием металлов. Соотношение орбитальных периодов подсистем четверной звезды 0.52:3000:650000 лет указывает на высокую иерархичность и устойчивость системы. Существование подобных объектов доказывает способность звездных систем высокой кратности сохраняться в результате динамической эволюции за время, сравнимое с возрастом Галактики. (САО РАН)

Построена теоретическая картина формирования линий излучения молекул в плотной межзвездной среде. Эти линии являются основным, а часто и единственным источником знаний о свойствах ядер молекулярных облаков – прародителей звезд – и о процессах, протекающих на ранних стадиях звездообразования. Разработан подход к исследованию спектральных карт дозвездных и протозвездных объектов, в котором сочетаются современный метод расчета переноса излучения и самосогласованная модель динамической и химической эволюции межзвездной среды. Анализ большого объема наблюдательных данных позволил прояснить роль основных факторов, определяющих характеристики спектров излучения этих объектов. Данный подход лег в основу мощного теоретического инструмента для всесторонней интерпретации наблюдательных данных об одном из важнейших процессов во Вселенной – процессе рождения звезд. (ИНАСАН)

На основе синоптических наблюдений Кисловодской горной станции создан комплекс баз данных о длительном поведении солнечной активности, параметризуемой рядами ее основных индексов. Показано, что кисловодские ряды классических индексов солнечной активности, сохраняя основные принципы мировой Службы Солнца (непрерывность, регулярность и однородность рядов), являются наилучшими для продолжения данных мировых синоптических солнечных наблюдений с 70-х – 80-х годов XX века по настоящее время. (ГАО РАН)

На основе простейшей модели солнечного динамо Паркера построено широтно-временное распределение магнитной и токовой спиральности. Определены значения параметров модели, при которых это распределение наиболее близко воспроизводит наблюдаемое. На основе анализа наблюдательных данных по измерению полного вектора магнитного поля в активных областях впервые показано, что знак антисимметричности спиральности относительно солнечного экватора сохранился при переходе от 22-го к 23-му солнечному циклу. (ИЗМИРАН, МГУ)

Обнаружена спиральная структура магнитного поля над солнечными пятнами по многочастотным поляризационным радионаблюдениям на телескопе РАТАН-600. Показано, что силовая трубка магнитного поля распространяется вверх по спирали шириной ~ 0.4 градуса. Магнитные поля величиной около 600 Гс находятся на достаточно больших высотах в короне Солнца – до 25 тыс. км. (САО РАН, СПбГУ)

На основе данных спутников «Кластер» и «Геотэйл» построены модели формирования нестационарных структур магнитного и электрического поля, отвечающих за ускорение плазмы в хвосте магнитосферы Земли. Модель сдвиговой деформации в толстом плазменном слое рассматривает независимое вертикальное движение отдельных магнитных силовых трубок, в результате которого возникают сильно наклоненные токовые слои и осцилляции наклона слоя, обнаруженные ранее в эксперименте. Установлено наличие в токовом слое геомагнитного хвоста пространственно локализованных источников неадиабатического ускорения ионов двух типов, различающихся по энергиям и распределением по скоростям. В рамках созданной модели дано объяснение. (ИКИ РАН)

Построена высокоточная численная теория движения астероида Apophis (99942) и определены параметры его орбиты из обработки всех имеющихся оптических и радиолокационных наблюдений. Линейным и нелинейным методами найдены параметры эллипсоида рассеяния возможных положений астероида в момент наибольшего сближения с Землей 13 апреля 2029 г. Результаты исследования полностью исключают возможность столкновения астероида с Землей в 2029 г. и с большой вероятностью – в 2036 г. (ИПА РАН)

Для вещества нейтронных звезд плотностью в миллиард тонн на кубический сантиметр построена кинетическая теория с учетом динамического плазменного экранирования при обмене поперечными плазмонами. В результате кардинальным образом изменились наши представления о кинетических свойствах сверхплотного вещества: теплопроводности, вязкости и др. Полученные результаты исключительно важны для моделирования эволюции нейтронных звезд и других объектов, состоящих из вещества сверхъядерной плотности, изучение которого невозможно в лабораторных условиях. (ФТИ РАН)

С помощью широкопольной российско-итальянской камеры высокого временного разрешения TORTORA впервые проведены наблюдения оптического компаньона гамма-всплеска (GRB080319B) в течение всего интервала его гамма-активности с временным разрешением 0,13 с. Обнаружена тонкая временная структура кривой блеска этой оптической вспышки, достигающей в максимуме 5,3 звездной величины: 4 эквидистантных (интервал ~ 9 секунд) пика, скоррелированых с вариациями гамма-излучения, что может свидетельствовать о периодической активности «внутренней машины» гамма-всплеска. В течение последнего пика обнаружены осцилляции с периодом  1 с и амплитудой
~ 10%. Столь быстрые вариации оптического блеска впервые обнаружены у астрономического объекта на космологическом расстоянии. Полученные результаты требуют как существенного пересмотра современных моделей гамма-всплесков, так и дальнейших детальных исследований оптического излучения, сопровождающего гамма-всплески. (САО РАН; ФГУП НИИПП; Болонский университет, Обсерватория Брера, Италия)

III. ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

  1. Основы развития и функционирования энергетических систем в рыночных условиях, включая проблемы энергоэффективнос-ти экономики и глобализации энергетики, энергобезопасность, энергоресурсо-сбережение и комплексное использование природных топлив

Разработана технология комплексного энергохимического использования природного газа с получением электроэнергии и синтетического жидкого топлива на базе парогазовых установок (ПГУ), позволяющая снизить стоимость производства электроэнергии на перспективных ПГУ.

Разработаны научные основы новой технологии использования водорода в каталитических процессах гидрооблагораживания моторных топлив (процессы деароматизации, гидростабилизации, гидроизомеризации) для улучшения экологических и служебных характеристик энергоустановок. Разработан метод получения высокоэффективных и экономичных катализаторов для этих процессов. Осуществлена верификация бифункциональности разрабатываемых катализаторов, позволяющая минимизировать число стадий процессов гидрооблагораживания. Разрабатываемая технология должна обеспечить качество моторных топлив на уровне Евро-4. Выполнены фундаментальные исследования, математическое моделирование и оптимизация процесса в новом (автоматизированном) химическом реакторе для экзотермических процессов; проведена разработка на этой основе системы управления синтезом моторных топлив.

Выполнен цикл теоретических и экспериментальных исследований в обоснование комплексной технологии совместной переработки древесных отходов и природного газа (в общем случае любого органического сырья, газообразных и жидких углеводородов) с целью получения энергетического водорода и чистых углеродных материалов для широкого промышленного использования. Разрабатываемая технология является двухстадийной. На первой стадии осуществляется термическая деструкция древесины с получением активированного угля, на второй – термическое разложение природного газа в пористой углеродной матрице, получаемой на первой стадии процесса. Углерод, образующийся при пиролизе природного газа, заполняет поры исходной углеродной матрицы, превращая ее в монолит, состоящий из углерода древесины и углерода природного газа. Общее содержание углерода в получаемом продукте – 97-99%.

Применительно к задаче повышения эффективности теплоснабжения показана перспективность использования тепловых аккумуляторов с фазовым превращением рабочего вещества (типа парафинов). На основании проведенных экспериментов предложена методика расчета таких аккумуляторов.

На основании анализа парка отопительных котлов на угле рекомендовано:

сжигание угля в топках с псевдоожиженным слоем,

реализация автотермического пиролиза с применением катализаторов,

обеспечение отопительных котлов термоуглем и брикетированным углем. (ОИВТ РАН)

Исследовано влияние изменения КПД блоков ВВЭР на рыночную цену электроэнергии, темпы роста и изменение со временем рыночной доли АЭС. Показано, что методология ИНПРО (МАГАТЭ) завышает стоимость ядерной электроэнергии примерно вдвое. Определена экономическая эффективность модульного гелиевого реактора в условиях энергетического рынка. Разработана общая динамическая балансовая модель стихийного рынка, с помощью которой исследовано поведение энергосистем в критических ситуациях. (ИБРАЭ РАН)

Разработана технология анализа каскадно развивающихся аварийных процессов в электроэнергетических системах, основанная на классификации событий и состояний в системе и определении взаимосвязей между ними. Выделена группа событий, ухудшающих состояния системы, цикл которых может привести к необратимому опасному развитию аварии. (ИСЭМ СО РАН)

  1. Физико-технические и экологические проблемы энергетики, тепломассообмен, теплофизические и электрофизические свойства веществ, низкотемпературная плазма и технологии на ее основе

Разработан новый способ определения термодинамической активности (энергии Гиббса) в многокомпонентных жидкометаллических теплоносителях на основе модифицированного варианта эффузионного метода. Метод развит для теплоносителей, интенсивно реагирующих с кислородом (системы щелочных металлов, имеющие наиболее близкую перспективу применения в качестве теплоносителей энергетических установок с реакторами на быстрых нейтронах) и для интервала давлений между кнудсеновским (свободномолекулярным) и гидродинамическим режимами истечения. Показано, что уравнение Герца-Кнудсена, описывающее свободно-молекулярное истечение, является частным случаем общего выражения, полученного для эффузионного процесса.

Основные исследования были посвящены изучению закономерностей теплообмена при охлаждении высокофорсированных поверхностей теплообмена. Они касались охлаждения Токамака, аппаратов силовой электроники, мощных компьютеров, атомных реакторов, охлаждаемых теплоносителем сверхкритических параметров, и газовых турбин. Обнаружены принципиально новые бимодальные распределения капель по размерам при распыле перегретой жидкости, вводимой в компрессор газовой турбины. Экспериментально подтверждена возможность физического касания жидкостью, недогретой до температуры насыщения, сильно перегретой поверхности.

Выполнены экспериментальные исследования особенностей теплообмена и механизма возникновения открытого ранее в работах ОИВТ РАН нового эффекта полевых ловушек при кипении диэлектрических жидкостей на неоднородных и микроструктурированных поверхностях при воздействии внешних электрических полей, в результате которых установлены условия возникновения эффекта полевых ловушек и экспериментально обоснована возможность увеличения коэффициентов теплоотдачи при кипении в 3-6 раз с его использованием.

Проведены эксперименты по формированию плазменно-пылевых структур в тлеющем разряде постоянного тока при температуре нейтрального газа в диапазоне 4.2-300 К. Охлаждение разряда при неизменных разрядном токе и плотности нейтрального газа приводит к значительному (примерно на порядок) уменьшению межчастичного расстояния в структурах и изменению динамики пылевых частиц в ней.

Выполнены исследования по управлению структурой потока и воспламенением углеводородного топлива с помощью поверхностного дугового разряда в каверне и за уступом сверхзвукового канала.
В настоящее время нанопорошки используются для поджига и управления горением углеводородного топлива в высокоскоростном воздушном потоке в ГПВРД. Экспериментально показано, что полнота стимулированного горения (СГ) обедненных Al-воздушных смесей может достигать 90-100%, что существенно выше полноты сгорания таких же смесей в обычных условиях без плазменного стимулирования.

Завершен цикл расчетно-теоретических исследований нелинейного поведения нейтрально устойчивых и неустойчивых (в соответствии с полученными в линейном приближении критериями) плоских ударных волн. Проведен параметрический анализ эволюции ударной волны на S-образном
(в p-u координатах) фрагменте ударной адиабаты с неоднозначным представлением ударноволнового разрыва, включающем участок с L>1+2M (один из критериев неустойчивости ударной волны в средах с произвольным уравнением состояния). Показано, что решения с неустойчивой ударной волной не реализуются. Исследована зависимость возникающей распадной конфигурации от параметров ударной волны (положения на ударной адиабате), формы и интенсивности ее возмущения.
В многомерных расчетах обнаружено формирование «ячеистой» структуры ударной волны, обусловленной «переключением» локальных параметров ударной волны между допустимыми видами распадных конфигураций.

Проведены экспериментальные исследования экстремальных состояний, образующихся в нанослоях вещества под действием мощных фемтосекундных лазерных импульсов. При воздействии фемтосекундных лазерных импульсов умеренной интенсивности 1013 ÷ 1014 Вт/см2 на металлические мишени (алюминий, золото, никель) исследована структура абляционного факела, динамика движения откольного слоя, измерены пороги абляции и испарения поверхностного слоя мишеней, характеризующие структуру факела.

На Международной космической станции выполнены экспериментальные исследования нового состояния пылевой плазмы – электрореологической (ЭР) плазмы, формирующейся в условиях микрогравитации с помощью установки «ПК-3 Плюс». Получены данные о структурном фазовом переходе от изотропной пылевой плазмы к цепочечным структурам, т. е. к ЭР плазме. Выполнены эксперименты по исследованию динамики этого фазового перехода. Проведено исследование процесса кристаллизации и изменения упорядоченности в структуре заряженных пылевых частиц при варьировании давления плазмообразующего газа, напряжения высокочастотного генератора (концентрации электронов и ионов). Эксперимент выполнялся для частиц диаметром 1,55 мкм в аргоне в условиях микрогравитации. Впервые наблюдался фазовый переход от плазменного кристалла к плазменной жидкости в большой изотропной 3-мерной плазменно-пылевой системе.

Проведено исследование термодинамических многоступенчатых циклов газотурбинных установок на продуктах газификации угля. Предложены новые конфигурации трехступенчатых схем ГТУ с впрыском воды в тракты окислителя перед выходным теплообменником-регенератором. Показано, что, оптимизируя значения расходов в трактах окислителя, можно достичь не только высоких значений КПД – за счет эффективной регенерации тепла уходящих газов, но и практически исключить образование окислов азота в камере сгорания последней ступени – за счет снижения коэффициента избытка окислителя в последней ступени ГТУ при вытеснении воздуха парами воды. (ОИВТ РАН)

Разработан и реализован комплекс физических моделей, детально описывающих протекание аварийных процессов на реакторных установках АЭС и на этой базе создан сквозной интегральный код СОКРАТ/В2 для анализа тяжелых запроектных аварий на АЭС с реакторными установками типа ВВЭР. Работа проводилась с участием организаций Росатома (СПб АЭП, АЭП, ЭНИЦ, ФЭИ), федеральных научных центров (ВНИИЭФ, РНЦ КИ). Расчетный код представлен к аттестации в Ростехнадзоре и используется проектными и конструкторскими организациями Атомэнергопрома для обоснования безопасности по проектам АЭС-2006 в России и за рубежом.

Завершен первый этап комплекса работ по разработке расчетного кода СОКРАТ/В3 для анализа радиологических последствий и риска для окружающей среды и населения при проектных и запроектных авариях на АЭС. Новая версия кода СОКРАТ/В3 позволяет сквозным образом моделировать накопление, выход продуктов деления и конструкционных материалов в форме аэрозолей под защитную оболочку АЭС из реакторной установки и далее в окружающую среду.
В настоящее время версия кода проходит стадию всесторонней верификации и передана в опытную эксплуатацию в организации Росатома.

Совместно со специалистами Росатома, Ростехнадзора и ИГП РАН разработан проект концепции и проект федерального закона «Об обращении с радиоактивными отходами». Разработка законопроекта обусловлена необходимостью создания и законодательного закрепления условий и механизмов, направленных на прекращение дальнейшей генерации проблем в области обращения с радиоактивными отходами в Российской Федерации, а также необходимостью своевременного решения проблем, накопленных РАО. Концепция федерального закона «Об обращении с радиоактивными отходами» и техническое задание на разработку данного законопроекта утверждены пунктом 8 протокола заседания Комиссии Правительства РФ по законопроектной деятельности
14 апреля 2008 года № 12. В течение второй половины 2008 года законопроект согласован с большинством заинтересованных ведомств, в том числе Минюстом России. Планом законопроектной деятельности Правительства Российской Федерации предусмотрено представление законопроекта в Федеральное собрание в первой половине 2009 года.

Завершено выполнение международного проекта по усовершенствованию системы радиационного мониторинга и аварийного реагирования в Мурманской области. Основной целью работы являлось кардинальное совершенствование системы контроля радиационной обстановки и аварийного реагирования при авариях на радиационно-опасных объектах, связанных с утилизацией АПЛ, обращении с ОЯТ и РАО. Созданы региональный кризисный центр в г. Мурманске и кризисный центр ФГУП «СевРАО», объектовые системы радиационного контроля на ФГУП «СРЗ «Нерпа» и ПВХ РО «Сайда», усовершенствованы АСКРО филиала № 2 ФГУП «СевРАО» (п. Гремиха) и Мурманская территориальная АСКРО, создана система оперативно-экспертной поддержки аварийных центров Мурманской области техническим кризисным центром ИБРАЭ РАН. Созданная система получила высокую оценку миссии МАГАТЭ. Эксперты МАГАТЭ отметили: «Проект сыграл выдающуюся роль в повышении уровня аварийной готовности в Мурманской области. Новая система может служить моделью для других аналогичных проектов». (ИБРАЭ РАН)

С целью исследования механизмов ионизационных процессов, протекающих в неполярных жидкостях, изучено влияние на эти процессы примеси воды, что позволило установить основные закономерности образования гидратированных кластерных ионов в данных системах. Показано, что количество молекул воды в ионных кластерах зависит от концентрации воды, растворенной в данной жидкости. Измерены константы скорости процессов, определяющих концентрацию гидратированных кластерных ионов в неполярной жидкости. Полученные результаты важны для анализа электрических свойств жидких диэлектриков, имеющих контакт с водой или влажным воздухом, которые находят широкое применение в технических устройствах, включая высоковольтные системы. Понимание физико-химических процессов с участием заряженных частиц, происходящих в реально используемых жидких диэлектриках, обеспечивает возможность улучшения параметров электротехнических изделий. (ИНЭПХФ РАН)

Обнаружен эффект разделения компонентов воздуха (азота и кислорода) в ламинарном пограничном слое на проницаемой пластине при вдуве инертных газов в воздух и водородо-воздушные смеси. Относительное увеличение объемной концентрации кислорода вблизи проницаемой поверхности может достигать 25%. Эффект разделения может оказывать существенное влияние на состав и характеристики химически реагирующих газовых потоков. (ИТ СО РАН)

Разработан способ преобразования энергии градиентов солености с использованием полупроницаемых осмотических мембран. Выполнен анализ конструкций и схем размещения гидроосмотических энергетических установок. (ИПМТ ДВО РАН)

Получены данные по воздействию импульсного электромагнитного излучения на конден-сированные материалы. Установлено, что облучение расплава чугуна (масс. %: 3,7 С; 1,0 Si; 0,5 Mn; 0,1 P и S) наносекундными электромагнитными импульсами (НЭМИ) до 25 мин способствует увеличению плотности расплава, температуры начала кристаллизации аустенита и снижению температур эвтектического превращения. Максимальные значения теплопроводности, коррозионной стойкости, плотности и твердости чугуна наблюдаются при облучении расплава НЭМИ в течение
10 мин. При продолжительности облучения более 15 мин включения графита в чугуне измельчаются. (ИМ ХНЦ ДВО РАН)

  1. Фундаменталь-ные проблемы современной электротехники, импульсной и возобновляемой энергетики

Выполнено научное обоснование эффективных технологий преобразования солнечной и ветровой энергии, энергии биомассы, энергии малых водных потоков, геотермальной энергии и других ВИЭ в электрическую и тепловую энергию и оптимальных конфигураций и модельных рядов энергетических установок с учетом реальных климатических условий их эксплуатации, существенного изменения суточных и сезонных графиков энергетических потоков и графиков потребления энергии автономными потребителями. Наибольшую конкурентоспособность демонстрируют установки и системы, сочетающие использование нескольких видов первичных источников энергии.

Создан излучатель мощных и повторяющихся с высокой частотой следования электромагнитных видеоимпульсов на основе 2-элементной активной синхронизированной антенной решетки. Решены физико-технические проблемы реализации устойчивого когерентного режима излучения решетки при длительности излучаемых видеоимпульсов до 70 пс. Достигнута эффективная импульсная мощность излучения 40 МВт в спектральном диапазоне до 12 ГГц при и частоте следования видеоимпульсов до 105имп/с. Подготовлены заявки на патенты по созданию и использованию излучателей данного типа.

Предложена модель инициирования процессов релаксации при воздействии упругим и электромагнитным полями, ведущих к разрядке локальных структурных напряжений. Впервые оценены пороговые уровни энергии триггерного воздействия, соответствующие фоновому уровню текущего процесса релаксации. Показано, что при расчетном воздействии с энергией ниже порогового уровня вызванная активизация процесса релаксации приводит к разрядке локальных напряжений и понижению акустомикросейсмического фона только на линейном участке развития механической неустойчивости. (ОИВТ РАН)

  1. Атомная, термоядерная, водородная и космическая энергетика

Выполнен комплекс экспериментальных и теоретических исследований процессов смесеобразования, горения и генерации высокотемпературного водяного пара в водородо-кислородных парогенераторах (ВКПГ) различной размерности, разработаны и созданы экспериментальные блоки ВКПГ тепловой мощностью 20-100 кВт(т) и 20-25 МВт(т) с системами топливообеспечения, диагностики и управления, проведены их испытания в различных режимах при температурах и давлениях до 1200 К и 7 МПа, в интервалах мощностей до 24,7 МВт(т) и расходах топлива до 2 нм3/сек. при длительности единичных испытаний до 300 секунд.

Выполнен цикл фундаментальных и прикладных исследований, в результате которых разработана и создана экспериментальная интегрированная система энергообеспечения автономных потребителей в составе: модельный источник водорода – металлогидридная система очистки и хранения водорода – энергоустановка мощностью 5 кВт(э) на основе ТПТЭ – преобразователь тока – модельная нагрузка
(5 кВт(э)). Предложен и исследован новый технологический процесс КЦА для металлогидридных систем очистки водорода, обеспечивающий ускорение процессов (повышение производительности) в 3-10 раз.

С использованием алюминий-водяного плазмохимического реактора для производства водорода показано, что в таком реакторе для производства водорода может использоваться твердый и порошкообразный алюминий. Емкостной ВЧ разряд позволяет значительно ускорить химическую реакцию восстановления водорода из воды. На выходе такого реактора может одновременно производиться мелеодисперсный бимид или оксид алюминия (AlO) в зависимости от режима работы реактора. Ориентировочные размеры реактора для производства 1 г/с водорода не превышают
1-2 литров. (ОИВТ РАН)

В рамках работ по обоснованию безопасности современных и новых ядерных реакторов разрабатываются компьютерные коды для расчетов термомеханического и физико-химического поведения отдельного твэла (так называемые «топливные» коды). Разработан усовершенствованный программный модуль (код) SFPR для комплексного описания всего многообразия физических явлений, протекающих в различных режимах функционирования твэлов, с учетом геометрических параметров топлива и оболочки, неравномерности распределения линейной мощности по твэлу, выхода газовых ПД под оболочку, изменения содержания и состава газовой смеси в твэле, зависимости свойств топлива от выгорания, стехиометрического состава и температуры. Проведены расчетные работы в обоснование работоспособности и по подготовке к аттестации для коммерческого использования новых видов топлива (уран-бериллиевое и уран-гадолиниевое, обычное урановое с увеличенным размером зерна). Проведена подготовка кода SFPR для расчетных работ в обоснование проектных решений АЭС-2006 по выходу радиоактивных продуктов деления из твэлов реакторов типа ВВЭР при высоком выгорании топлива.

В рамках реализации решений Соглашения о «Глобальном партнерстве», принятом странами «Большой восьмерки» (Канада, Кананаскис, 2002 г.), в 2007 году завершена разработка Страте-гического Мастер-Плана (СМП) утилизации выведенного из эксплуатации атомного флота и реабилитации радиационно-опасных объектов обслуживающей инфраструктуры на северо-западе России. В 2008 году продолжена работа по теме «Разработка регламента и процедур для внедрения Информационной системы управления программой (ИСУП) и обучение уполномоченного персонала для реализации СМП и ИСУП». Работа включает в себя разработку систем сбора и управления данными, систему информационно-аналитической поддержки для координации и управления реализацией Программы комплексной утилизации. Завершается разработка и сдача в эксплуатацию ИСУП СМП.

В целях повышения эффективности топливоиспользования в быстрых реакторах с натриевым теплоносителем (типа БН) выполнен цикл работ по проведению концептуального нейтронно-физического анализа открытых и замкнутых топливных циклов на основе стандартного оксидного топлива (UO2) и топлива повышенной плотности типа уран-карбидного (UC). На базе активной зоны типа БН-800 выполнена оптимизация состава ТВС и характеристик активной зоны с оксидным топливом применительно к работе БН-800 в открытом топливном цикле и двух следующих рециклах с рециклированным топливом без разделения урана и плутония и без добавки плутония извне. Для реактора типа БН с топливом повышенной плотности проведены расчетные исследования нейтронно-физических характеристик, обеспечивающих переход к замкнутому топливному циклу при самообеспечении делящимися ядрами с первого рецикла. Показана возможность обеспечения отрицательного значения интегрального натриевого пустотного эффекта реактивности при полной потере натрия. (ИБРАЭ РАН)

С целью изучения и численного моделирования кинетики переходных характеристик фототока и фотопотенциала в активных слоях органических солнечных фотоэлементов и фотодетекторов проведено детальное исследование электронно-транспортных свойств активных слоев перспективных фотовольтаических однослойных ячеек. Характеристики, измеренные методом токового зондирования, показали многократное увеличение дифференциальной емкости ячеек от приложенного к ним напряжения.

Предложенная методика токового зондирования позволила также надежно определить значения последовательного сопротивления для ячеек и характеристические времена релаксации дифференциальной емкости. Полученные величины времен релаксации свидетельствуют о высоких значениях подвижности свободных носителей зарядов в активной среде исследованных органических фотоэлементов. (ИНЭПХФ РАН)

  1. Общая механика, динамика космических тел, транспортных средств и управляемых аппаратов, биомеханика, механика жидкости, газа и плазмы, неидеальных и многофазных сред, а также механика горения, детонации и взрыва

Проведено экспериментальное исследование зависимости длины факелов газообразных топлив CH4 иH2 и их смесей с инертными газами и азотом, в широком диапазоне концентраций последних до уровней, ограничивающих горение. Обобщение полученных данных в ламинарном и турбулентном режимах горения позволило предложить надежные формулы для расчета интенсивности горения газов, загрязненных азотом, CO2 и другими негорючими газообразными веществами. (ОИВТ РАН)

Исследована работа контура поддержания амплитуды рабочих колебаний волнового твердотельного гироскопа, разработан контур, обеспечивающий автоматическую компенсацию разнодобротности резонатора.

Проведено исследование устойчивости плоских периодических вращений спутника – твердого тела относительно центра масс. Спутник считается близким к динамически симметричному, эксцентриситет орбиты произволен. Решена нелинейная задача об устойчивости таких вращений по Ляпунову. Для спутника, центральный эллипсоид инерции которого близок к сфере, дан также анализ устойчивости по отношению к пространственным возмущениям.

Выполнено исследование движения сложных сред в емкостях с подвижными границами, исследованы свойства смеси вязкой жидкости с твердыми частицами под действием вибрации.

Для определения движения вязких сред задача сведена к интегрированию краевых задач бигармонического и гармонического уравнений (уравнение Лапласа). Для них разработан численный метод граничных элементов без насыщения. Численный метод оказывается более простым, а погрешность его уменьшается быстрее любой степени шага сетки. (ИПМех РАН)

Разработаны методы теоретического описания процессов смешения в турбулентной микропористой жидкости (жидкость с диаметром микропузырьков d~10100 мкм и объемным газосодержанием 0.20.99) при наличии физико-химических превращений, фазовых переходов, электрических разрядов. В приближении бесконечно быстрых химических реакций рассмотрена задача горения турбулентной струи пористого топлива (вода с высоким содержанием органических веществ) в окружающей воздушной среде, моделирующая стимулированное плазмой горение жидких компонентов с высоким содержанием органики.

Проведены экспериментальные исследования эрозионного разряда в потоке газодисперсной смеси (воздух + микрокапли электролита). (Для получения продуктов эрозии на электроды наносился воск.) Установлено, что за разрядным промежутком реализуются два режима: линейный пробой типа «четочной» молнии (промежутка 0.5-1 м) и возникновение долгоживущих плазменных образований. На основе киносъемки о динамике движения долгоживущих образований в магнитном поле и осциллограмм тока, полученных с проводящего экрана, предложена физическая модель, описывающая процессы зарождения, существования и затухания долгоживущих плазменных образований.

Разработана методика моделирования связанных трехмерных задач конвекции и выполнено моделирование конвекции в эксперименте «Дакон» при действии реальных вибрационных и квазистатических микроускорений в условиях полета МКС. Выполнены исследования околокритических процессов применительно к космическому проекту «Крит». Исследованы решения трехмерных линеаризованных уравнений Навье-Стокса несжимаемой жидкости в приближении Буссинеска для задачи конвекции Рэлея-Бенара.

В рамках двухмерной кинетико-континуальной модели взаимодействия солнечного ветра с межзвездной средой исследовался процесс стохастического ускорения заряженных частиц на флуктуациях солнечного ветра в области внутреннего ударного слоя (между гелиосферной ударной волной и гелиопаузой). Проводились исследования дрейфового ускорения протонов на гелиосферной ударной волне с целью интерпретации измерений энергичных частиц на космическом аппарате «Вояджер-1». (ИПРИМ РАН)

Изучено охлаждение нагнетаемым воздухом очага энерговыделения, неравномерно распределенного внутри пористого объекта, при различных перепадах давления газа на входе и на выходе из пористого объекта в поле силы тяжести. Обнаружен эффект уменьшения разогрева пористого объекта при удалении расположенного внутри него очага выделения тепла от входной части объекта, в которую подается холодный воздух. Выявлена неоднозначная зависимость разогрева пористого объекта от ширины очага энерговыделения: при росте ширины очага тепловыделения разогрев объекта может как увеличиваться, так и уменьшаться в зависимости от удаленности очага выделения тепла от входа в объект. (ИАПУ ДВО РАН)

Разработана система высокоточного определения параметров движения АНПА, использующая данные от бортовой цифровой фотосистемы и работающая под управлением бортового компьютера системы технического зрения. (ИПМТ ДВО РАН)

В камере проточного типа впервые реализованы устойчивые режимы непрерывной спиновой и пульсирующей детонации Н2–О2 и С2Н2–О2 смесей при нестационарной эжекции кислорода, позволяющие развивать силу тяги при нулевой начальной скорости. Показано, что насосом для окислителя является детонационная волна, а всасывающим поршнем – волна разрежения.

Выполнены важные исследования волновых течений жидкости. Построен новый класс нелинейных гиперболических уравнений мелкой воды над неровным дном, учитывающих эффекты дисперсии и турбулентного перемешивания. Исследовано влияние дисперсионных эффектов и обрушения на структуру нелинейных волн в окрестности локального препятствия в открытых каналах. (ИГиЛ СО РАН)

Для каналов с размером порядка капиллярной постоянной экспериментально обнаружена область подавления пузырькового кипения и перехода к режиму испарения сверхтонких пленок жидкости. Построена модель подавления кипения, учитывающая влияние режима течения и условий зарождения центров кипения в тонких пленках жидкости. Получено, что в микроканалах с размером существенно меньше капиллярной постоянной пузырьковое кипение полностью подавлено и основным механизмом теплообмена является испарение на деформированной капиллярными силами межфазной поверхности. Работа важна для развития основ физики фазовых переходов на микромасштабах и создания высокоэффективных теплообменников. (ИТ СО РАН)

Впервые реализован квазистационарный оптический разряд в воздушном сверхзвуковом потоке (М=2) в условиях масштабной аэродинамической установки. Взаимодействие теплового следа оптического разряда с головной ударной волной, генерируемой моделью, оказывает существенное влияние на структуру течения за ударной волной, что позволяет существенно снизить интенсивность звукового удара.

При исследовании процессов теплообмена и предельных энергетических характеристик тлеющего разряда при высокой до 100 м/с скорости прокачки для мощного лазера с дисковыми вентиляторами – теплообменниками впервые обнаружен эффект медленной тепловой неустойчивости объемного разряда СО2 лазера при низком давлении. Показано, что данное явление связано с проявлением струйного характера течения газа в замкнутом контуре и увеличение перемешивания газа в канале перед теплообменником позволяет подавить эту неустойчивость. (ИТПМ СО РАН)

Впервые рассмотрена магнитогидродинамическая турбулентность, стационарно поддерживаемая внешней силой, которая наряду с энергией вносит в поток перекрестную спиральность. Показано, что перекрестная спиральность препятствует каскадному переносу энергии и приводит к накоплению энергии в системе. При низком уровне вносимой перекрестной спиральности турбулентность накапливает ее – интегральный коэффициент корреляции существенно превосходит отношение вносимой спиральности к вносимой энергии. С ростом уровня вносимой перекрестной спиральности энергия турбулентного потока может увеличиваться в десятки раз. (ИМСС УрО)

  1. Механика твердого тела, физика и механика деформирования и разрушения, механика композиционных и наноматериалов, а также трибология

Построена молекулярно-динамическая модель движения краевой дислокации в монокристалле. Для монокристалла алюминия получены зависимости скорости краевой диссоциировавшей дислокации от сдвигового напряжения при различных температурах. Определена температурная зависимость коэффициента фононного трения краевой дислокации. Результаты согласуются с экспериментальными данными по температурной зависимости предела текучести алюминия при высокоскоростной деформации в предположении, что температура не оказывает влияния на плотность дислокаций за фронтом ударной волны. (ОИВТ РАН)

Проведено квантово-механическое и молекулярно-динамическое моделирование структуры, потенциалов взаимодействия компонентов композиционных материалов на основе гибкоцепной полимерной матрицы и наноразмерных наполнителей (аморфный углерод, силикат, минерал шунгит). Рассчитаны микроскопические механические характеристики модельных кластеров полимерных нанокомпозитов при их деформировании (растяжении) вплоть до разрыва. Проведен расчет коэффициента всестороннего сжатия К для композита (полимерная матрица с нановключением). Моделирование проводили в NPT-ансамбле с периодическими граничными условиями при нормальных условиях в рамках разработанной программы MDPOL. Использовались вычислительные мощности многопроцессорного кластера ИПРИМ РАН. (ИПРИМ РАН)

Построена механико-математическая модель, описывающая демпфирующую роль водородо-содержащей аморфной границы в материале с наночастицами. Показано, что последняя приводит к повышению термодинамической устойчивости связующей матрицы. Экспериментально подтверждено повышение стабильности материала при нагреве до 300°C.

Исследовано поведение жидкости в наноканалах, стенки которых имеют кристаллическую и аморфную структуры. Показано, что в нанозазорах размером 3-20 нм кристаллическая структура
(в отличие от аморфной) вызывает упорядочение прилегающих к стенкам слоев жидкости, в виде определенных структур. Показано, что различными типами вибрации стенок каналов можно управлять расходом и вязкими свойствами жидкости.

Повторены условия удара спутника SMART1 о поверхность Луны, произведенного Европейским космическим агентством в 2006 году. Размеры кратера, полученные в результате моделирования методом конечных элементов с использованием специального критерия разрушения на основе понятия инкубационного времени хрупкого разрушения, совпадают с экспериментально наблюдаемыми астрономами.

Теоретически разработан и экспериментально подтвержден новый подход, позволяющий получать высокоориентированные бездефектные и механически ненапряженные нанопленки различных материалов на подложках при большом рассогласовании решеток пленки и подложки (~15-25%). На основе теоретических предсказаний практически реализован новый метод осаждения карбида кремния на кремнии, отличающийся от всех существующих методик. Были выращены монокристаллические нанопленки карбида кремния кубического и ряда гексагональных политипов. Предложен и теоретически исследован новый механизм зарождения трещин в нанокомпозитных материалах. В рамках предлагаемого теоретического описания трещины зарождаются на дислокациях с большими векторами Бюргерса, образующихся в результате наноскопического идеального сдвига, который происходит под действием высокого растягивающего внешнего напряжения. Показано, что предлагаемый механизм образования трещин (путем комбинации процессов нормального отрыва и наноскопического идеального сдвига) в нанокомпозитных материалах может реализовываться при высоких значениях внешнего напряжения, достигаемых при ударных нагрузках. (ИПМаш РАН)

Разработаны комбинированные методы определения динамических параметров тонких полимерных волокон при использовании измерений электромагнитного излучения (ЭМИ) при распространении волн в волокнах антенной и высокоскоростной съемки видеокамерой. Предложено определять волновые скорости тонких волокон и мгновенные упругие модули Юнга при разгрузке в зависимости от деформации волокна простым достаточно точным методом ЭМИ. В качестве образцов брались упруговязкие и упруговязкопластические полимерные волокна диаметром 0.3-0.06 мм. Обнаружена сильная зависимость указанных скоростей и модуля Юнга от деформации в волокнах из сополимера. Фундаментальные исследования по методу регистрации электромагнитного сигнала, излучаемого в процессах колебания и разрушения тел, нацелены на определение параметров и контроля явлений предразрушения материалов и элементов конструкций на макро-, микроуровне. (ИПМех РАН)

Получены условия возникновения, закономерности развития и торможения осесимметрического вязкопластического течения упруговязкопластического материала в цилиндрическом вискозиметре, вычислены уровень и распределение остаточных напряжений при остановке вискозиметра. Показан асимптотический характер продвижения упругопластической границы от внутренней цилиндрической поверхности вискозиметра. (ИАПУ ДВО РАН)

Установлена возможность придания стеклянному слою стеклометаллокомпозита пространственной наноструктуры, благодаря чему стеклометаллокомпозит приобретет исключительно высокую прочность и ударную стойкость и может быть использован для изготовления прочных корпусов глубоководной техники. (ИПМТ ДВО РАН)

Разработана пространственная математическая модель по деформации металла для сложной трехкомпонентной системы: инструмент деформирования – деформируемый металл – жидкий металл. Получены поля напряжений, перемещений и температур во времени.

Реализован численно-аналитический подход к расчету тензорных полей напряжений, скоростей, деформаций и деформаций в окрестности концентраторов, что позволило рассчитать накопление деформаций и диссипации механической энергии и учитывать их влияние на прочность различных элементов конструкций. (ИМиМ ДВО РАН)

Разработано описание неравновесных термодинамических процессов в деформируемых твердых телах, рассматриваемых как самосогласованные многоуровневые системы. В основе неравновесной термодинамики разрушения лежит структурно-фазовый распад кристалла в зонах гидростатического растяжения, в которых неравновесный термодинамический потенциал Гиббса становится положительным. Показано, что все типы деформационных дефектов, включая трещины, зарождаются как локальные структурные или структурно-фазовые превращения в зонах гидростатического растяжения различного масштаба. (ИФПМ СО РАН)

Впервые предложены методики расчета методом молекулярной динамики термодинамических свойств наноструктур (калорического и термического уравнений состояния) и их свободной энергии. Уравнение состояния позволяет рассчитать константу Грюнайзена γ, которая широко используется в механике сплошных сред. (ИТПМ СО РАН)

Построены определяющие уравнения установившейся ползучести материалов, имеющих разные свойства при растяжении и сжатии, разработаны алгоритмы численного решения задач в двух- и трехмерной постановках. Решены задачи кручения в условиях ползучести квадратных пластин. Просчитаны процессы формообразования с учетом упругого восстановления в режимах ползучести панелей крыла гражданского самолета SSJ. (ИГиЛ СО РАН)

Разработана упруговязкопластическая математическая модель реологии металлов при больших высокотемпературных пластических деформациях, описывающая упрочнение материала и его разупрочнение, обусловленное процессами возврата и динамической рекристаллизации. Адекватность модели подтверждена пластометрическими испытаниями ряда марок сталей и результатами металлографических исследований микроструктуры образцов. (ИМАШ УРО РАН)

  1. Теория машин
    и механизмов, анализ и синтез машинных комплексов, фунда-ментальные проблемы машин
    и сложных технических систем, включая безо-пасность, ресурс и живучесть, снижение техногенных и технологических рисков для объектов гражданского и оборонного назначения, проблемы аэрокосмической техники, морских и наземных транспортных систем

С целью исследования физико-химических процессов, влияющих на работоспособность и долговечность металла при высоких температурах и напряжениях, и разработки методов диагностики состояния металла энергетического оборудования:

исследована морфология, элементный и фазовый состав отложений на поверхностях труб и в полостях дефектов после проведения стендовых испытаний модели парогенератора ПВГ-1000М. На поверхности теплообменных трубок выявлено образование коррозионных повреждений, аналогичных обнаруженным на теплообменных трубках, демонтированных с парогенераторов Южно-Украинской АЭС. Получение подобных дефектов в результате имитационных испытаний позволит досконально изучить причины их возникновения и разработать способы их залечивания;

исследованы причины разрушения рабочей лопатки 23 ступени РНД турбины ПТ-135/160-130/15 ст. № 1 Волгоградской ТЭЦ-3. Установлено, что развитие разрушения лопатки проходило по усталостному механизму. Зарождение усталостной трещины имело многоочаговый характер. Очагами разрушения могли послужить межзеренные трещиноподобные несплошности, наблюдаемые на вогнутой поверхности кромки лопатки в околошовной зоне внешнего сварного валика, которые следует отнести к дефектам сварки. Признаков коррозионной компоненты в усталостном процессе разрушения исследуемой лопатки не обнаружено. Наличие хлора и серы в составе отложений на поверхности излома указывает на присутствие этих элементов в рабочей среде и может быть потенциально опасным для металла деталей проточной части турбины;

при исследовании состояния оксидной пленки на котельных трубах Каширской ГРЭС установлено, что на образце трубы ВРЧ оксидная пленка загрязнена хлором, натрием, калием, кальцием. На образцах труб ВЭК и ВРЧ наблюдаются значительные загрязнения углеродом. Среднее содержание углерода на этих образцах составляет 1,9 и 3,2 вес.% соответственно. Локальные загрязнения углеродом в виде пятен размерами 10-60 мкм достигают десятков процентов. Это свидетельствует о попадании углеродсодержащих веществ в теплоноситель, проходящий через указанные трубы;

установлено, что в приповерхностном слое на образцах труб ВРЧ, ШПП-1, КПП н.д.-2 происходит сульфидно-оксидная коррозия. Обогащенные серой пятна находятся в металле за границей продвижения кислорода, на расстояниях до 35 мкм от границы металла. Со стороны окалины наблюдается уширение границ зерен и неравномерное усиление контраста областей с повышенным содержанием серы. На уширенных границах и обогащенных серой пятнах наблюдаются признаки разрыхления. Проникновение кислорода вдоль границ зерен наблюдается на расстояниях до 25 мкм. Серосодержащие соединения входят в состав окалины. Катализирующие сульфидную коррозию элементы натрий и ванадий в окалине не обнаружены.

С целью выяснения механизмов совместного и раздельного действия основных повреждающих факторов околоземного космического пространства – солнечного излучения и быстрого атомарного кислорода – на полимерные материалы космической техники были проведены оценки возможного фотокаталитического действия частиц пигментов (оксид цинка, диоксид титана), входящих в состав эмалей, которые находятся на поверхности космических летательных аппаратов и подвергаются одновременному воздействию солнечного излучения и быстрого атомарного кислорода. Получена верхняя оценка возможного эффекта. Повышение уноса массы с поверхности эмалевого покрытия из-за гипотетического фотокаталитического эффекта по отношению к эрозии атомарным кислородом не превышает множителя 2–3. (ИНЭПХФ РАН)

Развиты методы анализа живучести и безопасности в вероятностной постановке. Разработаны методы уточненного анализа характеристик риска и безопасности с использованием исходной статистической информации о свойствах конструкционных материалов.

Установлены временные зависимости параметров (характеристик) истории эксплуатационного нагружения, использованные для последующих расчетно-экспериментальных оценок исходной и остаточной прочности, ресурса, живучести, риска и безопасности. Учтены возможные сложные эффекты нелинейности, использованы критерии однократного кратковременного, циклического, динамического и длительного статического разрушения, линейной и нелинейной механики разрушения и механики катастроф.

Разработана методика измерения статической жесткости несущей системы применительно к станку – гексаподу. В рабочем пространстве станка выбраны характерные точки, в которых проводились измерения жесткости, и места расположения датчиков линейных и угловых перемещений. По результатам измерений построены кривые «сила-перемещение» и составлены таблицы (матрицы) линейной и угловой жесткости, выявлены узлы с недостаточной жесткостью и выработаны мероприятия по усилению конструкции станка. Полученные данные позволяют наметить пути повышения жесткости машин с механизмами параллельной структуры.

Разработана методика расчета тепловых полей тканых нагревателей, имеющих простую плоскую структуру с равномерным и неравномерным расположением высокоомных нитей в основном или уточном рапорте ткани. Методика позволяет создавать тканые нагреватели с различной конфигурацией тепловых полей. Методика допускает расчет тканых нагревателей, обеспечивающих согласование температурных режимов системы «обогреваемый объект – внешняя среда – нагреватель», что особенно важно при создании систем обогрева биологических объектов. (ИМАШ РАН)

  1. Комплексные проблемы машиноведения, эргономика и бмомеханика систем «человек-машина-среда», создание и функционирование макро- и микроробототехни-ческих, мехатронных комплексов, динамика машин, волновые и вибрационные процессы в технике

Выполнено экспериментальное исследование режимов движения миниатюрных роботов в динамически изменяющихся средах, в ограниченных пространствах и в трубах малых диаметров с различным качеством поверхностей. Эксперименты выполнялись на созданной установке, включающей персональный компьютер, с помощью которого задавались параметры движения. Сочетание математического компьютерного моделирования с натурными экспериментами позволило выявить основные особенности управляемых режимов движения мобильных миниатюрных роботов, разработать частотный метод управления, в частности метод управления реверсивными режимами.

Получила дальнейшее развитие теория функционирования систем управления мобильными робототехническими устройствами при выполнении сложных пространственных движений.

Выполнен анализ алгоритмов адаптивного управления в самонастраивающейся системе с эталонной моделью с учетом неполноты информации о параметрах внешних воздействий и динамических характеристиках мобильного робота, получаемой в процессе движения. Эти алгоритмы допускают корректировку программного движения в зависимости от сигналов измерительно-информационной системы, что позволяет самой системе принимать простейшие решения об изменении направления движения при обходе или преодолении препятствий. Рассмотрен пример архитектуры контроллеров адаптивного управления мобильным роботом вертикального перемещения со скользящим уплотнением при обходе препятствия при его движении по вертикальной плоскости.

Разработаны алгоритмы управления мобильным пятизвенным роботом с вакуумными захватными устройствами в конечных опорах и с измерительно-информационной системой на основе технического зрения, обеспечивающей распознавание боковых ответвлений, а также датчиков, фиксирующих наличие контакта крайних опор с поверхностью и датчиков силы и момента нагрузки.

Многозвенный робот рассматривается как машина динамического принципа действия. Он выполнен в виде цепочки звеньев, соединенных шарнирами со встроенными управляемыми двигателями. Двигатели осуществляют повороты звеньев в соответствующих плоскостях на определенные углы, соответствующие целям управления, а вакуумные опоры конечных звеньев фиксируют положение всей системы в необходимых точках поверхности вдоль траектории управляемого движения с учетом ограничений, связанных с конструктивными особенностями внутренних поверхностей трубопроводов.

Проведенные экспериментальные исследования системы управления с различными алгоритмами посредством компьютерного и натурного моделирования подтверждают возможность использования не только супервизорного (с присутствием оператора), но и автономного управления мобильными многозвенными роботами. На основе полученных результатов, обоснована структура измерительно-информационных устройств и рассчитаны параметры проектирования.

Проведены экспериментальные исследования совместного функционирования информационной мехатронной системы моделирования движений человека для промышленных применений и антропометрической базы данных параметров человека, включая требование улучшения экипировки. Результаты экспериментальных исследований направлены на выполнение проектных работ по созданию промышленных автоматизированных систем, в которых необходимо учитывать разнообразие движений человека. Используются возможности взаимодействия с зарубежными партнерами, принимающими участие в исследованиях, проводимых в рамках международного проекта EUREKA E!3760-HUMANOID. (ИПМех РАН)

  1. Создание перспективных конструкций, материалов и технологий в авиации, ракетной и атомной технике, судостроении, наземном транспорте, станко- и приборостроении

Для исследования напряженно-деформированного состояния трехслойных композитных оболочек произвольной формы в широком диапазоне изменения жесткостных характеристик слоев, условий их закрепления и нагружения построены эффективный конечный элемент заполнителя с аппроксимацией, учитывающей эффективные функции формы, и конечный элемент несущих слоев. Для адекватного учета неоднородности структуры, различных условий закрепления и нагружения слоев использованы различные модели (отдельно для несущих слоев и отдельно для заполнителя), с помощью которых затем моделируется напряженно-деформированное состояние конструкции в целом. Несущие слои трехслойной конструкции моделируются моментными оболочками Кирхгофа-Лява, а для заполнителя применены соотношения трехмерной теории упругости. Предложена эффективная конечно-элементная модель, позволяющая значительно увеличить скорость сходимости и приводящая к относительно невысоким порядкам систем уравнений и небольшим погрешностям расчета. (ИПРИМ РАН)

С целью разработки научных основ создания новых композиционных тонкопленочных и мембранных материалов: предложен и реализован новый метод имплантации углеродной фазы в перфторированную ионообменную мембрану МФ-4СК путем гамма- и УФ-инициируемой прививки винилиденхлорида с последующим дегидрохлорированием привитого полимера во фторангидридный прекурсор мембраны с регулируемой толщиной гидролизованного слоя; проведены измерения диффузионной проницаемости водорода для исходных мембран МФ-4СК и допированных углеродной фазой с использованием специально разработанной методики. Показано, что допирование 10% углеродной фазы приводит к снижению коэффициента диффузионной проницаемости водорода для мембраны в Н+-форме при комнатной температуре в насыщенных парах воды: (3,2 ± 0,2)10–7см2/с для исходной, (1,8 ± 0,3)10–7см2/с для модифицированной; разработана методика допирования мембраны МФ-4СК поливиниловым спиртом путем инициируемой прививки винилацетата с последующим гидролизом привитого полимера. Цель подхода – поиск путей улучшения транспортных свойств мембраны, в частности, снижения диффузионной проницаемости водорода и метилового спирта. Обнаружен неожиданный эффект – взаимодействие Н+-формы МФ-4СК как с жидким ВА, так и с его парами, с образованием внутри ее полимерных продуктов. Разработана методика гамма-инициируемой прививки ВА в К+-форму мембраны. Получены серии образцов для измерения транспортных свойств мембран, модифицированных таким методом; разработана методика тонкослойного покрытия нитрильных резин с использованием полиамида ПА-6. Показано, что для образцов нитрильных резин на основе каучуков СКН-18 и СКН-40 полиамидное покрытие, содержащее 30% дисульфида молибдена, увеличивает устойчивость к истиранию примерно в 140-
200 раз по сравнению с исходной резиной.

С целью разработки и оптимизации методов синтеза высоконаполненных композиционных материалов, содержащих углеродные наночастицы, проведено измерение комплексных диэлектрических характеристик композитов на частоте 2,73 ГГц, которое показало, что они обладают хорошими радиопоглощающими свойствами. Так ε'' > 1 при ε' > 4 при концентрациях углеродных нанотрубок в композите 0,3 масс.%. В то же время измерение диэлектрической проницаемости композита с углеродными волокнами диаметром ~ 3 мкм, взятыми из углеродной ткани, также показывает хорошие поглощающие свойства (ε'' > 1 при ε' > 15 при концентрациях волокон
в 0,6 масс.%.) композитов и при этом они значительно дешевле. Однако механические характеристики выше у композитов с углеродными нанотрубками. (ИНЭПХФ РАН)

  1. Теория систем, общая теория управления сложными техническими и другими динамическими системами, в том числе единая теория управления, вычислений и сетевых связей, а  также теория сложных информационно-управляющих систем, групповое управление и распределенное управление

Разработаны методы синтеза структур преобразования, методы и технологии интеллектуальной поддержки построения моделей слабоструктурированных систем и ситуаций. (ИПТ РАН)

Предложен и обоснован алгоритм синхронизации процессов в сложных технических системах, разработаны рекоменда­ции по оптимизации кодирующих/декодирующих устройств в канале связи и дано реше­ние задачи адаптивной синхронизации для класса нелинейных колебательных систем в форме Лурье. (ИПМаш РАН)

Найдена оценка сверху главного бифуркационного значения максимального допустимого управляющего воздействия в задаче быстродействия для нелинейной системы второго порядка. Система имеет одну степень свободы и описывает динамику инерционного объекта под действием двух сил: управляющей и неуправляющей, заданной в виде периодической функции координаты. Терминальное множество представляет собой точки на оси абсцисс фазовой плоскости, причем расстояние между двумя соседними точками равно периоду неуправляющей силы. Таким образом, задача синтеза оптимального по быстродействию управления рассматривается на фазовом цилиндре. Величина, ограничивающая модуль управляющего воздействия, является существенным параметром задачи, от которого зависит структура оптимального решения. Под главным бифуркационным значением понимается такое значение указанного параметра, при котором на фазовом цилиндре появляются траектории с двумя переключениями релейного оптимального управления. Знание верхней оценки главного бифуркационного значения позволяет указать ограничения на управление, при которых оптимальный синтез имеет наиболее простую структуру, а именно, когда управление переключается не более одного раза.

Построено точное решение задачи оптимального по быстродействию приведения динамического объекта в заданную точку многомерного пространства посредством ограниченной по модулю силы при наличии возмущения и противодействия.

Метод сингулярных характеристик был применен для построения негладкого решения системы уравнений Эйлера-Лагранжа для вариационной задачи с несколькими искомыми функциями и квадратичным функционалом. Предложен алгоритм построения решения, исследован характер решения в зависимости от начальных условий.

Предложен численный алгоритм субоптимального синтеза в нелинейной трехмерной игровой задаче преследования-уклонения. Динамика объектов соответствует известной модели маневри-рования самолетов с установившимися в горизонтальной плоскости скоростями в условиях конфликтной ситуации. Управление самолетами осуществляется за счет силы, перпендикулярной к скорости и ограниченной по модулю. Критерием качества игровой задачи выступает некоторая скалярная функция фазовых координат системы, которую преследующий игрок минимизирует, а преследуемый – максимизирует. Для численного построения стратегий преследующего игрока с помощью принципа максимума Понтрягина и основного уравнения Айзекса-Беллмана исследована упрощенная задача оптимального управления. (ИПМех РАН)

Методы управления, основанные на декомпозиции, опробованы на сложной мехатронной системе с дефицитом управляющих параметров. Для эксперимента был выбран двузвенный маятник, созданный в Отделе автоматики и биомеханики Технического университета г. Лодзь (Польша). Конструктивной особенностью указанного двойного маятника является ограниченность (слабость) управляющего момента, создаваемого в точке подвеса. Кроме того, отсутствует возможность изменять амплитуду управляющего сигнала. Управление по обратной связи, учитывающее указанные ограничения, было успешно применено для раскачивания двойного маятника и приведения его в окрестность верхнего неустойчивого положения равновесия.

Решена задача оптимального быстродействия и исследовано плоскопараллельное качение диска по достаточно гладкой кривой под действием возмущающих и управляющих сил. Построена брахистохрона и проанализированы динамические характеристики качения диска, движущегося по плоской кривой без проскальзывания и отрыва.

Проведен параметрический анализ решения дифференциальной игры двух лиц с ненулевой суммой. Найдена область значений двух параметров, для которой возможно сведение исходной игры с ненулевой суммой к вспомогательной игре с нулевой суммой.

Разработаны вариационные подходы к нахождению собственных форм и частот упругих тел и конструкций; исследованы собственные колебания упругой трехмерной балки и эллиптической мембраны. Построены эффективные модели неоднородных стержней и ферменных конструкций, исследованы их напряженно-деформированные состояния при определенных видах нагрузок. Разработаны эффективные алгоритмы граничного управления колебаниями мембраны при наличии ограничений на величину управляющих воздействий.

Построена адекватная наблюдениям и высокоточным данным измерений Международной службы вращения Земли математическая модель осевого вращения Земли с учетом гравитационных возмущающих моментов сил; проведен высокоточный анализ вариаций продолжительности суток на различных интервалах времени, установлена незначительность добавки общей теории относительности. (ИПМех РАН)

Разработаны методы оптимального подавления внешних возмущений в линейных системах при различных формах неопределенности объекта. Получены робастные обобщения техники инвариантных эллипсоидов. Предложены современные варианты методов Монте–Карло для решения задач стабилизации и робастной стабилизации. Обоснована сходимость рандомизированных алгоритмов выпуклой оптимизации. Получены редукционные условия неустойчивости нелинейных динамических систем.

Исследованы следующие приложения дифференциально-геометрических методов к теории управления сосредоточенными и распределенными системами: а) управление сингулярными режимами (ударными волнами); б) компьютерно-аналитические методы в теории управления;
в) классификация систем управления и преобразование обратной связи; г) применение псевдоримановых метрик к исследованию уравнений Монжа-Ампера.

С использованием преобразований Кирхгофа и методов возмущения для нелинейных уравнений модели сложных многосвязных систем большой размерности разработаны способы построения эквивалентной последовательности линейных систем невозмущенных и возмущенных уравнений математической физики. Для их решения разработаны многоуровневые вычислительные методы с распараллеливанием вычислений на многопроцессорных вычислительных системах кластерного типа с использованием различных вариантов и сочетаний методов декомпозиции с расщеплением и конечных суперэлементов. Показано, что для вычисления критериев оптимальности выбора управляющих воздействий можно воспользоваться методами сопряженных уравнений (в смысле Лагранжа) для исходных нелинейных уравнений модели сложных многосвязных систем большой размерности. Для решения таких сопряженных уравнений на каждом шаге оптимизации применимы многоуровневые алгоритмы, разработанные для линейных невозмущенных и возмущенных уравнений. Найдены условия устойчивости и сходимости предлагаемых многоуровневых вычислительных методов. Показано, что разработанные методы допускают экономичные реализации и эффективную распараллеливаемость на МВС кластерного типа. Разработана методология исследования математических моделей системного уровня иерархических электроэнергетических систем. На основе Н2-оптимизации разработаны методы верификации указанных моделей. Описаны частные постановки задач компьютерного моделирования систем, основанные на полученных в 2007-2008 гг. теоретических результатах. Предложены новые системные инварианты для непрерывных систем автоматического управления – грамианы адаптируемости, исследованы их свойства, установлена их связь с грамианами управляемости и наблюдаемости, а также с матрицами адаптируемости. Разработаны вычислительные методы Н2-оптимальной настройки регуляторов заданной структуры. Разработан алгоритм двойственного метода численного решения линейно-квадратичной задачи оптимального управления, в том числе задачи с фазовыми ограничениями. Этот алгоритм реализован в системе Matlab. Проведено экспериментальное исследование метода на наборе тестовых задач. (ИПУ РАН)

Разработан и исследован метод синтеза высококачественных позиционно-силовых систем управления манипуляторами, которые без использования податливости механизма и многокомпонентных силомоментных датчиков позволяют обеспечивать одновременное высокоточное управление и пространственным движением рабочего инструмента, и силовым воздействием на объекты работ. Этот метод основан на разделении момента, развиваемого каждым приводом манипулятора, на две составляющие: составляющую движения и силовую составляющую, а также на одновременной минимизации ошибок управления по этим двум составляющим для всех приводов с помощью квадратичного критерия качества. (ИАПУ ДВО РАН)

Разработана система передачи информации с телеуправляемого подводного аппарата по силовым жилам кабеля связи с использованием технологии Power Line Communication. Обеспечен информационный обмен между терминалами со скоростью, достаточной для качественной передачи цифрового видеосигнала. (ИПМТ ДВО РАН)

  1. Человеко-машинный симбиоз, интеллектуальное управление, управление в неопределенных средах и управление в междисципли-нарных моделях организационных, социальных, экономических, биологических и экологических систем

Разработана теория, модели и методы структурирования целей системы поддержки принятия решений в слабоструктурированных ситуациях аварий транспортных средств на основе методов искусственного интеллекта (концепции управления знаниями).

Разработана комплексная методология структурирования и построения архитектуры имитационных компьютерных тренажеров управления движением транспортных средств, модели и методы управления их развитием с использованием баз знаний. (ИПТ РАН)

Разработаны и исследованы методы моделирования динамических когнитивных карт с приближенными значениями. Предложена оценка степени размытости таких значений, выражающая возможную степень доверия к ним. Предложена модель поддержки принятия решения для
создания коалиции субъектов с несовпадающими целями, позволяющая ЛПР в условиях неопределенности сформулировать вариант коалиции, опираясь на собственные нечеткие представления о ресурсах, стратегиях и целях игроков, представленные в лингвистическом виде. Рассмотрены достаточные и необходимые условия для формирования коалиции. Разработан метод построения онтологии предметной области научных знаний,опробованный при построении фрагментов онтологии «Теория графов». Предложен онтологический подход к созданию высокоуровневых систем САПР для проектирования АСУ ТП с использованием структурированных баз знаний.

Разработана модель организационной системы, основанная на взаимодействии трех базовых составляющих и внутренних элементов каждой составляющей. В качестве составляющих приняты: иерархия целей; множество упорядоченных во времени действий, направленных на достижение целей; множество наблюдаемых показателей.

Разработан наглядный графо-аналитический аппарат, способствующий пониманию функцио-нирования крупномасштабной системы. Аппарат базируется на формализме событийных сетей Петри, отображающих статику и динамику составляющих модели. Исследована устойчивость триадной структуры: сформулированы необходимые и достаточные условия установления равновесия при переходных процессах, инициированных внешними воздействиями.

На основе выявленного контекста создания научного знания, а также модели Нонака-Такеучи предложена модель создания знаний для научной организации. Сформировано ядро онтологий, составляющее концептуальную рамку исследовательской деятельности в научном сообществе. Разработана архитектура системы управления знаниями, поддерживающая различные аспекты научной деятельности. Принята распределенная веб-архитектура на базе сервисов, объединенных открытыми форматами данных, протоколами и программными интерфейсами. Выявлены группы сервисов поддержки исследователей и разработаны механизмы их взаимодействия. Проведен анализ и подготовлен обзор методов представления знаний по системному слою архитектуры и информационным технологиям организации. Разработан метод представления интегрированных знаний по системному слою архитетктуры и информационным технологиям организации, основанный на схеме Захмана.

Разработаны вычислительные алгоритмы процессов обнаружения малозаметных подвижных объектов на основе математических моделей когерентного взаимодействия двух волновых процессов. Создана система моделирования в виде компьютерной программы, позволяющей проводить компьютерные эксперименты по обнаружению малозаметных подвижных объектов в различных условиях фоно-целевой обстановки. Разработанная система моделирования является гибкой и позволяет изменять параметры системы наблюдения – расположение в 3-мерном пространстве, параметры объекта и фона. Система дает возможность выбрать оптимальные условия для обнаружения малозаметных подвижных объектов. Проведено моделирование процессов обнаружения подвижных объектов на основе фонового принципа для решения задач охраны открытых территорий в крупных городах и стратегически важных регионах. Разработаны вычислительные алгоритмы обнаружения для различных фонов конфигурации объектов, а также для различных скоростей и направлений. Для высокоскоростных следящих систем разработаны алгоритмы программного управления, компенсирующие колебательные возмущения. Для управления сложными динамическими объектами разработаны оригинальные алгоритмы программного управления, имеющие большое быстродействие.

Разработаны методы создания стохастических моделей систем на основе знаний о конструктивных и технологических особенностях и свойствах идентифицируемого объекта. Сформулированы необходимые и достаточные условия существования модели и уравнения идентификации для линейных и нелинейных систем. Разработаны методы оценки инвариантов систем, в том числе получены оценки адекватности модели и степени нелинейности идентифицируемой системы. Получены условия существования решения дифференциального уравнения, не разрешенного относительно производной. Полученные теоретические результаты использовались при математическом моделировании современных сетей передачи электроэнергии. Разработаны методы компьютерного моделирования и получения прогнозов с использованием априорных знаний о системе. Использование в моделях организационных систем сценарных данных предназначено для включения прогнозов в контур управления организационными системами. (ИПУ РАН)

  1. Управление движением, управление в энергетических и транспортных системах, управление производством (автоматизация проектирования, автоматизация технологических процессов, логистика), мультидисципли-нарная координация и управление в глобальных производственных системах, а также кооперативное управление

Синтезированы специализированные алгоритмы управления большими космическими конструкциями, обеспечивающие устойчивость и высокие показатели качества управления на конечном множестве модально-физических моделей. Введено понятие левой границы области существования спектра собственных частот объекта, в которой используемый базовый алгоритм обеспечивает качество и робастность управления по отношению к вариациям спектра упругих мод. При этом ниже этой границы базовый алгоритм не позволяет реализовать желаемую динамику управления, и возникает задача реструктуризации базового алгоритма. При решении указанной задачи был использован предложенный авторами ранее метод калмановского оценивания модально-физических координат объектов аэрокосмической техники с нежесткой конструкцией. Синтез модифицированного базового алгоритма проводился из условия, чтобы время переходных процессов при разворотах объекта не превышало некоторого наперед заданного значения. Для ориентации деформируемых космических аппаратов предложено использовать систему с двумя независимыми исполнительными органами типа двигателей-маховиков, один из которых создает управляющие воздействия, поддерживающие требуемую ориентацию несущего тела объекта, а второй осуществляет демпфирование изгибных колебаний конструкции. Предложены алгоритмы управления, использующие калмановские оценки «жесткой» и «упругой» компонент движения объекта. Показана возможность использования координатно-параметрического управления в иерархии подсистем управления общим движением многорежимного космического робота с целью повышения точности и экономичности его функционирования. Предложена система комбинированного энергосберегающего управления угловым движением объекта. Эффект экономии расходуемого запаса топлива достигается за счет стабилизации углового положения корпуса модуля путем обмена движениями между корпусом и звеньями манипулятора. Предложенные алгоритмы синтезированы на основе принципа координатно-параметрического управления для тех режимов функционирования объекта, в которых манипулятор не используется по прямому назначению. Синтезированы алгоритмы параметрической адаптации базовых законов управления ориентацией для широкого класса деформируемых космических аппаратов, в частности, алгоритмы прецизионного и безопасного управления движением космического роботизированного модуля при мониторинге поверхности орбитальной станции, адаптивно-оптимального управления движением несущего корпуса и адаптивного управления звеньями манипулятора. Предложены методы построения области конечных состояний релейной нестационарной системы. Необходимость определения этих областей возникает при управлении звеньями манипулятора. Для частного случая решение задачи дано на основе мажорант и на основе понятий критической функции нестационарности и предельной области сходимости. В рамках задачи поддержания безопасности текущей эксплуатации ракетно-космической техники усовершенствовано алгоритмическое и параметрическое обеспечение действия бортовых систем управления (СУ) для:
1) снижения влияния возросшей парусности головных обтекателей модернизированных ракет-носителей (семейства РН «Союз-2») на траекторные параметры РН; 2) парирования побочных эффектов (деструктивного характера) от обновления элементной базы СУ и использования БЦВК в контурах управления РН и разгонным блоком; 3) устранения несанкционированных проявлений автоколебательности в действии отдельных компонент обновляемых СУ. Для обеспечения создания перспективного водород-кислородного разгонного блока с длительным циклом работы в космическом пространстве проведены исследования возможных принципов и алгоритмов действия бортовых систем.

Получены оптимальные по скорости сходимости оценки коэффициента размытости в задачах непараметрического ядерного оценивания функционалов от распределений. Эти оценки применены к задачам фильтрации и интерполяции при не полностью известных уравнениях состояния. Методом разложения выходного сигнала билинейной стохастической модели в ортогональные ряды решена задача статистического анализа системы. Проведено сопоставление полученных результатов с классическим методом Ито составления дифференциальных уравнений для первых двух моментов распределения. Разработаны рекуррентные алгоритмы совместного оценивания параметров системы и статистических характеристик случайных возмущений в многомерных динамических системах, описываемых разностными стохастическими уравнениями при структурных ограничениях на неизвестные ковариационные матрицы векторов возмущений. Проведено исследование стохастических пирамидальных структур с целью их применения в обработке изображений. Проанализированы существующие подходы к построению нерегулярных иерархий, используемые в сегментации двумерных изображений.

Проведен сравнительный анализ различных подходов к решению задачи фильтрации и восстановления параметров морских подвижных объектов (МПО) при различном уровне априорной информации о состоянии объекта. Разработаны алгоритмы фильтрации и восстановления неизмеряемых координат для различных групп задач управления движением МПО. Разработанные алгоритмы позволяют определить полный набор фазовых координат объекта, включая высшие производные, а также величины внешних воздействий. Это позволяет существенно повысить качество процессов управления объектом за счет формирования оценки не только текущего, но и прогнозируемого состояния МПО. Предложен подход к построению автоматизированной системы, обеспечивающей оператора информацией как о текущем, так и о прогнозируемом состоянии объекта, которая требуется для оперативной выработки решений по управлению процессом движения МПО в реальном времени. Разработаны и включены в созданный программный комплекс РДС (Расчет Динамических Систем) модули, предоставляющие дополнительные возможности для разработки алгоритмов восстановления параметров МПО и наглядного представления информации о состоянии объекта. Средства взаимодействия РДС с пользователем по ряду критериев превосходят известные отечественные и зарубежные аналоги.

Исследованы возможности применения современных инструментальных средств для создания интеллектуальных информационно-управляющих комплексов (ИУК) перспективных летательных аппаратов. Показано, что даже самые современные инструментальные средства обладают рядом существенных недостатков, не позволяющих использовать их в рассматриваемой области. На основе проведенного анализа разработаны основные требования к инструментальным средствам построения интеллектуальных ИУК, среди которых следует отметить: наличие процедурных и логических (интеллектуальных) методов; работа в реальном (жестком реальном) времени; средства компиляции и параллелизма; отторжение от среды разработки; модульность. Предложена концепция ядра подобных инструментальных средств, основными чертами которого являются: объединение процедурных и логических средств в рамках единой системы, высокое быстродействие на основе полной компиляции, универсальность используемого языка.

Разработана модель системы поддержки принятия решений для морских операций, включающая имитационную модель операции с математической моделью боевого столкновения сторон. Модель принятия решений включает процедуры сравнения и выбора наиболее предпочтительного плана операции. Разработана структура системы имитационного моделирования системы поддержки принятия решений с определением наилучших параметров. Разработаны математические модели и методы формирования динамических оценок текущей и прогнозируемой ситуации по состоянию технических средств и систем управления объекта, оценок воздействия внешней среды, действий операторов постов управления и формирования гипотез о возможных вариантах развития ситуаций в нештатных и аварийных режимах. Определены требования к построению алгоритмического и прикладного программного обеспечения для формирования интеллектуального интерфейса операторов постов управления подвижными объектами, для встроенных бортовых тренажеров и систем обучения операторов.

Разработана методика оценки эффективности математических моделей дискретной и логической обработки данных на основе теории алгебраической декомпозиции дискретных функций. На основе полученных ранее верхних оценок сложности реализации обработки данных найдено выражение, определяющее количество операций процессора, достаточное для самой сложной процедуры преобразования входных данных в выходные, что позволило разработать методику оценки эффективности дискретной обработки данных, выполняемой как аппаратными средствами в виде схемы из логических элементов, так и программными средствами в виде программы для вычислительного устройства дискретного действия. Разработанная методика позволяет оценить эффективность реализации дискретной обработки данных по объему обработанных данных и затраченному для этого времени обработки. Использование разработанной методики позволит получить новую метрику, которая, в отличие от известных, даст объективную и адекватную характеристику качества устройства или программы. (ИПУ РАН)

Сформулированы условия робастной устойчивости систем с регуляторами на основе непараметрических прогнозирующих моделей для динамических объектов, имеющих запаздывание и астатизм. (ИАПУ ДВО РАН)

IV. ИНФОРМАТИКА И ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

  1. Теория информации, научные основы информационно-вычислительных систем и сетей, информатизация общества

Разработаны правила унифицированного контроля доступа и механизмы унификации интерфейсов пользователя с ИНФ‑сервисами.

Исследованы актуальные научно-методологические, семиотические и философские аспекты информатики как фундаментальной науки. Разработаны концептуальные основы изучения оснований информатики в системе подготовки научных кадров.

Разработана методика и критерии для проведения экспертизы и оценки цифровых ресурсов в коллекции экспертами и учителями-практиками, а также схема мониторинга функционирования коллекции цифровых и информационных образовательных ресурсов.

Разработаны прямые символьные вычислительные методы составления и численного интегрирования для типовых стохастических систем. (ИПИ РАН)

Разработана и промоделирована сигнально-кодовая конструкция, предназначенная для использования в сверхширокополосных подвижных системах связи с кодовым разделением абонентов, образующая множество независимых каналов связи с гарантированным качеством связи, устойчивое к обнаружению и практически неподавляемое как заградительной, так и следящей помехой.

Установлено, что для моделей среднего поля широкого класса коммуникационных сетей пуассоновская гипотеза выполняется при достаточно малых внешних нагрузках. Была также доказана равномерная экспоненциальная оценка на стационарные распределения всех допредельных конечных сетей. Получены явные априорные оценки точности аппроксимации совместного спектрального радиуса нормами произведений матриц из рассматриваемого набора, а также предложены две итерационные релаксационные процедуры для численного нахождения совместного спектрального радиуса.

Решена знаменитая задача, стоявшая с 1953 года: доказано существование неклассических
(не гладких) решений для равномерно эллиптических уравнений второго порядка, начиная с размерности 12. В размерностях 24 и выше доказано существование решений равномерно эллиптических уравнений, имеющих неограниченные вторые производные. Результат, полученный на стыке алгебры и анализа, опроверг общепринятую гипотезу и изменил видение человечеством этой, важной для теории и приложений, области математики.

Разработан комплекс аналитических и машинных моделей для проектирования и сравнительного анализа различных вариантов реализации основных компонент Wi-Fi Mesh технологии: новых методов маршрутизации, координации работы mesh-устройств и алгоритмов использования нескольких каналов для резкого повышения пропускной способности mesh-сетей. Предложен ряд решений, включенных в текущий вариант стандарта Wi-Fi Mesh. Получены два патентоспособных результата, которые легли в основу предложений, внесенных в комитете международного Института IEEE по стандартам локальных и городских сетей передачи данных. (ИППИ РАН)

Разработана концепция и программные средства поддержки безопасности пациентов и контроля качества лечения. Используемые подходы: использование стандартов оказания медицинской по­мощи и лечебно-диагностических карт в лечении пациента; реали­зация системы контроля лечебного процесса, которая фиксирует имеющиеся в технологическом процессе отклонения и позволяет провести всесторонний анализ этих отклонений.

Разработана концепция обеспечения информационной безопасности при функционировании медицинских информационных сис­тем: медицинская информация проанализирована на наличие све­дений ограниченного распространения; разработана типовая модель угроз для рассмотрения при защите медицинских информационных систем; разработаны алгоритмы и методы построения под­системы информационной безопасности МИС.

Разработана процедура адаптации к региональному уровню индекса развития человеческого потенциала. Формализована зависимость между ущербом от загрязнения и затратами на очистные мероприятия, дана оценка экономической эффективности природоохранной деятельности.

Построены экономико-математические модели прогноза расширения застройки водоохранных зон, а также модели прогноза вызванных этим процессом изменений экологического состояния водного объекта и стоимости береговой дачно-коттеджной недвижимости. (ИПС РАН)

Выполнен анализ массива статистических данных, которые накопились после очередных федеральных выборов, и выявлены тенденции, влияющие на проведение избирательного процесса. Выполнен анализ метода распознавания символов, основанного на полиномиальной регрессии, при распознавании рукопечатных цифр. Введены понятия мелко-, средне- и крупномасштабных явлений при описании данного метода распознавания. Показано наличие структур на средне- и крупномасштабном уровнях.

Для хранилищ данных различных типов, в которых хранимые объекты описаны в формате XSD-схемы, реализована простая для конечного пользователя система запросов, со сколь угодно сложными условиями поиска. При этом пользователь не обязан знать специфику хранения данных. Реализованы поисковые машины, выполняющие запрос в формате XPath, для СУБД НИКА и MS SQL Server 2005.

Сформулированы принципы создания интегрированной сетевой инфраструктуры в научных сообществах. Проанализированы сетевые институциональные средства информатики сообществ, обеспечивающие коммуникации в виртуальном пространстве. Описана динамика коммуникационной инфраструктуры как общего виртуального рабочего пространства исследовательских групп.

Для объектов транспортной инфраструктуры показано, что главным и трудно предсказуемым источником опасности является противоправная террористическая и криминальная деятельность отдельных людей, террористических или преступных групп и сообществ, а в отдельных случаях и государств. Предложена процедура построения модели угроз, которая является исходным моментом построения системы обеспечения безопасности, где каждому возможному способу реализации каждой угрозы сопоставляются меры его нейтрализации.

Построены ситуационно адаптированные варианты системно-диагностической информационной технологии и конкретные примеры ее применения для диагностики функционирования различных типов пространственно распределенных организационных структур, даны рекомендации по выбору приемлемых для целей проводимого анализа виды, источники, методы обработки и формы представления соответствующей информации. (ИСА РАН)

Исследованы комбинаторные свойства конечных групп, связанные с быстрыми алгорит-
мами умножения матриц. Проведена оценка сложности вычисления S-единиц в гиперэллиптических полях.

Проведено моделирование температурных полей печатных плат. Исследовано влияние промежуточного высокотеплопроводного слоя на температурные поля многослойных печатных плат.

Проведено исследование и расширение функциональных возможностей современных технологий функциональной верификации логических проектов.

Разработана и апробирована методика функциональной верификации логических проектов.

Завершена разработка версии 1.0 учебной системы программирования для платформ MS Windows и Linux; создан макет автоматизированной системы дистанционной верификации заданий. (НИИСИ РАН)

Разработаны технология и система мониторинга состояний сложных технических объектов, позволяющие непрограммирующему пользователю проводить в интерактивном или автоматическом режиме фильтрацию и интеллектуальный анализ разнотипных данных и знаний об их состоянии, а также осуществлять в реальном масштабе времени обработку сверхбольших объемов измерительной информации при наличии в ней некорректных, неточных и противоречивых данных. (СПИИ РАН)

Разработана концепция использования нелинейного мажоритарного уплотнения двоичных сигналов для целей создания турбокодов при постоянном и переменном числе каскадов уплотнения, а также концепция технической реализации программ криптографической обработки данных. (ЦИТП РАН)

  1. Системный анализ, искусственный интеллект, системы распознавания образов, принятие решений при многих критериях

Разработан комплекс когнитивных моделей деятельности организации, метод их интеграции. (ИКТИ РАН)

Разработаны механизмы интерпретации сообщений на символьных моделях систем понятий в человеко-автоматной среде и методы символьного моделирования систем знаний, рассчитанных на поддержку исследовательской и образовательной деятельности.

Разработаны микроуровневые представления методов из ограниченного перечня классов с использованием триады «язык – модель – процедура». Выполнено моделирование мелкозернистых гибридных интеллектуальных систем в аксиоматической теории ролевых концептуальных моделей.

Разработана инструментальная среда для создания и корректировки ДЕКЛ-программ, обеспечивающая возможность быстрой корректировки программ лингвистического процессора (создание и корректировку предметных каталогов, ввод новых лингвистических знаний).

Разработаны методы анализа и оценивания в гибридных стохастических системах со случайной структурой.

Разработана структура механизма формирования поискового запроса по критерию «цель поиска» и словари 1–3 уровня для формирования такого типа запроса.

Разработан инструментарий (Унификатор информационных моделей) отображения различных информационных моделей в каноническую модель. Разработаны архитектура и основные средства унификатора, методы создания адаптеров неоднородных информационных ресурсов с целью их интеграции и совместного использования.

Отрабатывались методы организации решения задач над интегрированным множеством распределенных информационных ресурсов. Средства, основанные на концепции предметных посредников, были успешно применены к решению задач поиска далеких галактик, классификации затменных двойных звезд, созданию модели межзвездного поглощения.

Создана информационная, алгоритмическая и технологическая модели метода генерирования отпечатков цветных изображений в индивидуальной пользовательской палитре.

Построена концептуальная модель фасетной навигации в электронных коллекциях информационных объектов. Определены требования к характеристикам фасетной навигации и процедурам динамического построения элементов навигации. (ИПИ РАН)

Найдены значения минимальной необратимости двухпоточного теплообмена в зависимости от гидродинамики потоков. Найдена оценка снизу минимальной необратимости для сложных многопо­точных систем теплообмена. Получены условия, при которых нижняя граница для диссипации энергии в системах многопоточного теплообмена может быть достигнута. Доказано существование функции благосостояния для векторного ресурса и исследованы свойства этой функции. Исследованы процессы установления равновесия в замкнутой системе экономических агентов и показано, что в отличие от термодинамических систем состояние равновесия не единственно. Исследовано влияние валютной биржи на равновесие ЭА. Исследованы возможности извлечения капитала в замкнутой системе при наличии и при отсутствии валютной биржи.

Разработаны и исследованы экспериментальные модели фильтрации и сжатия целевой информации на основе математического аппарата искусственных нейронных сетей (ИНС), выявлены их преимущества и недостатки. Разработана модель для проведения исследований различных схем пакетной буферизации и сжатия кадров интегрированных потоков телекомандной информации. Приведены экспериментальные исследования разработанных схем и выполнено их сравнение с учетом времени, коэффициентов сжатия и сложности реализации. Даны конкретные рекомендации для обоснованного выбора алгоритмов обработки, сжатия и кодирования целевой и телекомандной информации в командно-измерительной системе космического назначения.

Реализована программная система для распознавания графических образов на основе искусственных нейронных сетей «ПС ИНС», функционирующая на кластерных вычислительных устройствах (КВУ) семейства «СКИФ» и предназначенная для оперативной обработки космических снимков и данных телеметрии.

Разработаны и экспериментально проверены алгоритмы построения простых правил распознавания текстовых ситуаций.

Проведены эксперименты по использованию машинного обучения для построения правил, обрабатывающих нелинейные структуры – графовые представления интервальной разметки линейных данных. Для эффективного выполнения трансформаций разработаны оригинальные алгоритмы предобработки правил трансформации и подготовки вспомогательных структур в ресурсе знаний.

Исследован класс динамических интеллектуальных систем, основанных на правилах. Специфицирован язык декларации принципа абстрагирования. Разработан прототип планировщика, использующего выявление значимого контекста (абстрагирование) для повышения производительности. Выявлена проблема отсутствия адекватных мер сложности для задач планирования. Продемонстрирована воз­можность аналитически рассчитывать сложность как размер пространства состояний для задачи BlocksWorld.

Исследованы отношения эквивалентности, на множестве ресурсов сети Петри. Рассмотрена применимость отношений эквивалентности ресурсов в задачах адаптивного управления.

Проведен анализ открытых сетевых сервисов, на базе которых может быть построено личное и групповое обучающее пространство. Сформулированы требования и ожидания, которые высказы­вают к учебному пространству различные категории пользователей. Созданы типологии средств, которые могут быть использованы для организации личного и группового учебного пространства. Изучены интеграции различных типов учебных оболочек – на примере MediaWiki и Moodle. Разработаны и внедрены средства семантического анализа, позволяющие проводить автоматическую классификацию сообщений, публикуемых внутри учебной оболочки. Внедрены расширения учебной оболочки в деятельность сетевого сообщества. Проведена локализация мультиагентной обучающей среды Scratch на русском языке. Разработаны программные средства, позволяющие вести анализ динамики коллективной работы в среде МедиаВики. Предложены параметры, которые позволяют оценивать жизнеспособность и устойчивость группы внутри МедиаВики. Исследованы возможности интеграции различных типов учебных оболочек для организации учебных портфолио. (ИПС РАН)

Разработан интерактивный метод ИСКРА (Иерархическая Структуризация Критериев и Атрибутов), обеспечивающий последовательное снижение размерности пространства, образованного дискретными качественными (вербальными) признаками. Различные комбинации признаков разного уровня иерархии рассматриваются в методе как многопризнаковые объекты, последовательно агрегируемые на основе предпочтений ЛПР в составные критерии с небольшими вербальными шкалами.

Разработаны основы теории нового класса интеллектуальных систем – управляемых динамических систем, основанных на правилах. Для таких систем исследованы методы синтеза стабилизирующего управления, найдены критерии стабилизации, разработаны стратегии синтеза стабилизирующего управления, исследованы особенности множеств правил и архитектура баз знаний таких систем, исследованы методы и разработаны стратегии синтеза стабилизирующей обратной связи. Предложен алгоритм автоматического синтеза плана поведения таких систем, позволяющий строить близкий к оптимальному план за ограниченное время и улучшать его до оптимального при достаточном запасе времени.

Получены новые конфликтные равновесия, позволяющие совместно с уже известными равновесиями находить в большинстве статических и динамических конфликтных задач единственное наисильнейшее равновесие. В частности, найдены три новых понятия конфликтного равновесия, позволившие находить единственное наисильнейшее равновесие в любых игровых задачах (антагонистических, некооперативных и кооперативных, как статических, так и динами­ческих) в тех случаях, когда найти единственное наисильнейшее равновесие не удавалось с помощью всех ранее известных понятий игрового (конфликтного) равновесия.

Сформированы концептуальные положения по определению эффектов, учитываемых при оценке общественной и бюджетной эффективности инновационных инфраструктурных проектов. Применительно к развитию новых магистральных сетевых объектов разработаны теоретические и прикладные модели оценки внеинфраструктурных эффектов (социальных, экологических, геополитических и др.) и внутри инфраструктурных эффектов (с учетом естественно-монопольной природы сетевых подсистем). (ИСА РАН)

Исследованы новые решающие правила и алгоритмы распознавания и анализа цветных изображений, основанные на использовании мер мультиколлинеарности и показателей сопряженности с подпространством, натянутым на векторы образов анализируемого класса.

Предложен алгебраический подход к построению вычислительно эффективного алгоритма над множеством алгоритмов линейной локальной фильтрации цифровых сигналов и изображений. (ИСОИ РАН)

Проведены исследования принципов построения распознающей системы на основе адаптивной сегментации видеографической информации. (НИИСИ РАН)

Разработана гибридная технология контекстно-ориентированного управления знаниями в гибких сетях ресурсов, характеризующаяся применением технологии управления контекстом и технологии профилирования пользователей и участников сети, что позволяет повысить оперативность принятия решений за счет выявления и использования актуальных на текущий момент знаний. В рамках технологии разработан новый метод контекстно-управляемого извлечения знаний из принятых решений (decision mining) для выявления предпочтений и группирования пользователей и участников сети на основе истории их работы. Все это позволяет существенно повысить оперативность и качество информационной поддержки взаимодействия участников виртуальных производственных сетей, групп мобильного реагирования и т.д.

Разработан язык моделирования открытых распределенных многоагентных систем, имеющих сервис-ориентированную архитектуру и позволяющих на практике реализовывать децентрализованный подход в системах управления. На основе языка создан экспериментальный прототип инструментальной среды MASDK 4.0, который обеспечивает поддержку всего жизненного цикла разработки прикладных многоагентных систем, визуальное проектирование их моделей, автоматическую генерацию программного кода на основе описания моделей и предназначен для широкого круга потенциальных пользователей. Поданы предложения на проведения ОКР для разработки индустриальной версии среды. (СПИИ РАН)

Разработана структура подсистемы поддержки принятия решений, основанная на комплексном использовании нейросетевых технологий для криптографической защиты информации. Предложена структура системы шифрования. Разработаны принципы диагностики глазодвигательного аппарата и отклонений бинокулярного зрения пациента посредством использования системы технического зрения. (ЦИТП РАН)

Разработан подход и методы автоматизации проектирования пользовательских интерфейсов программных систем. Его новизна и отличительная особенность по сравнению с существующими инструментами заключается в том, что методы автоматизации основаны на знаниях, знания могут расширяться за счет использования онтологий без изменения исходного кода инструментального средства, а также позволяют одновременно учитывать совокупность факторов (требований пользователей, контекста использования программного средства, требований юзабилити, стандартов разработки), что ведет к улучшению качества интерфейса при снижении требований к разработчику. (ИАПУ ДВО РАН)

  1. Системы автоматизации, GALS-технологии, математические модели и методы исследования сложных управляющих систем и процессов

Разработаны методы моделирования аддитивных и синергетических свойств сложной системы.

Разработана концепция формирования информационной среды предприятий машиностроения и функциональная инвариантная модель деятельности предприятия.

Разработана система автоматизированной поддержки информационных решений для создания и подготовки производства наукоемких изделий машиностроения.

Разработаны теоретические основы для аналитической обработки модельных представлений задачи.

Разработан метод трансформации параметрических моделей изделий в соответствии с фазами проектов. (ИКТИ РАН)

Разработан метод структурирования текстурированной поверхности 3D объектов, созданы информационная, алгоритмическая и технологическая модели метода.

Разработан классификатор индикаторов и других категорий показателей, используемый в процессе проектирования лингвистического обеспечения системы информационного мониторинга научно-исследовательских программ. Разработана методика вычисления конкордансных таблицинновацион-ного потенциала направлений научных исследований.

Разработана система образных знаков для обозначения, индексирования и поиска в электронных библиотеках геоданных объектов гидросферы в соответствии с выбранной морфологической системой классификации объектов.

Определены максимальные потоки в сети с исходными нечеткими параметрами. Исследованы и синтезированы транспортные сети с учетом исходных нечетких параметров. (ИПИ РАН)

Выполнено исследование проблемы моделирования в рамках САПР СБИС нелинейных искажений радиотех­нических интегральных схем. Предложен вычислительный метод расчета нелинейных искажений, ориентированный на применение в схемных симуляторах.

В рамках направления смешанного моделирования схем наноэлектроники получены модели и проведено моделирование передаточных характеристик для схем на одноэлектронных приборах. Разработана библиотека макромоделей фрагментов радиотехнических СБИС в стандартизованной форме VHDL-AMS описания, обеспечивающая многоуровневое представление объекта на различ­ных этапах цикла проектирования в системах автоматизации. (ИППМ РАН)

Сформулированы новые правила преобразования управляемой системы с неограниченным скоростным годографом к системе меньшего порядка, называемой производной, посредством интеграла предельной системы, описывающей поведение исходной при импульсных (практически – достаточно больших) управляющих воздействиях.

Разработаны схемы линейно-квадратической аппроксимации задачи улучшения и синтеза целевого управления, применимые для реализации импульсного скользящего режима, соответствующие алгоритмы представлены высокоэффективными параллельными программами, апробированными на кластерах СКИФ в ИПС РАН.

Предложен приближенный подход к исследованию оптимального управления динамическими объектами путем аппроксимации их практических имитационных моделей аналитическими конструкциями, допускающими поиск приближенного глобального решения описанными выше методами последующим итерационным уточнением.

В терминах обобщенного решения волнового уравнения полностью решена серия задач граничного управления на конце струны смещением либо упругой силой, в частности, задача успокоения при наличии нелокальных условий, связывающих значения смещения или его производной в граничной точке струны с их значениями во внутренней точке.

Для задачи об оптимальном движении мобильного робота на плоскости получены: параметризация экстремалей, описание непрерывных и дискретных симметрий, описание стратов Максвелла, соответствующих дискретным симметриям, верхние оценки для времени разреза. Для задачи Эйлера об эластиках разработаны алгоритм и программа вычисления глобально оптимальной эластики по заданным граничным условиям. Задача управления для трехмерных систем с двумерным линейным управлением решена точно в случае нильпотентных систем в нескольких классах управлений: для систем общего вида построен и апробирован алгоритм приближенного решения на основе нильпотентной аппроксимации.

Разработан алгоритм вычисления тензорных дифференциальных инвариантов, различающих орбиты в расслоении 3-джетов сечений естественного расслоения обыкновенных диффе-ренциальных уравнений вида y''=a(x,y)(y')3+b(x,y)(y')2+c(x,y)y'+d(x,y). Разработанные алгоритмы вычисления дифференциальных инвариантов апробированы на ряде примеров известных естественных расслоений, в частности, на примере расслоения почти-комплексных структур. (ИПС РАН)

Разработана теория и получены методы синтеза наблюдателя, восстанавливающего заданный линейный функционал от фазового вектора для линейной конечномерной управляемой системы со скалярным или векторным выходом. Решена задача о построении функционального наблюдателя с заданной скоростью сходимости для наиболее общего случая: векторного функционала состояния линейной динамической системы с векторным выходом. Получена оценка сверху минимальной размерности такого наблюдателя, верная для почти всех функционалов. Приведен новый алгоритм построения наблюдателя, реализующий эту оценку. Доказано, что возможно построение наблюдателя указанной размерности с почти любым устойчивым спектром.

Разработаны методы построения вероятностных характеристик парамакросистем и показано, что при некоторых значениях емкостей состояний вероятностные характеристики – функции распре-деления вероятностей и энтропии – становятся неунимодальными, что приводит к существованию счетного множества равновесных состояний. Разработан алгоритм поиска равновесного распределения автомобильных потоков в транспортной сети, обеспечивающий равномерную сходимость на отдельных элементах сети. Проведены численные исследования свойств алгоритмов, использующих суммарные значения потоков на элементах графа, и алгоритмов, использующих детализированное описание потоков на межрайонных путях.

Развита концепция регулируемости темпа старения индивидов путем перенастройки параметров управляющих систем организма под влиянием сигналов, поступающих на его сенсорные системы из среды обитания и (или) генетической модификацией этих систем.

Показано, что постпубертатное снижение базовой активности системы иммунитета позвоночных может быть связано с необходимостью регулируемого замедления роста в онтогенезе, а не с возрастным увяданием иммунной системы. (ИСА РАН)

Проведены исследования и получены новые результаты по теории представлений групп, возникающих в моделировании, по функциональному анализу и топологии, включая индукторные пространства, в задачах моделирования распределенных процессов. Развиты методы интегральной геометрии на расширенном классе пространств. Продолжена эксплуатация и анализ содержания базы данных медицинской информации в медицинских учреждениях. Проведено расширение базы данных и развитие методов анализа структур макромолекул.

Разработана новая технология и методика попиксельного расчета освещенностей виртуаль-
ных сцен в моно и стерео режимах. Исследованы и разработаны новые методы и алго-
ритмы моделирования движения и виртуальных объектов на основе скелетной анимации. (НИИСИ РАН)

Разработана концепция и технология построения интеллектуальных геоинформационных систем на основе сервисно-ориентированной архитектуры, в том числе и Web-сервисов. Это позволило разработать новую парадигму построения корпоративных информационных систем на основе трехуровневой модели обработки данных: гармонизация, интеграция и слияние данных. Уро­вень данных систем практически не ограничен: от уровня малого предприятия, учреждения или системы мониторинга до уровня региона. Полученные результаты апробированы в рамках, проводимых НИОКР, и готовы к серийному производству. (СПИИ РАН)

Показана возможность использования космических энергетических систем для воздействия на зарождающиеся тропические циклоны путем создания в них или в непосредственной близости от них, несамостоятельных электрических разрядов. (ЦИТП РАН)

Разработан метод построения изображений повышенного разрешения, основанный на оптимальном линейном прогнозе. Созданы алгоритмы повышения разрешения изображений движущихся объектов, основанные на оценивании параметров движения их фрагментов в трехмерном пространстве по видеопоследовательности.

На основе преобразования Конкордиа создана обобщенная математическая модель q-фазной синхронной явнополюсной машины, возбуждаемой от постоянных магнитов, в виде набора из нескольких двух- и одной однофазной машин. (ИАиЭ СО РАН)

Разработана система визуализации и интерактивного анализа пространственных физических полей синоптических объектов в задачах, связанных с исследованиями динамики атмосферы и океана. Система ориентирована на анализ динамики тропических циклонов по данным спутникового мониторинга. (ИАПУ ДВО РАН)

  1. Нейро-информатика и биоинформатика, научные основы и применения

Разработаны векторные нейронные сети с бинаризованными матричными элементами. Разработаны нейросетевые методы решения задач дискретной минимизации.

Разработаны модели многомодульных адаптивных систем управления на базе нейронных сетей и классифицирующих систем. (НИИСИ РАН)

Разработаны методы синтеза полимерных микрочастиц, однородно наполненных биоактивными компонентами. Исследована динамика лазерного испарения биотканей. Изучен биомеханический отклик роговицы глаза на локальную лазерную абляцию. (ИПЛИТ РАН)

Разработаны методики и алгоритмы оценки психосоматического статуса пациента. Методики основаны на одновременном измерении микродвижений лица, пульса и оценке тревожности с последующей совместной математической обработкой результатов измерений. Получены решающие правила вида «if-then» для определения заданного уровня ситуативной тревожности человека по со­четанию информативных параметров микровибраций его лица и пульсометрии с вероятностью ошибки не более 0.01. (СПИИ РАН)

Исследованы информационные модели социально-психологических, поведенческих и нейроиммунологических аспектов возникновения и развития нехимической зависимости. Созданы информационные методы немедикаментозного лечения наркомании и других маний. (ВЦ ДВО РАН)

  1. Проблемы создания глобальных и интегрированных информационно-телекоммуникаци-онных систем и сетей. Развитие GRID технологий и стандартов

Разработана модель изделия для представления в гетерогенной объектной среде. (ИКТИ РАН)

Разработаны алгоритмические представления когнитивной вершинной грамматики и создан эскизный вариант многоязычного лингвистического ресурса.

Исследованы свойства информационных процессов и проанализированы алгоритмы планиро-
вания и оперативного управления информационными процессами в системах распределенных вычислений.

Разработаны методики выбора технологий и реализующих их аппаратно-программных средств для построения телекоммуникационных сетей различного назначения, предложения по составу унифицированных телекоммуникационных модулей для них.

Разработан функциональный состав и программные средства реализации основных подсистем, входящих в состав современных систем управления.

Исследованы способы представления и спецификации протокольных автоматов для вычислительных сетей.

Исследованы и проанализированы возможности, предоставляемые системой MPC8360E-MDS, разработаны модули управляемого маршрутизатора. (ИПИ РАН)

Разработан аппаратно-программный комплекс для гибридных инфокоммуникационных сетей – узел сенсорной сети.

Разработано програмное обеспечение для региональных инфокоммуникационных сетей и выполнена апробация его в системе телекоммуникаций «Ботик» (г. Переславль-Залесский): Nadmin – система автоматизации управления сетью и расчетов с абонентами; BotikMon – система мониторинга состояния сети и оповещения персонала о неисправностях; BotikMap – геоинформационная система, описывающая структуру инфокоммуникационной сети (каналы и оборудование) с привязкой к местности; BotikLook – инструмент анализа сетевого трафика пользователями сети с целью оптимизации использования сети и минимизации расходов на оплату услуг сети. (ИПС РАН)

Разработана программная архитектура, которая позволяет концентрировать находящиеся в глобальной сети разрозненные вычислительные ресурсы для решения сложных вычислительных задач. Разработаны принципы организации решения задач оптимизации на распределенных системах, состоящих из разнородных по архитектуре и производительности вычислительных узлов, соединенных посредством Интернета. На основе этих принципов реализован комплекс программ BNB-Grid, позволяющий решать сложные задачи оптимизации в такой среде. (ИСА РАН)

Проведены исследования и реализованы методы измерения и обработки характеристик эффективности как элемента контролируемого выполнения распределенных разнородных аппаратно-программных комплексов реального времени.

Разработана программная архитектура информационно безопасной вычислительной системы на основе принципа разделения ресурсов по доменам, функционирующая на базе ОС реального времени. (НИИСИ РАН)

Разработаны модели резонансной фильтрации сигналов на высокодобротном резонаторе на поверхностных акустических волнах с перестройкой центральной частоты резонатора. (НТЦ УП РАН)

Разработана структура компилятора программ, составленных на языке программирования «ЯРД», не имеющем аналогов в мире. «ЯРД» является языком неалгоритмического типа, описывающим задачу в виде сети и обеспечивающим автоматическое распараллеливание программ в процессе решения задач в суперкомпьютерах и распределенных вычислительных системах (РВС), включая GRID-системы и метакомпьютеры. Программы на языке «ЯРД» могут разрабатываться в графической и текстовой форме, при этом программист не обязан ничего знать о структуре многопроцессорной системы, количестве процессоров и конфигурации связей между ними, что существенно упрощает программирование параллельных процессов в РВС. (СПИИ РАН)

Создание информационно-безопасных сетевых технологий для распределенных информационных систем, в том числе на основе мультипроцессорных вычислительных систем.

Методы и технологии распределенных вычислений на основе коммуникационных модулей с динамической архитектурой, включающих средства информационной защиты персональных компьютеров в сетях и Grid-системах от несанкционированных воздействий. (ВЦ ДВО РАН)

  1. Архитектура, системные решения, программное обеспечение и информационная безопасность информационно-вычислительных комплексов и сетей новых поколений, системное программирование

Проведена верификация ОС Linux на основе технологии UniTESK. Ведется активное развитие инфраструктуры поддержки Базового стандарта ОС Linux (LSB). Расширено количество интерфейсов библиотек до 40 тысяч, развернуты работы по поддержке специализированных профилей стандарта, в частности, для встроенных и мобильных устройств. Разработан набор экспериментальных инструментов верификации драйверов ОС Linux. Выполнен цикл работ по созданию строгих методов построения наборов тестов математических функций высокого качества.

Исследованы и разработаны методы хранения и обработки слабоструктурированных (XML) данных. Разработана первая версия системы подготовки электронных версий энциклопедии на базе СУБД Седна. Система позволяет создавать и редактировать статьи энциклопедии, онтологии для классификации статей и метаданные статей. Разработана система поиска и навигации по электронной версии энциклопедии с возможностями произвольного сочетания полнотекстового поиска, поиска по атрибутам и навигации по онтологии. Система поддерживает навигацию по гипертекстовым ссылкам между статьями. Создана подсистема управления иллюстрациями.

Исследованы и разработаны технологии параллельного программирования, обеспечивающей кроссплатформенную разработку и учитывающей особенности современной аппаратуры. В ходе выполнения работ был создан итеративный технологический процесс разработки параллельных программ в среде ParJava, базирующийся на модели параллельной программы и возможности ее интерпретации, что позволило перенести большую часть разработки на инструментальный компьютер. Процесс обеспечивает итеративную разработку параллельных программ и поддержан инструментальными средствами, входящими в состав среды ParJava и среды разработки программ Eclipse. Использование технологического процесса позволяет значительно сократить период отладки и доводки параллельной программы и обеспечить более комфортные условия для прикладного программиста. Технологический процесс апробирован на различных классах приложений.

Разработаны оптимистические стратегии управления данными в перспективных прикладных интегрированных системах. Проведена апробация предложенного модельно-ориентированного подхода к управлению прикладными объектно-ориентированными данными на основе оптимистической репликации и связанных с ним методов распределенного реплицированного хранения данных, методов сопоставления и нечеткого сравнения реплик данных, методов семантического анализа, декомпозиции и реконсиляции трансакций, а также методов логического вывода, приводящих к корректным и содержательным политикам согласования дивергентных реплик. (ИСП РАН)

Исследованы вопросы стандартизации методов описания и взаимодействия информационных ресурсов. Выполнена модернизация методов формирования и интеграции разнородных компонентов ведомственных информационных систем на основе сервис-ориентированных архитектур.

Разработаны принципы, ресурсосберегающие модели и технологии эксплуатации крупно-масштабных территориально-распределенных мультисервисных информационно-телекоммуникацион-ных систем.

Разработан регламент перевода обработки информации на резервирующий ВЦ систем коллективной обработки информации, обеспечивающий высокую доступность информационных ресурсов.

Предложена структура гибридного варианта реализации архитектуры рекуррентного процессора для сигнальной обработки: мультиядерный вариант исполнения операционного уровня на базе рекуррентного подхода и самосинхронной схемотехники и мультитредовый вариант исполнения управляющего уровня в виде синхронного процессора средней производительности с фон-неймановской архитектурой.

Рассмотрена архитектура средств, решающих типовые для систем хранения данных задачи и удовлетворяющих требованиям масштабируемости и надежности. Реализован масштабируемый отказоустойчивый рекурсивный распределенный обход дерева с помощью алгоритмов, допускающих распараллеливание и являющихся отказоустойчивыми.

Разработаны математические модели логической верификации вычислительных систем на основе аппарата алгоритмических машин состояния, а также модели оценки вероятностных характеристик устойчивости к сбоям на уровне конечных автоматов. (ИПИ РАН)

Разработаны и реализованы программные инструментальные средства для создания распределенной среды исполнения веб-приложений, которые позволяют организовать высокоэффективную среду для исполнения веб-приложений, реализованных на языке программирования С++. Разработаны и реализованы программыне инструментальные средства для создания активных хранилищ для больших объемов данных. Объединение возможностей параллельной файловой системы Lustre и системы автоматического динамического распараллеливания Т-системы (библиотеки T-Sim) позволяет создать прототип распределенного ар­хива изображений – активного хранилища, в котором обработка данных происходит на тех же узлах, где они хранятся, и обеспечить автоматическую балансировку нагрузки на узлах кластера.

Предложены две модели параллельных вычислений на базе функционального языка РЕФАЛ Плюс. Разработан прототип реализации параллельной версии языка РЕФАЛ Плюс для последовательных вычислительных машин.

В рамках принципов разработки суперкомпилятора типизированного функционального языка программирования LFC реализованы (на языке РЕФАЛ-5) парсер и интерпретатор языка LFC.

Выполнено развитие метода верификации как параметризованного тестирования: проведен ряд удачных экспериментов по верификации параметризованных протоколов с условиями глобальной корректности: MOSI cache coherence protocol, модели протоколов P/C, 2P/2C взаимодействия между потоками многопоточных/многонитевых (multithreaded) Java-программ.

Осуществлен перенос интерпретатора РЕФАЛ-5 и суперкомпилятора SCP4 под операционную систему Windows Mobile 5.0.

Модифицирована программа «Думатель», которая способна автоматически проверять несложные проверочные условия для программ, написанных на языке равенств. (ИПС РАН)

Реализована макетная версия библиотеки обработки сигналов и изображений, оптимизированная для нестандартной архитектуры универсального суперскалярного микропроцессора.

Произведена интеграция эмуляторов микропроцессоров и эмулятора коммуникационной системы с целью отработки языка описания конфигураций вычислительной системы на базе коммутируемых каналов.

Разработана программная архитектура систем генерации программ для приложений реального времени.

Разработаны методы повышения надежности систем реального времени. (НИИСИ РАН)

Разработан проактивный подход к защите от сетевых червей и вирусов, основанный на комбинировании различных механизмов обнаружения и сдерживания сетевых червей и автоматической настройке основных параметров механизмов защиты в соответствии с текущей сетевой конфигурацией и сетевым трафиком, отличающийся использованием нескольких интервалов времени наблюдения сетевого трафика и применением различных порогов для отслеживаемых параметров, а также многоуровневым комбинированием алгоритмов обнаружения в виде системы базовых классификаторов. Такой подход существенно повышает показатели обнаружения и сдерживания сетевых червей и вирусов. (СПИИ РАН)

Разработана архитектура и системы команд масштабируемых многомодульных векторного и скалярного процессоров для мультиархитектурной вычислительной суперсистемы. (ФТехнолИ РАН)

Предложена модификация численно-аналитического обобщенного метода Ньютона-Канторовича с использованием в качестве аппроксимации невязок смещенных ортогональных многочленов Чебышева. Разработаны зарядовые модели активных приборов для системы моделей SPICE. (ЦИТП РАН)

  1. Элементная база микроэлектроники, наноэлектроники и квантовых компьютеров, материалы для микро- и наноэлектроники, микросистемная техника, твердотельная электроника

Разработана модель представления характеристических свойств многослойно-композиционных покрытий, обеспечивающих требуемое качество изделий. (ИКТИ РАН)

Разработаны эффективные модели для анализа и оптимизации СБИС, обеспечивающие учет новых требований современных нанометровых технологий изготовления микросхем, гарантирующих существенное повышение качества проектирования за счет учета разнородной проектной информации. В отличие от известных подходов,  предлагаемый подход обеспечивает исчерпывающий анализ быстродействия схемы при различных входных воздействиях благодаря сочетанию логического анализа с детальным анализом задержек, емкостей и проводимостей на транзисторном уровне. Практическая значимость полученных результатов заключается в значительном ускорении процесса разработки сложных функциональных блоков заказных СБИС.

Разработаны новые модели и алгоритмы разрешения фазовых неопределенностей для одночастотных GPS\ГЛОНАСС приемников, обеспечивающие построение миниатюрных многоантенных навигационных систем реального времени с дециметровым уровнем точности определения относительных координат, габаритно-весовые и стоимостные характеристики которых значительно ниже характеристик традиционных навигационных систем, реализуемых на основе двухчастотных GPS\ГЛОНАСС приемников. Область использования: малая авиация, беспилотные самолеты, автомобили и т.п. (ИППМ РАН)

Экспериментально исследованы процессы взаимодействия среднеэнергетичных ионных пучков с поверхностью твердых тел, неоднородных локально и по глубине по химическому составу и структуре, при скользящих углах падения ионов (85-87° от нормали к поверхности). Установлено, что при энергии ионов ~ 1 кэВ и плотности ионного тока ~ 0,5 мА/см2 за счет процессов физического распыления обеспечивается полная планаризация поверхности после удаления слоя материала толщиной ~ 1 мкм. Полученные результаты позволяют реализовать новый метод прецизионного послойного удаления материала, например, в интегральных микросхемах при разработке современных методов анализа отказов СБИС.

Разработан и апробирован оптимизированный технологический маршрут изготовления на основе структур «кремний на изоляторе» (КНИ) дискретных полевых датчиков Холла (ПДХ) с управляющей системой типа металл – диэлектрик – кремний – диэлектрик – металл и КНИ элементов обработки сигналов ПДХ. Определены схемотехнические решения и режимы полевого управления, обеспечивающие повышение радиационной стойкости КНИ ПДХ.

Разработан прoграммно-аппаратный комплекс для электронной литографии с модулями панорамной съемки-экспонирования и динамической фокусировкой на площади до 100100 мм и с разрешением литографии 20-30 нм на базе современного СЭМ фирмы Zeiss EVO-50 и программного обеспечения NanoMaker. Фактически это первый отечественный электронный нанолитограф. Технические параметры его такие же, как у европейских зарубежных аналогов, а цена почти на порядок меньше. (ИПТМ РАН)

Изучена зависимость подвижности электронов от расстояния между двумерным газом и поверхностью структуры в образцах РНЕМТ с квантовой ямой Al­GaAs/InGaAs/GaAs. Определены условия компенсации поверхностного потенциала за счет увеличения концентрации донорной примеси кремния при дельта-легировании.

Показано, что высокие электрические поля >105 В/см и их градиенты, возникающие
в InAlAs/InGaAs/InAlAs РНЕМТ нанотранзисторах с длиной канала ~30÷50 нм и менее, при-
водят к резкому возрастанию дрейфовой скорости электронов по сравнению с ее равновесным значением.

Впервые в России разработана монолитная интегральная схема широкополосных малошумящих усилителей на базе 0,15 мкм GaAs Р-НЕМТ технологии ИСВЧПЭ РАН для диапазона частот от 4 до 14 ГГц.

Разработаны и изготовлены транзисторы с пробивным напряжением свыше 100 В, максимальной удельной мощностью не менее 3 Вт на один миллиметр длины затвора и предельной частотой усиления по мощности 100 ГГц.

Создана технология эпитаксиальных наногетероструктур InAlAs/InGaAs/InAlAs на подложках InP. Получены рекордно высокие подвижности двумерных электронов. На данных наногетероструктурах с использованием электронной литографии и трехслойной системы электронорезистов разработана технология формирования высокоскоростных РНЕМТ-транзисторов с грибообразной формой затвора и его длиной 180 нм с рекордно высокой крутизной 1000 мС/мм и плотностью тока стока до 650 мА/мм. (ИСВЧПЭ РАН)

Проведено исследование особенностей физических процессов в квантоворазмерных структурах кремний на изоляторе и моделирование основных электрофизических характеристик транзисторов, выполненных на данных структурах.

Оптимизирована архитектура мультипроцессорных вычислительных систем. Разработаны модели комплекта коммуникационных СБИС уровня RTL.

Разработаны и исследованы тестовые структуры для создания наноразмерных ячеек постоянных запоминающих устройств.

Разработаны технология и методы расчета шаблонов для получения субволновых структур.

Исследованы принципы построения и разработан блок вычисления элементарных функций специализированных СБИС. (НИИСИ РАН)

Разработаны способ и устройство для измерения комплексного показателя преломления терагерцовых поверхностных плазмонов методом асимметричной плазмонной интерферометрии. Составлен банк данных о спектрах поглощения органических и неорганических веществ в ТГц диапазоне.

Исследованы оксидные нанослои на металлах (алюминий, медь, титан, вольфрам) методами ПЭВ-спектроскопии. Подготовлен справочник «Низкочастотные (100-700 см-1) спектры органических и биоорганических веществ».

Разработан и изготовлен макет малогабаритного оптоволоконного фурье-спектрометра. Разработанный прибор открывает широкие возможности мониторинга молекулярного состава веществ на расстоянии и в режиме реального времени.

Впервые разработан метод ИК фурье-спектрохолоэллипсометрии in situ как экспресс-метод получения необходимого полного набора спектров оптических параметров пленочно-поверхностных структур для задач нанотехнологий. (НТЦ УП РАН)

Разработана компьютерная модель низковольтного ионного микроскопа (FIB) принципиально нового типа, т.е. имеющего размер ионно-оптической колонны 5050120 мкм3, что ~ в 1000 раз по всем 3 измерениям меньше, чем у стандартного FIB. Для улучшения разрешения FIB впервые предложено использовать принцип миниатюризации колонны FIB и его ионно-оптических линз, что приводит к снижению геометрических аберраций, пропорциональному уменьшению размера линз
(~ в 103 раз). Такой микро FIB впервые сможет осуществлять принципиально новую функцию – выборочное удаление единичных молекул из 2D мономолекулярной решетки, нанесенной на кремниевую подложку, для создания кубитов квантового молекулярного компьютера из оставшихся молекул 2D решетки рядом с заранее созданными электродами. (СПИИ РАН)

Теоретически показана возможность построения квантового регистра на ядер­ных спинах в антиферомагнетике с неоднороным внешнем магнитным полем, предложен общий формализм, позволяющий описать точность статистического восстановления квантовых состояний по экспери-ментальным данным как для чистых, так и для смешанных состояний, разработан новый метод стати-стиче­ского моделирования квантовых систем, основанный на генерации данных ме­тодом Монте-Карло.

Разработана квантовая модель полевого нанотранзистора в ультратонком (2-5 нм) слое кремния на изоляторе, разработана технология плазменно-иммерсионной ионной имплантации (ПИИИ)
для формирования ультрамелких р-п переходов в технологии микросхем с критическими размерами 22–32 нм, разработан метод вычисления трехмерных скрытых изображений с учетом топографии
фо­тошаблонов для 65-нм и 45-нм проектных норм для 193 нм – источника света.

Проведено теоретическое обоснование асимптотического поведения высокотемпературной намагниченности ансамбля наночастиц в слабом магнитном поле, обнаружено проявление этого эффекта в экспериментальных кривых намагничивания наночастиц никеля, теоретически исследованы атомные механизмы релаксации упругих напряжений в условиях гетероэпитаксиального роста, усовершенствована рентгеновская диагностика магнитных полупроводниковых гетероструктур с наноразмерными слоями.

Проведены исследования и разработана технология плазменных процессов форми­рования трехмерных микро- и наноструктур (микроакселерометры, переклю­чатели, микрогироскоп, микроконденсатор) и созданы экспериментальные приборы микро- и наносистемной техники на их основе. (ФТехнолИ РАН)

Теоретически и экспериментально исследованы AlGaInP и AlGaInN гетероструктуры с одной и несколькими (четырьмя) квантовыми ямами. Экспериментально исследованы в рамках классических моделей двойной инжекции вольт-амперные и люмен-амперные характеристики AlGaInP и AlGaInN гетероструктур. (ЦИТП РАН)

  1. Опто-, радио- и акустоэлектроника, оптическая и СВЧ-связь, лазерные технологии

Проведено исследование специфики применения и предельных характеристик устройства отображения информации, основанного на проектировании подвижной матрицы мощных светодиодов, и проектирование устройства отображения информации, использующего остронаправленные подвижные лазерные лучи. (ИПИ РАН)

Проведено теоретическое исследование процесса наностереолитографии при одно- и двухфотонном инициировании полимеризации. Разработана технология изготовления методом лазерной стереолитографии биоактивных имплантатов из минерал-полимерных композиций.

Проведена разработка матричных элементов для тканевой инженерии и имплантации с управляемой биологической активностью и заданной архитектоникой.

Разработаны интегральные оптические устройства для терабитных волоконно-оптических линий связи на основе новых полимерных материалов с использованием субмикронных лазерных технологий. (ИПЛИТ РАН)

Обнаружен четный по намагниченности магнитооптический эффект при освещении светом перфорированных металлодиэлектрических гетероструктур, состоящих из металлической пленки c периодической системой щелей и диэлектрического слоя, намагниченного в плоскости.

Создана информационная технология проведения вычислительных экспериментов в нанофотонике, основанная на численном решении системы уравнений Максвелла, которая позво-
ляет анализировать дифракцию света на широком классе устройств микро- и нанооптики. (ИСОИ РАН)

Исследована возможность создания управляемой динамической решетки на основе поверхностной акустической волны. (НИИСИ РАН)

Получены спектральные изображения удаленных объектов (дома, автомобили, деревья) при естественном освещении (ярком солнечном свете).

Разработана новая методика, позволяющая осуществлять измерения содержания в воздухе веществ-загрязнителей с более высокой точностью, а также включать в анализ большее число веществ.

Проанализированы возможные схемы построения стереоскопического микроскопа для получения спектральных изображений. Построение такого прибора позволит получать спектральные изображения и строить на их основе объемную картину распределения примесей (включений) в изучаемых микрообъектах.

Проведена отладка основных узлов акустооптического спектрометра с фазовой модуляцией. Доработано и отлажено базовое программное обеспечение. (НТЦ УП РАН)

Разработана математическая модель для расчета фотоэлектрических преобразователей энергии при использовании монохроматического излучения. Даны рекомендации по размещению энергетических космических модулей (ЭКМ) (источников энергии) и космических аппаратов (КА) (потребителей энергии) при использовании геостационарных орбит (ГСО) для ЭКМ и близких к круговым и остро-эллиптическим орбит для КА.

Разработан структурный состав и требования к элементам оптоэлектронного атмосферного канала (ОАК) высокой надежности и низкой стоимости.

Разработана математическая модель волоконно-оптического преобразователя контроля влагосодержания светлых нефтепродуктов. (ЦИТП РАН)

  1. Локационные системы

Разработана концепция и технология построения интеллектуальных геоинформационных систем на основе сервисно-ориентированной архитектуры, в том числе и Web-сервисов. Это позволило разработать новую парадигму построения корпоративных информационных систем на основе трехуровневой модели обработки данных: гармонизация, интеграция и слияние данных. Полученные результаты апробированы в НИОКР и готовы к серийному производству. (СПИИ РАН)

Разработана технология непрерывного мониторинга, предназначенная для реконструкции пространственно-временной структуры ионосферы и решения задач оперативного контроля высотного распределения и полной электронной концентрации ионосферы методом радиопросвечивания на трассе спутник – Земля с использованием радиосигналов навигационных спутниковых систем GPS/ГЛОНАСС в реальном масштабе времени. (ИРЭ РАН)

Создан каталог оперативных данных, получаемых со спутников SPOT 2/4. Для обеспечения доступа к каталогу через Систему передачи данных СО РАН организована многоуровневая система разграничения прав доступа с централизованной базой данных пользователей на основе LDAP-каталога СО РАН. Архитектура каталога позволяет обеспечить единую точку доступа к разнородным пространственно распределенным хранилищам данных, имеющих географическую привязку. (ИВТ СО РАН)

Проведен корреляционный анализ интенсивности чрезвычайных ситуаций природного характера и построены математические модели экстремальных геофизических склоновых процессов. Разработан алгоритм численной реализации математической модели паводкового процесса в период прохождения пика половодья и программно реализованы модули сопряжения с геоинформационной системой бассейна реки Баксан. Разработанные методы позволяют решать задачи мониторинга, прогнозирования, своевременного реагирования и информационно-аналитического обеспечения мероприятий, направленных на уменьшение неблагоприятных последствий катастрофических геофизических процессов. (НИИ ПМА КБНЦ РАН)

Создана исследовательская радиолокационная установка миллиметрового диапазона радиоволн, в том числе в области коротких мм, предназначенная для изучения когерентных свойств трасс распространения при использовании широкополосных сигналов и получения дальностных портретов различных объектов. Параметры установки обеспечивают последовательную или параллельную работу на длинах волн 8 мм и 3 мм и генерацию с помощью векторной модуляции широкого класса зондирующих сигналов с разрешением лучше 1 метра. (МГТУ)

V. ХИМИЧЕСКИЕ НАУКИ И НАУКИ О МАТЕРИАЛАХ

  1. Теоретическая химия и развитие методологии органического и неорганического синтеза, новые методы физико-химических исследований

Путем направленного конструирования политиофенсилановых молекулярных систем с заданными свойствами синтезированы функциональные кремнийорганические производные олиготиофенов. Показано, что самоорганизованные нанослои диметилхлорсилильных производных диалкилквинкетиофена обладают уникальными полупроводниковыми свойствами. В рамках широкого международного сотрудничества на их основе получено большое число «самособирающихся» полевых транзисторов с одинаковыми характеристиками. Впервые собраны более сложные электронные устройства и микросхемы, состоящие из нескольких сотен таких транзисторов, работающих одновременно. Полученные результаты открывают перспективы создания сложных микросхем методом самоорганизации органических полупроводников. (ИСПМ РАН)

Разработана общая методология синтеза ранее не известных молекулярных ансамблей, представляющих собой связанные пиррольные и бензотиофеновые гетероциклические системы. Методология основана на высокотехнологичной и атом-экономной реакции ацилбензотиофенов с промышленно доступными гидроксиламином и ацетиленом в присутствии сверхосновных катализаторов. Совместно с французскими фотохимиками (Кашан, Национальный центр научных исследований Франции, Институт Д’Аламбера) синтезированные гетероциклические ансамбли использованы для дизайна наноструктурированных флуорофоров, превосходящих по интенсивности эмиссии и стабильности известные аналоги, что представляет собой прорыв в области создания оптоэлектронных наноматериалов. (ИрИХ СО РАН)

Предложен новый принцип создания наноэлектромеханических систем («наномускул»), позволяющий разрабатывать стабильные и высокоэффективные молекулярные машины и переключатели. Он основан на редокс-управляемом изменении расстояния между палубами многослойных структур за счет изменения размера металлоцентра. Принцип работы молекулярных устройств реализован на примере бискраунфталоцианината церия. (ИФХЭ РАН)

Впервые получен и структурно охарактеризован дианионный π-димер 1,2,4,5-тетрацианобензола (TCNB) [TCNB2]2-, являющийся моделью для изучения природы многоцентровой химической связи и образующийся в реакции Cp*2Yb(THF)2 с TCNB в результате взаимодействия π-систем двух фрагментов TCNB. Обнаружен новый тип реакций 7,7,8,8-тетрацианохинодиметана (TCNQ) с металлоценами, заключающийся в присоединении фрагмента C5Me5 к метилиденовому атому углерода и образовании нового моноанионного полициано-лиганда. (ИМХ РАН)

Разработан перспективный для практического применения универсальный и безопасный каталитический метод окисления алкилбензолов в бензойные кислоты, первичных и вторичных алифатических спиртов, соответственно, в карбоновые кислоты и кетоны, циклоалканов в
,-дикарбоновые кислоты и алифатических -диолов в лактоны с помощью алкилгипохло-
ритов, гипохлористой (HOCl) или гипобромистой (HOBr) кислот, генерируемых in situ взаимодействием простейших алифатических спиртов или воды с галогенметанами под действием солей и соединений Mn, Mo, V, W, Cr и Ru. Этот метод исключительно перспективен для создания современных химических технологий получения широкого ассортимента продуктов и материалов. (ИНК РАН)

Открыта новая реакция, протекающая в системе енамин – хлорпируват, на основе которой разработан одностадийный, простой и эффективный метод синтеза неизвестных ранее 1,2,3- тризамещенных тетрагидроиндолов – предшественников многих алкалоидов, являющихся фармакологически важными природными соединениями. (ИОФХ КазНЦ РАН)

Разработан нетрадиционный способ воздействия на скорость полимеризации и качество стереорегулярных полидиенов, заключающийся в кратковременном турбулентном перемешивании реакционной смеси. Данный способ полимеризации позволяет снизить расход катализатора, увеличить скорость полимеризации при конверсионном росте вязкости, улучшить молекулярные характеристики. (ИОХ УНЦ РАН)

Впервые на примере иодидов цинка и индия получены молекулярные комплексы непереходных металлов с о-хинонами и о-иминохинонами в качестве нейтральных лигандов. С помощью методов ИК- и ЯМР-спектроскопии, рентгеноструктурного анализа показано, что при комплексообразовании происходит активация о-хинонов и о-иминохинонов. Тем самым доказана ключевая роль таких комплексов в качестве интермедиатов в реакциях одноэлектронного переноса между хинонами и кислотами Льюиса. (ИМХ РАН)

Синтезирован новый тип фталоцианиновых комплексов редкоземельных элементов с гекса-трет-бутилзамещенным планарным биядерным фталоцианином, макроциклы которого сочленены общим бензольным или нафталиновым кольцами. Изучены особенности формирования сэндвичевых комплексов на основе гекса-трет-бутил- и додека-н-бутилзамещенных биядерных фталоцианонов и ацетатов редкоземельных элементов. Обнаружена способность полученных комплексов к формированию наноразмерных частиц. (ИФАВ РАН)

Впервые разработаны перспективные для практического применения каталитические методы синтеза, исходя из С60-фуллерена и третичных аминов различной структуры, фуллеропирролидинов – потенциальных фотодинамических агентов, вызывающих расщепление ДНК и обладающих цитотоксическим действием. В развитие этих исследований разработаны эффективные методы син-теза фуллероциклопропанкарбоновых кислот и их производных 2+1-циклоприсоединением к
С60-фуллерену диазоацетатов, полученных на основе производных метионина, глицина, аланина, валина, фенилаланина, триптофана с использованием трехкомпонентных металлокомплексных катализаторов (Pd+2-PPh3-AlR3). Синтезированные фуллероциклопропанкарбоновые кислоты обладают противо-вирусной активностью, проявляют нейропротекторные и антиоксидантные свойства. (ИНК РАН)

Разработаны фотоэлектрические, нелинейно-оптические и фоторефрактивные полимерные композиты из поливинилкарбазола и комплексов тетра-15-краун -5 фталооцианината рутения (II) (на длине волны 1064 нм). При нагревании композиций в тетрахлорэтане при 70°С образуются супрамолекулярные ансамбли, которые представляют собой «проволоки» длиной до 600 нм и толщиной около 5 нм. Высокие фоторефрактивные характеристики композитов позволяют использовать их в медицинской диагностике и телекоммуникационных технологиях. (ИФХЭ РАН)

Обнаружена и исследована фосфоресценция металлокомплексов ряда порфиринов при комнатной температуре, в частности комплексов октаэтилпорфина с Pd и Pt, адсорбированных на оксиде алюминия или кремния. Комплексы проявляют высокую фотохимическую стабильность. Показано, что кислород оказывает эффективное и избирательное тушение фосфоресценции, что позволяет создать методику определения низких содержаний кислорода в газовой смеси с органическими соединениями (ацетон, бензол, четыреххлористый углерод и др.). (ЦФ РАН)

Квантово-химические расчеты биядерных комплексов меди с производными аминовинилкетонов и аминовинилиминов позволили установить, что ферромагнитный тип обменного взаимодействия реализуется в структурах, характеризующихся перегибом двух частей молекулы по линии мостиковых атомов на угол более 50 градусов и включающих в обменный фрагмент атомы азота, что позволяет направленно получать соединения с желаемыми магнитными свойствами. (ЮНЦ РАН, НИИ ФОХ ЮФУ)

Разработана группа методов синтеза замещенных клозо-боратов по реакциям кислотно-катализируемого нуклеофильного замещения, обеспечивающих региоселективность и высокие выходы целевых продуктов. На этой основе синтезирован ряд перспективных препаратов для боронейтронозахватной терапии опухолей. Изучено строение, физико-химические свойства и механизмы образования новых комплексов меди, серебра и золота с кластерными анионами B10H102- и В12Н122- в качестве лигандов. Предложена и развита концепция функционализации кластеров бора B10H102− и B12H122−, основанная на подходе к последним как к пространственно-ароматическим системам. (ИОНХ РАН)

Разработан новый тип хромофорных, флуоресцентных сенсоров – производных дипирролилметена для ультраселективного определения и экспресс анализа микроколичеств (до 10–9 моль/л) ионов Hg2+ , Cd2+, Cu2+, Co2+, Zn2+ и Ni2+ в воде и органических средах. Хромофорные лиганды алкилпроизводных дипирролилметенов и бис(дипирролилметенов) селективно изменяют цвет, характеристики электронных спектров поглощения и флуоресценции при комплексообразовании с ионами ряда
d-металлов и являются эффективными «off-on» флуоресцентными хемосенсорами на ионы Zn2+. Предложены тест-системы для экспресс обнаружения ионов в виде наборов индикаторной бумаги (хромофор на бумажном носителе) и методики количественного анализа индивидуальных ионов методами флоурометрии и спектрофотометрии. (ИХР РАН)

Исследована перспективная с точки зрения утилизации метана реакция совместной конверсии метана и легкого алкана (пропана) на Ga- и Zn-содержащих цеолитах типа ZSM-5. C применением 13С ЯМР твердого тела и ГХ-МС анализа показано, что при 550-600ºС происходит встраивание атомов углерода метана 13С в молекулы бензола и толуола. Причем активация метана происходит с образованием металл-алкильного интермедиата. Таким образом, впервые получены прямые экспериментальные доказательства возможности совместной ароматизации метана и легких алканов на Ga- и Zn-содержащих цеолитах, что снимает сомнения в возможности осуществления этой реакции и открывает дорогу для ускоренной разработки нового процесса. (ИК СО РАН)

Разработан метод синтеза новой представительной группы гетерометаллических соединений на основе палладия(II) и платины(II,IV), в которых атомы благородного металла связаны с атомами переходных, пост-переходных или редкоземельных металлов только карбоксилатными мостиковыми группами и не содержат прочно связанных донорных лигандов. Синтезированные кластеры перспективны в качестве исходных соединений для получения каталитически активных гетерометаллических нанокластеров и наносплавов. Так, восстановлением комплекса
Pd(µ-OOCMe)4Zn(OH2) получен гетерометаллический сплав Pd-Zn с размером частиц 5–10 нм. На его основе получен новый катализатор гидроочистки этилена от примесей ацетилена, вдвое превышающий по селективности стандартный промышленный катализатор Pd/Al2O3. (ИОНХ РАН)

Впервые в трехспиновой системе на образцах «дышащих» кристаллов – гетероспиновых комплексов меди со стабильными нитроксильными радикалами – при температурах до 20 K зарегистрирован эффект светоиндуцированного захвата возбужденного спинового состояния, обусловленный структурными отличиями состояний с различной мультиплетностью. Время релаксации в низкоспиновое состояние, измеренное методом ЭПР высокого разрешения, составило несколько часов, что может быть использовано в запоминающих устройствах. Полученные результаты открывают принципиально новые возможности для разработки светопереключаемых магнитных устройств и устройств записи и хранения информации. (МТЦ СО РАН)

Предложен новый метод построения С-С связи, основанный на реакции прямого С-С сочетания радикальных интермедиатов, генерируемых из солей пиразиния, с соединениями с кратной связью. Исследованы реакции четвертичных солей N-этилпиразиния с йодидом натрия. Схема реакции включает присоединение радикалов к терминальному углероду фенилацетилена с последующей стабилизацией полученного радикала путем присоединения йода. Исследованные реакции открывают новые подходы, позволяющие получать широкий круг гетероциклических систем, труднодоступных в рамках традиционных синтетических подходов. (ИОС УрО РАН)

Разработаны новые методы синтеза гетероциклов: синтез 3-замещенных 2-аза[4.4.4]пропелланов (8,9-диметокси-6-R-4a,10b-тетраметилен-1,2,3,4,4а,10b-гексагидрофенантри-динов) с использованием ретропинаколиновой перегруппировки 6-(3,4-диметоксифенил)-спиро[4.5]декан-6-ола в присутствии нитрилов в среде серной кислоты. (ИТХ УрО РАН)

Для фотовозбуждённого триплетного фуллерена 3С60 в неупорядоченных средах найдено, что структура молекулы испытывает псевдовращение в терагерцовой области частот. Обнаружено резкое ускорение поперечной спиновой релаксации вблизи температуры стеклования, что интерпретировано изменением характера колебательных движений в стеклообразной матрице (известный из данных по рассеянию нейтронов динамический переход в нано- и пикосекундном диапазоне времен от гармонического движения к ангармоническому), которое проявляет себя в нм диапазоне расстояний. Этот эффект может быть использован при изучении динамических свойств неупорядоченных материалов (полимеров, нанокомпозитов, биологических сред). (ИХКГ СО РАН)

Разработаны методы направленного синтеза нового класса соединений – полиоксотиометаллатов, в которых халькогенидные кластерные фрагменты включены в структуру классических полиоксометаллатов типа структуры Доусона. В синтезированных соединениях мостиковые атомы халькогена координируют гетерометаллы с образованием гетерометаллических производных полиокотиометаллатов. Новые гибридные комплексы являются полифункциональными и сочетают свойства полиоксометаллатов и халькогенидных кластеров. Синтезированные соединения перспективны как катализаторы, в том числе в реакции электрохимического разложения воды. (ИНХ СО РАН, совместно с Университетом Версаля, Франция)

П ри исследовании динамического эмиссионного спектра СВС ультрафиолетового диапазона (200-400 нм) на примере реакции теплового взрыва порошковой системы Ti–B впервые установлено, что состав излучения значительно отличается от теплового большей интенсивностью ультрафиолетового спектра. Последний представляет собой быстро меняющуюся во времени суперпозицию сплошной и селективной составляющей. Полученные результаты свидетельствуют о возможности коллективных эффектов возбуждения элементов гетерогенной системы в ходе быстропротекающей реакции и важны для химии твердого тела. (ОСМ ТНЦ СО РАН)

  1. Современные проблемы химии материалов, включая наноматериалы

Проведены систематические термодинамические исследования в широком интервале температур бинарной системы алюминий-скандий, находящей применение в передовых отраслях промышленности (в том числе аэрокосмической) для повышения служебных свойств особо прочных алюминиевых сплавов. Показано, что получение из расплава лигатур Al-Sc в виде быстрозакаленных лент позволяет достичь в них содержания скандия до 2 мас.%, что существенно превышает его равновесную растворимость в алюминии. Установлено, что эти сплавы не имеют включений интерметаллидов, превышающих наноразмерный диапазон, что отвечает самым высоким техническим требованиям и говорит о перспективности такой формы изготовления лигатур для модифицирования широкого спектра особо прочных алюминиевых сплавов. (ИМЕТ УрО РАН)

Развиты представления о механизме высокотемпературного окисления металлов, объясняющие обнаруженный эффект зависимости интенсивности процессов окисления от массы окисляемого металла. Предложена модель для феноменологического описания экспоненциальной стадии процесса окисления. Методом окислительного конструирования тонкостенной керамики впервые получены образцы монолитных тугоплавких нитридов металлов подгруппы титана, ранее доступных только в виде мелкодисперсных порошков, спеченной керамики или тонких пленок; изучены физические свойства таких материалов. (ИМЕТ РАН)

Разработана технология  получения активных кварцевых волоконных световодов, легированных висмутом, и на их основе созданы волоконные лазеры, генерирующие оптическое излучение в новом спектральном диапазоне от 1300 до 1520 нм. Освоение этого диапазона позволит более чем на порядок увеличить пропускную способность линий волоконно-оптической связи. (ИХВВ РАН, НЦВО РАН)

На основе нанопористого сверхвысокомолекулярного полиэтилена впервые получены биосовместимые нанокомпозиты с уникальными антифрикционными показателями, близкими свойствам природного сустава. Нанокомпозиты успешно апробируются в детской челюстно-лицевой хирургии в Московском медико-стоматологическом университете и открывают реальные возможности применения полимерных нанотехнологий при создании антифрикционных биомедицинских материалов. (ИНЭОС РАН)

В ряду гетерометаллических комплексов Сo(III)/Ru(II)-Tb(III) с различным лигандным окружением иона d-металла на платформе п-сульфонатотиакаликс[4]арена найден уникальный комплекс ([Co(dipy)3]3+- Tb(III)), обеспечивающий полное (на 100%) и обратимое редокс-переключение интенсивной люминесценции f-иона за счет обратимого восстановления и реокисления d-комплекса. Высокая интенсивность и узкий спектральный диапазон эмиссии иона тербия являются преимуществом данной системы по сравнению с редокс-переключаемой флуоресценцией известных органических хромофоров. (ИОФХ КазНЦ РАН)

Методом высокотемпературного коллоидного синтеза получены монодисперсные квантовые точки на основе халькогенидов кадмия структуры «ядро-оболочка» и в форме нанотетраподов, размер которых варьируется от 3 до 10 нм, имеющие узкие линии люминесценции, перестраиваемые в широком спектральном диапазоне длин волн. (ИПХФ РАН)

Разработан экспрессный метод формирования наночастиц палладия, платины и оксидов железа внутри гранул сверхсшитого нанопористого полистирола, на основе которого получены эффективные магнитные сорбенты, композиты для глубокой очистки воды от токсичных веществ и высокоактивные катализаторы реакций ароматических соединений. Магнитные сорбенты после сорбции целевых компонентов легко выделяются из суспензий методом магнитной сепарации, а катализатор отделяется от продуктов реакции и может быть использован многократно. (ИНЭОС РАН)

Изучены процессы самоорганизации в комплексных многокомпонентных системах, включающих амфифильные блок-сополимеры, организованные в мицеллы, полимерные звезды и щетки. Будучи сами наноразмерными объектами, такие полимеры склонны к образованию более сложных структур путем взаимодействия с химически комплементарными линейными макромолекулами. В таких комплексных системах ярко проявляются явления самоупорядочения, диктуемые звездообразной топологией, что приводит к образованию структур типа «ядро-оболочка» или «ядро-оболочка-корона», в которых ядро или оболочка состоят из интерполимерного комплекса. Обнаруженные явления открывают новые возможности для дизайна уникальных функциональных многоуровневых наносистем, которые могут найти применение в медицине для адресной доставки и контролируемого высвобождения лекарственных соединений, а также для создания новых нанодисперсных каталитических систем и др. (МГУ)

Разработаны методы синтеза N-амидиноаминокислот и их производных, содержащих гуанидиновую группу (N-амидино-пролин, циклокреатин, N-амидино-пироглутаминовая кислота), обладающие высокой устойчивостью к ферментативному расщеплению. Изучена возможность их практического использования на примере синтеза аналогов RGD-пептидов. Установлено, что эти короткоцепочечные пептиды с достаточно простой структурой обладают способностью связываться с интегринами – белками наружной оболочки клетки – и могут быть использованы в качестве противоопухолевых агентов и при разработке средств адресной доставки лекарственных веществ. (ИВС РАН)

П олучены новые фундаментальные знания о наноструктурах и впервые показаны пути перехода из наносостояния в макросостояние. На основе представлений об универсальном оптимуме, исходя из идеи существования «неорганического гена», построены структуры семейства минералов типа паулингита, сходных по структуре и числу атомов с некоторыми протеинами. Помимо известных типов структур паулингита, найден новый цеолит с параметрами кубической ячейки 25Å, названный ISC-1 (ИХС-1). Универсальный оптимум содержит необходимую информацию и ее материальный носитель (точные конфигурации, ген) для построения структуры вещества, начиная с элементарной наночастицы. Дальнейшее построение проходит в алгоритме клеточного автомата фон Неймана. (ИХС РАН)

Одномерная теория фильтрационного горения обобщена на случай двух пространственных переменных с учетом теплопотерь через боковую поверхность горящего образца. Компьютерными расчетами выявлена существенная неодномерность поля течений газа, приводящая к возникновению максимума глубины превращения вблизи боковой поверхности. Установлено качественное совпадение определенных экспериментально профилей распределения азота в продуктах горения порошка ниобия в азоте с теоретическими. Полученные результаты позволяют глубже понять закономерности фазообразования и формирования структуры конечных продуктов горения и открывают новые возможности для эффективного управления синтезом. (ИСМАН РАН)

С интезированы и исследованы новые гетероциклические фульгиды и этены, перспективные соединения для создания устройств оптической записи информации и ячеек памяти, проявляющие фотохромизм в растворах и в кристаллической фазе. Созданы высокоэффективные селективные органические флуоресцентные и фотопереключаемые хемосенсоры для исследования катионов щелочных, щелочноземельных и переходных металлов. (ЮНЦ РАН, НИИ ФОХ ЮФУ)

Insitu методами «дифракционного кино» в малых и средних углах с использованием синхротронного излучения исследован процесс термического разложения длинноцепочечных карбоксилатов серебра. Обнаружено образование монодисперсных наночастиц серебра размером
5–6 нм, которые упорядочены в периодические мезоструктуры. Отличием предложенного метода является отсутствие дополнительных операций, таких как приготовление коллоидных растворов с использованием поверхностно активных веществ. Полученная система перспективна в качестве стандарта при исследованиях с применением методов МУРР. (ИХТТМ СО РАН)

Разработаны методы синтеза массивов углеродных нанотруб, ориентированных перпендикулярно поверхности проводящей подложки, и найдены режимы электрохимического осаждения полианилина на поверхность нанотруб. Получен новый композиционный материал, удельная емкость которого в суперконденсаторе составила ~550 Ф/г, а уменьшение удельной емкости после 1400 циклов заряда-разряда – менее 2%. Разработанный материал перспективен для использования в суперконденсаторах. (ИНХ СО РАН)

Исследованы особенности структурных фазовых превращений в наноразмерных ян-теллеровских (ЯТ) системах. Показано, что перевод кристалла, содержащего ЯТ ионы, в нанокристаллическое состояние сопровождается существенным изменением параметров структурных фазовых переходов. Установлены зависимости температуры, скачка энтропии и скрытой теплоты фазового превращения от размера зерна. Предсказана возможность неоднофазного состояния нанокристаллической системы, т.е. одновременного присутствия в ней низкосимметричной и высокосимметричной ЯТ-фаз. Полученные теоретические результаты подтверждены полученными экспериментальными данными для системы Mn-O. Дано объяснение аномальной температурной зависимости параметра порядка наноразмерного оксида Mn3O4 в кооперативной ЯТ фазе. (ИМЕТ УрО РАН)

Синтезированы и исследованы новые типы твердых электролитов на основе моноалюмината калия, получаемые путем замещения катионов калия двухзарядными катионами (системы
K1-2XMXAlO2; M= Sr, Ba, Pb) и катионов алюминия пятизарядными катионами (системы
K2-2XAl2-XЭXO4; Э= P, V, Nb, Ta). Оптимальные составы полученных новых твердых электролитов по своим характеристикам (электропроводность более10–2 См·см–1 при 300 °С, и ~10-1 См·см–1 при 700 °С) являются одними из лучших твердых калиевых проводников, известных в настоящее время. (ИВТЭ УрО РАН)

Установлены условия формирования периодических доменных структур в легированных редкоземельными элементами  монокристаллах ниобата лития в плоскости, перпендикулярной оси выращивания. В нестационарных условиях гравитационная конвекция вызывает неосесимметричные течения в расплаве, в результате чего в центре и на периферии толщина теплового и концентрационного пограничного слоя различна. Чем меньше толщина пограничного слоя, тем быстрее кратковременные периодические осцилляции температуры вблизи границы кристалл –расплав приводят к изменениям скорости роста в пограничном слое и модуляции концентрации легирующей примеси. Как следствие, в плоскости, перпендикулярной оси выращивания, формируется регулярная доменная структура с периодом, уменьшающимся от центра к краю кристалла. (ИХТРЭМС КНЦ РАН)

Предсказан и синтезирован новый сверхпроводник – оксивисмутид никеля LaNiBiO (T ~ 4K), изоструктурный семейству слоистых FeAs сверхпроводников. На основе исследований его зонной структуры показано, что особенности электронного спектра, определяющие возникновение сверхпроводящего состояния для LaNiBiO и ВТСП SmFeAsO (T = 56K), подобны. (ИХТТ УрО РАН)

С целью получения высокочистых монокристаллов Si28, Si29 и Si30 , необходимых для создании изотопных решеток и квантовых точек, разработаны методы синтеза глубокой очистки и анализа моноизотопных силанов 28SiH4, 29SiH4 и 30SiH4. Предложенная технологическая схема процесса обес-печивает высокий выход и исключает изотопное загрязнение целевого продукта. Впервые получены моносиланы с содержанием основного изотопа (ат.%) 28SiН4 > 99,99, 29SiН4 > 99,9 и 30SiН4 > 99,9,
в которых концентрация 30-45 проконтролированных примесей летучих соединений других элементов не превышает 10-4 мол. %. (ИХВВ РАН)

М етодом высокочастотного магнетронного напыления получены однофазные покрытия из нанокристаллического гидроксиапатита на титане (нанотвердость покрытия более 10 ГПа). Исследован эффект пространственной неоднородности плазмы высокочастотного разряда магнетрона в формировании структуры покрытия. Изучены различные варианты модификации поверхности титана для увеличения адгезии. Достигнута величина адгезии – 12Н. (ГОУ ВПО Воронежский госуниверситет)

Изучена возможность превращения в алмаз фуллеренсодержащей фазы, синтезированной в порошковой системе железо-эвтектический чугун. Установлено, что при давлении 9,5 ГПа и температуре 930оС происходит образование локальной углеродной фазы, представляющей собой разупорядоченный графит, а с увеличением давления до 13 ГПа происходит синтез алмаза. Структура матрицы после обработки имеет дендритный характер и состоит из участков, твердостью
2000 HV0,05. Размер участков алмазной фазы составляет 10-40 мкм. Полученный результат используется при создании износостойких порошковых материалов для обработки и резки камня. (НЦ порошкового материаловедения ГОУ ВПО Пермский ГТУ)

Создан  новый высокопрочный ковочный сплав на основе системы Al-Zn-Mg-Cu-Zr, содержащий микродобавки серебра и скандия и технология изготовления из него кованых и прессованных полуфабрикатов деталей внутреннего силового набора (шпангоутов, фитингов, нервюр) перспективных самолетов. Разработана необходимая документация (ТР, ТУ). Из нового сплава получены промышленные партии полуфабрикатов, превосходящие аналогичные из серийных высокопрочных сплавов по прочностным свойствам на 15-30%, по характеристикам трещиностойкости и ресурса в 1,5–2 раза. Применение нового сплава позволит повысить весовую эффективность конструкции на 10 % и увеличить ресурс работы деталей перспективных самолетов – в 1,5 раза. (ФГУП «ВИАМ»)

На основе нанотехнологий созданы новые композиционные материалы: антифрикционные на смазке водой, вибропоглащающие и электро-изоляционные, служебные характеристики которых улучшены в два-три раза. На основе новых материалов организовано производство узлов трения гидротурбин, судовых гермопроводов и опорных амортизирующих реле для главных силовых установок строящихся кораблей, а также ограничителей напряжений подстанций городского электротранспорта. (ФГУП ЦНИИ КМ «Прометей»)

Разработан оптимально эффективный способ нанесения антикоррозионного композиционного покрытия на металлах и сплавах, на базе ПЭО-слоя с последующими операциями нанесения фракций ПТФЭ и термообработки. Такие композиционные слои, обладающие гидрофобностью и низкой пористостью, повышают сопротивление переменному току (модуль импеданса) на три порядка величины и, как следствие, снижают более чем в 10 раз токи гальванической коррозии контактирующих в морской воде пар: сталь - титан, сталь - алюминиевые сплавы. (ИХ ДВО РАН)

Исследовано влияние структурного состояния (от моно- до нанокристаллического) на магнитные свойства соединений R2Fe14B (R = Y, Tb, Dy, Ho), синтезированных с использованием высокочистых редкоземельных металлов. Получены новые данные о магнитных параметрах, намагниченности насыщения, коэрцитивной силе, температуре Кюри и остаточной намагниченности образцов R2Fe14B
в монокристаллическом, поликристаллическом и нанокристаллическом состояниях. Установлено,
что благодаря межкристаллитному обменному взаимодействию, величина коэрцитивной
силы в нанокристаллических образцах возрастает в 10 раз по сравнению с монокристаллами. (ИМЕТ РАН)

Впервые низкоградиентным методом Чохральского выращены крупные кристаллы Li2Zn2(MoO4)3 , как беспримесные, так и активированные ионами хрома, меди и гадолиния. Проведенные при комнатной температуре исследования люминесцентных характеристик беспримесных кристаллов показали рекордно короткие времена жизни люминесценции (λ = 387 нм, двухэкспонентный спад люминесценции с временами 2 и 6 нс), которые являются лучшими параметрами среди известных сцинтилляторов. (ИНХ СО РАН)

В рамках разработки катодных материалов для литий-ионных аккумуляторов проведено исследование синтеза железофосфата лития LiFePO4 с каркасной структурой – перспективного катодного материала – с применением метода механической активации. Показано, что введение углерода на начальной стадии синтеза уменьшает размер частиц и существенно улучшает электрохимические характеристики LiFePO4 в качестве катодного материала для литий-ионных аккумуляторов. (ИХТТМ СО РАН)

  1. Научные основы экологически безопасных и ресурсосберега-ющих химико-технологических процессов

Обнаружена реакция конденсации квадрициклана с винилсиланами, с помощью которой удалось осуществить синтез новых мономеров норборненового типа, содержащих объемные заместители – триметилсилильные группы. Важной особенностью полученных мономеров является их способность к активной виниловой полимеризации с образованием высокомолекулярных поликарбосиланов нового класса с боковыми Me3Si-группами – перспективных материалов для газоразделительных мембран. (ИНХС РАН)

Разработан металлоустойчивый катализатор крекинга мазута, который кроме цеолитсодержащего компонента, алюмооксидного связующего и структурного модификатора – глины, включает смешанный оксид магния-алюминия в качестве «ловушки» тяжелых металлов. Показано, что в процессе крекинга мазута смешанный оксид магния-алюминия связывает оксиды никеля и ванадия.
В результате активность цеолитного компонента катализатора сохраняется в течение времени, достаточного для его эффективного применения. Установлен механизм фиксации никеля и ванадия на такой каталитической композиции. (ИППУ СО РАН)

Разработаны новые наноструктурированные металл-углеродные катализаторы дегидрирования углеводородов. Введение металла в структуру углеродного носителя осуществляется in situ в процессе ИК-пиролиза композиции на основе полиакрилонитрила, детонационных наноалмазов (ДНА) и солей PtCl4 и RuCl3 при соотношении Pt:Ru=9:1, ПАН:ДНА=1:100 – 1:10. Методами рентгеноструктурного и рентгенофазового анализа установлено, что в условиях ИК-пиролиза in situ формируются наночастицы сплава Pt-Ru со средними размерами 6-8 нм. С использованием полученных катализаторов в мягких условиях достигнута 100%-ная конверсия циклогексана в бензол при
100%-ной селективности. (ИНХС РАН)

Предложены и изучены новые экстрагенты для гидрометаллургии. Их эффективность заключается в глубине извлечения (> 99,9%) целевых металлов из растворов и степени концентрирования в реэкстракте (х100). Область применения экстрагентов: в гидрометаллургии, гальванических производствах, технологии синтетических волокон – извлечение цинка из разбавленных сульфатных растворов с получением реэкстрактов 120-150 г/л Zn, при утилизации отработанных золотосодержащих электролитов гальванотехники, глубоком доизвлечении золота из сбросных растворов аффинажа. (ИХХТ СО РАН)

С целью устойчивого и экологически безопасного функционирования термоядерного реактора ИТЭР проведен цикл модельных экспериментов по анализу процессов переноса и осаждения углеводородных радикалов. Найдены температурные условия подавления осаждения и ускоренной рекомбинации углеводородных радикалов в стационарном потоке разреженного газа, состоящем из смеси водород/углеводороды. Определены вероятности гибели, осаждения и рекомбинации метил-радикала при столкновении с поверхностью металлов. Предложена конструкция теплового фильтра, способного существенно понизить накопление тритийсодержащих углеводородов в термоядерных реакторах. (ИФХЭ РАН)

Создан и освоен в промышленных условиях комплекс нового инжекционного оборудования и технологий введения порошкообразных материалов в металлические расплавы для науглероживания, дефосфорации, обессеривания, раскисления, ускорения шлакообразования, а также для нанесения защитных огнеупорных покрытий на футерованные поверхности металлургических агрегатов. Инжекционные установки, выпускаемые ООО «Новые металлургические технологии», успешно используются на 11 металлургических предприятиях России и ближнего зарубежья, только на ОАО «НТМК» (г. Нижний Тагил) и ОАО «ММК» (г. Магнитогорск) экономический эффект составил около 200 млн руб. в год. (ИМЕТ УрО РАН)

  1. Химические аспекты современной экологии и рационального природопользова-ния, включая научные проблемы утилизации и безопасного хранения радиоактивных отходов

Разработана технология переработки отходов горнопромышленных производств Северо-запада России с получением новых, не уступающих лучшим мировым образцам, сварочных материалов для строительства магистральных нефте- и газопроводов из хладостойких сталей повышенной категории прочности. Наноразмерность компонентов сварочных материалов и плавленых минеральных сплавов существенно повышает качество сварных швов. Производство опытно-промышленных партий продуктов реализовано на ОАО «Апатит», ОАО «ПО «Севмаш». Технология позволит обеспечить снижение экологического стресса на урбанизированных территориях региона Баренцева моря. (ИХТРЭМС КНЦ РАН, ФГУП ЦНИИ КМ «Прометей»)

Впервые предложен простой и высокоэффективный способ получения селективных мобильных сорбционных систем на основе природных алюмосиликатных материалов – аргиллитов, перлитов и туфов для дезактивации твердых сыпучих материалов. Определены физико-химические характеристики и морфологические особенности поверхности сорбентов и кинетика ее гидрофобизации органическими веществами в газовой среде. Изучены технологические свойства сорбентов (адсорбционная емкость, удельная поверхность и др.). Новые сорбенты прошли успешную лабораторную апробацию при адсорбции в статических условиях. (ИХ ДВО РАН)

Впервые выполнены исследования образцов геологического материала, отобранных из глубинного хранилища Сибирского химического комбината, свидетельствующие об удалении продуктов деления и актинидов на расстояние, не превышающее 100 м от нагнетательной скважины, при этом ореол распространения химических компонентов отходов достигает 300-350 м, что фиксируется по распространению несорбируемого компонента трития. Не обнаружено проникновения радионуклидов и трития в вышележащие горизонты. Полученные результаты подтверждают безопасность геологического захоронения РАО для существующих глубинных хранилищ. (ИФХЭ РАН)

Разработаны эффективные наноразмерные катализаторы с минимальным содержанием благородных металлов (Pd, Ru), обладающие высокой эффективностью и стабильностью
в агрессивных средах. Катализаторы могут быть использованы в процессах уничтожения токсич-
ных галогенсодержащих отходов, что позволит заменить дорогостоящие и опасные в технологиче-
ском отношении методы утилизации труднолетучих техногенных хлорсодержащих отходов, основанные на их сжигании в избытке нефтепродуктов, а также методы каталитического окисления, которые могут приводить к выделению диоксинов в окружающую среду. (МГУ, ИК СО РАН, ФГУП «НИФХИ»)

На основе поливинилового спирта, наполненного дисперсным материалом, созданы крио-
гель-адсорбенты. В качестве дисперсного наполнителя использованы образцы оксигидроксида
железа, полученные из осадка обезжелезивания артезианской воды. Получен криогель с равномер-
ным распределением осадка железа размером частиц 0,02–0,04 мкм. Степень извлечения нефти, фенола и микроорганизмов из водных сред составляет 97,9; 95,5 и 99% соответственно. (ИХН
СО РАН)

  1. Химические аспекты энергетики: фундаментальные исследования в области создания новых химических источников тока, разработки технологий получения топлив из ненефтяного и возобновляемого сырья, высоко-энергетических веществ и материалов

Нитрование органических соединений впервые осуществлено в среде жидкого и сверхкритического диоксида углерода (ск-СО2). Применение в качестве растворителя ск-СО2 позволило повысить селективность и значительно уменьшить взрыво- и пожароопасность процесса получения нитраминов – важнейшего класса энергоемких веществ. Реализованы различные пути синтеза ранее неизвестных высокоэффективных энергоемких соединений в ряду нитропроизводных алифатических N-α-нитроалкилдиазен-N-оксидов. (ИОХ РАН)

Впервые проведено нитрамидирование природных аминокислот и спиртов путем взаимодействия N,N´-динитромочевины с глицином и борнеолом с получением перспективных компонентов для высокоэнергетических газогенерирующих составов, а также биологически активных веществ. Показано, что получение нитраминокислот протекает через последовательно-ступенчатое образование кислых и средних солей N,N´-динитромочевины и глицина. (ИПХЭТ СО РАН)

Разработаны: новый анодный катализатор RuV, отличающийся высокой удельной активностью и стабильностью, улучшенный катодный катализатор CoFe/C, толерантный к этанолу, а также наноразмерный катализатор состава Ni8.6RuF1.18/C, высокоактивный и стабильный в реакции прямого электроокисления боргидрида натрия. На их основе разработан и испытан топливный элемент этанол-воздух с электродами размером 25 см2 и максимальной удельной мощностью 90-100 мВт/см2, что, по крайней мере, вдвое превышает зарубежные данные, полученные при использовании платиновых катализаторов. Это открывает реальные возможности создания высокоэффективных автономных энергетических установок различного назначения. (ИФХЭ РАН)

Предложены новые эффективные ингибиторы, обеспечивающие подавление детонации водородо-воздушных смесей любого состава при повышенных начальных давлениях до 600 кПа и различных способах инициирования. Результаты подтверждают ведущую роль цепной лавины в возникновении и распространении детонации при указанных условиях и необходимость ее учета при объяснении многих важных закономерностей процесса. (ИСМАН РАН)

Предложен новый подход к использованию полиолов растительного происхождения, образующихся в производстве энергоносителей из возобновляемого сырья (биоэтанол, биодизель), в качестве оксигенатных компонентов высокооктановых топливных композиций. Показано, что наибольший октанповышающий эффект и фазовая стабильность композиции достигаются при использовании кеталей с эквимольным количеством спиртов. Созданы и испытаны топливные композиции на основе циклических кеталей. Зарегистрирован значительный прирост октанового числа. (ИБХФ РАН)

Впервые экспериментально (ИХФ РАН) и теоретически (ИАП РАН) показано, что установка в трубе осесимметричного препятствия специальной формы (сопла) позволяет обеспечить управляемый переход очень слабой ударной волны в детонацию в стехиометрической пропано-воздушной смеси при нормальных условиях и при скорости ударной волны на входе в сопло выше 68020 м/c, что приблизительно соответствует числу Маха 2. Многократные отражения ударной волны от стенок сопла приводят к детонационному взрыву, распространяющемуся со скоростью на уровне 2 км/с. Полученный результат имеет важнейшее значение для разработки новых систем реактивного движения с детонационным сжиганием топлива и мощных импульсных детонационных горелок для отечественной промышленности. (ИХФ РАН, ИАП РАН)

С целью создания электромеханических преобразователей энергии специального назначения проведены работы по исследованию новых наноматериалов для различных деталей конструкции – немагнитная сталь повышенной прочности с пределами текучести не менее 1600 МПа, структурированная наночастицами титана, серебра и кобальта для изготовления бандажного стакана ротора и аморфное металлическое антифрикционное покрытие ротора на основе железа-АМАГ-200 (Fe Si B2 Nb Cu). Разработаны требования к характеристикам новых наноматериалов, применение которых позволит существенно улучшить массогабаритные показатели электромеханических преобразователей энергии. (ИХС РАН)

  1. Химические проблемы создания фармакологически активных веществ нового поколения

Синтезированы и исследованы новые водорастворимые органические (на основе динитрометильных производных симметричного триазина) и металл-органические (на основе активных сайтов нитрозильных [2Fe-2S] белков с серосодержащими алифатическими лигандами природного происхождения) доноры NO, обладающие прямой противоопухолевой активностью и улучшенной биодоступностью. При применении замещенного хлординитрометилтриазина получен значительный антиметастатический эффект: на метастазирующей модели карциноме Льюиса, являющейся устойчивой к химиотерапии, индекс ингибирования метастазов составляет 98%. Впервые экспериментально доказано, что сера-нитрозильные комплексы железа проявляют высокий антипролиферативный эффект и являются индукторами апоптоза на человеческих опухолевых клетках линий различного генеза: К562 (хронический эритробластный миелолейкоз), LS174T (карцинома толстого кишечника), SKOV3 (карцинома яичника). (ИПХФ РАН)

Обнаружено гиперактивирующее воздействие внешних магнитных полей (100-700 Эрстед) на 25Mg2+-спин-селективный катализ, обеспечиваемый рядом ферментов семейства киназ (креатинкиназа, α-глицерофосфаткиназа, фосфенолпируваткиназа). Исследован механизм данного варианта магнитного изотопного эффекта, отсутствующего в случае активации ферментов ионами 24Mg2+ и 26Mg2+. Разработан метод адресной доставки 25Mg2+ в клетки миокарда крыс, страдающих от медикаментозной гипоксии, с помощью катионных порфирин-фуллереновых наночастиц РМС16. (ИХФ РАН)

Разработаны новые специальные методы стереонаправленного построения гликозидной связи и превращения азидо-производных сахаров. С использованием этих методов впервые проведен полный синтез пентасахаридной гликоформы внешнего кора липополисахарида Pseudomonas aeruginosa (синегнойной палочки) – одного из основных и наиболее опасных видов госпитальной инфекции. Данное соединение получено для использования в качестве молекулярного зонда при изучении механизма развития инфекции, вызываемой этой бактерией, и для разработки противомикробных лекарств и иммунологических диагностикумов новых типов. (ИОХ РАН)

В результате фундаментальных исследований процессов образования полимерных гелей в замороженных системах разработаны оригинальные широкопористые трехмерные подложки для культивирования животных (в том числе стволовых) клеток, что открывает широкие перспективы для создания биоинженерных конструкций животных тканей и искусственных органов. (ИНЭОС РАН)

С целью создания высокоселективных сорбентов для удаления из организма пациентов токсичного метаболита мочевой кислоты, вызывающей подагру, осуществлен синтез сшитых полимеров на основе диметиламиноэтилметакрилата и диметакрилата этиленгликоля, имеющих в своей структуре молекулярные отпечатки мочевой кислоты. Исследование сорбционных свойств показало, что полученные сшитые полимеры связывают мочевую кислоту, как из модельных водных растворов, так и из перитонеальной жидкости пациентов, больных подагрой. (ИВС РАН)

Помещение нитроксильного радикала внутрь липосом и обработка липосомы грамицидином А обеспечивает трансмембранный перенос протонов и позволяет существенно увеличить время жизни спинового зонда в биологических образцах. Чувствительный спиновый зонд, заключенный внутри липосомы позволяет измерять рН, а также концентрации NO и О2 в биологических объектах, таких как кровь, гомогенаты, образцы тканей, культуры клеток, изолированные органы и подопытные животные. Результаты важны для биологии и медицины с целью создания новых диагностических методов. (НИОХ СО РАН)

Установлена противоопухолевая активность нового препарата барназа, являющегося термо-стабильным до 540 белком ферментом рибонуклеазы, полученного генноинженерным путем из клеток E.coli. Выявлена способность барназы существенно усиливать действие лазерной гипертермии – одного из наиболее актуальных методов лечения онкологических заболеваний. Обнаружено, что раздельное применение гипертермии и барназы приводит к торможению роста опухоли у подопытных животных на 50%, тогда как их совместное применение приводит к резкому усилению цитотоксического эффекта и вызывает полное ингибирование роста опухоли. (ИБХФ РАН)

Определены условия для оптимальной концентрации и времени действия этанола на изменение профиля сериновых изотопомеров в культуре клеток печени, метаболизирующих 13С-меченный глицин. Показано, что закрывание пориновых каналов сопровождается возрастанием содержания супероксид радикалов, окислительным стрессом и ускорением/облегчением открывания
Ca2+-зависимой поры. Работа проводилась совместно с коллективом Университета Северной Каролины (США) и Гематологическим научно-исследовательским центром РАМН. (ЦТПФХФ РАН)

Изучен обезболивающий эффект и токсичность аэрозольных частиц ибупрофена в ингаляционных экспериментах на мышах. Эффективность осаждения ибупрофена в легких измерена в зависимости от размера частиц. Показано, что эффективность аэрозольного введения ибупрофена на 5 порядков выше, чем перорального, т.е. для достижения одного и того же терапевтического эффекта (индекса обезболивания) доза при ингаляционном введении может быть снижена на 5 порядков по сравнению с пероральным введением. (ИХКГ СО РАН, НИОХ СО РАН, ИХТТМ СО РАН, ИТПМ СО РАН)

На основе терпенофенолов получена серия потенциальных физиологически активных соединений. Синтезированы конъюгаты, содержащие в молекуле терпенофенольный и порфириновый фрагменты, соединенные при помощи амидной и сложноэфирной связей. Физиологические испытания некоторых аминометилфенолов проведенные на лабораторных животных показали противовирусную, противовоспалительную, гемореологическую активность и антиоксидантные свойства. (ИХ Коми НЦ УрО РАН)

Разработана переносная система экспресс-анализа микроорганизмов, в том числе особо опасных, в полевых условиях методом полимеразной цепной реакции. В систему входят прибор для автоматической экстракции нуклеиновых кислот и экспресс-анализатор, позволяющий обнаружить до четырех специфических фрагментов ДНК одновременно. Анализатор по чувствительности и времени анализа не уступает зарубежным приборам, но имеет меньший вес и позволяет выполнять анализы в стандартных одноразовых пробирках. В систему входят наборы реактивов и адаптированные тест-системы молекулярной диагностики социально-значимых и особо опасных инфекционных болезней людей и животных. (ИнАП РАН)

Синтезирован ряд полиметаллоакрилатов, одновременно обладающих локальным гемоста-тическим и канцеростатическим действием. Выявлено, что наиболее эффективным препаратом является аргакрил. Препарат обладает выраженным противоопухолевым действием в отношении карциномы Льюиса, ингибируя рост опухоли на 90% и увеличивая срок жизни животных на 46%, а также проявляет умеренную эффективность на трёх других опухолевых моделях – аденокарциноме Акатол, аденокарциноме Са-755, меланоме В-16, вызывая торможение их роста на 30% по сравнению с контролем. (ИрИХ СО РАН)

VI. БИОЛОГИЧЕСКИЕ НАУКИ

  1. Биологическое развитие и эволюция живых систем

В области биологии развития получены новые данные об особенностях дифференцировки и трансдифференцировки на модели стволовых клеток, полученных из разных тканей и органов млекопитающих, включая человека. Показана способность пигментного эпителия глаза дифференцироваться в клетки нервной системы; стволовых клеток из жировой ткани – в клетки, формирующие костную ткань; стволовых клеток мышц - в миофибриллы. Эти результаты служат экспериментальным подтверждением постулированного ранее явления трансдифференцировки и научной базой для проведения заместительной клеточной терапии при различных патологиях. Впервые разработана модель, на которой могут быть воспроизведены процессы морфогенеза, включающие различные типы клеток человека, in vitro. (ИБР РАН)

При изучении становления иммунитета в онтогенезе млекопитающих в развивающемся тимусе крыс была обнаружена четкая корреляция между процессами, происходящими на клеточном (созревание и селекция Т- лимфоцитов) и молекулярном (изменения протеасом – внутриклеточных структур деградации белков) уровнях. (ИБР РАН)

В эксперименте на борту исследовательского спутника Фотон М3 показано, что в условиях невесомости происходит усиление деления клеток и ускорение восстановления тканей и органов у тритонов; в основе этих явлений лежит изменение экспрессии цитокина FGF2 и белка теплового шока HSP90. (ИБР РАН)

На основе новых разработанных методов генетического анализа получена информация о контроле сложных признаков, в частности, роста человека. Проанализировано около 3000 представителей единой родословной, обнаружено три района на хромосомах 1, 2 и 16, оказывающих значимое влияние на рост; два из этих районов содержат ранее не описанные гены. (ИЦиГ СО РАН)

На примере массовых видов сипункулид Японского моря впервые показано, что у всех изученных видов формирование первой пары щупалец головного щупальцевого аппарата (независимо от его конструктивного типа) осуществляется из двулобого терминального участка эписферы, хорошо заметного уже на стадии пелагосферы. (ИБМ ДВО РАН)

Разработаны теоретические положения и методология изучения репродукции живородящих растений в естественных условиях и при интродукции; сформулирована новая концепция о механизмах формирования двух типов транспорта ассимилятов у двудольных растений. (БИН РАН)

В области изучения эволюции живых систем продолжены исследования фактической последовательности появления и развития крупных групп организмов в геологической летописи; они позволяют сделать выводы о существовании на Земле прокариотной жизни, по крайней мере, с начала формирования первых осадочных пород (3,8 млрд лет назад); о появлении эукариотных организмов с конца архея (2,9 млрд лет назад) и о кембрийском времени формирования всех современных типов животных (540 млн лет назад). Проделанная работа значительно уменьшает неполноту палеонтологической летописи и является основой для разработки современной модели эволюции живых систем организменного и надорганизменного уровней сложности. (ПИН РАН)

Для понимания последовательности появления и развития всех современных типов животных большое значение имеет выход в свет двух монографий по опорным разрезам кембрия Сибири, в которых приведены данные о первом появлении и распространении в этом ключевом районе древнейших групп фанерозойской фауны, что позволяет убедительно предложить представленные разрезы в качестве стратотипов Международной стратиграфической шкалы. (ПИН РАН)

Опубликована наиболее полная в мире сводка по палеоэнтомологии, содержащая обзор палеоэнтомологических методов и подходов, историю палеоэнтомологии, тафономию насекомых, их предисторию. (ПИН РАН)

В монографии «Ископаемые позвоночные России и сопредельных стран. Ископаемые рептилии и птицы» впервые представлены все известные к настоящему времени данные по примитивным рептилиям из отложений конца палеозоя-начала мезозоя. Разработана новая гипотеза происхождения полета у птиц и тероподных динозавров. Результаты исследований по зверообразным тетраподам опубликованы в монографии «Черепная морфология диноморфных эутерапсид». Показано, что эта группа сформировалась уже в карбоне, но проблема защиты тела от высыхания была решена ими путем выработки шерстеобразного покрова совместно с регулирующими испарение потовыми железами. Это кардинальное отличие тероморф от рептилий позволяет рассматривать их как особый класс тетрапод. (ПИН РАН)

Изучена археотектоника перьев реликтовых древненёбных птиц и выдвинута гипотеза об эволюционном сценарии развитии пера; определены пути, механизмы и предпосылки становления прямого развития у амфибий, выявлены тенденции его эволюции. (ИПЭЭ РАН)

На основе сравнительного анализа коммуникативных систем птиц семейства Сорокопутовые выдвинута гипотеза, согласно которой дивергенция этих систем может происходить путем перекомбинации исходных «признаков-задатков», уже существовавших у первоначально компактной группы видов, предковой для семейства в целом. (ИПЭЭ РАН)

На модели преобразования парных плавников саркоптеригий в скелет парных тетраподных конечностей разработана концепция тетраподизации и выдвинута концепция о происхождении тетраподной конечности от бисериального архиптеригия, который, возможно, был исходным и для всех саркоптеригий. (ИПЭЭ РАН)

Для целей систематики и филогении проведено сравнительно-анатомическое изучение плодов, древесины, листа и генеративных органов ряда таксонов растений из коллекционных фондов Ботанического музея, что позволило подготовить монографию «Сравнительная карпология семейства Urticaceae» и уточнить филогенетические связи между таксонами. (БИН РАН)

Установлено, что вследствие катастрофической аридизации климата в среднем голоцене на юге территории России произошло опустынивание ландшафтов и конвергенция почвенного покрова с преобразованием зональных каштановых почв и солонцов в каштановидные карбонатные засолённые почвы; 4300-3800 лет назад они занимали в регионе доминирующее положение. Во 2-м тысячелетии до н.э. гумидизация климата обусловила вторичное формирование комплексов каштановых почв и солонцов. (ИФХБПП РАН)

  1. Экология организмов и сообществ

Активно развивались исследования в области фундаментальной и прикладной экологии, направленные на сравнительные исследования структурно-функциональной организации природных экосистем разных биомов, в первую очередь, бореальных лесов России, играющих важную роль в регуляции газового состава атмосферы Земли, моделирование и прогнозирование динамики экосистем и популяций отдельных видов под влиянием природных и антропогенных факторов, разработку методов неистощительного использования ресурсных видов и сообществ.

В области мониторинга и моделирования динамики природных экосистем разработана методика картографирования лесов по спутниковым данным; создана модель углеродного бюджета лесов, позволяющая прогнозировать динамику лесных экосистем при различных сценариях управляющих и нарушающих воздействий; разработана система критериев и индикаторов экологической ценности лесных территорий, апробированных с использованием наземной и дистанционной информации; усовершенствована методика оценки повреждения лесной растительности насекомыми, вредителями и лесными пожарами (ЦЭПЛ РАН). Подведены итоги 25-летнего мониторинга сосновых лесов в условиях интенсивного техногенного загрязнения. (БИН РАН)

На основе многолетних наблюдений динамики водных сообществ бессточного озера Маныч-Гудило выявлен дисбаланс продукционно-деструкционных процессов, как следствие прогресс-сирующего осолонения. (ИАЗ ЮНЦ РАН)

В области изучения влияния современного климатического тренда на природные сообщества разработаны новые методологические подходы и методы, на основании которых получены данные по состоянию экосистем и сделаны прогнозы их возможных трендов при разных сценариях климатических изменений.

Для условий Арктики разработан и апробирован метод, позволяющий на основе радиояркости температур в различных диапазонах и поляризациях вести мониторинг состояния льдов при любой освещенности и облачности; по данным спутникового мониторинга установлено, что в районах Чукотского и Бофортова морей лед отступил на 1000-1200 км севернее склона континентального шельфа – наиболее биологически продуктивной акватории для моржа и белого медведя, что ставит эти виды в экстремальные условия. (ИПЭЭ РАН)

Подтверждена устойчивая тенденция увеличения глубины оттаивания и сокращения площади вечной мерзлоты в районах ее спорадического распространения в Европейской России. (ЦЭПЛ РАН)

Проведен анализ влияния современного изменения климата на процессы болотообразования. (ИЛАН РАН)

Выявлены фенологические сбои в воспроизводстве сиговых рыб в р. Оби за последние годы, что рассматривается, как результат изменений климата (ИЭРиЖ УрО РАН). Разработаны теоретические и методологические положения прогнозной концепции «Глобальные изменения на локальном уровне при изменении климата», на основе которых сделан прогноз изменений биопродуктивности Волжского бассейна при различных сценариях климатических изменений. (ИЭВБ РАН)

Разработаны сценарии вероятных изменений эколого-топологической структуры растительности лесостепи и уровня почвенной мерзлоты на территории Забайкалья при глобальном потеплении климата. (ИОЭБ СО РАН)

В области исследования влияния индустриальных загрязнений и антропогенных нарушений разработаны балансовые модели миграции и накопления техногенных радионуклидов в бассейнах крупных рек Западной Сибири в целях прогнозирования загрязнения природной среды. (ТБС РАН)

Составлена крупномасштабная (1:1000000) карта землепользования в Южной Карелии в соответствии с новой «Классификацией почв России», позволившая уточнить данные о реальном состоянии почвенного покрова в связи с его антропогенной трансформацией за последние десятилетия (ИБ КарНЦ РАН); опубликован атлас почвенно-геохимических карт Республики Карелия. (ИЛ КарНЦ РАН)

Созданы карты засоленных, эродированных и эрозионно-опасных почв Дагестана и карта почвенно-экологического районирования дельты р. Самур. (ПИБР ДагНЦ РАН)

На основе имитационных моделей, отражающих распределение осадков, крутизну склонов, водопроницаемость и минерализацию почв, для горных лесов Прибайкалья дана пространственно распределенная оценка развития и затухания эрозионных процессов в связи с характером и уровнем антропогенного воздействия. (ИЛ СО РАН)

Картографо-аналитическая информация по состоянию агроландшафтов и лесных территорий России включена в «Национальный атлас России». Проведен анализ мелиорируемых агроландшафтов, оценена степень распаханности и структура посевных площадей. (ИФПБ РАН)

В области исследования адаптаций организмов и биотических отношений в природных сообществах выявлены морфологические и биохимические особенности корневищных многолетних травяных растений с разной экологической стратегией. (ИБ КомиНЦ РАН)

В математических моделях проанализировано влияние пресса хищников на продуктивность нереста тихоокеанских лососей на примере взаимодействий медведей и нерки. (ИБМ ДВО РАН)

Впервые установлено, что при нересте клариевых сомов вымету икры предшествует серия электрических импульсов, генерируемая самкой. Такие серии импульсов не наблюдались при каких-либо иных формах социального поведения других биологических объектов (ИПЭЭ РАН). Выявлены стратегии поведения мелких млекопитающих в условиях антропогенно измененной среды в условиях Кавказа (земледелие, выпас скота, рубка леса) (ПИБР ДагНЦ РАН). Проведен эколого-ценотический анализ эндемичных, редких и исчезающих видов флоры Восточного Кавказа (ГБС ДагНЦ РАН). Выявлены механизмы индукции локальной и системной устойчивости растений к паразитическим нематодам; впервые отмечен закономерный характер связи морфологических изменений у нематод с уровнем экспрессии защитных реакций растений. Показано, что у отдельных видов пресноводных рыб с широкими ареалами (сибирский осетр, лещ, окунь) существуют популяции с разными стратегиями воспроизводства. (ИПЭЭ РАН)

Впервые для пелагических экосистем прибрежной зоны замерзающих арктических морей определена структура годового продукционного цикла микроводорослей. (ММБИ КНЦ РАН)

Экспериментально подтверждена гипотеза, согласно которой эффективность передачи по трофической цепи физиологических важных соединений (незаменимые полиненасыщенные
жирные кислоты семейства ώ3 выше (в 3 раза – для бентосных и планктонных организмов),
чем эффектив-ность переноса общего органического вещества, составляющая около 10%. (ИБФ СО РАН)

Установлено влияние различных климатипов деревьев на совокупность некоторых химических и микробиологических свойств почв. Выявлено, что генетическое разнообразие бактериального сообщества более чувствительно к влиянию климатипов по сравнению с почвенно-химическими свойствами почвы. (ИПА СО РАН)

В области прикладной экологии разработаны предложения по методологии экосистемного управления лесопользованием в зоне интенсивного лесного хозяйства (ЦЭПЛ РАН). Исследованы зональные закономерности обмена веществ в бореальном ельнике с целью использования при создании высокопродуктивных хвойных насаждений методами естественного и искусственного лесовосстановления (ИБ КомиНЦ РАН). Изучены механизмы регуляции структуры насаждений березы в зависимости от климатических факторов и антропогенных воздействий и разработана концепция оптимизации структуры насаждений на основе методов экологической инженерии (ИЛ КарНЦ РАН). Разработаны и опубликованы научно-практические рекомендации по разведению кабарги. (ИПЭЭ РАН)

Проведена оценка последствий аварийного разлива нефти в Керченском проливе (ноябрь 2007 г.) для околоводных и водоплавающих птиц. (ММБИ КНЦ РАН, ИАЗ ЮНЦ РАН)

Оценено содержание углерода микробной массы в разных почвах природных и сельскохозяйственных экосистем, отличающихся по содержанию органического вещества и его минерализационной способности. (ИФХБПП РАН)

Впервые исследованы кинетика и термодинамика процесса адсорбции клеток родококков на поверхности гидрофобизованных органических носителей. Установлены параметры, определяющие наиболее благоприятные условия для закрепления клеток родококков, обеспечивая их максимальную метаболическую активность. Полученные данные позволят более эффективно использовать биопрепараты на основе родококков для проведения биоремедиации нефтезагрязненных почв. (ИЭиГМ УрО РАН)

С целью мониторинга спектра микроорганизмов собственной и инородной микробиоты человека методом газовой хроматомасс-спектрометрии разработаны методики отбора, дозирования, высушивания и извлечения биопроб с сорбирующих поверхностей. (ИМБП РАН)

  1. Биологическое разнообразие

В исследованиях биологического разнообразия приоритетными направлениями является инвентаризация таксономического и экологического разнообразия организмов, сообществ, экосистем и изучение экосистемных функций разнообразия, как основы сохранения баланса биосферных процессов.

В области инвентаризации биоразнообразия России и сопредельных стран активно развивалось использование информационных технологий. Разработаны WEB–ориентированные информационные системы и базы данных: ZOODIV «Биоразнообразие животных России» (120 тыс. таксонов), «Флора сосудистых растений России» (12 тыс. видов), «Конспект Панарктической флоры» (2272 вида) (БИН РАН, ЗИН РАН). База данных о фондовых коллекциях амфибий и рептилий ЗИН РАН интегрирована в международный проект HerpNet, (http://www/herpnet/org).

Подготовлена и опубликована серия монографий по таксономии животного и растительного мира, существенно расширяющих наши представления о биоразнообразии на видовом и экосистемном уровнях. (БИН РАН, ИПЭЭ РАН, ЗИН РАН и др.)

В области изучения разнообразия растительного мира завершено издание 10-томного «Определителя лишайников России», опубликованы 15-й выпуск «Определителя грибов России», первая сводка по антиархам центральных и южных областей Европейской части России, 3-й том «Флоры Кавказа», очередной выпуск сводки «Растения Центральной Азии» (БИН РАН), сводки по видовому разнообразию лишайников (1029 видов) и лихенофильных (86 видов) и сапрофитных
(24 вида) грибов Мурманской области (ИППЭС КНЦ РАН), «Сосудистые растения Республики Коми (1158 видов из 423 родов и 114 семейств)» (ИБ КомиНЦ РАН), «Лекарственные растения Среднего Урала (справочник-определитель)» (БС УрО РАН), сводка «Высшие базидиомицеты лесных и луговых экосистем Жигулей» (БИН РАН) и др. обобщающие публикации; впервые составлен список видов печеночников России (450 видов) (ПАБСИ КНЦ РАН); завершено геоботаническое и флористическое изучение широколиственных лесов Предгорного и Высокогорного Дагестана (ГБС ДагГНЦ РАН); изучено биоразнообразие лихенобиоты Сибири (1910 видов из 326 родов и 94 семейств) и проанализировано распределение видов лишайников по горным поясам и по различным типам растительных сообществ (ЦСБС СО РАН). На Дальнем Востоке описаны 7 новых для науки видов грибов (БПИ ДВО РАН). Изучено биоразнообразие представителей фитопатогенных бактерий Xanthomonas. Получены расо/видо-специфичные молекулярные маркеры для ксантомонад, патогенных для растений. Создана база данных для оценки влияния состава генов вирулентности на динамику генетического разнообразия бактерий этого рода. (ЦБ РАН)

Основным достижением в области исследования разнообразия термофильных прокариот является выделение термофильных нитрифицирующих архей, обитающих в горячих источниках Байкальского региона. Из осадков содовых озер выделена новая галоалкалофильная бактерия, представляющая новый порядок в классе Actinomycetalis. Из лесной кислой почвы выделены 3 штамма метилотрофных бактерий, представляющие новый род Methylovirgula gen. nov. (ИНМИ РАН)

В области изучения разнообразия животного мира проведена оценка систематического разнообразия ветвистоусых раков мировой фауны (620 видов); опубликованы «Атлас-определитель личинок массовых видов усоногих раков (Cirripedia, Thoracica) прибрежных морей России», «Усоногие раки Вьетнама и их значение в сообществах обрастания», «Каталог чешуекрылых России» (8879 видов из 2166 родов), «Определитель моногеней пресноводных рыб Палеарктики» (на англ. яз.), атлас ихтиопланктона, включающий сведения о распространении, сроках и условиях нереста 184 видов костных рыб с описанием особенностей ювенильных стадий, необходимым для проведения экосистемных и мониторинговых исследований ихтиопланктона Российских вод Японского моря, «Птицы Эвенкии и сопредельных территорий», «Сорокопуты (семейство Lanuiidae) мировой фауны: экология, поведение, эволюция», «Ящерицы Вьетнама» (ИПЭЭ РАН, ЗИН РАН, ИБМ ДВО РАН, ИБПК СО РАН и др.); для территории Ростовской области разработан кадастр животного мира, включающий 3201 вид (ИАЗ ЮНЦ РАН). Подготовлена первая сводка по фаyне изопод Японского моря и сопредельных территорий - 506 видов (ИБМ ДВО РАН). Установлено, что антропогенная трансформация среды в таёжной зоне Северо-Запада России способствовала росту общего видового разнообразия орнитофауны. (ИБ КарНЦ РАН)

Впервые обобщены результаты многолетних исследований ихтиофауны речных бассейнов Чукотки. В составе ихтиофауны, насчитывающей 53 вида рыб и рыбообразных, обнаружены сибирские и североамериканские виды, относительно большое число эндемиков (ИБПС ДВО РАН). Проведена инвентаризация современного таксономического разнообразия хищных птиц Цетральногог Кавказа и птиц Северной Колхиды. (ИЭГТ КБ НЦ РАН)

В области изучения географического распределения биоразнообразия на территории России завершена монографическая критическая обработка высших споровых, голосеменных и части семейств класса однодольных растений Даурии – целостного ботанико-географического региона, расположенного в пределах России, Монголии и Китая; уточнено ботанико-географическое районирование Даурии как самостоятельной ботанико-географической подобласти в рамках Восточноазиатской ботанико-географической области (БСИ ДВО РАН). Создана среднемасштабная картографическая модель пространственной организации лесного пояса Алтае-Саянской горной области, выполненная на основе ГИС-технологий (ЦСБС СО РАН). Для этого же региона на основе данных дистанционного зондирования и цифровых моделей рельефа созданы крупномасштабные карты почвенного покрова степных межгорных котловин (ИПА СО РАН). Составлены карты «Структура почвенного покрова Центральной зоны Байкальской природной территории» (масштаб
1 : 3000000) (ИОЭБ СО РАН), карта природного и культурного наследия Республики Башкортостан, с указанием ценных дендрологических объектов (генетические резерваты, географические культуры, старовозрастные деревья и др.), важных для сохранения биоразнообразия региона (БСИ УНЦ РАН). Разработаны индикаторы оценки пригодности нарушенных земель для биологической рекультивации, включающие основные эколого-почвенные характеристики техногенных элювиев. Произведена типизация нарушенных земель по степени их восстановленности. Выделены следующие типы экосистем: восстанавливающиеся полностью, частично, медленно и практически не восстанав-ливающиеся. (ИЭЧ СО РАН)

Показано, что энтомофауны северной части Азии и высокогорий Алтая имеют общие корни, обусловленные происхождением в период оледенения, когда существовала единая холодолюбивая фауна, ушедшая частично вслед за отступившими в Арктику ледниками, и частично поднявшаяся в среднегорья, а затем - в высокогорья. (ИСиЭЖ СО РАН)

В области изучения разнообразия сообществ и экосистем опубликована монография «Мониторинг биологического разнообразия лесов России: методология и методы» (ЦЭПЛ РАН). Подготовлены картографические данные ГИС болот и заболоченных местообитаний на территории России с учетом их облесенности (ИЛАН РАН). Проведена оценка состояния биоразнообразия эстуария р. Невы – крупнейшего в Европе (ЗИН РАН). Создана информационная база данных для 255 рек Восточной Фенноскандии; проанализированы причины разнообразия ряда популяционных характеристик атлантического лосося, выявлены гидрологические и гидрографические показатели, необходимые для его воспроизводства. (ИБ КарНЦ РАН)

Опубликованы монографии «Сосновые леса России» (ИЛАН РАН) и «Типы лесов Карелии», в которой разработана схема динамической типологии лесов Восточной Фенноскандии (ИЛ КарНЦ РАН). Разработана классификация растительности коренных лесов Южного Урала (ИБ УНЦ РАН). Для территории заповедника «Столбы» (Восточные Саяны) – одной из наиболее значимых для Сибири особо охраняемых природных территорий – разработана классификация растительности и составлена серия карт в целях долгосрочного экологического мониторинга. (ИЛ СО РАН)

Завершен инвентаризационный этап исследований состояния, динамики и мониторинга наиболее значимых биоресурсов Дальнего Востока России. Опубликованы монографии «Биологические ресурсы Дальнего Востока России: комплексный региональный проект ДВО РАН», «Комплексные исследования в бассейне р. Амур». (БПИ ДВО РАН, ИКАРП ДВО РАН, ТИБОХ ДВО РАН)

Опубликованы монографии «Организация сообществ жужелиц», «Пространственно-экологическая структура популяций грызунов» (ИПЭЭ РАН). Подготовлена монография «Основы ландшафтной экологии Европейских таежных лесов России» (ИЛ КарНЦ РАН). На основе маршрутных исследований собраны данные ГИС лесов и почв Карелии для составления почвенного атласа Карелии и анализа состояния лесовосстановления на Северо-Западе России (ИЛ КарНЦ РАН). Впервые на Дальнем Востоке проведено исследование балластных вод судов, в которых обнаружены потенциально токсичные виды микроводорослей и микроскопических мицедиальных грибов. (ИБМ ДВО РАН)

Выполнен большой цикл работ по изучению разнообразия паразитоценозов: опубликованы сводки «Систематика и биология паразитов», «Паразитизм как форма симбиотических отношений», «Биоразнообразие и экология паразитов наземных и водных ценозов». (ЦП ИПЭЭ РАН)

В области работ по сохранению биоразнообразия изданы 2-й том «Красной книги Российской Федерации», включающей 676 видов растений (с участием специалистов МПР, ОБН РАН, МГУ и др.), «Красная книга Свердловской области», в которой систематизированы сведения о распространении, изменениях численности, особенностях биологии, лимитирующих факторах и мерах охраны 244 видов и подвидов грибов, растений и животных (ИЭРиЖ УрО РАН), «Красная книга Чукотского автономного округа» (ИБПС ДВО РАН), «Красная книга Приморского края. Растения» (БПИ ДВО РАН). Разработана концепция развития сети особо охраняемых природных территорий в Республике Карелия (ИБ КарНЦ РАН). Проведена детальная оценка современного состояния пресноводной и наземной малакофауны Дальнего Востока России; выявлены редкие и исчезающие виды моллюсков, определена их природоохранная категория (БПИ ДВО РАН). Для территории Хабаровского края сформирована база данных по редким и исчезающим видам растений (284), грибов (16) и животных (159) (ИВЭП ДВО РАН). Определен генетический потенциал женьшеня, современное состояние и степень деградации его популяции. (БПИ ДВО РАН)

В области изучения инвазий чужеродных видов и их влияния на разнообразие сообществ разработана WEB-ориентированная информационная база данных «Чужеродные виды России», включающая 62 вида млекопитающих (vasive); опубликована монография «Чужеродные виды млекопитающих в экосистемах России». (ИПЭЭ РАН)

Подготовлена к печати рукопись «Черная книга Средней России», представляющая собой кадастр заносных видов в регионе (52 инвазионных вида растений) (ГБС РАН). Составлен аннотированный список чужеродных растительноядных насекомых (152 вида), обосновавшихся на территории – России и сопредельных территорий за последние 100-120 лет, выявлены основные пути инвазионных потоков (ИГ РАН). Установлено, что к настоящему времени видовой состав фауны водоемов Понто-Каспийского стока преобразован более чем на 10% в результате активного появления и натурализации чужеродных видов; этот процесс стал особенно интенсивным в последние 20 лет. (ИБВБ РАН)

  1. Общая генетика

Изучено мировое разнообразие мягкой пшеницы по аллелям генов, кодирующих запасные белки зерна глиадины. На основании распределения аллелей этих генов у 215 аборигенных сортов из
19 регионов Евразии реконструированы волны и направления генных потоков. Полученные результаты расширяют сферу поиска новых источников ценных генов для селекционной практики (ИОГЕН РАН). Созданы иммунные линии сорта мягкой пшеницы Саратовская 29, которые являются донорами генов, контролирующих высокое содержание белка в зерне и устойчивость к листовым патогенам – мучнистой росе и бурой ржавчине. Иммунные линии включены в селекционный процесс и на их основе получены перспективные гибридные формы – кандидаты для получения новых сортов яровой мягкой пшеницы. (ИЦиГ СО РАН)

Разработан и внедрен в практику высокоинформативный метод анализа генофондов сельскохозяйственных животных. Он может быть использован для сравнительного анализа пород, для оценки консолидированности и чистоты пород сельскохозяйственных животных, для выявления внутрипородного разнообразия и линейной принадлежности (чистоты линий). (ИОГЕН РАН)

Исследована молекулярно-генетическая организация индивидуального района интеркалярного гетерохроматина из района 75С политенных хромосом дрозофилы. Установлено, что в районе 75С1-2 расположено около 25 генов: район проявляет свойства поздней репликации, связывает белок SUUR. Зона недорепликации занимает более 60% длины ДНК района, в ней локализован участок «слабой точки», в которой происходят разломы хромосомы. Гены этого района экспрессируются скоординировано. (ИЦиГ СО РАН)

Завершена работа по оценке скорости генных миграций на территории России для различных регионов и категорий населения. Показано, что степень миграции зависит от региона и определяется природно-экологическими и социально-экономическими факторами. Выявлены тендерные различия в структуре генных миграций. Полученные результаты являются основой для дальнейшего изучения генетических процессов в населении России. (ИОГЕН РАН)

Определено соотношение западно- и восточноевразийских линий митохондриальной ДНК и
Y-хромосомы в генофондах народов Якутии, проведены оценки уровня генетического разнообразия и степени генетической дифференциации популяций региона в целом. Полученные данные существенно дополняют и расширяют представления о путях миграции популяций человека и общей картине заселения Северо-Восточной Евразии. (ИБиГ УНЦ РАН)

Для оценки генетических рисков для человека при радиационном загрязнении проведены цитогенетический анализ спектров спонтанных и индуцированных облучением аберраций хромосом лимфоцитов периферической крови здоровых доноров и генотипирование по 7 полиморфным локусам (гены детоксикации ксенобиотиков, синтеза и метилирования ДНК. Полученные данные позволяют прогнозировать индивидуальную радиочувствительность по результатам генотипирования, что важно для оптимизации радиотерапии и проведения профотбора. (ИОГЕН РАН)

Впервые у ржи картированы пять мутаций, нарушающих синапсис гомологичных хромосом в мейозе; установлены участки хромосом, отвечающие за хозяйственно-ценные количественные признаки, в том числе урожай и качество зерна, предложен и реализован подход по обнаружению скрытых мутаций в генах, контролирующих межгеномные взаимодействия у пшенично-пырейных гибридов и тритикале. Обоснована схема селекции сортов-популяций ржи, основанная на внедрении индивидуального отбора с помощью генетического маркирования мутации автофертильности. (ИЦиГ СО РАН)

Исследован ДНК-полиморфизм генов, участвующих в формировании признака молочной продуктивности, проведен отбор ДНК-маркеров для оценки генетического потенциала животных по этому признаку. Показана возможность дифференцировки отдельных линий животных по маркерам, ассоциированным с содержанием в молоке жира и белка, что отражает их различную значимость для селекционной работы. (ИОГЕН РАН)

Составлены генетические характеристики трех североохотоморских группировок тихоокеанской сельди – охотской, гижингинско-камчатской и тауйской. Обнаружены высоко достоверная дифференциация этих локальных стад и значительное генетическое разнообразие в каждом из них (ИБПС ДВО РАН). В нерестовых популяциях горбуши, кеты, чавычи, нерки и си мы изучение соответствие пола особей по морфологическим (наличие гонад) и молекулярным маркерам. Показано, что феномен несоответствия обнаруживает ся в популяциях всех видов. (ИБМ ДВО РАН)

Выявлена фенотипическая и генетическая структуры популяций ели финской на мало нарушенных территориях. С помощью методов фитобиотехнологии получены клоны редких и исчезающих видов семейства «Березовые». (ИЛ КарНЦ РАН)

  1. Структура и функции биомолекул и надмолекулярных комплексов

В Институтах РАН в отчетном году продолжались работы по широкому фронту исследований в области структуры и функции биомолекул – от открытия новых компонентов живых систем и их структурного анализа до искусственного получения и анализа механизма действия.

Новые белки и низкомолекулярные биорегуляторы.

Из экстрактов семян пшеницы выделена новая группа антимикробных пептидов, эффективно ингибирующая рост фитопатогенов. Установлена их химическая структура и показана перспективность применения для стимуляции иммунной системы растений. Из морского червя Arenicola marina выделен новый класс пептидных антибиотиков широкого спектра действия, названных ареницинами. Установлена их первичная и пространственная структура. Из мицеллярных спорообразующих грибов Emericellopsis salmosynnemata выделены новые пептиды группы зервамицина, обладающие выраженной антибактериальной и антипротозойной (в частности, противомалярийной) активностью. (ИБХ РАН)

Из биологических объектов морского происхождения выделено и охарактеризовано более 40 новых эндогенных биорегуляторов, в составе которых обнаружены уникальные структурные фрагменты, ранее не встречавшиеся у низкомолекулярных вторичных метаболитов. (ТИБОХ ДВО РАН)

В ядах змей различных видов идентифицированы белки с новыми свойствами, В частности, в яде кобры обнаружены димеры т.н. трёхпетельных токсинов, обладающие необычно широкой рецепторной избирательностью действия. (ИБХ РАН)

Из комплекса ферментов, секретируемых грибом Rhyzoctonia solani, выделено три компонента, обладающие трипсиноподобной активностью. Показано, что ранее выделенный из клубней картофеля ингибитор трипсина (РКТI) угнетает действие этих протеиназ. Эти результаты подтверждают предположение о том, что ингибиторы протеиназ картофеля осуществляют защитную функцию при поражении растений семейства паслёновых фитофторозом, фузариозным увяданием и ризоктониозом. (ИНБИ РАН)

Из культуральной жидкости бактерии Lysobacter выделена лизоамидаза- один из минорных компонентов лекарственного бактериолитического комплекса. Выделенный белок оказался новым, ранее неизвестным ферментом с протеолитической и дрожжелитической активностью. (ИБХ РАН)

Из бактериальных источников выделен новый фермент – гетеродимерная эндонуклеаза рестрикции. С разрешением 1,5Å определена пространственная структура её малой субъединицы. (ИТЭБ РАН)

В археях, растущих при температурах 80-100С: Thermococcus sibiricus, Acidilobus saccharovorans, Fervidococcus fontis, Thermoproteus sp. nov. и Vulcanisaeta sp. nov. идентифицированы новые патентно-чистые термостабильные ферменты, перспективные для использования в промышленной биотехнологии и молекулярной диагностике. (ЦБ РАН, ИНМИ РАН)

Структура биомолекул и их комплексов.

В отчётном году методом рентгеноструктурного анализа высокого разрешения была расшифрована пространственная структура значительного числа белков: формиатдегидрогеназ бактерий и растений (как апо-форм, так и функциональных комплексов), оксидазы D-аминокислот дрожжей (ИНБИ РАН), бактериальной катехол-1,2-диоксигеназы и ряда её субстратных комплексов, необычной по своей первичной структуре лакказы из базидомицета S.ochraceum (ИБФМ РАН), серии генно-инженерных вариантов флуоресцентных белков – эффективных биомаркеров для визуализации процессов развития клеток и тканей (ИБХ РАН), интактного гетеротримерного фактора инициации трансляции (aIF2) из архей (ИБ РАН), протеализина – предшественника термолизин-подобной протеиназы. (ИМГ РАН)

Определены полные нуклеотидные последовательности геномов названных выше пяти термофильных архей (ЦБ РАН, ИНМИ РАН), первичные структуры нуклеиновых кислот
YuA-подобного фага BS и нитчатого фага pFB1 Pseudomonas aeruginosa (ИБХ РАН), нуклеотидные последовательности pvpA-гена M.gallisepticum S6, кодирующего – фазовариабельный белок цитоадгезии бактерии (КИББ КазНЦ РАН) и гена creA Penicilliumcanescens, кодирующего ключевой белок-регулятор углеродной катаболитной репрессии (ИНБИ РАН). Cеквенировано 300 копий короткого ретропозона В1, выделенных из грызунов 20 семейств. (ИМБ РАН)

Расшифрованы структуры О-специфических полисахаридов двух штаммов азоспирилл (ИБФРМ РАН). Показано, что в условиях, близких к гастроэнтеральным, с пектиновыми полисахаридами как основными «пищевыми волокнами» происходит лишь незначительная трансформация, сопровождающаяся отщеплением ряда нейтральных боковых углеводных цепей и частичным расщеплением главной галактуронановой цепи с уменьшением молекулярной массы пектиновой макромолекулы. (ИФ КомиНЦ УрО РАН)

Исследовано строение фрагментов геномов вируса клещевого энцефалита (ВКЭ) штаммов, выделенных из клещей на территории лесопарковой зоны научного центра СО РАН в 1994–2000 г. По данным анализа гена Е, исследованные штаммы относятся к сибирскому генетическому типу, не идентичному ни одному из описанных ранее штаммов ВКЭ. (ИХБФМ СО РАН)

Методами оптической спектроскопии и микрокалориметрии показано, что нативно несвёрнутые белки обладают структурной пластичностью, позволяющей белку-носителю связываться с широким спектром партнёров, причём один и тот же нативно несвёрнутый участок может приобретать разные конформации при образовании комплексов с разными партнёрами. Показано, что нативно несвёрнутые белки широко представлены в различных заболеваниях человека, например, связанных с развитием амилоидных фибрилл. (ИБП РАН)

Синтез биологически активных препаратов.

С целью получения новых блокаторов вирусной репродукции синтезирован ряд новых производных нуклеотидов и проведены их испытания в клеточных системах и индивидуальных ферментах (вируса диареи крупного рогатого скота, обратной транскриптазы ВИЧ, РНК вируса лейкоза птиц, ДНК-интегразы ВИЧ-1, ДНК-топоизомеразы I человека). (ИМБ РАН)

Синтезированы новые аналоги природных нейроактивных липидов (нейролипинов) на основе гамма-аминомасляной кислоты и глицина. Полученные соединения испытаны как потенциальные нейропротекторы на моделях различных стадий нейродегенерации в культурах нейронов мозжечка крысы. Выявлена серия активных образцов, перспективных для дальнейшей разработки в качестве прототипов нового поколения нейропротекторов. (ИБХ РАН)

Осуществлён дизайн и синтез пептидного препарата, обладающего иммунопротективным действием при экспериментально индуцированной форме болезни Альцгеймера. (ИБХ РАН)

Сконструирован пептид, обладающий выраженным антидиабетическим действием, выделен фармакофор –Pro-Tir-, ответственный за противовирусные свойства группы пептидов- аналогов препарата «Селанк», охарактеризована группа пептидов с выраженными нейролептическими свойствами. (ИМГ РАН)

В опытах in vitro изучена цитотоксичность ранее сконструированного и наработанного в препаративных количествах мультидоменного полифункционального белка – иммуноРНКазы, состоящей из гуманизированного мини-антитела, специфичного к распространённому раковому маркёру HER2/neu, и двух молекул бактериальной рибонуклеазы барназы. Установлена высокая специфичность действия препарата на раковые клетки и его высокая удельная активность. Полученные данные свидетельствуют о перспективности применения иммуноРНКазы для терапии опухолевых новообразований. (ИБХ РАН)

Путём модификации мембрано-активного антибиотика грамицидина А поликатионным пептидом получен новый вектор, обеспечивающий перенос белков через биологические и искусственные мембраны и превосходящий по эффективности действия все описанные в литературе конструкции. (ИБХ РАН)

Синтезирован ряд новых производных антибиотика нетропсина, которые эффективно подавляют репродукцию вируса герпеса первого типа в культуре клеток, включая все известные варианты вируса с лекарственной устойчивостью. Проведен синтез и биологические испытания новых аналогов природных биогенных полиаминов для разработки новых подходов к химическому регулированию их метаболизма. (ИМБ РАН)

Механизм действия биомолекул и их комплексов.

Получен значительный объём информации о принципах регуляции работы следующих биообъектов: реакционных центров фотосинтеза растений и бактерий (ИФПБ РАН, ИНБИ РАН, ИФР РАН), сигнальной системы растений (КИББ КазНЦ), актомиозиновой системы биологической подвижности животных (ИНБИ РАН), ферментных систем катаболизма устойчивых соединений у микроорганизмов (ИБФМ РАН), структурных протогликанов тканей животных. (ИТЭБ РАН)

Охарактеризована способность рибонуклеазы биназы оказывать цитотоксическое действие на фибробласты, трансформированные онкогенами ras, fms, srl, AML и AML/ETO. Установлено, что биназа способна избирательно подавлять жизнеспособность клеток, трансформированных онкогеном ras, чья экспрессия обязательна при колоноректальной карциноме, и клеток, экспрессирующих слитный онкоген AML/ETO, характерный для острого миелоидного лейкоза. (ИМБ РАН)

Установлена связь между изменениями в организации плазмиды р85 ассоциативных бактерий Azospirillum brasilense и вариациями в их социальной подвижности: ускоренном роении или образовании микроколоний (ИБФРМ РАН). В условиях глюкозо-кислородной депривации нейроглиальных культур продемонстрировано снижение образования активных форм кислорода; эксперименты с блокатарами митохондриальной цепи переноса электронов антимицином, ротеноном и цианидом позволили определить энергозависимый характер секреции катепсина В. (ИВНД РАН)

  1. Молекулярная генетика, механизмы реализации генетической информации, биоинженерия

К числу фундаментальных биологических процессов относится реализация генетической информации, в силу чего непреходящую актуальность имеет познание механизмов активации генов и биосинтеза белков. Примерами значимых результатов исследований в этой области являются открытие нового механизма активации работы генов через образование супер-комплексов, состоящих из мультибелковых комплексов (ИБГ РАН, ИМБ РАН), и обнаружение альтернативного, ранее не описанного, механизма инициации трансляции эукариотических мРНК, имеющих определенные структурные особенности. Этот путь инициации биосинтеза белков может иметь большое физиологическое значение для целого ряда функционально важных мРНК млекопитающих, включая человека. (ИБ РАН)

На примере созданных и выращенных модельных трансгенных растений табака с конститутив-
ной экспрессией МАДС-генов подсолнечника и хризантемы показана роль этих генов в регулиро-
вании механизма координирования функционирования генов, определяющих инициацию цветения.
(ЦБ РАН)

Получены новые данные о функционировании факторов терминации трансляции 1-ого класса эукариот. (ИМБ РАН)

В исследованиях по структурно-функциональному анализу геномов эукариот и бактерий и механизмов важнейших клеточных процессов получены следующие значимые результаты:

Обнаружено, что в возникновении двух новых мультигенных семейств генов у нескольких близкородственных видов дрозофил участвуют недавно открытые мобильные элементы-хелитроны. Показано, что эволюция этих новообразованных семейств генов существенно различается у родственных видов мух. (ИМГ РАН)

Обнаружено, что энхансеры дрозофилы индуцируют синтез некодирующих РНК в обе стороны по направлению к близрасположенным промоторам. (ИМБ РАН)

Показаны взаимодействия между инсуляторами и промоторами, показано также, что за взаимодействие между инсуляторами отвечают как минимум два разных транскрипционных фактора. (ИБГ РАН)

Проведен структурно-функциональный анализ ядерного белка Chriz, участвующего в реорганизации хроматина и продемонстрировано его взаимодействие с компонентами инсуляторных комплексов. (ИБГ РАН)

Продемонстрированы принципиальные различия в пространственной организации транскрипционно-активных районов генома в эмбриональных эритроидных клетках и клетках взрослого организма. (ИБГ РАН)

Проведено полномасштабное секвенирование сайтов посадки ядерного белка Каизо в геноме раковых клеток человека и изучено влияния его фосфорилирования и сумоилирования на процессы мультимеризации и межбелковых взаимодействий. (ЦБ РАН)

При функциональном тестировании генов обонятельных и вкусовых рецепторов в гетерологичных клеточных системах установлено, что амплитуда электрофизиологического ответа на соответствующий одорант в трансгенных мухах, несущих гены насекомых, в 10-30 раз выше, чем для генов млекопитающих. (ИБХ РАН)

Проведен структурно-функциональный анализ сайт-специфического метилирования ДНК животных и растений в эпигенетических процессах. Разработана методика выделения и очистки модифицированных форм метилазы EcoRII. (ИБХ РАН)

Обнаружены две серин-треониновые протеинкиназы, вовлеченные в регуляцию экспрессии генов холодового стресса у цианобактерии Synechocystis sp.PCC 6803. Инактивация соответствующих генов, spkD и spkL, приводит к нарушению холодовой индукции ряда генов. (ИФР РАН)

Обнаружена способность к горизонтальному переносу генов у новых бактериофагов, выделенных из природных и хозяйственных объектов Подмосковья. (ИБФМ РАН)

Сконструированы наборы маркеров, представляющие различные группы сцепления и некоторые функциональные группы генов человека, с использованием которых проведено предварительное генотипирование образцов ДНК здоровых доноров и пациентов с онкологическими (рак молочной железы) заболеваниями. Разработаны и внедрены в клиническую практику три новых тест-системы для выявления мутаций в геноме человека, ассоциированных с тромбофилиями. (ИБХ РАН)

Особо следует отметить работу, касающуюся проблемы полиомиелита. Обнаружен новый путь эволюции вакцинных штаммов полиовируса – значительная дивергенция от родительских штаммов и приобретение патогенных свойств без существенного изменения антигенных характеристик. Помимо теоретического, этот факт имеет существенное практическое значение для Программы глобального искоренения полиомиелита. Дело в том, что Всемирная организация здравоохранения рекомендует более детальное исследование только тех производных вакцинных штаммов, которые проявляют измененную антигенность. Следовательно, при сохранении существующей практики надзора за полиомиелитом возникает серьезный риск пропустить вышеописанный потенциально-опасный класс производных живой противополиомиелитной вакцины. Таким образом, возникает срочная необходимость существенного изменения методов надзора за полиомиелитом. (Институт полиомиелита и вирусных энцефалитов им. М.П. Чумакова РАМН)

  1. Молекулярные механизмы клеточной дифференцировки, иммунитета и онкогенеза

Продемонстрировано, что в ходе терминальной дифференцировки эритроидных клеток изменяется пространственная конфигурация домена альфа-глобиновых генов, обеспечивая прямое взаимодействие разных регуляторных элементов генома. (ИБГ РАН)

Анализ метаболизма полиплоидных клеток млекопитающих (на уровне транскриптома) показал, что умножение геномов ассоциировано с тотальным подавлением аэробного дыхания, усилением распада сахаров и активацией синтеза липидов. Эти результаты позволяют предположить, что в полиплоидных клетках возникает уникальный механизм защиты ДНК от оксидативного стресса и адаптации клеток к условиям энергетического голодания. (ИНЦ РАН)

Выделен шестичленный пептид HLDF6, обладающий свойствами целого фактора HLDF (Human Leukemia Differentiation Factor) и сохраняющий способность вызывать дифференцировку клеток. Пептид HLDF-6, как и фактор, не имеет собственных рецепторов на поверхности клеток, но изменяет физико-химические свойства мембраны, влияя тем самым на связывание цитокинов с клеточной мембраной. Отличительной чертой HLDF6 является установленное свойство защищать клетки нейронов в культуре in vitro от действия фрагмента бета-амилоида 25–35. (ИБГ РАН)

Установлено, что ингибиторы гистоновых деацетилаз вызывают индукцию клеточного старения, которая является результатом необратимого блока клеточного цикла в фазе G1/S и сопровождается клеточной гипертрофией. (ИНЦ РАН)

Показано, что в присутствии пониженной концентрации кислорода (3%) увеличивается выживаемость мезенхимных стволовых клеток из костного мозга мыши. Изменения концентрации кислорода сказываются на скорости пролиферации клеток. (ИМБ РАН)

Показано, что присутствие нанокристаллов кремния, в концентрациях в 3 раза меньших границы их ощутимой эффективности, приводит более чем к 30% игибированию пролиферации клеток Hep 2 при одновременной гипертермии. Построена математическая модель регуляции скорости пролиферации клеток животных в культуре при сочетанном действии ингибирующих и стимулирующих агентов различной природы. (ИТЭБ РАН)

Показано, что гибридизация клеток эмбриональной карциномы PCC4aza1 с пролиферирующими и обработанными 5-азацитидином лимфоцитами селезенки взрослой мыши приводит к изменению пролиферативной активности и увеличению продолжительности клеточного цикла по сравнению с исходными клетками. Привнесение хромосом лимфоцитов в клетку эмбриональной карциномы PCC4aza1 приводит к подавлению экспрессии соматических генов (репрограммированию соматического ядра), но не препятствует экспрессии маркерного гена клеток эмбриональной карциномы PCC4aza1 Oct4. Активность ядрышкоообразующих районов хромосом в гибридах PCC4aza1×лимфоцит зависит от условий культивирования и коррелирует с пролиферативной активностью гибридов и их способностью к направленной дифференцировке in vitro. (ИБХ РАН)

Показано, что введение в среду культивирования малых концентраций полисахаридов (метилцеллюлозы) повышает пролиферативную и снижает дифферецировочную активность мезенхимальных и эмбриональных стволовых клеток, в том числе при культивировании их в матриксе коллаген - полисахаридных гелей. (ИТЭБ РАН)

Показана возможность репарации повреждений ДНК в эмбриональных стволовых клетках ЭСК мыши. Установлено, что облучение клеток ЭСК индуцирует киназу, отвечающую на повреждения ДНК и образование фокусов γH3AX. Кинетика исчезновения фокусов γH3AX свидетельствует о том, что индуцированные облучением разрывы репарируются. (ИНЦ РАН)

Показано, что иммунизация крыс очищенным белком теплового шока Hsp70 перед введением высоко злокачественных клеток рабдомиосаркомы РА-2 приводит к снижению количества метастазов и уменьшению размеров опухолей. Инкубация клеток РА-2 с очищенным препаратом Hsp70 активирует цитотоксические лимфоциты, направленные против клеток данной опухоли. Активирующее действие Hsp70 показано также на клетках лимфомы и лейкемии человека, взятых у онкологических больных. (ИНЦ РАН)

На модели спорадической формы болезни Альцгеймера показан протекторный эффект иммунизации фрагментами а7-субъединицы ацетилхолинового рецептора на память животных, что указывает на принципиальную возможность использования иммунотерапии для лечения болезни Альцгеймера. (ИБК РАН)

Впервые получены гибридомы, продуцирующие моноклональные антитела к липополисахариду и Б-антигену Yersinia pseudotuberculosis для исследования иммунофизиологии патогенных иерсиний и создания новых медицинских иммунобиологических препаратов. (ИФ КомиНЦ УрО РАН)

Установлено наличие дифференцированного контроля гормонзависимой экспрессии активационных молекул на поверхности Т-лимфоцитов и продукции ими и фагоцитирующими клетками ключевых цитокинов. (ИЭГМ УрО РАН)

Установлено, что в клетках рака легких рапамицин вызывает увеличение уровня белка Pdcd4-супрессора опухолевого роста, что может обуславливать антираковую активность рапамицина. На основе аденовируса сделана конструкция Ad-EGFP-Pdcd4 для продукции белка Pdcd4 в опухолевых клетках NCI-H2299. (ИБГ РАН)

Созданы кассетные генетические конструкции, экспрессирующие 27-нуклеотидные шпильки РНК для сайленсинга генов HIV-1, запускающие интерференцию, атакующую ряд мишеней в транскриптах вируса. Отобраны гены в качестве потенциальных диагностических и прогностических маркеров рака толстой кишки и перспективные в качестве маркеров степени агрессивности этих опухолей. Методом ПЦР-РВ отобраны гены с геномными и эпигеномными нарушениями при раке легких и при раке почек. Выполнена предварительная оценка их экспрессии в эпителиальных опухолях человека.
(ИМБ РАН)

Создан банк сывороток крови здоровых и больных раком яичника. С использованием магнитных микрочастиц с обращено-фазовой, слабой катионообменной и металло-аффинной поверхностями разработаны методы выделения из сыворотки крови фракций пептидов и белков для их последующего анализа времяпролетной МАЛДИ масс-спектрометрией. Протеомное профилирование сывороток крови здоровых и больных женщин с использованием магнитных микрочастиц позволило построить классификационные модели со 100% чувствительностью и специфичностью. (ИБХ РАН)

Сконструированы новые генно-инженерные рекомбинанты вируса осповакцины и аденовирусов (в том числе аденовируса птиц CELO), содержащие различные варианты гена env вируса бычьего лейкоза. Рекомбинанты предназначены для разработки новых методов диагностики и профилактики ретровирусных инфекций крупного рогатого скота. (ИБГ РАН)

  1. Клеточная биология, теоретические основы клеточных технологий

В области исследования организации и функции ядра и внутриядерных структур обоснована концепция о возможности существования в ооцитах животных единого экстрахромосомного домена, объединяющего ряд структурных, молекулярных и функциональных доменов – кластеров интерхроматиновых гранул и телец Кахала, участвующих в распределении и накоплении в ядре факторов экспрессии генов: транскрипции, сплайсинга, экспорта пре-мРНК. (ИНЦ РАН)

Обнаружен эволюционный консерватизм морфофункциональной организации стволовых резервных клеток, обеспечивающих бесполое и половое размножение представителей пяти типов беспозвоночных животных: губок, книдарий, плоских червей, колонтальных корнеголовых ракообразных и асцидии. Показано, что самообновляющийся резерв стволовых клеток – основа репродуктивной стратегии, включающей половое и бесполовое размножение. (ИБМ ДВО РАН)

Разработан экспериментальный подход, позволяющий изучать непосредственно на клеточной мембране галектины – семейство углевод-связывающих белков, опосредующих важные клеточные функции, – от адгезии до апоптоза. Выяснено, что углеводная специфичность галектинов на поверхности клетки заметно выше, чем тех же белков в искусственных системах. (ИБХ РАН)

Регистрация входа Са2+, полученная путем флуоресцентных измерений концентрации внутриклеточного кальция и исследованием интегральных токов показала, что супрессия белка TRPC1 с использованием техники малых интерферирующих РНК (siRNA), подавляет депо- и рецептор-управляемый вход Са2+. Эти данные свидетельствуют о том, что белок TRPC1 необходим для функционирования рецептор- и депоуправляемых каналов в клетках. (ИНЦ РАН)

На примере апоптоза 3 сублиний клеток лимфомы человека, вызываемого стауроспорином, показано, что характерное для апоптоза снижение содержания в клетках K+ может быть обусловлено, как увеличением потока K+ через каналы, так и уменьшением потока катионов через K+/Na+ насос. Впервые проведен расчет баланса осмолитов у клеток, претерпевающих апоптоз, и получено прямое подтверждение, что в регуляции объема клеток при апоптозе моновалентные ионы играют первостепенную роль. (ИНЦ РАН)

Обнаружено подавление пролиферации и снижение дифференцировочного потенциала культивируемых мезенхимных стромальных клеток костного мозга человека в условиях длительного моделирования эффектов микрогравитации с помощью RPM. (ИМБП РАН)

Установлено, что в молекуле виментина-белка промежуточных филаментов имеется участок, ответственный за непосредственное взаимодействие с митохондриями, причём это взаимодействие ограничивает подвижность митохондрий в клетках. (ИБ РАН)

Создана система скрининга молекул, избирательно взаимодействующих с мембранными рецепторами, участвующими в генерации и передаче боли. Выделен пептид, обладающий анальгезирующими свойствами, новый пептидный ингибитор ваниллоидного рецептора. (ТИБОХ ДВО РАН)

Получены трансгенные пересеваемые культуры клеток дрозофилы и млекопитающих, продуцирующие нейротрофические факторы. Проанализировано воздействие нейротрофических и стрессорных факторов на нейральную дифференцировку стволовых клеток. Проведены трансплантации трансгенных клеточных препаратов в мозг млекопитающих. (ИБГ РАН)

На основе природных полимеров (полисахаридов и их производных) получены биосовместимые биодеградируемые микрокапсулы с включенными в них ДНК плазмидами c целью создания
ДНК-вакцин для животных. (ИБХ РАН)

Использована форсированная экспрессия 4 транскрипционных факторов (Oct4, Sox2, cMyc и Klf4) для получения индуцированных плюрипотентных стволовых (иПС) клеток крысы. Созданы лентивирусы, экспрессирующие 4 указанных фактора, и проведены несколько раундов получения иПС клеток из эмбриональных фибробластов крысы. (ИНЦ РАН)

Созданы плазмидные конструкции для экспрессии цитопротекторных генов Akt1, MnSOD и HO-1 в стволовых клетках. Отработаны методы введения плазмидных и лентивирусных конструкций в мезенхимальные стволовые клетки. (ИМБ РАН)

Обнаружено стимулирующее действие комбинированного магнитного поля с крайне слабой переменной компонентой на морфогенетические процессы раннего эмбриогенеза и дифференцировку эмбриональных стволовых клеток в нейроэктодермальном направлении. Полученные данные могут лечь в основу создания новых методов получения различных типов нейроэктодермальных клеток для регенеративной медицины и трансплантологии. (ИБК РАН)

Показано, что мезенхимные стволовые клетки, выделенные из различных органов новорожденного кролика (роговицы, щитовидной железы, тимуса, легкого, перикарда, селезенки, надпочечников) способны к нейрональной дифференцировке, что указывает на принципиальную возможность получения стволовых мезенхимных клеток из любых тканей организма и их использования в терапии нейродегенеративных заболеваний. (ИБГ РАН)

Показано, что клетки внутренней клеточной массы бластоцит в условиях культивирования in
vitro могут формировать из пролиферирующих стволовых и дифференцированных клеток устой-
чивые кластеры, которые служат эффективным источником эмбриональных стволовых клеток.
(ИТЭБ РАН)

Получены и охарактеризованы по маркерам плюрипотентности две новые линии эмбриональных стволовых клеток (ЭСК) человека. Проведенные исследования свидетельствуют о том, что полученные линии соответствует требованиям, предъявляемым к ЭСК человека, и могут быть использованы в экспериментах по направленной дифференцировке. (ИНЦ РАН)

Показана самоорганизация клеток в упорядоченные надклеточные паттерны в клеточных культурах. Установлены топологические закономерности, включающие связь локальных и глобальных аспектов биологического морфогенеза. (ИБМ ДВО РАН)

Определены нейрогенные эффекты ретиноевой кислоты (нативного эмбрионального морфогена) и трихостатина А (ингибитора гистоновых деацетилаз) на мезенхимные стромальные клетки человека. (ИМЧ РАН)

Разработан костный трансплантант, состоящий из человеческого декальцинированного костного матрикса, заселенного культивированными стромальными клетками для применения в заместительной клеточной терапии. (ИНЦ РАН)

Выдвинута гипотеза, что клетки покоящегося центра корня растений являются его стволовыми клетками, которые в отличие от клеток животных могут многократно возникать. Их образование и поддержание определяется сложной системой межтканевых отношений. (ИФР РАН)

  1. Биофизика, радиобиология, математические модели в биологии, биоинформатика

Современная биофизика ориентирована на анализ пространственных структур и физических механизмов процессов на различных уровнях организации биологических объектов. В области молекулярной динамики развиты новые подходы к расчетам белковых и липидных молекул, давшие существенные результаты как применительно к экспериментальным исследованиям, так и в области компьютерного дизайна биологически активных макромолекулярных конструкций с использованием биомакромолекул и наночастиц не биологической природы. Развиваются методы и подходы к анализу структуры и динамики макромолекул ЯМР-методами. (ИТЭБ РАН, ИБХ РАН, ИМБ РАН, КИББ
КазНЦ РАН)

Установлена пространственная структура и исследована сравнительная 15N-динамика нативных
и мутантных белков SHH и SHA; на полностью обогащенном по 13С и 15N мутанте глобулярного белка – SН3-домена спектрина SHН-бержераке вычислены параметры внутренней подвижности для каждого аминокислотного остатка. (ИТЭБ РАН)

Рассчитаны величины дипольных моментов в ДНК-дуплексах, отличающихся по А/Т и Г/Ц составу. Показано, что причиной возникновения дипольного момента является некомпланарная укладка А/Т и Г/Ц пар. Последовательности, составленные только из А/Т или Г/Ц пар, характеризуются отличающимися значениями дипольных моментов, величина которых зависит от геометрии двойной спирали. (ИБК РАН)

На основе теории графов построены модели нового типа для колебательного и триггерного поведения моторных ферментов без упрощающих допущений. Получены простые аналитические уравнения для описания нетривиального поведения ферментов в различных кинетических режимах. (ИТЭБ РАН)

Создана полная база данных биохимических реакций, протекающих в цитоплазме и митохондриях дрожжей S. cerevisiae, и на основе данных этой базы с помощью программы FLUX II построена математическая модель системы среда-цитозоль-митохондрии. (ИТЭБ РАН)

Разработана методология неинвазивного мониторинга интегральной активности центральной (моторной) нервной системы по анализу удержания изометрического усилия при обследовании пациентов с центральными нарушениями функции движения, которая показала высокую чувствительность в диагностике патологических состояний, в контроле эффективности терапии и в уточнении диагноза при синдроме паркинсонизма. (ИФ РАН)

Предложены и исследованы математические модели формирования пространственных структур и нерегулярного изменения во времени численности популяций в условиях биологической инвазии и с учётом гетерогенности среды обитания. Проведены оценки предсказуемости популяционной динамики на примере агроэкосистем, включающих генетически модифицированные Bt культуры; а также водных экосистем. (ИТЭБ РАН)

С использованием модели острого воспаления у мышей определены области оптимальных параметров электромагнитного излучения крайне высоких частот (интенсивность, несущие и модулирующие частоты, длительность экспозиции), оказывающих выраженное противо-воспалительное действие. Применение модулированного излучения дает возможность изменять величину ожидаемого биологического эффекта. (ИБК РАН)

Разработана схема кольцевых «аксонных часов»-нелинейного генератора периодических сигналов, которая основана на свойстве возбудимой среды поддерживать солитоноподобный режим взаимодействия сталкивающихся импульсов возбуждения и реализуется без участия активных пейсмекерных нейронов. Предложенная схема свободна от недостатков, присущих традиционным схемам, и не только проливает свет на возможные механизмы самоподдерживающейся циркуляции потенциалов действия в кольцевых возбудимых структурах, но допускает также и техническую реализацию. (ИТЭБ РАН)

Создан новый микрокалориметрический метод анализа биомакромолекул под высоким давлением, что является существенным звеном получения сведений о природе адаптации к экстремальным условиям. (ИТЭБ РАН)

Разработан общий метод расчёта проводящих свойств биополимеров; предложена схема электронной памяти на основе ДНК с плотностью записи информации, на три порядка превосходящей плотность в существующих электронных устройствах. (ИМПБ РАН)

Разработан новый компьютерный метод для предсказания сайтов формирования нуклеосом в нуклеотидных последовательностях геномной ДНК эукариот. На его основе установлены общие закономерности расположения нуклеосом на хромосомной ДНК человека. (ИЦиГ СО РАН)

Создана математическая модель командного нейрона виноградной улитки, описывающая основные электрофизиологические характеристики нейрона и ряд внутриклеточных процессов, связанных с активацией протеинкиназ, участвующих в интернализации и рециклировании
АХ-рецепторов. (ИВНД РАН)

Подготовлены компьютерные программы, с помощью которых проведен анализ встречаемости протяженных GT-повторов в геномах различных организмов. Показано, что в геномах простейших такие повторы отсутствуют, в то время как в геномах эукариот имеются множественные GT-повторы с длиной до 24 и более пар нуклеотидов. (ИМБ РАН)

Установлена связь размера и формы белка со скоростью его сворачивания и разворачивания. Показано, что белки, сворачивающиеся по многостадийному механизму, в среднем, более компактны (сферичны), чем белки, сворачивающиеся по одностадийному механизму, и что чем компактнее белки, тем медленнее они сворачиваются. (ИБ РАН)

На основании результатов фемтосекундных измерений предложена модель фотохимического разделения зарядов в реакционных центрах фотосистемы 2 растений с участием димера Р680 в качестве первичного донора электрона и мономерного хлорофилла Сhl в роли первичного акцептора электрона. (ИФПБ РАН)

В области радиобиологии, как и в предыдущие годы, наибольшее внимание уделялось разработке диагностических и прогностических тестов для определения отдаленных последствий действия радиации на организм человека, в особенности в случае хронического низкоинтенсивного облучения. Это позволяет выявлять группы повышенного радиационного риска, лиц с пониженной восприимчивостью к радио- и химиотерапии и важно для определения профессиональной пригодности летчиков, космонавтов и работников ядерных предприятий. К этой группе исследований примыкают данные о влиянии неионизирующих излучений и других низкоинтенсивных физических факторов.

Разработаны методики и программно-математическое обеспечение для расчёта доз облучения внутренних органов человека в орбитальном полёте с учётом распределения защитных масс конструкций и оборудования. (ИМБП РАН)

Установлены молекулярные маркеры повреждений клеток и связь генетических и мембранных маркеров. Показано, что прогностическое значение для определения фактора риска может иметь совокупность трех маркеров окислительного стресса: активности фермента глутатионтрансферазы, содержания МДА в эритроцитах крови и уровня двунитевых разрывов ДНК лимфоцитов. Повышение уровня указанных маркеров означает увеличение вероятности возникновения злокачественной опухоли у человека в отдаленные сроки после воздействия ионизирующей радиации в малых дозах. (ИБХФ РАН)

Показано, что облучение мышей малыми дозами излучений, моделирующих радиационное поле в атмосфере на высоте 10 км, индуцировало генетическую нестабильность в F1–F3 поколениях в зависимости от условий воздействия на родителей (мощности дозы, обработки иммуномодуляторами и т.п.) и выбранного критерия. (ИТЭБ РАН)

  1. Биотехнология

Разработан перспективный для получения новых производных витамина D биотехнологический метод получения 3-замещенного андроста-5,7-диен-17-она с окислением боковой цепи 3-метокси-метилэргостерина культурой Mycobacterium sp. ВКМ Ас-1815D. Он обеспечивает выход ц