4.4.6. Развитие метрологического обеспечения в приоритетных областях, в том числе в сферах нанотехнологий и наноматериалов

В первоочередном порядке Программой (Планом) развития эталонной базы России предусмотрено совершенствование Государственных первичных эталонов, играющих важную роль в повышении уровня метрологического обеспечения приоритетных направлений развития науки, технологий и техники Российской Федерации, утвержденных Президентом Российской Федерации 21 мая 2006 г. N Пр-843. Особое место занимают работы, имеющие своей целью опережающее развитие метрологического обеспечения нанотехнологий и наноиндустрии, а также других приоритетных направлений экономики.

Совершенствование эталонной базы России и удовлетворение измерительных потребностей в приоритетных направлениях тесно связаны с развитием приборостроения, использующего новейшие достижения мировых технологий.

Совершенствование Государственных эталонов основных единиц системы СИ - времени и длины, а также Государственного эталона единицы плоского угла позволит повысить их точность от 2 до 100 раз и увеличить производительность до 100 раз, что обеспечит возможность дальнейшего роста точности в большинстве других видов измерений и метрологически обеспечить приоритетные направления "Индустрия наносистем и материалов", "Транспортные, авиационные и космические системы", "Перспективные вооружения, военная и специальная техника", "Информационно-телекоммуникационные сети" (в частности - создать систему метрологического обеспечения нанотехнологий, производства сверхбольших интегральных микросхем, аппаратуры спутниковых геофизических систем, навигационных систем ГЛОНАСС и создаваемой в соответствии с Поручением Правительства Российской Федерации N АЖ-П7-5684 от 19 октября 2004 г. Единой Системы Координатно-Временного и Навигационного Обеспечения Российской Федерации (ЕС КВНО) с повышением более чем в 3 раза (в части измерений времени) ее точностных характеристик, а также систем высокоточного оружия).

Планируемое повышение точности и расширение диапазонов измерений Государственных эталонов единиц теплопроводности и температурного коэффициента линейного расширения твердых тел позволит повысить до международного уровень метрологического обеспечения измерений этих важнейших свойств материалов, уменьшить потери энергоресурсов и повысить энергетическую безопасность России. В частности, совершенствование Государственного эталона единицы теплопроводности направлено на повышение уровня метрологического обеспечения в приоритетных направлениях развития науки и техники: "Энергетика и энергосбережение", "Рациональное природопользование", "Транспортные, авиационные и космические системы" и критических технологиях: "Технологии создания новых поколений ракетно-космической, авиационной и морской техники", "Технологии создания энергосберегающих систем транспортировки, распределения и потребления тепла и электроэнергии". Будет повышена точность измерительного контроля при сертификации по теплопроводности новых теплозащитных материалов и покрытий, предназначенных для применения в строительстве, авиации, космической технике, объектах ВПК и др.

Совершенствование Государственного эталона единицы ТКЛР (температурного коэффициента линейного расширения) с расширением температурного диапазона измерений от 1800 до 3000 К направлено на дальнейший рост точности измерений ТКЛР в стране и совершенствование метрологического обеспечения приоритетных направлений "Индустрия наносистем и материалов", "Транспортные, авиационные и космические системы". В результате модернизации эталона будут решены проблемы поверки, калибровки, испытаний высокотемпературных СИ ТКЛР материалов, сертификации материалов по ТКЛР, функционирующих при высоких температурах, и обеспечен технологический контроль производства материалов по ТКЛР в диапазоне температур до 3000 К, в том числе керамических материалов, широко применяемых в машиностроении, космической и инструментальной промышленности (теплонапряженные элементы двигателей, износостойкие пары трения, фильтры, сопла, бандажи, нитеводители, тигли, контейнеры для плавления особо чистых веществ, термопарные чехлы, лезвийный, штамповый, измерительный и абразивный инструмент).

На повышение уровня метрологического обеспечения приоритетного направления "Энергетика и энергосбережение" направлено совершенствование Государственных эталонов единиц энергии сгорания и электрической мощности, целью которой является расширение диапазонов измерений, повышение точности измерений в области газовой калориметрии и точности учета электрической энергии у потребителей, создающих переменную несимметрию в трехфазных сетях и искажения формы кривых напряжения и тока. Проблема точности учета энергетических ресурсов в настоящее время является стратегической задачей развития всей российской промышленности. Каждый процент экономии энергоресурсов равноценен приросту 0,35 - 0,4% национального дохода. В результате модернизации будет повышена точность оценки калорийности твердых и жидких топлив в теплоэнергетике, металлургии, нефтехимической промышленности и обеспечена возможность устранения потерь электрической энергии путем разработки соответствующих энергосберегающих технологий.

Совершенствование Государственного эталона единицы объемного расхода нефтепродуктов позволит расширить диапазон воспроизведения единицы в 5 раз и повысить точность эталона в 2 раза, обеспечит возможность уменьшения потерь нефти и нефтепродуктов при коммерческих операциях. Будет расширена номенклатура поверяемых и подвергаемых испытаниям рабочих и эталонных СИ объемного расхода нефтепродуктов, повышено качество и конкурентоспособность отечественных СИ до мирового уровня, метрологически обеспечено внедрение в Российской Федерации международных норм и правил в этой области. Отсутствие качественной системы учета нефти, начиная с ее добычи и заканчивая переработкой, грозит предприятиям Российской Федерации астрономическими финансовыми убытками. Сегодня крупные компании в полной мере осознают необходимость оснащения своих объектов метрологически надежным оборудованием, способным обеспечить высшую точность измерения этих показателей в непрерывном автоматическом режиме с выводом результатов измерений на рабочее место оператора.

Ряд мероприятий по развитию эталонной базы России нацелен на решение проблем приоритетного направления "Перспективные вооружения, военная и специальная техника". К ним, например, можно отнести совершенствование Государственного эталона единицы звукового давления в водной среде для повышения дальности акустических систем обнаружения и связи, обеспечения возможности контроля и мониторинга опасных природных явлений. По оценкам специалистов повышение точности гидроакустических измерений в натурных условиях на 3 дБ может привести к экономическому эффекту до 30 млрд. руб.

На решение проблем приоритетных направлений развития науки и техники "Транспортные, авиационные и космические системы" направлено совершенствование Государственных эталонов единиц силы и давления, целью которой является повышение точности измерений от 2 до 10 раз, расширение диапазонов измерений и функциональных возможностей эталонов, что позволит повысить безопасность эксплуатации объектов авиакосмического комплекса, электронной, металлургической и медицинской промышленности, а также обеспечить поверку нового поколения динамометров, манометров, вакуумметров, высотомеров и барометров.

На решение проблем приоритетных направлений "Безопасность и противодействие терроризму", "Индустрия наносистем и материалов" и "Рациональное природопользование" нацелено совершенствование ряда Государственных эталонов единиц величин ионизирующих излучений.

Так, улучшение характеристик и расширение функциональных возможностей этой группы эталонов обеспечит необходимый фундамент для повышения точности измерений в радионуклидной диагностике сердечно-сосудистых и онкологических заболеваний, увеличит точность измерений терапевтических доз в рентгенодиагностике и маммографии, повысит уровень контроля за радиационной безопасностью объектов атомной энергетики и радиационно опасных производств, позволит измерять малые уровни активности радионуклидов в пробах окружающей среды для целей объективной идентификации загрязненных объектов.

На решение измерительных задач приоритетного направления развития науки и техники "Живые системы" направлено совершенствование Государственного эталона единицы скорости воздушного потока в части расширения диапазона измерений и повышения точности измерений до 1,5 раз, что позволит обеспечить повышение точности определения аэродинамических характеристик летательных аппаратов и перемещения вредных веществ в атмосфере при экологическом мониторинге.

Совершенствование ряда Государственных эталонов единиц параметров радиочастотного электромагнитного поля (ВЧ и СВЧ мощности, напряженности электрического и магнитного поля, спектральной плотности мощности шумового радиоизлучения), волнового сопротивления в коаксиальных волноводах и комплексной диэлектрической проницаемости позволит повысить уровень метрологического обеспечения приоритетных направлений науки и техники "Индустрия наносистем и материалов", "Информационно-телекоммуникационные системы", "Перспективные вооружения, военная и специальная техника", "Транспортные, авиационные и космические системы". В результате модернизации будет повышена точность эталонов, расширены в 1,5 - 2,5 и более раз диапазоны рабочих частот, увеличено количество поверяемых СИ нового поколения, что создаст основу для существенного повышения качества изготовления СВЧ элементов и узлов в радиоприборостроении.

Программой запланировано создание новых и совершенствование существующих Государственных эталонов в составе эталонных комплексов, направленных на метрологическое обеспечение приоритетных направлений науки, техники и технологий, а также ключевых проблем реального сектора экономики, социальной сферы и обороны страны.

Создание комплекса физико-химических эталонов в области мониторинга окружающей среды, безопасности пищевых продуктов, лабораторной медицины, нефтегазовых и химических технологий направлено на метрологическое обеспечение Президентского национального проекта в области здравоохранения и приоритетных направлений развития науки, технологий и техники "Рациональное природопользование", "Информационно-телекоммуникационные системы", "Транспортные, авиационные и космические системы", "Индустрия наносистем и материалов", "Живые системы", "Энергетика и энергосбережение". Создание комплекса обеспечит повышение точности контроля содержания вредных веществ в промышленных выбросах и запыленности воздуха предприятий микроэлектронной, фармакологической, космической промышленности, качества нефти, нефтепродуктов и новых типов продукции нефтегазовой отрасли, качества пищевых продуктов, достоверности массовых лабораторных анализов, проводимых в медицинских учреждениях, а также повысит конкурентоспособность российских товаров и услуг.

Создание эталонного комплекса взаимосвязанных единиц базовых электромагнитных величин на основе использования квантовых эффектов Холла и Джозефсона и применения квантовых атомных магниторезонансных преобразователей и эталонного комплекса в области электроэнергетики направлено на решение проблем приоритетных направлений "Индустрия наносистем и материалов", "Информационно-телекоммуникационные системы", "Перспективные вооружения, военная и специальная техника", "Энергетика и энергосбережение". Это позволит на высшем уровне точности метрологически обеспечить выпуск и эксплуатацию современной магнитоизмерительной техники, а также средств измерений и диагностики, предназначенных для приборостроения, энергетики и оборонной промышленности.

Использование эталонных комплексов позволит повысить уровень защиты общества от последствий аварий в энергосетях и системах, повысит конкурентоспособность отечественной электроэнергии на внешнем рынке, увеличит срок службы промышленных и бытовых электроприборов, повысит качество продукции электротехнической промышленности и конкурентоспособность наукоемких и высокотехнологичных производств реального сектора экономики и оборонного комплекса, позволит метрологически обеспечить Глобальную Сеть магнитных обсерваторий, включающую около 300 непрерывно действующих магнитоизмерительных комплексов. От единства и точности этих измерений зависит решение таких глобальных проблем, как: измерение параметров, характеризующих свойства, состав геологических объектов, исследование влияния на климат и жизнедеятельность человека физической природы земного магнетизма, его динамического развития и воздействия на глобальные и локальные физические процессы, включая глубинные, тектонические, климатические; предсказание землетрясений; изучение солнечно-земных связей, ионосферных и магнитосферных процессов и их обратного влияния на динамику магнитного поля Земли; изучение магнитных полей в ближнем и дальнем космосе; магнитная разведка для поиска полезных ископаемых и детального магнитного картирования.

В частности, внедрение комплекса эталонов в области электроэнергетики - эталонного высоковольтного полигона, а также сети рабочих эталонов для региональных служб создаст условия для:

- увеличения экспорта электроэнергии за счет доведения качества отечественной электроэнергии до мирового уровня;

- более чем двукратного снижения вероятности аварий в высоковольтных сетях;

- снижения более чем на 5% потерь энергии за счет повышения точности измерения параметров количества и качества электроэнергии в высоковольтных сетях.

Создание Государственного эталона единицы ускорения для области гравиметрии позволит метрологически обеспечить решение измерительных задач приоритетных направлений развития науки, технологий и техники РФ "Транспортные, авиационные и космические системы", "Рациональное природопользование", "Перспективные вооружения, военная и специальная техника" и критических технологий "Технологии создания новых поколений ракетно-космической, авиационной и морской техники", "Технологии мониторинга и прогнозирования состояния атмосферы и гидросферы", "Технологии создания интеллектуальных систем навигации и управления", "Базовые и критические военные, специальные и промышленные технологии".

Создание фоторадиометрического комплекса эталонных средств нового поколения для обеспечения единства оптико-физических измерений в области космической метрологии и технологий двойного применения позволит решить ряд важнейших задач, включая предполетную калибровку многозональной аппаратуры космического базирования для мониторинга окружающей среды из космоса, калибровку средств дистанционного зондирования и обработки данных для определения характеристик почв и использования земельных угодий, осуществить исследования в области климатологии, обеспечить внедрение новых видов энергосберегающей светотехники, передовых отечественных технологий производства светотехнических изделий, осуществить мониторинг озонного слоя Земли, создать системы метрологического обеспечения субмикронной фотолитографии для наноэлектроники, диагностики высокотемпературной плазмы, определения концентрации отравляющих газов в воздушной среде в целях обеспечения безопасности и противодействия терроризму. Создание фоторадиометрического комплекса направлено на решение проблем приоритетных направлений "Безопасность и противодействие терроризму", "Рациональное природопользование", "Индустрия наносистем и материалов", "Информационно-телекоммуникационные системы", "Транспортные, авиационные и космические системы", "Перспективные вооружения, военная и специальная техника". Комплекс будет использован при создании космических информационных систем в рамках Глобальной системы наблюдения Земли, одобренной представителями 60 государств Европейского Союза и более 30 международных организаций. Применение эталонного комплекса позволит повысить достоверность предсказания погоды и возникновения опасных метеорологических явлений на 25%, обеспечить ежегодную экономию электроэнергии только для целей освещения в объеме 2,5 - 3 млн. кВт.ч, снизить травматизм на 60% за счет аттестации рабочих мест, снизить количество дорожно-транспортных происшествий на 15 - 20% за счет повышения точности воспроизведения цветовых характеристик светофоров, дорожных знаков и дорожной разметки.

Создание эталонного комплекса для метрологического обеспечения лазерной, волоконно-оптической и фемтосекундной техники позволит решить ряд важнейших измерительных задач приоритетных направлений "Перспективные вооружения, военная и специальная техника" и "Информационно-телекоммуникационные системы".

Эталонный комплекс будет использован при создании новых видов вооружения и военной техники (лазерные дальномеры, прицелы, гироскопы и др.), а также в качестве составной части новой интегрированной телекоммуникационной системы России, относящейся к стратегической национальной инфраструктуре. Применение эталонного комплекса позволит: повысить в 1,5 раза пропускную способность волоконно-оптических линий связи, увеличить дальность определения расстояний до места повреждения волоконно-оптических кабелей до 500 км, повысить в 2 раза скрытность и помехозащищенность передаваемой информации.

Создание эталонного комплекса для высокотехнологичных наукоемких производств направлено на решение проблем приоритетных направлений "Информационно-телекоммуникационные системы", "Транспортные, авиационные и космические системы", "Перспективные вооружения, военная и специальная техника". Использование эталонного комплекса позволит на высшем уровне точности метрологически обеспечить качество и повысить конкурентоспособность отечественной продукции прецизионного машиностроения и приборостроения, аэрокосмической, автомобильной промышленности, оборонного комплекса, других наукоемких и высокотехнологичных производств реального сектора экономики. В результате создания эталонного комплекса для высокотехнологичных наукоемких производств будут обеспечены возможности:

- изготовления на качественно новом уровне авиационных двигателей пятого поколения и другой высокотехнологичной авиационной и космической техники, основанной на сверхточности изготовления ее элементов, в 1,5 - 3 раза улучшены их эксплуатационные показатели (геометрические допуски, шумовые характеристики, мощность двигателей и т.д.), что превысит уровень зарубежных аналогов;

- повышения, пропорционально увеличению точности эталонов (в 1,5 - 3 раза), безопасности функционирования прецизионных узлов атомного энергетического машиностроения, трубопроводного транспорта (нефтепроводов, газопроводов и т.д.);

- улучшения в 1,5 - 3 раза аэродинамических свойств летательных аппаратов с увеличением их ресурса, экономии топлива, скоростных характеристик и др.;

- производства новых высокоточных элементов медицинской техники, высококачественных износостойких протезов - искусственных заменителей органов человека (искусственных клапанов сердца, протезов суставов и др.), средств контроля нанометровых размеров частиц суспензий лекарственных препаратов;

- улучшения точностных и других эксплуатационных показателей вооружения;

- увеличения в 1,5 - 3 раза разрешающей способности оптических систем, в т.ч. военного назначения (оптических прицелов, приборов слежения и др.).

Создание комплекса эталонов в миллиметровом диапазоне длин волн, формы и спектра радиотехнических сигналов направлено на решение проблем приоритетных направлений "Информационно-телекоммуникационные системы", "Рациональное природопользование" и позволит обеспечить поверку всего парка СИ мощности электромагнитных колебаний СВЧ-миллиметрового диапазона, имеющегося на территории РФ, с учетом динамики его роста повысить качество связи в различных областях российской экономики (военная, космическая, промышленная, телефонная и др. связь), существенно повысить качество передачи информации по теле- и радиоканалам за счет снижения нелинейных искажений сигнала.

С метрологией тесным образом связана стандартизация, первоочередной задачей которой является стандартизация параметров и свойств материалов, объектов, элементов и структур нанотехнологий. В целях повышения эффективности междисциплинарного обмена информацией среди различных групп исследований, решающих проблемы нанотехнологий и наноизмерений, необходима стандартизация терминов и определений в этой области.