Быстропротекающий процесс

Дан Медовников
директор Института менеджмента инноваций Высшей школы бизнеса (ВШБ) НИУ ВШЭ, главный редактор журнала «Стимул»
13 сентября 2004, 00:00

Нас взрывают с помощью хорошо известных веществ. Менее известно, что разработано немало способов эффективно их обнаруживать

Если страна не умеет или не хочет управлять НТП планомерно, ей приходится обращаться к этому занятию в кризисном режиме - когда отступать уже некуда. Лучше всего для этого подходит ситуация войны, не важно, "горячей", холодной или террористической, так как любая война сводится к войне технологий.

На самом деле власть имущим, как правило, не знакомым с физикой и химией, тем более с физикой и химией быстропротекающих процессов и прочими не от мира сего дисциплинами, действительно бывает трудно, когда назойливый технократ, добившись-таки приема в высоком кабинете, требует от его хозяина немедленного принятия решения по тому или иному научно-техническому вопросу. Коммуникация может оказаться успешной только в случае, если представления власть имущего и технократа о "немедленности" совпадут. Поэтому именно в сегодняшней ситуации национального кризиса у наших инноваторов появился наконец реальный шанс наладить диалог с властью - некуда ей отступать, придется выслушать и ответить за непринятые очевидные решения. (В скобках заметим, что и у власти появился шанс перестать выглядеть малообразованной пожарной командой, которая, вместо того чтобы заняться системным предупреждением пожаров, продолжает выезжать только по вызову.)

Наш журнал уже три года проводит Конкурс русских инноваций. Среди 1300 проектов, поступивших к нам, десятки относятся к рубрике "технологии безопасности", ввести которую нас надоумили венчуристы Силиконовой долины, ожидавшие после 11 сентября 2001 года сравнимого чуть ли не с интернет-бумом всплеска спроса на ноу-хау, которые помогают эффективно бороться с террористическими угрозами. Собственно, о зарубежном рынке мы скорее всего и думали, когда отбирали в победители прошлых лет терагерцовый проект из Питера или технологию обнаружения опасных веществ с помощью запаздывающих нейтронов из Обнинска (см. проекты 320397 и а169 на www.inno.ru). На Западе ими действительно заинтересовались, родина же их просто не заметила. С прошлого года мы вообще ввели понятную для развитых экономик, но провокационную для нашего политического и академического лобби номинацию "Белая книга". Побеждать в ней должны проекты, может быть, слишком капиталоемкие и требующие немалого времени для своей реализации, но жизненно необходимые для достойного существования страны, а может быть, и просто для ее существования (первый победитель - проект 330341 по получению атомной энергии без радиоактивных отходов). Нас опять не услышали - переругались несколько членкоров, вот и весь эффект. О каких инновациях, каком управлении НТП может идти речь при политической стабильности, нефти в пятьдесят баксов за баррель и многомиллиардных стабфондовских закромах родины? 1 сентября 2004 года ситуация, кажется, изменилась: игнорировать многочисленные ноу-хау по обнаружению и контролю оборота взрывчатых веществ, делящихся материалов, химического, биологического и информационного оружия - значит обречь себя на поражение в новой войне. Если кто-то сегодня надумает составлять Белую книгу России - каждая третья, если не вторая строчка в ней будет посвящена технологиям безопасности.

Родине неинтересно

В последнее время нас постоянно взрывают, причем взрывают с помощью хорошо известных взрывчатых веществ (ВВ). Взрывчатка занимает небольшой объем, ее поражающая эффективность в замкнутых пространствах чрезвычайно высока, ее трудно обнаружить, а для подрыва зачастую достаточно детонатора, упрятанного в обычную шариковую ручку. С этим нужно работать и заинтересованным организациям, и нам, журналистам. Но разобраться с инновационным предложением в этом технологическом кластере оказалось нелегко.

"Я не считаю необходимым давать вам интервью" - с этого заявления началась работа над этой статьей. Через день мы сделали контрольный звонок, и руководитель команды, работающей над перспективным проектом по определению ВВ, уже наотрез отказался от встречи, ссылаясь на запрет директора института. А институт этот называли одним из самых продвинутых в системе Академии наук по опыту работы со взрывчатыми веществами. Неохотно шли на контакт и авторы других проектов, правда, не только по причине секретности своих разработок - страна никогда не выказывала особого интереса к разрабатываемым ими технологиям, и они не верили, что она проявит его даже сейчас - после катастрофических терактов. Они удивлялись нашему наивному, по их мнению, журналистскому посылу: после терактов спецслужбы должны начать вовсю шерстить научно-исследовательские центры в поисках антитеррористических разработок. Повышенного интереса к ним по-прежнему не наблюдается. Что ж, повышенный интерес возник у нас.

Сразу оговоримся: ниже пойдет речь о технологиях обнаружения привычных по названию - тротил, гексоген etc. - так называемых конденсированных взрывчатых веществ, содержащих азот. В диверсионной деятельности им отдают предпочтение не только из-за огромной концентрации энергии на единицу объема, но и из-за простоты использования: воткнул детонатор или включил кнопку радиовзрывателя - и дело сделано.

Запаздывающая нейтронная пушка

Как утверждают специалисты, существует с десяток классов приборов для детекции конденсированной взрывчатки. В аэропортах для проверки багажа и досмотра крупногабаритных грузов на крупных терминалах с целью поиска взрывчатки службы безопасности чаще всего используют рентгено-телевизионные устройства. Работа таких детекторов основана на сопоставлении плотности обследуемых веществ: плотность ВВ отличается от таких материалов, как кожа, полимеры, ткани - то, из чего чаще всего и состоят досматриваемые предметы. Такая система часто срабатывает вхолостую и не замечает спрятанную в другом материале взрывчатку. Принцип же работы других приборов так или иначе основан на том, что все эти взрывчатые вещества (гексоген, нитроклетчатка, октоген, нитроглицерин, тетранитропентаэритрит, тринитротолуол, соли азотной кислоты) содержат соединения азота, причем его доля достигает 20-30% от общей массы вещества.

С конца 80-х годов в США начали работать нейтронные системы детекции взрывчатых веществ. Детекторы находили ВВ, если их вес составлял не менее килограмма в тротиловом эквиваленте, но когда в 1989 году в небе над Шотландией террористы взорвали самолет PanAm, выяснилось, что для этого им потребовалось всего полкило взрывчатки. Год назад специалисты питерского ЦНИИ имени А. Н. Крылова вместе с коллегами из компании "Ратэк" сделали промышленную установку активного неразрушающего элементного анализа CDS-1 (Combined Detection System) для обнаружения взрывчатых веществ. По словам руководителя проекта Андрея Лайкина, крыловская CDS-1 может обнаружить взрывчатку, если ее вес составляет всего 100 граммов. При облучении внешним источником нейтронов азот активно их поглощает и образует характерное жесткое гамма-излучение, фиксируемое затем специальными датчиками. Данные, снимаемые с них, проходят компьютерную обработку и выводятся на дисплей оператора. Наличие высокой концентрации азота как раз и позволяет с большой долей вероятности говорить о том, что в исследуемом объекте есть взрывчатка. Разработки систем нейтронного анализа вещества велись и в советском средмаше, и сейчас некоторые минатомовские предприятия (например, в Снежинске, столичном Институте автоматики и Радиевом институте в Петербурге) также предлагают похожие технические решения для систем безопасности. В прошлом году победителем Конкурса русских инноваций стал проект обнинского Физико-энергетического института, специалисты которого разработали устройство для активного неразрушающего анализа состава радиоактивных веществ с помощью запаздывающих нейтронов, которое можно легко перенастроить для обнаружения соединений азота в исследуемом объекте.

Однако у нейтронного метода есть несколько недостатков, которые затрудняют его применение в системах безопасности. По словам доктора физико-математических наук, заведующего лаборатории лазерной диагностики Института общей физики РАН (ИОФАН) Сергея Алимпиева, "радиоактивные" приборы срабатывают на любое вещество, содержащее азот, например на кусок мыла, к тому же азот содержится в огромном количестве другой органики, что приводит к ложным срабатываниям. "Представьте себе, - говорит Алимпиев, - что означает каждое такое срабатывание: это взвод автоматчиков, эвакуация из зоны погрузки багажа. Если бы такие приборы стояли в наших аэропортах, половина рейсов, наверное, вообще бы не состоялась". По его мнению, "есть путь, который мог бы сделать такие системы очень эффективными, для этого достаточно ввести некий стандарт и начать маркировать производимую взрывчатку веществами, которые при облучении оставляли бы характерные следы. Сейчас же происхождение ВВ можно определить только в результате химического анализа, но для этого нужно иметь его образцы на руках". Использование технологии с применением радиоактивного излучения проблематично и для проведения личного досмотра пассажиров из-за вреда, причиняемого их здоровью.

Чует лучше собаки

Победитель Конкурса русских инноваций 2004 года петербургская компания "Тидекс" предложила прибор, позволяющий сканировать не только багаж, но и проходящих через систему контроля людей, используя терагерцовый диапазон, который может заменить рентгеновское излучение. Замена рентгена на безвредный терагерцовый вариант могла бы перевернуть мировую рентгеноскопию, в том числе и в системах безопасности (для выявления радиоактивных веществ, бактериологических материалов и взрывчатки). "Появление диагностики в этой области спектра открывает уникальные возможности, ранее не доступные ни в одной из существующих диагностик, - утверждает научный руководитель 'Тидекса' профессор Николай Зиновьев. - Можно безмаркерно (то есть без предварительного введения в анализируемую среду особых веществ. - 'Эксперт') визуализировать изображения той или иной характерной особенности вместо простой регистрации распределения средней плотности, как в рентгене или УЗИ. Благодаря использованию этой технологии когерентного излучения и разработанным в 'Тидексе' принципам обработки сигналов поглощения удается регистрировать как амплитуду излучения, прошедшего через объект или отраженного от него, так и его фазу, одновременно вычисляя как поглощательную способность объекта, так и эффективность рассеяния волн, и тем самым определяя его физические и химические свойства". В результате терагерцовая система обладает значительно большей информативностью, чувствительностью, разрешением и быстродействием, чем аналоги из других диапазонов электромагнитного спектра. Но авторы проекта честно признают: для его доработки необходимо плотно поработать со взрывниками.

Для определения точности анализирующих приборов до сих пор используется так называемый собачий уровень. Сергей Алимпиев приводит данные: собака "чует" в кубическом сантиметре воздуха 10 -8 молекул (всего при комнатной температуре в этом объеме содержится 3х10 19 молекул).

"Хромо-масс-спектрометры - наиболее продвинутые и точные приборы для выявления взрывчатки в багаже или у пассажиров, - рассказывает коллега Алимпиева, доктор физико-математических наук Сергей Никифоров. - Они чувствительнее собак, к тому же в отличие от животных не устают и не отвлекаются на резкие запахи, но из-за изощренной физики цена таких устройств превышает несколько миллионов долларов, поэтому их не так уж много". Точность хромо-масс-спектрометров достигается двойной селекцией анализируемых воздушных смесей: сначала они проходят газовый хроматограф, в котором разделяются в длинном капилляре, покрытом специальным составом. Затем из-за разной степени прилипания к стенкам молекулы смеси выходят из капилляра в разное время и по отдельности поступают в масс-спектрометр - если бы они поступили в спектрометр без предварительного разделения, то вычислительные системы просто захлебнулись бы от объема поступившей из приборов информации. Но эта точность покупается за счет времени, которое уходит на анализ, - оно в несколько раз превышает стандартные 20 секунд, необходимые для прохода пассажира через систему безопасности.

Примерно столько же - от минуты до полутора - уходит на анализ пробы воздуха газовым хроматографом, созданным новосибирскими умельцами из Конструкторско-технологического института геофизического и экологического приборостроения СО РАН. По словам ведущего специалиста этого института Михаила Балдина, ноу-хау прибора размером с "дипломат" заключается в колонке, где расположено более 900 капилляров, которые и обеспечивают селективную сортировку азотсодержащих газов, в том числе сопровождающих взрывчатые вещества: NO2 и аммиака. Стоит газовый хроматограф 20 тыс. долларов.

Лазер против гексогена

При определении сопутствующих ВВ двуокиси азота и аммиака работают и другие способы детекции взрывчатки. В одном из наиболее точных методов наличие ВВ определяется по концентрации аммиака. Эта довольно изощренная технология использует современные достижения полимерной химии и нелинейной оптики. В оптическое волокно вставляется фрагмент из специального полимера, который меняет свои оптические свойства при поглощении аммиака, а изменения параметров лазерного луча, проходящего через волокно, просчитываются компьютером. В Физическом институте РАН (ФИАН) близок к завершению проект диодного лазерного спектроскопа, определяющего взрывчатку по концентрации NO2. Ее автор - ведущий научный сотрудник института Сергей Савинов уверен, что такой газоанализатор, снабженный специальной кюветой - системой оптической отражателей, сможет обеспечить чувствительность, на порядок превосходящую обоняние собаки.

Ученые из лаборатории лазерной диагностики ИОФАН придумали совсем уж супертехнологию спектроскопии, использующую такой метод ионизации, когда не нужно предварительно делить газовую смесь в громоздком и дорогом хроматографе. В результате анализ воздушного потока укладывается во время прохождения пассажира через детектор металлоискателя.

Сначала на технологию, которую русские ученые начали разрабатывать в рамках научно-исследовательского гранта НАТО, никто не обратил внимания. Но после 11 сентября 2001 года, по словам заведующего лабораторией, "все накинулись: мы получили приличный грант МНТЦ (350 тысяч долларов), потом от Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере, руководимого Иваном Бортником, от РФФИ, появился даже бизнес-ангел из нефтянки". Разработка ИОФАН будет участвовать в четвертом Конкурсе русских инноваций.

Прием заявок на конкурс начнется 20 сентября. На этот раз мы решили, что независимо от "Белой книги" следует объявить новую номинацию: "За лучшую инновацию в области безопасности". Если соответствующий проект окажется чересчур масштабным и капиталоемким, он может претендовать на победу и как лучший "белый" проект, но пусть пока и поверхностное знакомство с технологиями безопасности, которые готова сегодня предложить наша инновационная общественность, убеждает нас в том, что существует критическая масса разработок, доведение которых до ума приведет к существенному снижению террористической угрозы без миллиардных вложений и десятилетних ожиданий. Немало способствует этому то обстоятельство, что террористы в своих технологических пристрастиях не менее консервативны (или не более образованны), чем наша политическая элита (тот же гексоген производится уже десятилетиями), и о более эффективных технологиях уничтожения пока не думают.

Авторы выражают благодарность члену-корреспонденту РАН Сергею Фролову и доктору физико-математических наук Сергею Цыганову