«© Российская академия наук, 2013 ISBN 978-5-02-038145-2 © Редакционно-издательское оформление. Издательство Наука, 2013 СОДЕРЖАНИЕ Введение О состоянии фундаментальных и прикладных наук в Российской Федерации ...»

УДК 001

ББК 72

О-88

© Российская академия наук, 2013

ISBN 978-5-02-038145-2

© Редакционно-издательское оформление.

Издательство «Наука», 2013

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

О состоянии фундаментальных и прикладных наук в Российской Федерации

Математические науки

Физические науки

Нанотехнологии и информационные технологии

Энергетика, машиностроение, механика и процессы управления...... 38 Химические науки и науки о материалах

Биологические науки

Физиология и фундаментальная медицина

Науки о земле

Общественные науки

Глобальные проблемы и международные отношения

Историко-филологические науки

Важнейшие научные достижения

Индикаторы эффективности реализации плана фундаментальных научных исследований российской академии наук в 2012 г.

Заключение

Приложение

Основные результаты, полученные в рамках программ фундаментальных исследований Президиума РАН

Физико-технические принципы создания технологий и устройств для интеллектуальных активно-адаптивных электрических сетей................ Вещество при высоких плотностях энергии

Энергетические аспекты глубокой переработки ископаемого и возобновляемого углеродсодержащего сырья

Природная среда России: адаптационные процессы в условиях изменяющегося климата и развития атомной энергетики

Фундаментальные науки – медицине

Молекулярная и клеточная биология

Механизмы интеграции молекулярных систем при реализации физиологических функций

Разработка методов получения химических веществ и создание новых материалов

Создание и совершенствование методов химического анализа и исследование структуры веществ и материалов

Фундаментальные свойства материи и астрофизика

Экспериментальные и теоретические исследования фундаментальных взаимодействий на ускорителях церн

Фундаментальные процессы в высокотемпературной плазме с магнитной термоизоляцией

Экстремальные световые поля и их приложения

Проблемы создания информационно-вычислительной среды на основе GRID-технологий, облачных вычислений и современных телекоммуникационных систем

Информационные, управляющие и интеллектуальные технологии и системы

Фундаментальные проблемы системного программирования................. Динамические системы и теория управления

Алгоритмы и математическое обеспечение для вычислительных систем сверхвысокой производительности

Фундаментальные проблемы нелинейной динамики в математических и физических науках

Квантовые мезоскопические и неупорядоченные структуры.................. Нестационарные явления в объектах Вселенной

Фундаментальные проблемы исследований и освоения Солнечной системы

Фундаментальные проблемы океанологии: физика, геология, биология, экология

Фундаментальные основы технологий наноструктур и наноматериалов. Фундаментальные проблемы механики и смежных наук в изучении многомасштабных процессов в природе и технике

Горение и взрыв

Фундаментальный базис инновационных технологий прогноза оценки, добычи и глубокой комплексной переработки стратегического минерального сырья, необходимого для модернизации экономики России.... Проблемы происхождения жизни и становления биосферы

Фундаментальные проблемы импульсной сильноточной электроники Живая природа: современное состояние и проблемы развития............... Роль пространства в модернизации россии: природный и социальноэкономический потенциал

Фундаментальные проблемы модернизации полиэтничного макрорегиона в условиях роста напряженности

Традиции и инновации в истории культуры

Прогноз потенциала инновационной индустриализации России........ Экономика и социология науки и образования

Корпусная лингвистика

Перспективы скоординированного социально-экономического развития России и Украины в общеевропейском контексте

Принятые сокращения

ВВЕДЕНИЕ

Настоящий доклад подготовлен Российской академией наук во исполнение п. 27д Устава РАН. В докладе приведены обзор состояния науки в Российской Федерации и важнейшие научные достижения, полученные в институтах РАН в 2012 г. в рамках реализации Программы фундаментальных научных исследований государственных академий наук на 2008–2012 гг.

В 2012 г. принят ряд важнейших документов, определяющих государственную политику в области развития науки и технологий. «Основы политики Российской Федерации в области развития науки и технологий на период до 2020 г. и дальнейшую перспективу» (утверждены Президентом Российской Федерации 11 января 2012 г. № Пр-83) стратегической целью определяют обеспечение к 2020 г. мирового уровня исследований и разработок и глобальной конкурентоспособности Российской Федерации на направлениях, отнесенных к национальным научно-технологическим приоритетам.

В конце 2012 г. приняты:

– Программа фундаментальных научных исследований государственных академий наук на 2013–2020 гг. (утверждена распоряжением Правительства Российской Федерации от 3 декабря 2012 г. № 2237-р);

– Программа фундаментальных научных исследований в Российской Федерации на долгосрочный период (2013–2020 гг.) (утверждена распоряжением Правительства Российской Федерации от 27 декабря 2012 г. № 2538-р);

– Государственная программа Российской Федерации «Развитие науки и технологий» (утверждена распоряжением Правительства Российской Федерации от 20 декабря 2012 г. № 2433-р).

В этих документах заложены основы по развитию сектора исследований и разработок, формированию образовательной среды, модернизации экономики на основе технологических новаций.

Современный этап развития ведущих стран мира характеризуется усилением роли фундаментальной науки при решении как текущих, так и особенно перспективных социально-экономических и оборонных задач, создании прорывных технологий, обеспечении устойчивого инновационного развития. При этом государство предоставляет право научному сообществу самостоятельно определять направления фундаментальных исследований и не вмешивается в процесс распределения выделенных средств, поскольку именно такая самостоятельность обеспечивает качество и эффективность научной работы.

На фоне существенного в последние десятилетия повышения роли науки в ведущих государствах востребованность отечественной фундаментальной науки продолжала оставаться низкой, и только в последние годы стала наблюдаться положительная динамика. Все более активно и заинтересованно используется потенциал фундаментальной науки Советом Безопасности Российской Федерации, Правительством Российской Федерации. Стали реализовываться крупные проекты по направлениям научно-технологического прорыва.

Это, безусловно, улучшает общий климат в научной среде и воспринимается научным сообществом с большим удовлетворением.

Потенциальные возможности отечественной фундаментальной науки свидетельствуют, что при условии увеличения объемов финансирования будет достигнут высокий уровень развития по большинству важнейших наукоемких направлений исследований, имеющих первостепенное значение для инновационного развития страны.

При этом недопустимо слепое копирование зарубежного опыта в области развития фундаментальных научных исследований. Необходимо учитывать сложившиеся в стране реалии и глубокие исторические научные традиции России.

В связи с вышеизложенным в настоящий доклад включены составленные в отделениях РАН обзоры состояния отраслей отечественной фундаментальной науки и полученные в 2012 г. важнейшие результаты фундаментальных и прикладных исследований, которые проводились в РАН в соответствии с Программой фундаментальных научных исследований государственных академий наук на 2008–2012 гг.

В 2012 г. научные коллективы РАН, а также члены Академии и возглавляемые ими коллективы в государственных академиях наук, университетах и других вузах, государственных научных центрах, отраслевых научных учреждениях получили результаты высокого класса во многих направлениях современной науки.

На традиционно высоком уровне проводились исследования в области математических наук. Крупные результаты получены по основным направлениям фундаментальной математики, которые обусловлены наличием перспективных приложений, прежде всего в естественных науках. Важное прикладное значение имеют результаты исследований в области вычислительной математики, математического моделирования актуальных задач науки и технологий, информатики.

Стратегическое направление математических исследований было сформулировано в 2008 г. в прогнозе развития математики до 2030 г.

Указанные в этом прогнозе ориентиры определяют главные тенденции развития фундаментальной математики. Так, состояние теоретической математики в начале XXI в. формируется в первую очередь за счет тех ее направлений, в которых происходят (или ожидаются) новые открытия. К таким направлениям относятся: алгебраическая геометрия; алгебраическая и аналитическая теория чисел; геометрия и топология;

анализ в широком смысле, включая вещественный, комплексный и функциональный; теория динамических систем и уравнений в частных производных, включая оптимальное управление; математическая физика; теория вероятностей и математическая статистика; математическая логика и теоретическая информатика («computer science»). Именно к этим направлениям относятся нерешенные проблемы современной математики, такие как гипотеза Римана о нулях дзета-функции, теоретическое исследование гидродинамических уравнений Навье–Стокса, проблема перебора («P=NP»-проблема) и другие. Все они входят в список семи важнейших математических проблем третьего тысячелетия, составленный американским Математическим институтом Клэя.

В настоящее время все отчетливей просматривается центростремительная, объединительная тенденция. Она проявляется в том, что наиболее яркие математические открытия происходят на стыке различных, подчас далеких друг от друга математических дисциплин в результате синтеза идей.

В соответствии с Указом Президента Российской Федерации В.В. Путина от 7 мая 2012 г. № 599 начата разработка Концепции развития математического образования в Российской Федерации на основе аналитических данных о состоянии математического образования на различных уровнях образования. В ее разработке ключевую роль играют члены Отделения математических наук РАН, в том числе – работники МИАН, ВЦ РАН, ПОМИ, ИМ СО РАН, наряду с представителями МГУ и других вузов, а также школьными учителями.

В последнее время значительно возросло значение математического моделирования. В обществе происходят сложные социально-политические и экономические процессы. Непрерывно сокращается время от проектирования и создания опытных моделей новой техники до запуска ее в серийное промышленное производство, разрабатываются новые образцы лекарственных препаратов и т.д.

Традиционно важные результаты получены в области физических наук.

Учитывая, что современные космические аппараты предъявляют повышенные требования к увеличению энергосъема и ресурса работы бортовых солнечных батарей, разработана технология каскадных фотопреобразователей на основе наногетероструктур AlGaInP/GaInAs/ Ge с повышенной эффективностью и радиационной стойкостью. Увеличение эффективности достигнуто за счет «внутреннего расщепления» солнечного излучения в гетероструктурах на три спектральных диапазона, преобразуемых тремя последовательно включенными фотоактивными областями. Разработанная технология внедрена на предприятии ОАО «Сатурн» (г. Краснодар) на первом в России серийном производстве каскадных космических батарей и обеспечила более чем двукратное увеличение удельного энергосъема и ресурса работы по сравнению с ранее выпускавшимися кремниевыми батареями.

Для проекционной нанолитографии следующего поколения предложены новая спектральная область, в окрестности 6,7 нм, и оптимальные материалы для многослойной высокоэффективной зеркальной оптики. Синтезированы La/B4C/C многослойные рентгеновские зеркала нормального падения с барьерными слоями из сверхтонких пленок углерода с рекордными, до 60%, коэффициентами отражения. Это позволяет начать разработку многозеркальных схем нанолитографов с рабочей длиной волны излучения 6,7 нм.

Предложен механизм генерации черенковского типа, основанный на возбуждении низкочастотного поверхностного тока при отражении р-поляризованного оптического импульса от проводящей поверхности. Аналитически и путем численного моделирования найдена зависимость эффективности генерации от угла падения оптических импульсов и от проводимости металла. Получены энергетические характеристики излучения, которые позволяют интерпретировать основные экспериментальные данные по поляризации, диаграмме направленности турникетных излучателей и др., в ходе совместных исследований ИПФ РАН и Пражского института физики.

Сконструирован спектральный эндоскопический оптический когерентный томограф с быстродействием 20 кадров в секунду, динамическим диапазоном 45 дБ, продольным разрешением 8 мкм при глубине сканирования 2 мм. Благодаря созданию оптического спектрометра с прецизионной эквидистантностью по частоте и разработке новых методов обработки исходных данных в приборе устранен эффект уменьшения продольного разрешения с глубиной, а ложные автокорреляционные сигналы подавлены с рекордной эффективностью в 30…50 дБ.

В экспериментах ATLAS и CMS на Большом адронном коллайдере (CERN, Женева, Швейцария) при активном участии российских организаций открыта новая частица с массой 125–126 ГэВ и свойствами, предсказанными для бозона Хиггса Стандартной модели.

Завершен уникальный многолетний обзор нашей Галактики от ее центра до самых внешних областей, в котором были исследованы все известные галактические звездные скопления – 3784 объекта.

Для определения точных положений спутников кратных астероидов были проведены наблюдения двойного астероида (22) Каллиопа на 6-метровом телескопе БТА САО РАН с использованием метода спеклинтерферометрии. Определена истинная орбита его спутника Линус.

Некоторые элементы орбиты (наклонение, долгота восходящего узла, долгота перицентра) спутника Линус были получены впервые.

В настоящее время решение актуальных задач развития страны невозможно без широкого применения информационных технологий.

При этом особо значимой является задача развития методов математического моделирования на современных суперЭВМ, направленных на широкое внедрение суперкомпьютерных технологий во все сферы деятельности общества: в науку, промышленность, экономику, оборону и др. Без решения данной задачи невозможно обеспечить конкурентоспособность отраслей промышленности и достигнуть мирового уровня во всех высокотехнологичных областях.

Решением Комиссии при Президенте Российской Федерации по модернизации и технологическому развитию экономики России принят к реализации проект «Развитие суперкомпьютеров и грид-технологий».

Этот проект направлен на создание отечественных пакетов программ имитационного моделирования и поэтапного замещения ими импортных пакетов, и тем самым на решение стратегических задач повышения конкурентоспособности отечественных предприятий высокотехнологичных отраслей, а также устранение их зависимости от зарубежного программного обеспечения.

Несомненно, что создание отечественного базового программного обеспечения для имитационного моделирования, которое основано на новых методах моделирования, ориентированных на полное использование ресурсов мощных высокопроизводительных вычислительных систем, – одно из основных направлений развития суперкомпьютерных технологий. Исходя из этого, институтами РАН поставлены и развиты проблемы создания отечественного базового программного обеспечения и внедрения его на выделенные предприятия наукоемких отраслей промышленности.

В области нанотехнологии и наноиндустрии исследования ведутся по двум направлениям. Во-первых, изучаются новые физико-химические и инструментальные принципы нанодиагностики материалов, наноструктур и наносистем и создаются на их основе приборные нанодиагностические платформы нового поколения. Во-вторых, используются новые типы взаимодействия твердотельного нанозонда, приближенного к поверхности исследуемого образца, а также сочетание пучковых и зондовых методов с целью создания приборной платформы нового поколения для нанодиагностики структуры и физико-химических характеристик объектов различной природы (металлы, диэлектрики, полупроводники, полимеры, клетки, вирусы, бактерии и т.п.) с высокой чувствительностью и пространственным разрешением.

На основе результатов исследований в области методов микрои наносистемной техники, нанотехнологии, нанобиотехнологии, диагностики поверхности, элементного и структурного анализа веществ и соединений разработано и начато серийное производство ряда уникальных научно-исследовательских приборов и оборудования для учреждений РАН, РАМН, РСХАН, университетов, лечебных и исследовательских учреждений Минздравсоцразвития, Федеральной службы безопасности и Минобороны России.

Всесторонне исследованы физические процессы при лазерной перфорации биологических тканей и создана новая интеллектуальная лазерная кардиохирургическая установка второго поколения для трансмиокардиальной реваскуляризации миокарда сердца, учитывающая длительный опыт использования предыдущей модели в реальных клинических условиях.

Предложена концепция построения наноэлектронных систем искусственного зрения (СИЗ) на кристалле как компонента интеллектуальной системы управления транспортным средством. Впервые предложены и исследованы новые спектральные и пространственные методы распознавания и передачи информации, а также метод ее обработки на основе адаптивного трехмерного дискретного косинусного преобразования, обеспечивающий максимальное качество видеоинформации при минимальной пропускной способности канала. Разработаны алгоритмы кодирования и декодирования видеоинформации, обеспечивающие существенное сокращение вычислительных затрат, функциональная схема СИЗ и методика проектирования транспортных наноэлектронных СИЗ на основе технологии «система на кристалле».

Значительные результаты достигнуты в энергетике, машиностроении, механике и процессах управления.

Энергетические технологии формируются на базе таких физикотехнических дисциплин, как электрофизика и электротехника, теплофизика и теплотехника, гидравлика и гидротехника, атомная физика и техника, газовая динамика, прочность и материаловедение. На разработку энергетических технологий приходится до 70% исследований в области энергетики. Отбор таких технологий проводится по критериям экономической эффективности и экологической приемлемости с учетом всех аспектов надежности и управляемости. Одним из важных направлений энергетической науки является исследование и конструирование энергетических систем. Причем пространственное развитие энергетики предусматривает создание различных систем, имеющих физико-техническую основу в виде трубопроводных и электрических сетей и одновременно являющихся сложными производственными системами.

Машиноведение и машиностроение должны обеспечить технологическую независимость страны и совершенствование национальной технологической базы. Исходя из анализа состояния машиностроительного комплекса страны и прогнозных оценок его развития, определена направленность дальнейших фундаментальных и прикладных разработок по проблемам машиноведения и машиностроения, общая структура фундаментальных, поисковых и прикладных исследований междисциплинарного характера в области машиноведения и машиностроения.

К числу приоритетных направлений отнесены: анализ и синтез сложных машинных комплексов, эргономика и биомеханика человеко-машинных систем, динамика машин и вибрационные процессы в технике, перспективные материалы и технологии машиностроения, а также теория техногенной безопасности.

Ведется разработка робототехнических систем для выполнения работ в условиях, вредных и опасных для человека. Ведутся исследования рабочих процессов, динамики ресурса и экологии новых машин и энергоустановок, использующих нетрадиционные энергоносители:

ядерные, водородные и газовые.

Результаты фундаментальных исследований используются в совместных разработках научных учреждений РАН, НИИ и КБ отраслей в атомном и тепловом энергомашиностроении, ракетостроении, авиации, на железнодорожном и автомобильном транспорте, в нефтегазовом и химическом комплексах.

Исследования в области химии и наук о материалах по-прежнему занимают одну из ключевых позиций среди наук естественного профиля и различных отраслей промышленности, энергетики, сельского хозяйства, медицины, экологии. Важнейшими полученными результатами являются следующие.

Разработаны способы нанесения на поверхности электротехнических материалов супергидрофобных покрытий, снижающих налипание снега и льда на этих материалах. Применение таких супергидрофобных покрытий, снижающих величину адгезионнной прочности контакта лед/металл в 5–10 раз, на линиях электропередач позволит существенно уменьшить затраты на плавку гололеда при транспортировке электроэнергии и избежать потерь, вызванных повреждением ЛЭП при сильных снегопадах и выпадении ледяного дождя.

Разработаны научные основы технологии получения компонентов моторных топлив из возобновляемого сырья. Синтезированы новые каталитические системы и найдены оптимальные параметры процессов, позволяющие использовать не только растительные масла, но и отходы пищевых масел и жиров, которые в настоящее время не перерабатываются для получения полезных продуктов. Полученные результаты открывают возможность производства высокотехнологичных топлив из ненефтяного сырья.

Впервые показана возможность создания высокоэффективных фотодинамических агентов нового поколения за счет объединения в одной гибридной наноструктуре красителей, эффективно поглощающих в красной области спектра, и фуллерена, осуществляющего с высоким КПД перевод этого возбуждения в триплетное состояние с последующим образованием активных радикалов. Открывается возможность использовать в медицинской практике для подавления развития опухолей с помощью фотодинамической терапии красители, возбуждаемые как в триплетное, так и в синглетное состояние, что значительно расширяет возможности поиска оптимальных красителей для создания фотосенсибилизаторов нового поколения.

Современные достижения биологических наук определяют рост фундаментальных знаний о природе и свойствах живого вещества, прогресс медицины, фармацевтики, сельского хозяйства, пищевой промышленности, биотехнологий, технологий экологической безопасности и природопользования. Основными направлениями, по которым проводились исследования, являются: биология развития, эволюционная биология, экология организмов и сообществ, изучение биологического разнообразия, общая генетика, почвоведение, микробиология, физиология и биохимия растений, исследование структуры и функций биомолекул и надмолекулярных комплексов, молекулярная генетика, клеточная биология, биофизика, радиобиология, биоинформатика, биоинженерия, биотехнология.

Важные результаты получены по популяционной экологии, в исследованиях коадаптивных, симбиотических ассоциаций. В области изучения биоразнообразия ведутся работы по инвентаризации животного и растительного мира, сообществ и экосистем, а также информационному обеспечению этих работ. С учетом современного состояния биоразнообразия разрабатываются эколого-адаптационные, генетические и синэкологические основы реинтродукции и восстановления популяций ценных и исчезающих видов.

На основе биоинформатики как метода анализа генетических текстов успешно развивается новое научное направление – системная (интегративная) биология, в рамках которой функционирование живых систем моделируется на уровне биомолекул, клеток, организмов и экосистем. С помощью геномного анализа удается находить мутантные гены, ответственные за возникновение ряда болезней. Это позволяет разрабатывать тест-системы для поиска препаратов, корректирующих патологический процесс до проявления клинических симптомов.

В целом фундаментальные исследования 2012 г. в данной области можно рассматривать как один из этапов формирования и расширения экспериментальной базы для работ обобщающего характера, ставящих целью интеграцию накопленных данных методами биоинформатики и системной биологии.

Рассматривая перспективы развития биологических наук, следует заметить, что главная стратегическая задача состоит в развитии интегративного подхода в исследованиях, основанного на системном анализе результатов изучения разных уровней биологических систем – от молекулярного до биосферного, на принципах мультии междисциплинарности.

Исследования по широкому кругу проблем физиологии человека и животных позволили с использованием современных методов решить ряд проблем классической физиологии. И.П. Павлов открыл усиливающий нерв сердца, приспосабливающий его работу к сиюминутным условиям жизни, школа Л.А. Орбели показала роль адаптационно-трофических эффектов в регуляции работы различных органов. В 2012 г.

на примере зрительного акта показан молекулярный механизм, который регулирует чувствительность палочек сетчатки.

Применение физиологических подходов свидетельствует о значении анализа функций в целостном организме для решения проблем адаптации человека к меняющимся условиям среды. Выяснение значения опоры, как ключевого фактора в происхождении неблагоприятных медико-физиологических эффектов невесомости, разработка способов психофизиологической поддержки экипажей для исключения конфликтов и чувства одиночества в космических полетах позволили в краткие сроки подготовить и обеспечить условия для сверхдлительных полетов на международных космических станциях, глубоководных погружений в озеро Байкал и освоения северного морского шельфа.

Фундаментальные исследования в области наук о Земле направлены на получение новых знаний о зарождении и эволюции Земли, о строении и взаимодействии ее внутренних и внешних оболочек, характере и природе происходящих в них процессов, закономерностях их проявления во времени и пространстве. При этом получение фундаментальных знаний, помимо чисто научного интереса, неизменно ориентировано на решение важнейших для устойчивого и безопасного развития общества прикладных задач, среди которых: развитие минерально-сырьевой базы, изучение, прогноз и предупреждение опасных катастрофических природных и техногенных явлений, изучение причин и механизмов изменения окружающей среды и климата. В этом ряду не последнее место занимает мониторинг процессов антропогенного воздействия на природу и ее отклика на это воздействие, определение предельно допустимых техногенных нагрузок на среду обитания человека, оценка накапливаемого экологического ущерба, выработка рекомендаций и способов безопасного обращения и консервации в природных резервуарах особо опасных химических и радиоактивных отходов.

При таком разнообразии проблем и задач, стоящих перед науками о Земле, вполне естественна и существующая широта подходов при ее изучении, осуществляемом целым комплексом дисциплин и специальностей, группирующихся в геологические, геофизические, геохимические, горные и географические науки, науки об атмосфере, водах суши, о Мировом океане. Наряду с углублением специализации исследований внутри каждой из этих наук по отдельным дисциплинам и даже методам, наблюдается отчетливая тенденция к развитию и междисциплинарного сотрудничества. Это определяется все большим пониманием особой роли и важности взаимодействия и взаимовлияния различных процессов, происходящих во внутренних и внешних оболочках Земли, а также на ее поверхности, на среду обитания человека, его жизнедеятельность и эволюцию.

Развитие методик сейсмической томографии позволило построить наиболее полную модель строения верхней мантии Евразии, а также достаточно детальную модель строения Балтийского щита. Одним из важнейших достижений стал выпуск не имеющего аналогов электронного Атласа магнитного поля Земли со времени первых магнитных измерений и до 2010 г.

2012 г. убедительно показал высокий уровень востребованности географических знаний в России. Это касается, прежде всего, внедрения геоинформационных технологий, картографического сопровождения фундаментальных и прикладных исследований, территориального планирования и определения пространственных приоритетов регионального развития. Завершен первый этап эколого-географических исследований, обеспечивающих интеграцию территориальной охраны живой природы России в Пан-Европейскую экологическую сеть, формируемую в рамках сотрудничества стран Совета Европы при реализации Бернской конвенции об охране дикой фауны и флоры и природных сред обитания в Европе. Выполнена инвентаризация сохранившихся степных участков Курской области – 791 на площади 27,84 га, показавшая практическое отсутствие резервов нетронутой степной растительности в этой области. Материалы Института географии РАН легли в основу номинирования природного парка «Ленские столбы» в Список всемирного наследия ЮНЕСКО как объект «выдающейся мировой ценности».

В области океанологии новые прикладные разработки методов и средств окончательно ориентированы на западную элементную базу и должны быть нацелены на создание комплексных автоматизированных устройств, таких как стационарные буи, многоцелевые донные станции и подводные аппараты различных конструкций. Причиной явного отставания в разработке, изготовлении и испытании новых приборов для проведения измерений и регистрации результатов является слабое финансирование этих работ, поэтому приборные разработки в институтах РАН ограничиваются созданием новых датчиков и отдельных узлов некоторых приборов, для которых не требуется развитая элементная база.

Значительно лучше обстоит дело с геоинформатикой, которая представляет собой научную дисциплину, объединяющую достижения геофизики, геологии, географии и некоторых других наук о Земле, используя системный анализ, математические методы распознавания образов и искусственный интеллект. Среди достижений последних лет следует отметить создание геомагнитного информационно-аналитического центра, в котором в реальном времени собирается и обобщается информация с основных российских геомагнитных обсерваторий, создаются новые геоинформационные технологии для включения российских центров данных по наукам о Земле в Мировую систему данных.

В области общественных наук выполнены важные исследования по актуальным проблемам экономики и устойчивого развития страны.

В рамках разработки программ фундаментальных исследований доказано, что согласно прогнозам социально-экономического развития в перспективе на 10–20 лет для обеспечения потенциала перехода к инновационному развитию необходимо достичь среднегодовых темпов прироста валового внутреннего продукта (ВВП) на уровне 6–7%.

Обретение же конкурентоспособного уровня российской экономикой на основе масштабного импорта технологий – позитивная тактическая мера, которая в перспективе не способна без потерь национального суверенитета заместить отечественный инновационный потенциал. Кроме этого, необходимость инновационной индустриализации обусловлена тем, что переход к постиндустриальной экономике невозможен при таком низком уровне развития промышленного производства, который имел место в России в последние годы, поэтому нецелесообразно восстанавливать простаивающие мощности в прежних масштабах и пропорциях. В связи с этим предложен новый подход к инновационной индустриализации, целью которого является создание подотраслей в виде сети связанных конкурентоспособных технологий по направлениям: станкостроение, авиастроение, судостроение, отрасли тяжелого машиностроения, фармакология, производство экологически чистого продовольствия, переработка промышленных отходов и др.

Сравнительно невысокие темпы структурно-технологической модернизации российской экономики приблизили основные сектора экономики к необходимости учета сопряженности уровней технологического развития смежных отраслей и всей экономики в целом. А анализ мирового опыта состава и организации прогнозов научно-технологического развития свидетельствует о том, что доля и масштабы социально-экономического прогнозирования в последние годы существенно возросли, поэтому нужен сбалансированный потенциал основных звеньев инновационного цикла: наука – технологические разработки – промышленное освоение; принятие действенных мер по привлечению в науку молодых исследователей; увеличение доли инновационно-активных предприятий до 30%; создание сети инжиниринговых центров по системному освоению нововведений; повышение уровня обоснованности научно-технологических прогнозов, ускоряющее возможность их использования в процессах подготовки и принятия политических и экономических решений; рост затрат на науку, включая увеличение доли бизнеса в расходах на инновации и т.д. Ожидаемая динамика инновационной модернизации экономики России во многом будет зависеть не только от наличия инновационного потенциала, но и от качества технологического пространства, в котором реализуются инновационные решения.

Макроэкономическое регулирование развития Российской Федерации является важнейшим стратегическим инструментом повышения устойчивости экономики. Но в условиях огромного количества накопленных рисков, порождаемых мировой экономикой, вероятность достижения успеха только на основе данного инструментария достаточно невысока. Так, падение роста российской экономики в 2012 г. до 3,5% в год и прогноз на 2013 г. показывают: «либеральная» методология экономического развития России, опирающаяся на «три кита» – продажу сырьевых ресурсов, продажу государственных активов и сворачивание промышленного производства, не дающего сверхприбыли, – давно себя исчерпала.

Формирование долгосрочной и надежной платформы устойчивого развития страны, слабо подверженной внешним рискам, связано с повышением эффективности использования мощнейшего фактора социально-экономического и общественно-политического развития Российской Федерации – пространственного. Превращение данного фактора в конкурентное преимущество России будет свидетельствовать о новом качественном уровне государственного управления, с одной стороны, и о развитии полноценных рыночных институтов – с другой.

Учитывая вышеизложенное, в научных разработках за 2012 г. были выявлены как негативные, так и позитивные тенденции, сложившиеся в социально-экономической и общественно-политической ситуации в Российской Федерации.

Мировая экономика в целом продолжает развиваться высокими темпами. В 2011 г. мировой ВВП возрос на 3,8%, что ниже, чем результат 2010 г. – 5,1%, но превышает среднегодовые темпы прироста ВВП за 2001–2010 гг. – 3,5%. В 2012 г., учитывая сокращение европейской экономики на 0,2%, мировая экономика замедлила свое развитие до 3,7%. В 2013 г. европейская экономика начнет медленно расти до 0,6% за год, что и предопределит ускорение всей мировой экономики.

Как следствие, мировой рост ускорится до 4,3%. По оценкам экспертов ОГПМО РАН экономика развитых стран в 2013 г. возрастет на 1,6%.

Что касается остальных стран мира, то существует разница в имеющихся данных. В целом, несмотря на имеющиеся в мировой экономике риски, наступление «второй волны» глобального кризиса представляется маловероятным.

Перспективы совершенствования инвестиционного климата России в 2013 г. связаны, в первую очередь, с практическими шагами по реализации заявленных на период председательства России в «Большой двадцатке» приоритетов – таких, как создание новых рабочих мест, повышение эффективности финансовой системы, развитие правовой базы стимулирования инвестиций и сотрудничества в сфере высоких технологий.

У России в ближайшей перспективе (2013–2014 гг.) могут появиться новые возможности позиционирования, причем по смыслу и стилистике совпадающие с провозглашенным базовым принципом независимой внешней политики в целях создания условий для «модернизации экономики и укрепления позиций России как равноправного партнера на мировых рынках». Конструктивное взаимодействие с ведущими державами в двусторонних и многосторонних форматах для решения проблем глобальной безопасности, выполнение роли неангажированного посредника в урегулировании кризисов и конфликтов (в частности, в мирном восстановлении Афганистана) могут укрепить авторитет страны как ведущего мирового игрока. Это отчасти компенсирует не дотягивающие до этого статуса экономические показатели. Речь идет не о «приспособлении», но эффективном, инициативном использовании в национальных интересах ключевых мировых тенденций, вызовов и даже угроз.

Учеными РАН выполнен анализ макроэкономического развития мировой экономики, групп стран и отдельных государств в 2012 г.

Подготовлен прогноз развития экономики России и прогноз развития мировой экономики в 2013 г. Представлен прогноз развития международных отношений в 2013 г. Опубликован ежегодный прогноз «Россия и мир: 2013. Экономика и внешняя политика».

Фундаментальные исследования, проводимые отечественными историками и филологами, находятся в русле новейших тенденций гуманитарной науки и получили широкое признание.

2012 г., объявленный Президентом Российской Федерации Годом российской истории, стал важным этапом в развитии гуманитарных наук в нашей стране.

В 2012 г. ученые учреждений Отделения историко-филологических наук РАН проделали большую и важную работу. Утвержденный федеральный план мероприятий Года российской истории в целом успешно выполнен. Выпущены фундаментальные монографические исследования; организованы выставки; проведены крупные научные конференции, посвященные важным датам юбилейного года: 1150-летию зарождения российской государственности – «Древняя Русь и средневековая Европа: возникновение государств», «От Древней Руси к Российской Федерации: история российской государственности», «Русь в IX–X вв.:

общество, государство, культура», «Российская государственность:

опыт 1150-летней истории»; 400-летию событий Смутного времени – «Смутное время в России в начале XVII в.: поиски выхода. К 400-летию «Совета всея земли» в Ярославле», «Смута в России и Потоп в Речи Посполитой: опыт преодоления государственного кризиса в XVII столетии»; 200-летию победы России в Отечественной войне 1812 г. – «Вклад Башкирии в победу России в Отечественной войне 1812 года», «Отечественная война 1812 года в контексте мировой истории», «Участие народов России в Отечественной войне 1812 года», «1812 год и литература», «Эпоха 1812 года в судьбах России и Европы».

Одним из значимых итогов проведенной работы стало учреждение в мае 2012 г. при активном участии ОИФН РАН Российского исторического общества.

Особое место в 2012 г. занимали научные сессии Общего собрания ОИФН РАН «Новейшие достижения российской исторической науки»

(17 декабря 2012 г.) и Общего собрания РАН «История России: актуальные проблемы и новые решения» (18 декабря 2012 г.), посвященные широкому кругу вопросов отечественной исторической и шире – гуманитарной науки. В представленных докладах были продемонстрированы многообразие и эффективность существующих направлений академической гуманитарной науки и высокий уровень конкретных исследовательских разработок.

Важнейшие научные достижения РАН представлены в традиционном порядке: после изложения результатов приведено название научного учреждения (в скобках) в принятом сокращении (см. перечень сокращений).

Доклад подготовлен Научно-организационным управлением РАН и Институтом проблем развития науки РАН на основе материалов, представленных отделениями РАН по областям и направлениям науки.

О СОСТОЯНИИ

ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПРИКЛАДНЫХ НАУК

В РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

МАТЕМАТИЧЕСКИЕ НАУКИ

Стратегическое направление математических исследований было сформулировано в 2008 г. в прогнозе развития математики до 2030 г.

Указанные в этом прогнозе ориентиры по-прежнему определяют главные тенденции развития фундаментальной математики. Так, состояние теоретической математики в начале XXI в. формируется в первую очередь за счет тех ее направлений, в которых происходят (или ожидаются) новые революционные открытия (согласно математической терминологии – это «точки роста»). К таким направлениям относятся: алгебраическая геометрия; алгебраическая и аналитическая теория чисел; геометрия и топология; анализ в широком смысле, включая вещественный, комплексный и функциональный; теория динамических систем и уравнений в частных производных, включая оптимальное управление; математическая физика; теория вероятностей и математическая статистика; математическая логика и теоретическая информатика («computer science»). Именно к этим направлениям относятся нерешенные проблемы современной математики, такие как гипотеза Римана о нулях дзета-функции, теоретическое исследование гидродинамических уравнений Навье–Стокса, проблема перебора («P=NP»-проблема) и другие. Все они входят в список семи важнейших математических проблем третьего тысячелетия, составленный американским Математическим институтом Клэя.

Еще недавно этот список возглавляли находящиеся далеко за пределами математики проблемы: Великая теорема Ферма и гипотеза Пуанкаре. Первая из них была решена в самом конце XX в. усилиями Э. Уайлса. В частности, окончательный вариант доказательства, предложенный Э. Уайлсом совместно с Р. Тейлором, был опубликован в 1995 г. Важную роль в доказательстве этой теоремы сыграли результаты В.Колывагина.

Вторая проблема была решена уже в начале XXI века Г. Перельманом, который доказал даже более общую гипотезу геометризации Терстона, являющуюся естественным обобщением теоремы униформизации на случай трехмерных многообразий.

Рассмотрим далее некоторые общие закономерности развития современной математики.

В настоящее время все отчетливее просматривается центростремительная, объединительная тенденция. Она проявляется в том, что наиболее яркие математические открытия происходят на стыке различных, подчас далеких друг от друга математических дисциплин в результате синтеза идей, заимствованных из этих дисциплин. Это в полной мере относится и к упомянутым выше достижениям – доказательствам Великой теоремы Ферма и гипотезы геометризации Терстона. Математические работы, отмеченные медалью Филдса на последнем Международном математическом конгрессе (2010 г.) в Хайдарабаде (Индия), также характеризуются сплавом идей и методов из разных областей математики. Остановимся на этих достижениях более подробно, поскольку именно они во многом определяют перспективы дальнейшего развития математики, и сравним их с результатами российских математиков по аналогичным направлениям.

Программа Ленглендса. В 1967 г. канадский математик Р. Ленглендс (почетный профессор Института перспективных исследований в Принстоне, избранный в 2011 г. иностранным членом РАН) предложил программу исследований, включающую в себя серию конкретных научных гипотез, подлежащих проверке. Реализация этой программы позволит сформировать единую точку зрения на многие проблемы, стоящие сразу перед несколькими математическими дисциплинами, в том числе теорию чисел, теорию групп, теорию представлений и алгебраическую геометрию. Указанная программа привлекла к себе внимание многих математиков, но проверка гипотез оказалась чрезвычайно трудным делом. В рамках реализации программы Ленглендса были достигнуты впечатляющие успехи, как, например, доказательство Р. Тейлором гипотезы Сато –Тейта. Однако программа в целом еще очень далека от своего завершения, поэтому некоторые продвижения в ее реализации уже отмечены филдсовскими премиями. Достаточно упомянуть работы Л. Лафорга, обобщившего предшествующие результаты другого филдсовского лауреата В. Дринфельда, и Н.Б. Чау, получившего филдсовскую премию в Хайдарабаде за доказательство так называемой «фундаментальной леммы» в теории автоморфных форм.

В 2012 г. Р. Ленглендс прочел в Математическом институте им.

В.А. Стеклова РАН курс лекций по своей программе на русском языке, как знак уважения к достижениям российских математиков. Программа Ленглендса интенсивно разрабатывается в России усилиями как «чистых» математиков в рамках группы ак. А.Н. Паршина, так и математических физиков по геометрической программе Ленглендса.

Один из лучших результатов, полученный А.Н. Паршиным в 2011 г., имеет непосредственное отношение к этой программе: полное описание представлений дискретной группы Гейзенберга. Программе Ленглендса будет посвящен и представительный семинар, организуемый Международным математическим институтом им. Эйлера в Санкт- Петербурге в мае–июне 2013 г. Одной из задач этого семинара является обучение студентов и аспирантов.

Динамические системы и диофантовы приближения. Другой филдсовский лауреат Э. Линденштраус, удостоенный этой премии в Хайдарабаде, награжден «за результаты об устойчивости меры в эргодической теории и их приложения к теории чисел». Эргодическая теория, изначально созданная для объяснения явлений небесной механики, во второй половине XX в. прочно вошла в обиход «чистых»

математиков в виде общей теории динамических систем с инвариантной мерой. Основной результат Э. Линденштрауса относится именно к таким системам, а точнее – к исследованию ситуаций, в которых указанная мера не единственна. Характерно, что важные приложения этой теории, полученные в последнее время, лежат далеко за ее пределами – в аналитической теории чисел, а конкретно – в теории диофантовых приближений.

Интенсивные исследования по указанной тематике ведутся в нашей стране группами математиков в МИАН (С. Конягин, И. Шкредов) и Институте прикладной математики ДВО РАН (В. Быковский, А. Устинов). Так, один из лучших результатов РАН в 2011 г. был получен С. Конягиным совместно с филдсовским лауреатом Ж. Бургейном и И. Шпарлинским по оценке числа элементов, заданные степени которых попадают в заданные интервалы по простому модулю.

Взаимодействие математики и физики. За решение математических задач, происходящих из теоретической физики, медалей Филдса на конгрессе в Хайдарабаде были удостоены С. Виллани и С. Смирнов. Работа С. Виллани была связана с математической теорией энтропии и установлением равновесного состояния в газе или плазме. Он нашел строгие математические доказательства нескольких принципов, известных физикам скорее на эмпирическом уровне. При этом были обнаружены и новые явления.

С. Смирнов предложил математическое обоснование конформной инвариантности двух моделей статистической физики: перколяции и двумерной модели Изинга. Его работа представляет собой впечатляющий синтез различных методов, включая теоретико-вероятностные и комплексно-аналитические. Исследования в этом направлении широко развиваются в нашей стране. Так, уже в 2011 г., в развитие упомянутых выше результатов С. Смирнова, сотрудником Санкт-Петербургского отделения МИАН Д. Челкаком в соавторстве с С. Смирновым выполнен цикл работ: «Критическая модель Изинга и дискретный комплексный анализ на изорадиальных графах». В них доказана конформная инвариантность фермионных наблюдаемых в критической модели Изинга, рассматриваемой на широком классе планарных графов. Из этих результатов, во-первых, вытекает конформная инвариантность критической (спиновой) модели Изинга и, во-вторых, устанавливается ее универсальность, то есть независимость предельного поведения от конкретной структуры решетки.

Один из лучших результатов РАН, полученный в 2010 г. ак. С.П. Новиковым в соавторстве с П. Гриневичем и А. Мироновым, относится к исследованию собственных функций двумерного оператора Паули, описывающего движение заряженной частицы в периодическом магнитном поле с нулевым потоком. В 2012 г. лучший результат РАН по этому направлению был получен Н. Славновым. Он создал способ вычисления динамических корреляционных функций в критических квантовых интегрируемых системах типа спиновой цепочки Гейзенберга.

Приведенные примеры подтверждают высказанный ранее тезис о главенстве в теоретической математике объединительной тенденции.

Российская математическая наука по-прежнему занимает передовые позиции в мире и находится в центре указанных процессов. Достаточно сказать, что три последних Международных математических конгресса принесли высшее признание – Филдсовскую медаль – четырем воспитанникам российской математической школы: В. Воеводскому (2002 г.), А. Окунькову и Г. Перельману (2006 г.) и С. Смирнову (2010 г.).

В последнее время в российские математические центры приходит много талантливой молодежи. Свидетельством достижений молодых российских математиков является присуждение премий Европейского математического общества, второй по престижности премии для молодых математиков, С. Немировскому, А. Бородину и А. Кузнецову.

В качестве еще одной положительной тенденции последнего времени можно отметить повышение интереса представителей российской математической диаспоры к участию в математической жизни России, более тесному сотрудничеству с российскими математическими учреждениями и, в частности, работе по воспитанию нового поколения российских математиков. В связи с этим с особой актуальностью встает вопрос об организации в России Международных математических институтов, существующих во многих странах мира. Так, например, в Китае имеется три таких института. До сих пор у нас есть всего один Международный институт им. Эйлера в Санкт-Петербурге, чего явно недостаточно для ведущей математической державы, каковой является Россия. Необходимо создать, по крайней мере, еще два подобных института в Москве и Новосибирске.

В соответствии с Указом Президента РФ В.В. Путина № 599 от 7 мая 2012 года начата разработка Концепции развития математического образования в Российской Федерации на основе аналитических данных о состоянии математического образования на различных уровнях образования. В ее разработке важную роль играют члены Отделения математических наук РАН, наряду с представителями МГУ и других вузов, а также школьные учителя. Ключевые элементы концепции содержат ведущую роль РАН:

при подготовке кадров в области математических наук (включая прикладную математику, информатику, математическое моделирование) высшей квалификации в рамках российских школ мирового уровня и международных школ с российскими лидерами;

в формировании содержания математического образования от массовой культуры и детского сада до высшего и послевузовского образования;

во взаимодействии с образовательными учреждениями, федеральными и региональными образовательными системами, в частности, в поддержке школ для талантливых детей.

Примером академической структуры, участвующей в реализации всех этих функций, должен стать Научно-образовательный центр математики и теоретической физики на базе Международного института им. Эйлера в Санкт-Петербурге.

Общероссийский математический портал Math-Net.Ru является инновационным проектом МИАН. Главная цель проекта – создание современной информационной системы, призванной обеспечить доступ российского и международного математического сообщества к российским математическим ресурсам через Интернет. Основной раздел портала представляет собой базу публикаций в российских математических журналах, которая включает библиографическое описание статей, аннотации, списки цитируемой литературы, а также pdf-файлы с полным текстом статей. Каждая публикация снабжается ссылками на основные международные реферативные базы данных (MathSciNet, Zentralblatt Math), а также на страницу англоязычной версии статьи. Кроме того, имеется список цитирующих данную статью публикаций. В числе различного рода статистической информации ведется подсчет импакт-фактора (индекса научного цитирования) всех представленных на портале журналов за 2003–2011 гг. по версии Math-Net.Ru. Разработана система электронного документооборота для редакций и редколлегий журналов.

Программа «Университетский кластер» (от РАН – ИСП РАН, МСЦ РАН) направлена на повышение уровня использования технологий параллельных и распределенных вычислений в высшем образовании и научно-исследовательской деятельности, а также на их ускоренное внедрение в промышленность России. Цель программы состоит в создании экосистемы поддержки параллельных и распределенных вычислений, а также в формировании сообщества пользователей и разработчиков.

Такая инфраструктура будет служить основой для организации научных исследований, промышленных разработок и обучения студентов и аспирантов, а также для развертывания масштабируемых облачных сервисов и предметно-ориентированных виртуальных лабораторий, доступных широкому кругу пользователей.

Указанная программа открыта для всех российских университетов и научных организаций. Она дает возможность преподавателям и научным сотрудникам организаций–участников программы использовать ресурсы, развернутые на базе вычислительной инфраструктуры, в своих некоммерческих научно-исследовательских проектах и в преподавательской деятельности. Организации – участники программы могут быть инициаторами создания собственных предметно ориентированных центров или сервисов на базе вычислительной инфраструктуры программы.

Значительные усилия предпринимаются в направлении формирования единой вычислительной среды за счет создания и развития суперкомпьютерных центров в научно-исследовательских и образовательных учреждениях, которые совместно создают и используют на основе глубокой интеграции средствами грид-технологий масштабируемые суперкомпьютерные мощности. В последнее время часто в связи с этим употребляется понятие CLOUD или облачных вычислений – ситуации, в которой обработка информации происходит одновременно в географически разных точках несколькими суперкомпьютерами, связанными в сеть высокоскоростными каналами обмена данными. При этом у пользователя создается впечатление, что все происходит на его ПЭВМ.

Важным шагом на пути интеграции вычислительных средств является вхождение РАН в европейский консорциум суперкомпьютерных центров DEISA.

В последнее время значительно возросло значение математического моделирования. В обществе происходят сложные социально-политические и экономические процессы. Непрерывно сокращается время от проектирования и создания опытных моделей новой техники до запуска ее в серийное промышленное производство, разрабатываются новые образцы лекарственных препаратов и т.д.

ФИЗИЧЕСКИЕ НАУКИ

Фундаментальные исследования по физике осуществлялись в соответствии с Программой фундаментальных исследований РАН на период 2008–2012 гг. по девяти научным направлениям. В 2012 г. была принята новая программа на 2013–2020 гг. При этом пересмотра научных направлений в новой программе по сравнению со старой не потребовалось.

По направлениям 6. «Актуальные проблемы физики конденсированных сред, в том числе квантовой макрофизики, мезоскопики, физики наноструктур, спинтроники, сверхпроводимости» и 7. «Физическое материаловедение: новые материалы и структуры, в том числе фуллерены, нанотрубки, графены, другие наноматериалы, а также метаматериалы»

наметился прорыв в области рентгеновской оптики, достигнутый в Институте физики микроструктур РАН. По- следний результат – получение многослойных зеркал с коэффициентом отражения 60% при нормальном падении излучения с длиной волны 6,7 нм открывает совершенно новые перспективы не только в литографии и микроэлектронике (точнее – наноэлектронике), но и в биологии, химии, физике конденсированного состояния и др. Создание многослойных зеркал с перекрытием диапазона длин волн до 2 нм, где уже могут применяться кристаллические зеркала, останется магистральным направлением исследований на ближайшие годы.

Кроме этого, в физике твердого тела представляются перспективными следующие направления:

изучение фундаментальных проблем фазовых превращений и релаксационных процессов в неупорядоченных конденсированных средах, в том числе в жидкостях и стеклах, а также структурных и динамических аспектов их затвердевания;

оценка влияния экстремальных условий: сверхнизких температур, сверхсильных магнитных полей и сверхвысоких давлений;

исследование проблемы сверхпроводимости при комнатной температуре;

изучение проблемы метаматериалов;

синтезированные новые наноструктуры открывают практические возможности реализации, например, покрытий с близким к 100-процентному поглощению излучения в широком диапазоне длин волн; по этому направлению в ближайшие годы возможно получение практических результатов;

проведение экспериментальных и теоретических исследований макромолекул, полимеров и биоструктур (аминокислот, биополимеров, нейронных и генных сетей), их спонтанных и индуцированных трансформаций;

исследование свойств и развитие технологий широкозонных полупроводников и сверхрешеток на их основе как элементной базы генераторов и сверхбыстрых приемников терагерцевого излучения;

создание эффективных тензочувствительных материалов с редкоземельными элементами (РЗЭ) и датчиков механических величин на их основе;

изучение искусственных многослойных магнитных пленок и массивов магнитных мезочастиц в целях поиска магнитных и спиновых систем для датчиков считывания и записи информации, управления магнитным состоянием микрообъектов с помощью электрического тока.

По направлениям 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»

и 9. «Фундаментальные основы лазерных технологий, включая обработку и модификацию материалов, оптическую информатику, связь, навигацию и медицину» в практическую плоскость переходит создание 10-ПВт лазера и на его основе – нового поколения ускорителей легких заряженных частиц. В указанной области имеются прорывные теоретические разработки новых схем ускорителей, полученные в ИПФ РАН и ИОФ РАН. Проработаны детали лазеров нового поколения.

Кроме этого, в качестве перспективных направлений можно рассматривать следующие:

создание новых технологий и устройств для обработки и хранения информации – голографических, оптои акустоэлектронных, а также основанных на эффектах электромагнитно-индуцированной прозрачности, безинверсного усиления и замедления света в неравновесных классических и многоуровневых квантовых системах;

развитие фемтосекундной и аттосекундной оптики;

создание нового поколения компьютерной оптоэлектроники – микрои нанолазеров – для уменьшения энергопотребления суперЭВМ;

разработка высокочувствительных оптических методов обнаружения и исследования гравитационных волн, прецизионной проверки изотропии скорости света, а также прецизионного измерения фундаментальных физических констант. Результаты, полученные по этому направлению, будут особо актуальны в связи с новейшими исследованиями скорости нейтрино и подтверждением второго постулата специальной теории относительности;

создание лазеров и усилителей нового поколения от среднего рентгеновского излучения (0,1–1 нм) до терагерцевого диапазона;

актуально будет создание новых источников сверхмощного терагерцевого излучения на основе нелинейно-оптических эффектов и конструирование устройств, генерирующих сверхмощные видеоимпульсы;

получение новых твердотельных лазеров на основе кристаллов, стекол, керамик, а также полупроводников с высокой средней по времени мощностью;

разработка компактных оптических стандартов частоты для систем глобальной и космической навигации и связи;

создание линий связи с пропусканием несколько Петабит/с и оптических носителей информации с квантовой криптографией;

развитие методов лазерной модификации органических и неорганических сред;

разработка методов создания запутанных фотонных состояний для квантовых компьютеров, квантовой телепортации и квантовой когерентной томографии.

По этим направлениям необходима реализация проекта «megascience» с целью разработки в ИПФ РАН сверхмощной (вплоть до 0,1 Экзаватта) лазерной системы.

По направлениям 10. «Современные проблемы радиофизики и акустики, в том числе фундаментальные основы радиофизических и акустических методов связи, локации и диагностики, изучение нелинейных волновых явлений» и 11. «Фундаментальные 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» перспективными направлениями представляются:

разработка новых методов генерации и приема когерентного и широкополосного излучения микроволнового и терагерцевого диапазонов длин волн и создание элементной базы терагерцевого диапазона;

создание спектроскопии высокого разрешения в диапазоне электромагнитных волн от микроволнового до ближнего инфракрасного;

формирование сверхширокополосной радиолокации высокого разрешения в миллиметровом и терагерцевом диапазонах;

разработка мультигигаваттных источников мощного импульсного микроволнового излучения;

развитие новых методов акустической диагностики для биомедицинских исследований и систем неразрушающего контроля и дефектоскопии;

разработка физических основ и новых средств низкочастотной акустической диагностики высокого разрешения толщи океана и пород океанического дна, в том числе в шельфовых зонах;

получение методов когерентной сейсмоакустики и реализация сейсмоакустического мониторинга геодинамических процессов в сейсмоопасных зонах;

разработка новых подходов к диагностике, прогнозированию и управлению явлениями окружающей среды на основе методов нелинейной динамики, в том числе развитие радиофизических методов и средств исследования динамики океана и атмосферы, механизмов погодно-климатических явлений;

создание малошумящих усилителей и счетчиков фотонов в миллиметровом, субмиллиметровом и инфракрасном диапазонах;

исследование эффектов сверхизлучения нанои пикосекундных электронных пучков, создание малогабаритных субнаносекундных генераторов нового поколения;

создание больших многолучевых электронно-управляемых антенных решеток;

разработка когерентных и широкополосных матричных систем получения изображений в субмиллиметровом диапазоне.

В 2012 г. наиболее интересной была регистрация в миллиметровом диапазоне длин волн разрешенного вращательного спектра димера воды (H2O)2 в водяном паре при комнатной температуре. Это позволяет не только определить его истинную роль в радиационном балансе Земли и формировании климата, но и разработать широкодиапазонный безрезонаторный спектрометр миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов длин волн.

По направлению 12. «Современные проблемы физики плазмы, включая физику высокотемпературной плазмы и управляемого термоядерного синтеза, физику астрофизической плазмы, физику низкотемпературной плазмы и основы ее применения в технологических процессах» перспективы на ближайшие десять лет связываются со следующими направлениями:

осуществление управляемого термоядерного синтеза в режиме самоподдерживающегося горения в установках с магнитным удержанием плазмы типа токамак. По этому направлению в 2012 г. получено самое большое значение величины давления плазмы по отношению к давлению магнитного поля. Это позволит если и не осуществить реакцию термоядерного синтеза над порогом Лоусона, то хотя бы создать практические перспективы реализации гибридных реакторов;

проведение экспериментальных исследований и осуществление теоретической интерпретации физических процессов вблизи околопланетных плазменных границ;

осуществление экспериментов по инерционному термоядерному синтезу и создание эффективных термоядерных мишеней;

разработка альтернативных токамакам систем управляемого термоядерного синтеза с магнитным удержанием, источников нагрева плазмы и методов ее диагностики;

исследование плазменных процессов в геофизике, в том числе с помощью активных спутниковых экспериментов, механизмов формирования структуры и динамики глобальной атмосферной электрической цепи и управления процессами в грозовом облаке;

разработка плазменных технологий для создания новых, в том числе композиционных, материалов с заданными физико-химическими свойствами;

исследование процессов самоорганизации и свойств упорядоченных структур в низкотемпературной и сверххолодной плазме, в том числе пылевой.

По направлению 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» ожидаются новые важнейшие фундаментальные результаты в области физики элементарных частиц и атомного ядра:

развитие подходов к созданию квантовой теории гравитации, исследование фундаментальных свойств физического пространства–времени на предельно малых и предельно больших расстояниях, поиск пределов справедливости теории относительности и проявлений возможного существования дополнительных измерений пространства;

теоретическое исследование квантовых эффектов в сильных полях и в экстремальных состояниях вещества;

теоретические исследования проблемы происхождения темной энергии и ускоренного расширения поздней Вселенной, проблемы барионной асимметрии Вселенной и механизмов ее генерации в процессе эволюции, проблемы природы темной материи во Вселенной;

поиск и исследование новых физических явлений в области энергий до нескольких тэв, новых элементарных частиц и фундаментальных взаимодействий в экспериментах на Большом адронном коллайдере;

экспериментальный поиск гравитационного излучения космического происхождения и создание прототипов детекторов гравитационных волн;

искусственный синтез и исследование свойств новых сверхтяжелых химических элементов;

исследование острова стабильности сверхтяжелых элементов;

совершенствование коллайдера тяжелых ионов для исследования фазовых переходов и критических явлений в ядерной материи при высоких температурах и плотностях;

прецизионное измерение параметров нейтринных осцилляций, поиск в них эффектов СР-нарушения, а также прямой поиск массы нейтрино в диапазоне 0,1–0,3 эВ, поиск нарушения закона сохранения лептонных чисел в процессах с мюонами на новом уровне чувствительности и безнейтринного двойного бета-распада на уровне, предсказываемом осцилляционными экспериментами в предположении Майорановской природы нейтрино;

поиск стерильных нейтрино в нейтринных осцилляциях;

измерение космических потоков нейтрино высоких энергий, обнаружение их источников; для этих целей необходимо сооружение глубоководного Байкальского нейтринного телескопа с рабочим объемом до 2 км3; исследование потоков нейтрино, образованных в распадах тяжелых ядер и ядерных реакциях, происходящих в недрах Земли; создание детектора геонейтрино;

выяснение природы космических лучей сверхвысоких энергий, обнаружение их источников, исследование механизмов их генерации;

для этого нужно создать многоцелевую установку большой площади с использованием тоннеля протонного ускорительно-накопительного комплекса, а также провести поиск антиматерии в составе космического излучения;

ввод в действие высокопоточного реактора «Пучковый исследовательский комплекс» (ПИК) и создание на его базе центра нейтронных исследований; строительство нового е+е~-коллайдера с рекордной светимостью чарм-тау фабрики в Новосибирске, проведение модернизации сильноточного линейного ускорителя протонов в Троицке;

получение мегаваттной мощности в пучке, решение упомянутых проблем физики и техники ускорения заряженных частиц на основе мощных (экзаваттных) лазерных источников, создание новых перспективных ядерно-физических технологий в интересах экологически безопасной ядерной энергетики, ядерно-физической медицины, здравоохранения и других отраслей.

В 2012 г. наиболее интересный результат получен в ИЯФ СО РАН, где заработал первый в мире 4-дорожечный ускоритель-рекуператор электронного пучка.

По направлению 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» перспективны будут:

космологические исследования глобальной структуры и эволюции нашей Вселенной от момента первоначального взрыва в рамках многокомпонентной модели Вселенной, описание формирования и эволюции галактик, звезд и планетных систем, установление природы ядер галактик;

изучение глобальной структуры и эволюции нашей Вселенной от первоначального взрыва до современной эпохи;

исследование природы скрытой темной материи и темной энергии, реликтовых объектов ранней Вселенной;

исследование многокомпонентной модели Вселенной;

изучение строения и активности Солнца и звезд, взрывов новых и сверхновых звезд, механизмов формирования нейтронных и кварковых звезд, черных дыр звездной массы и их наблюдаемых проявлений, физики взрывных процессов в источниках гамма-всплесков;

исследование Луны, планет Солнечной системы и их спутников, межпланетной среды, комет и астероидов, включая космогонические аспекты;

развитие экспериментальных методов и технических средств исследований космических тел и пространства с помощью космических аппаратов, создание научных приборных комплексов автоматических межпланетных станций и посадочных аппаратов;

разработка перспективных методов и технологий для работы со сверхбольшими распределенными архивами данных, в частности – российской виртуальной обсерватории;

создание высокоинформативных высокочувствительных телескопов и интерферометров наземного и космического базирования в гамма-, рентгеновском, ультрафиолетовом, оптическом, инфракрасном и радиодиапазонах, в том числе для космических обсерваторий серии «Спектр»; участие в крупных международных астрономических проектах, учитывая вступление России в Европейскую южную обсерваторию – крупнейший и самый современный международный центр наземной астрономии.

В 2012 г. основные результаты, полученные по указанным направлениям, были связаны с развитием миссии «Радиоастрон», завершением уникального многолетнего обзора нашей Галактики от ее центра до самых внешних областей, в котором были исследованы все известные галактические звездные скопления, а также проведены интересные наблюдения спутников астероидов.

НАНОТЕХНОЛОГИИ

И ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

В настоящее время решение актуальных задач развития страны невозможно без широкого применения информационных технологий.

При этом особо значимой является задача развития методов математического моделирования на современных суперЭВМ, направленных на широкое внедрение суперкомпьютерных технологий во все сферы деятельности общества: в науку, промышленность, экономику, оборону и др. Без решения данной задачи невозможно обеспечить конкурентоспособность отраслей промышленности и достигнуть мирового уровня во всех высокотехнологичных областях.

Решением Комиссии при Президенте РФ по модернизации и технологическому развитию экономики России принят к реализации проект «Развитие суперкомпьютеров и грид-технологий». Этот проект направлен на создание отечественных пакетов программ имитационного моделирования и поэтапного замещения ими импортных пакетов и тем самым на решение стратегических задач повышения конкурентоспособности отечественных предприятий высокотехнологичных отраслей, а также устранение их зависимости от зарубежного программного обеспечения.

Несомненно, что создание отечественного базового программного обеспечения для имитационного моделирования, которое основано на новых методах моделирования, ориентированных на полное использование ресурсов мощных высокопроизводительных вычислительных систем, – одно из основных направлений развития суперкомпьютерных технологий. Исходя из этого, институтами ОНИТ поставлены и развиты проблемы создания отечественного базового программного обеспечения и внедрения его на выделенные предприятия наукоемких отраслей промышленности. В качестве достижений на этом направлении можно отметить следующие:

представлены решения по созданию уникальных по своим характеристикам универсальных и специализированных компактных суперЭВМ терафлопсного класса;

в рамках вышеуказанного проекта предполагается поэтапное оснащение предприятий и организаций высокотехнологичных отраслей промышленности данными компактными суперЭВМ с установленным на них отечественным программным обеспечением для проведения многовариантных модельных расчетов, которые позволяют находить оптимальные конструкторские и технологические решения;

реализованы первые примеры внедрения суперкомпьютерных технологий в ведущие отрасли промышленности: авиастроение, атомную энергетику, автомобилестроение и ракетно-космическую отрасль для проектирования и разработки новых образцов техники (НИИСИ РАН, ИППИ РАН, ИПС РАН, ИСП РАН);

сформулированы вопросы дальнейшего развития и внедрения отечественных суперкомпьютерных технологий применительно к новым областям науки и техники в рамках технологической платформы «Национальная суперкомпьютерная технологическая платформа».

При разработке систем высокопроизводительных вычислений в связи с их большой сложностью и стоимостью необходимо ответить на два вопроса: какую задачу предполагается решать на данном компьютере и принесет ли решение этой задачи выгоды, сравнимые с расходами на создание и поддержание работы соответствующей вычислительной системы и программного обеспечения.

В случае, например, проблемы энергетической безопасности, а именно: создания алгоритмов и программного обеспечения для задач повышения нефтеотдачи месторождений на территории России, задач разработки новых видов топлив и повышения эффективности сжигания традиционных видов топлив, – на оба поставленных вопроса следует ответить положительно. Следовательно, рассматриваемую задачу необходимо решать на суперЭВМ эксафлопной производительности.

Выгоды от решения этой задачи и внедрения разработанных новых технологий извлечения нефти и создания новых энергоустановок во много раз превысят расходы на создание системы.

Задачи, обладающие иерархической многомасштабной структурой, могут решаться только на гетерогенных машинах, в которых будут присутствовать различные типы процессоров: универсальные и потоковые. И каждый из них будет ориентирован на решение конкретной задачи.

Прежде всего, высокопроизводительные супервычислители необходимы для предсказательного моделирования многомасштабных явлений, в которых взаимозависимые процессы развиваются на разных масштабах и характерные времена их протекания различаются на порядки. Среди многомасштабных явлений можно, например, выделить комплексные проблемы предсказательного моделирования тепловых, механических и химических воздействий на нефтяные залежи с целью повышения нефтеотдачи, а также примыкающую задачу вычислительного моделирования горения топлив в существующих и проектируемых технических системах, выгоды от решения которых и от внедрения разработанных новых технологий во много раз превысят расходы на создание вычислительной системы.

НИИСИ РАН, ИПС РАН и ИППИ РАН, совместно с другими институтами ОНИТ РАН и ОМН РАН, предприятиями Государственной корпорации «Росатом», Объединенной авиастроительной корпорации и других высокотехнологичных отраслей промышленности, предлагают проекты, нацеленные на реализацию технологического прорыва.

В первую очередь, – создание семейства отечественных аппаратно-программных комплексов производительностью 5–10 Тфлопс на отечественной наноразмерной элементной базе (90/65 нм). Это обеспечит возможность: массового использования современных суперкомпьютерных технологий в промышленности, науке и образовании России, включая расчеты с учетом взаимодействия нанообъектов; захвата отечественными производителями микроэлектронных компонентов и финишного электронного оборудования значимой доли наиболее быстро растущей ниши мирового рынка массовых суперЭВМ до 10 Тфлопс, и, прежде всего, за счет внутреннего рынка; парирования угрозы зависимости национальной экономики от поставок зарубежных суперкомпьютерных технологий; опережающей разработки отечественных технологий проектирования экзафлопсных суперЭВМ и прикладного программного обеспечения и систем телекоммуникаций для них.

Во-вторых, это конструирование семейства суперЭВМ «СКИФ-4»

петафлопсного класса, что обеспечит возможность: использования методов предсказательного моделирования в решении фундаментальных вопросов теоретической физики, в том числе в задачах уточнения стандартной модели строения элементарных частиц и построения новых космологических моделей; разработки алгоритмов проектного предсказательного моделирования элементной базы (микропроцессоры и коммуникационные СБИС) с проектными нормами 22–11 нм, включая алгоритмы моделирования физических процессов на атомно-молекулярном уровне; разработки алгоритмов поведенческого логического и схемотехнического моделирования для суперЭВМ с миллиардом процессорных ядер; разработки алгоритмов разномасштабного молекулярного и континуального моделирования физических процессов на суперЭВМ с миллиардом процессорных ядер; опережающей разработки пакетов программ моделирования для суперЭВМ с миллиардом процессорных ядер для научных исследований в химии, физике, биологии, фармацевтике, медицине.

Конечно, квантовые компьютеры не заменят, а дополнят классические суперкомпьютеры. Они могут обеспечить решение задач, считающихся «нерешаемыми» на классических компьютерах. Это, например, задачи криптографии, многочастичные задачи квантовой физики, квантовой химии и многие другие.

Твердотельные квантовые компьютеры обеспечат прорывные результаты в развитии таких критических технологий Российской Федерации, как технологии высокопроизводительных вычислительных систем, компьютерное моделирование наноматериалов, наноустройств и нанотехнологий, технологии биоинженерии и технологии создания перспективных видов вооружений, военной техники и специальных средств связи. Квантовые технологии помогут преодолеть установленные для классической техники пределы и ограничения.

Однако следует учитывать, что создание квантовых компьютеров сопряжено с преодолением как серьезных технологических трудностей, так и ограничений, связанных с декогерентизацией состояний квантового компьютера. Современный этап исследований в области квантового компьютера и квантовых вычислений является этапом разработки фундаментальных проблем. Итогом этого этапа станет выбор одного или нескольких путей реализации квантового компьютера.

Наиболее привлекательно создание твердотельных квантовых компьютеров. Их технологии унаследуют достижения бурно развивающихся технологий микрои наноэлектроники. Исследования в области физики и технологии квантовых компьютеров интенсивно развиваются в ведущих физических лабораториях мира – США, Японии и стран ЕС.

В России – в институтах Академии: ФТИАН, ИФП СО РАН, ИПТМ РАН, ИФТТ РАН, ФИАН и др. В зарубежных лабораториях экспериментальные физические исследования выполняются более интенсивно благодаря их значительной оснащенности самым современным технологическим и физическим экспериментальным оборудованием. Теоретические исследования российских ученых, разумеется, не уступают зарубежным. В понимании проблемы российские ученые находятся на самом высоком мировом уровне. Необходимо лишь дооснащение российских институтов, работающих в этой области, самыми современными средствами для технологических и физических экспериментов.

В этом случае российские исследования и разработки станут конкурентоспособными.

В области когнитивных систем и технологий, CALS-технологий также достигнуты существенные успехи:

обеспечивается интеллектуальное управление динамическими объектами и семействами динамических объектов в условиях неопределенности или противодействия, в том числе для систем навигации беспилотных и автономных летательных аппаратов и других подвижных объектов (ИСА РАН);

разработаны и развиваются методы и алгоритмы интеллектуального управления группой объектов с целью выполнения общей задачи.

При этом требуется, чтобы группа работала автономно и была способна выполнить задачу при выходе из строя части группы. В этих условиях алгоритмы управления должны быть устойчивы к различного рода факторам неопределенности: помехам, неопределенностям в параметрах системы, в постановке задачи противодействия, и т. д.

В рамках данных исследований решаются следующие задачи:

одновременное управление группой динамических систем (в частности, предложены методы управления, стабилизации, наблюдения для семейств объектов с параметрами, изменяющимися в широких диапазонах);

управление динамическими системами в условиях неопределенности (разрабатываются робастные алгоритмы интеллектуального управления, устойчивые к различного рода внешним воздействиям и к неопределенностям в параметрах системы, к изменениям в динамике ее функционирования, то есть алгоритмы управления, способные решить поставленную задачу при наличии помех и частичной поломки системы);

обработка и анализ информации для дальнейшего ее использования в системах управления мобильными роботами, БЛА и т.д.; в настоящее время создаются алгоритмы обработки и анализа мультимедиа информации, поступающей от источников разного типа: видеокамер, сенсоров разных типов, дальномеров и пр. с целью создания единой информационной среды для управления мобильной системой. Причем эти алгоритмы обработки информации будут решать задачу при наличии помех в режиме реального времени и минимальными средствами, как, например, маломощные бортовые компьютеры массовых мобильных роботов;

управление мобильными системами на основе визуальной информации (разрабатываются алгоритмы анализа визуальной информации с целью управления мобильными системами);

распределение задач между однотипными объектами: мобильными роботами, БЛА, спутниками из орбитальной группировки и др.

(в частности, создаются методы распределения задач в режиме реального времени между однотипными объектами с целью выполнения групповой задачи).

В области нанотехнологии и наноиндустрии исследования ведутся по двум направлениям. Во-первых, изучаются новые физико-химические и инструментальные принципы нанодиагностики материалов, наноструктур и наносистем и создаются на их основе приборные нанодиагностические платформы нового поколения. Во-вторых, используются новые типы взаимодействия твердотельного нанозонда, приближенного к поверхности исследуемого образца, а также сочетание пучковых и зондовых методов с целью создания приборной платформы нового поколения для нанодиагностики структуры и физико-химических характеристик объектов различной природы (металлы, диэлектрики, полупроводники, полимеры, клетки, вирусы, бактерии и т.п.) с высокой чувствительностью и пространственным разрешением.

Для решения этих задач необходимо:

провести поисковые исследования технологии формирования специализированных нанозондов: металлических с профилированной поверхностью, полупроводниковых с квантовой точкой на вершине, сверхпроводящих, магнитных, диэлектрических с проводящим покрытием, а также зондов с нановискером, наносферой или проводящим нанокольцом на вершине, зондов-нанокапилляров, зондов наноантенны;

провести исследования, направленные на повышение чувствительности детектирования локального взаимодействия нанозондов с поверхностью образцов различной природы;

осуществить поисковые исследования, направленные на сочетание твердотельного нанозонда с энергоанализирующими и масс-спектрометрическими системами высокого разрешения;

разработать концепции принципиально новых измерительных мод и приборов для нанодиагностики материалов различной природы.

В качестве ожидаемого результата можно получить новые физические и инструментальные принципы нанодиагностики материалов различной природы, нанодиагностические приборные платформы нового поколения для научных исследований и наноиндустрию на основе сочетания специализированных твердотельных зондов с энергоанализирующими и масс-спектрометрическими системами высокого разрешения.

В результате решения указанных выше задач в ИАП РАН и других институтах ОНИТ РАН, институтах ОФН и других отделений Академии можно ожидать значительных научных и технологических прорывов по двум приоритетным направлениям развития науки, технологий и техники в Российской Федерации, а именно: нанодиагностики и индустрии наносистем. Из анализа литературных данных следует, что научные подходы, заложенные в отечественную нанодиагностическую приборную платформу нового поколения, соответствуют современным мировым тенденциям в области нанодиагностики, а в ряде случаев не имеют мировых аналогов.

ЭНЕРГЕТИКА, МАШИНОСТРОЕНИЕ,

МЕХАНИКА И ПРОЦЕССЫ УПРАВЛЕНИЯ

Энергетика представляет собой ярко выраженную междисциплинарную науку, формирующую новые знания о методах преобразования энергии и создающую новые средства для таких преобразований путем интеграции достижений практически всех других наук. Энергетические технологии формируются на базе таких физико-технических дисциплин, как электрофизика и электротехника, теплофизика и теплотехника, гидравлика и гидротехника, атомная физика и техника, газовая динамика, прочность и материаловедение. На разработку энергетических технологий приходится до 70% исследований в области энергетики. Отбор таких технологий проводится по критериям экономической эффективности и экологической приемлемости с учетом всех аспектов надежности и управляемости. Одним из важных направлений энергетической науки является исследование и конструирование энергетических систем. Причем пространственное развитие энергетики предусматривает создание различных систем, имеющих физико-техническую основу в виде трубопроводных и электрических сетей и одновременно являющихся сложными производственными системами.

Перед энергетической наукой стоит задача определения приоритетов научно-технологического прогресса с учетом мировых тенденций, но отвечающих российским условиям. На решение масштабных и перспективных задач энергетики были направлены исследования, выполненные в рамках Программы фундаментальных научных исследований государственных академий наук на 2008–2012 гг., программ Президиума РАН и ОЭММПУ РАН по профилю энергетики, а также в рамках проектов Академии для участия в реализации направлений технологического прорыва по направлению «Энергоэффективность и энергосбережение, в том числе разработка новых видов топлива». Особенно важна категория проектов, включающих технологии, приоритетные для возможной реализации. К ним относятся следующие: «Развитие мощной парогазовой энергетики», «Развитие электроэнергетической системы России с использованием принципов активно-адаптивной сети, включая интеллектуальную технологию координированного оперативного и противоаварийного управления электроэнергетическими системами» и «Разработка научных основ и промышленная реализация процессов глубокой, комплексной и безотходной конверсии тяжелых нефтяных остатков с применением наноразмерных катализаторов с целью обеспечения глубины переработки нефти не менее 92–95% масс, извлечение ценных металлов».

Осуществление названных и других проектов позволит решить сложный комплекс научно-технических вопросов современных энерготехнологий и осуществить решающий прорыв в энергетике, создав надежную базу для динамичного развития всех сопряженных отраслей экономики России.

Машиностроение является материальной базой научно-технического прогресса страны, всех секторов ее экономики и национальной безопасности и должно обеспечить перевод всех отраслей на новую технологическую базу, обеспечивающую снижение материалоемкости и энергопотребления производства, повышение производительности труда, повышение уровня промышленной безопасности и конкурентоспособности производимой продукции.

Развитие машиностроительного комплекса опирается на фундаментальные и прикладные исследования в таких областях знания, как машиноведение (междисциплинарная наука о машинах, машинных комплексах и сложных системах «человек – машина – среда»), динамика машин, волновые и вибрационные процессы в технике, ресурс, живучесть и безопасность машин и сложных технических систем, и комплексные проблемы машиноведения (повышение безопасности машин, снижение техногенных и технологических рисков для всех объектов народного хозяйства).

Машиноведение и машиностроение должны обеспечить технологическую независимость страны и совершенствование национальной технологической базы. Исходя из анализа состояния машиностроительного комплекса страны и прогнозных оценок его развития, определена направленность дальнейших фундаментальных и прикладных разработок по проблемам машиноведения и машиностроения, общая структура фундаментальных, поисковых и прикладных исследований междисциплинарного характера в области машиноведения и машиностроения.

К числу приоритетных направлений отнесены: анализ и синтез сложных машинных комплексов, эргономика и биомеханика человекомашинных систем, динамика машин и вибрационные процессы в технике, перспективные материалы и технологии машиностроения, а также теория техногенной безопасности.

Создаются новые и совершенствуются существующие методы анализа и синтеза сложных механических систем «механизм–привод– управление» как составной части механических управляемых объектов различного назначения и принципа действия. Изучаются нелинейные процессы деформирования, повреждения и разрушения материалов, машин и конструкций при различных, в том числе экстремальных условиях нагружения. Разрабатывается обобщенная теория нелинейной и волновой механики и технологий, обосновывающая создание перспективных образцов новой техники для нефтегазового, строительного и оборонного машиностроения. Ведутся фундаментальные исследования по проблемам прочности, ресурса, живучести и безопасности машин и сложных технических систем, являющихся объектами технического регулирования, опасных производственных объектов и критически важных для национальной безопасности объектов инфраструктур. Разработаны научные основы комплексных методов термомеханического и физико-химического упрочнения несущих элементов машин в условиях штатных и экстремальных воздействий. Разрабатываются методы диагностики физико-механического состояния критических зон машин и конструкций в условиях сложных напряженных состояний. Ведется разработка робототехнических систем для выполнения работ в условиях вредных и опасных для человека. Ведутся исследования рабочих процессов, динамики ресурса и экологии новых машин и энергоустановок, использующих нетрадиционные энергоносители: ядерные, водородные и газовые.

Результаты фундаментальных исследований используются в совместных разработках научных учреждениях РАН, НИИ и КБ отраслей в атомном и тепловом энергомашиностроении, ракетостроении, авиации, на железнодорожном и автомобильном транспорте, в нефтегазовом и химическом комплексах.

Механика – фундаментальная наука и основа инженерного дела и рационального природопользования. Актуальность тех или иных областей механики во многом определяется потребностями хозяйственной деятельности, обеспечения обороноспособности страны и успехами других фундаментальных наук. Фундаментальные результаты механики позволили решить ряд важных проблем совершенствования существующих и создания новых образцов аэрокосмической и морской техники, а также иных транспортных систем. Опережающее развитие механики – необходимое условие реализации программ модернизации и инновационного развития России.

Традиционно механику разделяют на следующие разделы: общая и прикладная механика, механика жидкости газа и плазмы, механика деформируемого твердого тела, трибология, механика природных процессов и биомеханика. В 2012 г. продолжено развитие всех разделов механики.

В области общей и прикладной механики получены важные результаты по применению теории сухого трения в системах с несколькими степенями свободы для решения задач о взаимодействии колесных экипажей с дорогой. Продолжены исследования многозвенных механических систем при различных законах внешнего сопротивления, развиты методы их анализа и оптимального управления. По-прежнему остаются актуальными задачи космической механики. В частности, разработан новый метод построения оптимальных траекторий космических аппаратов с целью изменения орбит потенциально опасных астероидов, совершенствуются алгоритмы оптимального управления ориентацией космических аппаратов.

В области механики жидкости, газа и плазмы получили дальнейшее развитие математические модели и методики расчета сплошных сред, с учетом механических, тепловых, химических и физических процессов.

В области гидромеханики проведены комплексные экспериментальные и теоретические исследования в глубоководных и шельфовых частях Мирового океана, построены и проанализированы новые математические модели придонных течений. Продолжено моделирование трехмерных нелинейных волн в идеальной несжимаемой жидкости.

Разработаны и численно исследованы новые модели многокомпонентных течений в пористой среде и микрои наноканалах.