Эталонная научно-исследовательская работа ВНИИФТРИ

О совершенствовании первичных эталонов единиц величин, разработке высокоточного измерительного оборудования, новых стратегически важных разработках Всероссийского научно-исследовательского института физико-технических и радиотехнических измерений (ВНИИФТРИ) рассказал его генеральный директор Сергей Донченко.

Интервью подготовила: Анна Руссами. Фото: ФГУП «ВНИИФТРИ»

– Уважаемый Сергей Иванович, каким сегодня является ФГУП «ВНИИФТРИ»?

– Всероссийский научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измерений (ВНИИФТРИ) – один из ведущих многопрофильных государственных научных центров страны, важнейший научный метрологический институт системы Росстандарта, является головной организацией системы по ряду направлений. Институт выполняет функции Главного метрологического центра Государственной службы времени, частоты и определения параметров вращения Земли, обеспечивает бесперебойную передачу эталонных сигналов времени и частоты, информации о параметрах вращения Земли и точном значении московского времени и календарной дате.

Как метрологический институт мы ведем работы по совершенствованию, содержанию, сличению и применению государственных первичных эталонов единиц величин, проводим фундаментальные и прикладные научные исследования, экспериментальные разработки по различным направлениям, среди которых измерения времени, частоты,

координатно-временные измерения, гравиметрические измерения и измерения больших длин, радиотехнические измерения, гидроакустические и гидрофизические измерения, измерения параметров ионизирующих излучений, радиоактивности и ряд других.

Разветвленная сеть филиалов предприятия охватывает практически всю страну. Восточно-Сибирский, Дальневосточный, Камчатский, а также Западно-Сибирский филиалы являются обособленными структурными подразделениями и ведут исследования в области обеспечения единства измерений.

В 2023 г. Приказами Росстандарта были утверждены 4 Государственных первичных эталона, усовершенствованные нашими учеными: Государственный первичный эталон единицы волнового сопротивления в коаксиальных волноводах, ГЭТ 75-2023; Государственный первичный эталон единицы количества переданной (принятой) информации (данных) и единиц величин параметров пакетных сетей передачи данных, ГЭТ 200-2023; Государственный первичный эталон единиц массовой концентрации кислорода, водорода и углекислого газа в жидких средах, ГЭТ 212-2023; Государственный первичный эталон единиц комплексной диэлектрической проницаемости в диапазоне частот от 0,1 до 178,4 ГГц, ГЭТ 110-2023.

Каждый из усовершенствованных эталонов имеет важнейшее значение в своей области. Например, эталон единицы передаваемой информации ГЭТ 200 крайне востребован в процессах цифровизации экономики страны, ГЭТ 212 важен для пищевой промышленности, развития медицины, биологии и т.д. Государственная эталонная база – это основа обеспечения единства измерений в стране, и после распада СССР нашей системе удалось с нуля восстановить многие важные эталоны, которые остались за пределами нашей страны.

Но наша деятельность не ограничивается только научными исследованиями. Высокий уровень научно-исследовательской и производственной базы института позволил не только создавать и обеспечивать сопровождение парка государственных эталонов, эксплуатируемых ВНИИФТРИ, но и организовать производство высокоточных средств измерений, разработанных научными подразделениями института, принимать участие в выполнении опытно-конструкторских работ по заказу Минпромторга для расширения импортонезависимости страны в сфере прецизионного приборостроения.

В составе института действует Опытно-технический производственный центр, который выпускает более 100 наименований продукции, включая серийный выпуск 6 высокоточных приборов (ваттметры, миллитесламетры, стандарты частоты и др.). Изделия, выпускаемые ОПТЦ, по своим характеристикам находятся на уровне ведущих зарубежных аналогов, что способствует расширению участия института в государственной программе импортозамещения. На 2024 г. у нас уже запланирован старт серийного производства новой линейки широко применяемых и востребованных измерительных приборов, таких как осциллографы и ваттметры, идет процесс организации серийного производства миниатюрных квантовых стандартов частоты, востребованных в таких сферах, как навигация, беспилотный транспорт, телекоммуникационные сети нового поколения.

Разработки ученых института всегда высоко оцениваются на региональном и государственном уровнях. На предприятии трудится большой коллектив высококвалифицированных специалистов. Среди них член-корреспонденты РАН, доктора и кандидаты наук, лауреаты Госпремий РФ, Премий Правительства РФ, действительные члены и член-корреспонденты Метрологической академии. В 2019 г. коллективу ученых института была присуждена Государственная премия Правительства РФ за разработку высокоточного комплекса квантовых эталонов времени и частоты для перспективных навигационных, геодезических и цифровых технологий. Совсем недавно коллективу молодых ученых ВНИИФТРИ была присуждена Премия Губернатора Московской области в сферах науки, технологии, техники и инноваций для молодых ученых и специалистов в 2023 г. за работу, посвященную перспективным гравиметрическим приборам – высокоточному относительному гравиметру и астрономическому измерителю уклонения отвесной линии, которые созданы в институте. А в конце 2023 г. заместителю генерального директора по координатно-временным измерениям Олегу Денисенко присвоено звание заслуженного деятеля науки Московской области.

– Опишите, пожалуйста, несколько ярких новых разработок ВНИИФТРИ.

– Многие разработки института имеют стратегическое значение для страны, для развития российской экономики. Среди основных уникальных разработок ВНИИФТРИ на сегодняшний день можно упомянуть квантовые стандарты частоты на холодных атомах стронция и рубидия, которые сегодня действуют в составе Государственного первичного эталона единиц времени, частоты и национальной шкалы времени. А это эталон даже по порядковому номеру – номер 1 среди остальных государственных эталонов.

Кроме этого, учеными института был разработан уникальный для российского рынка прибор – сверхминиатюрный квантовый стандарт частоты – генератор высокостабильных эталонных частот. Прибор незаменим для дальнейшего развития беспилотного транспорта, а также синхронизации оборудования и передачи данных в высокоскоростных вычислительных сетях, что особенно важно для проведения финансовых операций в банковской сфере, телекоммуникационных систем.

Мы с вами живем в эпоху цифровизации. Цифровая экономика предполагает использование большого объема данных, возможность и скорость их передачи, а также обработку и использование результатов их анализа. Эти процессы требуют системы обеспечения единства измерений, основу которой составляют, в том числе и эталоны, содержащиеся во ВНИИФТРИ, – Государственный первичный эталон единиц времени, частоты и национальной шкалы времени, первичные эталоны единиц радиотехнических величин. В 2023 г. Росстандартом был переутвержден с новыми характеристиками Государственный первичный эталон единиц измерений объемов передаваемой цифровой информации по каналам Интернет и телефонии ГЭТ 200-2023 – один из важнейших эталонов для успешной цифровизации экономики.

В 2023 г. был завершен большой проект по строительству уникального испытательного комплекса для проведения высокоточных антенных измерений. Новый комплекс позволит решать задачи калибровки и инструментальной настройки новейших и перспективных антенных систем, широко применяемых в аэрокосмической промышленности, радионавигации, радиоастрономии, радиолокации, а также в сфере связи для развития сетей нового поколения.

В 2024 г. будет введен в эксплуатацию новый комплекс эталонов и измерительных систем, созданный для проведения гидроакустических измерений. Масштабный проект по возведению этого комплекса мы начали в 2019 г. Комплекс позволит решать актуальные задачи по контролю уровня шума отечественных судов и стационарных морских объектов, а также разработать стандарты в данной области на уровне международных.

Помимо этого, у нас есть заметные достижения в других областях: например, в области гравиметрии идет разработка серийного относительного малогабаритного гравиметра, а также создан прототип атомного гравиметра, идут его испытания.

В сфере физико-химических измерений разработан комплекс эталонной аппаратуры измерения эффективности фильтрации аэрозольных частиц фильтрами и фильтрующими материалами применительно к различным аэрозолям. Благодаря комплексу мы можем проводить измерения не только эффективности фильтрации средствами индивидуальной защиты органов дыхания и противогазами, но и характеристик фильтров и фильтрующих материалов, применяемых в промышленности при производственных и технологических процессах, а также в областях, где широко применяются чистые помещения.

– Как ВНИИФТРИ содействует импортозамещению и достижению технического суверенитета страны?

– ВНИИФТРИ продолжает поддерживать традиции отечественного высокоточного приборостроения, в некотором смысле возрождаем эту отрасль. В условиях ограничений и санкций на поставки из-за рубежа эта работа приобретает особую значимость. Обеспечение рынка отечественными высокоточными средствами измерений позволит сохранить импортонезависимость в этой сфере, которая является критической для поддержания технологического суверенитета страны.

С 2020 г. в составе института действует Центр разработки и внедрения перспективных технологий. В ходе проведения фундаментальных и научно-прикладных исследований и работ по созданию государственных эталонов мирового уровня во ВНИИФТРИ были накоплены большой опыт и компетенции, опираясь на которые Центр обеспечит полный цикл разработки и производства современного высокоточного измерительного оборудования, что будет способствовать развитию технологического суверенитета России в области современных средств измерений.

В настоящее время Центр ведет проекты по разработке комплекса средств высокочастотных радиотехнических измерений и созданию прецизионной аппаратуры для измерения времени и частоты: измерителей интервалов времени, усилителей-распределителей сигналов, частотомеров, квантовых стандартов частоты и других. Отдельное направление – разработка и серийное производство миниатюрных квантовых стандартов частоты.

В 2024 г. начинается серийный выпуск таких широко применяемых в современной промышленности приборов, как осциллографы и ваттметры. Мы разработали новую линейку этих приборов. Осциллограф с полосой пропускания до 1 ГГц будет впервые выпускаться отечественным производителем. Помимо адекватной цены, будет обеспечено гарантийное и сервисное обслуживание прибора «на месте», что является несомненным преимуществом по сравнению с зарубежными аналогами.

Новая линейка ваттметров включает три прибора: измеритель мощности термисторный унифицированный М3-121; ваттметры поглощаемой мощности М3-122, которые применяются в области системы обеспечения единства измерений мощности электромагнитных колебаний при разработке и градуировке СВЧ устройств; ваттметры проходящей мощности М2-37, которые применяются для точных измерений проходящей в нагрузку мощности электромагнитных колебаний в стандартизованном волноводном тракте. Приборы отличаются между собой диапазоном измерения мощности, частотным диапазоном, интерфейсами и типом включения в тракт, каждый оснащен современными интерфейсами удаленного доступа, сенсорным дисплеем.

Со временем мы надеемся заместить на отечественном рынке подобное оборудование зарубежного производства.

– Каковы на сегодняшний день основные задачи российской науки в направлении развития физико-технических и радиотехнических измерений?

– В современных реалиях первоочередной становится задача достижения импортонезависимости, поскольку введенные против России санкции коснулись поставок приборов, оборудования, комплектующих для эталонов средств измерений и их технического обслуживания. Поддержание и актуализация эталонной базы – критически важный элемент функционирования любой экономики. Помимо уже упомянутых эталонов и средств измерений радиотехнических и радиоэлектронных величин наши специалисты работают над созданием высоко востребованных датчиков высоких давлений, в рамках реализации политики импортозамещения в институте создаются генераторы влажного газа с уникальными характеристиками, а также целый комплекс стандартных образцов и мер для обеспечения единства измерений по приоритетным направлениям в целях технологического суверенитета Российской Федерации, в том числе в части здравоохранения, защиты окружающей среды и пищевой промышленности.

Инновационное развитие метрологии и измерительных технологий – непременное условие развития науки, технологии, техники и экономики страны в целом. Огромным потенциалом обладают исследования, направленные на создание и использование основанных на новых физических принципах методов измерений, новых видов самих средств измерений, построенных с использованием как наиболее перспективной существующей элементной базы, так и новых элементов, модулей и устройств ранее не применявшихся типов. Наибольшими перспективами обладают средства и методы измерений, основанные непосредственно на квантовых эффектах и устройствах, либо построенные на известных принципах, но использующие квантовые элементы или составные части для резкого улучшения характеристик средств измерений.

– Каковы главные планы ФГУП «ВНИИФТРИ» на ближайший период?

– В 2024 г. будут завершены исследования и разработки, направленные на совершенствование целого ряда государственных первичных эталонов, в том числе будут усовершенствованы:

• Государственный первичный эталон единицы звукового давления в воздушной среде и аудиометрических шкал ГЭТ 19-2018, востребованный в медицине и охране труда (измерение остроты слуха, борьба с шумом), машиностроении (контроль шумов и диагностика повреждений), при радиовещании и звукозаписи (контроль качества микрофонов и громкоговорителей) и других областях. В этом году он будет дополнен эталонным комплексом для воспроизведения, хранения и передачи единицы звукового давления в воздухе в свободном поле;
• Государственный первичный эталон единиц активности и объемной активности нуклидов в бета-активных газах – он получит диапазон воспроизведения единиц, расширенный в интересах прежде всего атомной промышленности;
• Государственный первичный эталон единицы плотности потока электромагнитной энергии в диапазоне частот 0,3-178 ГГц (ГЭТ 160-2006), востребованный для измерений при контроле условий труда и благополучия населения, параметров электромагнитной совместимости, параметров информационно-телекоммуникационных систем;
• Государственный первичный эталон единицы мощности ультразвука в воде (ГЭТ 169-2019) путем расширения его функциональных возможностей и расширения перечня воспроизводимых единиц для средств измерений, широко применяемых в производстве и при контроле ультразвукового медицинского оборудования;
• Государственный первичный эталон единиц звукового давления и колебательной скорости в водной среде (ГЭТ 55-2017) и Государственный первичный эталон единицы скорости звука в жидких средах (ГЭТ 201-2012) – высшие звенья государственных поверочных схем для средств измерений гидроакустических и гидрофизических величин, широко применяемых в судостроении, геологоразведке, навигации, рыбопромысловой отрасли, машиностроении и других областях.

В текущем году также планируем завершить создание комплекса из 4 стандартных образцов и 18 мер, востребованных в авиационной, космической промышленности, судостроении, микроэлектронике и здравоохранении.