ЭС: НИИ механики

НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ МЕХАНИКИ, научный институт МГУ, созданный на базе отделения механики механико-математического факультета в соответствии с постановлением Совета министров РСФСР №1936 от 11 декабря 1959 г. Первым директором был назначен А.Ю. Ишлинский. С 2001 г. институтом руководит ст.н.с. Ю.М. Окунев.
 
Институт механики в тесном контакте с механико-математическим факультетом проводит научные исследования и готовит специалистов высокой квалификации в области современной теоретической и прикладной механики и мехатроники, механики жидкости и газа, механики деформируемого твёрдого тела. Около 20 научно-исследовательских лабораторий охватывают широкий спектр актуальных направлений – механику сред, взаимодействующих с электрическими и магнитными полями; механику упруго-пластических сред и конструкций; механику многокомпонентных и многофазных сплошных сред; механику природных процессов; биомеханику; гидродинамику высокоскоростных и нестационарных процессов; устойчивость гидродинамических течений и турбулентность; движение сплошных сред с физико-химическими превращениями; газовую динамику и теплообмен; динамические воздействия на сплошные среды и конструкции; ползучесть, длительную и высокотемпературную прочность материалов и элементов конструкций; проблемы управления движением мобильных роботов и мехатронные системы; методы качественного анализа, оценивания и управления нелинейными механическими системами; телекоммуникационные и информационно-вычислительные технологии в механике.
Уникальная экспериментальная база института состоит из нескольких комплексов, в том числе аэродинамического (до-, сверх- и гиперзвуковые трубы с широким диапазоном изменения параметров; ударные трубы, оснащённые современными средствами измерения, сбора и обработки информации), гидродинамического (вакуумный бассейн, гидроканал) и баллистического (баллистические установки, установки механики твёрдого деформируемого тела и механики взрыва). Сотрудники вносят заметный вклад в решение многих важнейших научных и технических задач, оказывают активное содействие промышленности и обороне страны, ведущим конструкторским бюро судо-, авиа- и ракетостроения, применяют полученные результаты в медицине, при исследовании природных процессов, создании перспективных материалов.
 
Институт механики является организатором международной конференции «Нелинейные задачи теории гидродинамической устойчивости и турбулентность»/НеЗаТеГиУс (1976–н.вр.).
 
В институте открыты мемориальные кабинеты-музеи Л.И. Седова (2002) и Г.Г. Чёрного (2015), работающие как лектории. Организованы экскурсии по экспериментальным установкам института в рамках проведения дней открытых дверей. С 2008 г. проводится фестиваль «Фортепианная классика в Институте механики».
 
Учебный процесс. Учебная работа ведётся по совместным с факультетом планам, утверждаемым ежегодно деканом факультета и директором института. Под руководством сотрудников проводятся лабораторные работы общего физико-механического практикума для всех студентов III курса отделения механики; лабораторные работы специального практикума по профилю кафедр для студентов IV курса; осуществляется руководство курсовыми, дипломными и диссертационными работами студентов и аспирантов, чтение лекций и ведение семинаров на кафедрах факультета.
 
Премии и звания. Выдающиеся достижения сотрудников института отмечены множеством государственных и университетских наград. Среди них: 2 человека – лауреаты Ленинской премии; 10 – лауреаты Государственной премии СССР (в том числе 1 – трижды, 1 – дважды), 4 – лауреаты Государственной премии РФ; 15 – награждены премией имени М.В. Ломоносова. Почётного звания «Заслуженный научный сотрудник Московского университета» удостоены 46 человек.
Академиками и членами-корреспондентами АН СССР/РАН избраны 5 сотрудников института (в том числе академиками – 3 человека).
 
Территория. Главный корпус расположен на Ленинских горах (Мичуринский проспект, д. 1).
 
***
Из истории
 
Создание системы научно-исследовательских институтов при МГУ началось после Октябрьской революции 1917 г. Сеть профильных организаций появилась при основных факультетах – Ассоциация словесно-гуманитарных научных институтов при факультете общественных наук (1921) и Ассоциация научно-исследовательских институтов при физико-математическом факультете (1922). В составе естественнонаучного сектора находился Институт математики и механики (директор Б.К. Млодзеевский). Его лаборатории и мастерские располагались в Аудиторном корпусе – здании современного факультета журналистики (ул. Моховая, д. 9). Именно здесь Н.Е. Жуковский рассчитал и построил для кабинета прикладной механики большую аэродинамическую трубу с внутренним диаметром 1,6 м и длиной 10 м (1910). С помощью механических установок были проведены измерения по определению положения центра парусности пластинок различных удлинений, коэффициента сопротивления шара при изменении скорости потока, трения сопротивления. В 1942 г. авиационная бомба тяжёлого калибра повредила Аудиторный корпус и уничтожила уникальные приборы, сделанные руками учёного, его сотрудников и учеников.
 
Н.Н. Бухгольц, Н.Е. Жуковский и Е.Н. Жуковская у большой трубы Московского университета
Большая аэродинамическая труба в вестибюле Аудиторного корпуса Московского университета
Великая Отечественная война ярко продемонстрировала исключительно важную роль и всё возрастающую необходимость модернизации военной техники, подчеркнула приоритет научной и инженерной мысли в вопросах конструирования современного оружия – средств нападения, защиты и обороны. К началу 1940-х гг. достижения фундаментальной мировой и отечественной науки поставили на повестку дня создание мощнейшего орудия массового уничтожения – атомной бомбы. Государственный комитет обороны СССР своим распоряжением №2352-сс от 28 сентября 1942 г. «Об организации работ по урану» открыл грандиозный фронт преобразований ряда отраслей народного хозяйства, основанный на исследовании энергии атомного ядра и применении идей ядерной физики для создания наукоёмких технологий, способствующих укреплению военной и промышленной мощи страны. Наряду с физиками, математики и механики сыграли выдающуюся роль в атомном проекте СССР.
Атомный проект стал мощным катализатором развития всех сторон естественнонаучного сектора. Стране массово требовались высококвалифицированные кадры. Историческим постановлением Совета министров СССР №803 от 15 марта 1948 г. было принято решение о строительстве новых зданий университета на Ленинских горах, предназначенных в первую очередь для естественнонаучных факультетов. Последующая подготовка к переезду повлекла реорганизацию и ликвидацию профильных научных институтов, в том числе и Института механики (1953).
План развития новой территории предусматривал создание при отделении механики механико-математического факультета лабораторного комплекса, содержащего значительное количество современного научного оборудования. Специальный трёхэтажный корпус с площадью рабочих помещений 8000 м2 был введён в строй значительно позже других объектов – в 1960 г., что во многом объяснялось трудностями промышленных предприятий при изготовлении нестандартных узлов и оборудования. Проблемы теории механизмов, гидромеханики, теории упругости, аэродинамики, пластичности и других разделов механики решались с помощью крупных установок, в числе которых находились аэродинамические и гидродинамические трубы с параметрами, соответствующими задачам современной авиации и реактивной техники; гидродинамический канал; установки для испытания материалов и конструкций, стенды для исследования систем автоматического регулирования. Мощная лабораторная база дала основание ректору И.Г. Петровскому поставить вопрос об организации специального научного института:
«Конечно, в университете будут не самые большие в стране экспериментальные лаборатории по механике. Некоторые отраслевые институты имеют и лучшие лаборатории, но они загружены выполнением производственных технических заданий. И эти институты не имеют возможности заниматься изучением принципиальных вопросов механики. Мы надеемся, что наш институт механики будет выполнять как раз такие исследования».
 
Активную роль в определении первых научных направлений и разработке проектов оборудования лабораторий сыграли учёные, работавшие на переднем крае науки – А.А. Ильюшин, А.Ю. Ишлинский, Г.И. Петров, Ю.Н. Работнов, Х.А. Рахматулин, Л.И. Седов, Г.Г. Чёрный. Их ученики и единомышленники, развивая и расширяя научную тематику, поддерживают высокую научную планку исследований и формируют современный Институт механики как крупный исследовательский центр.
Задачи, требующие решения, составили три основных цикла – механику жидкости и газа; механику деформируемого твёрдого тела; прикладную механику (в первую очередь телемеханику и автоматику). В области аэро- и гидромеханики выдвигались: исследование обтекания тел сверхзвуковым потоком; изучение турбулентного движения; исследование пограничного слоя и теплообмена в применении к скоростной авиации и реактивной технике; гидродинамика разреженного воздуха в связи с проблемой полёта на высотах 50–100 км и космического полёта; исследование движения газов в решётках и каналах при больших скоростях применительно к теории газовых турбин; движение тел в жидкости с большими скоростями и удар о воду; фильтрация жидкостей в пористых средах в связи с задачами нефтепромысловой механики.
В тесной связи с этим направлением выступали прочность и пластичность материалов, конструкций машиностроения, транспорта, строительных сооружений в реальных условиях работы; прочность жаропрочных сплавов в условиях высоких температур в связи с задачами реактивной авиации и турбостроения; прочность тонкостенных конструкций самолётов и ракет в условиях вибрации, ударных нагрузок, высоких температур; проблема взаимодействия конструкций с газовым потоком применительно к прочности самолётов и реактивных двигателей; действие взрыва на сооружения; ставилась задача разработки теории технологических процессов обработки металлов давлением при нормальных и высоких температурах.
Приоритет в области прикладной механики имели задачи по обеспечению устойчивости и заданного качества в системах автоматического регулирования и определению оптимальных условий регулирования; разработка проблем управляемого полёта; динамика гироскопических систем и гироскопическая стабилизация. Многие из поставленных проблем напрямую были связаны с военным заказом.
 
Физики А.Д. Сахаров и И.Е. Тамм в начале работы над водородной бомбой выдвинули идею о термоизоляции горячего потока электропроводных газов (плазмы) от стенок с помощью магнитного поля (МТР), которая привела к использованию управляемого термоядерного синтеза для промышленных целей и созданию, в дальнейшем, установок токамак. Проблема заинтересовала не только физиков. Магнитная газодинамика, работающая в области взаимодействия плазмы и несжимаемой жидкости с магнитным полем, стала одним из приоритетных направлений Института механики. Решением вопросов, связанных с созданием магнитогидродинамических генераторов электроэнергии и исследованием сложных МГД-течений, содержащих разного рода разрывы, под руководством Л.И. Седова занимался коллектив лаборатории общей гидромеханики (2004, Государственная премия РФ, А.А. Бармин, А.Г. Куликовский, Г.А. Любимов). Экспериментальная часть обеспечивалась специальной установкой П-2000, объединяющей несколько плазмотронов. Разработанная теория с успехом применялась при изучении взаимодействия магнитного поля Земли с звёздным и солнечным ветрами и различных разрывов в потоке солнечного ветра с головной околоземной ударной волной. Полученные результаты оказались полезными также для повышения точности прогноза «космической погоды» – совокупности физических явлений и процессов в ближайшем к Земле космическом пространстве, влияющих на здоровье человека, на функционирование технических средств и систем. Исследования свойств и течений слабопроводящих и магнитных жидкостей проводится также в лаборатории физико-химической гидродинамики с помощью системы электромагнитов (В.В. Гогосов, В.А. Налётова, В.А. Полянский).
 
Гидродинамическая (кавитационная) труба
Гидроканал
Л.И. Седов, оставивший классические труды в области гидромеханики, внёс важный вклад в создание основной установки лаборатории экспериментальной гидродинамики – уникальной гидродинамической (кавитационной) трубы, предназначенной для исследования обширных классов стационарных и нестационарных течений жидкости при обтекании различных тел в непрерывных или кавитационных режимах (высота трубы 18,5 м, длина – 23 м, производительность – 3500 л/с, масса воды в контуре – 250 т, скорость потока до 25 м/с; время эксплуатации 1962–2000). Лаборатория стала одним из основных центров в области скоростной гидродинамики (В.В. Веденеев, В.П. Карликов, А.Н. Хомяков, Г.И. Шоломович, В.Ф. Шушпанов). Наряду с испытаниями новых образцов техники сотрудники изучают также поведение различных биологических (в том числе моделей меч-рыбы, плавника акулы) и спортивных объектов (бобслейные сани) в потоках жидкости.
Задачи водной баллистики и входа твёрдых тел в воду с большими скоростями (100–1000 м/с), проблемы вывода объектов с большой глубины за счёт потенциальной энергии образующегося при старте на глубине газа (подводный старт) ставятся и решаются в лаборатории нестационарной гидродинамики (В.А. Ерошин, В.В. Прокофьев, В.А. Самсонов, М.В. Шамолин, Ю.Л. Якимов). Для исследования входа тел в воду с реальными скоростями до 400 м/с построен гидробаллистический стенд, а для моделирования подводного движения тел с каверной спроектирован баллистический вакуумный бассейн (ширина 6 м, высота 4 м, расстояние между стенками 1,5 м). Одной из актуальных исследовательских тем является использование энергии морских волн для создания тянущей силы судна. На гидроканале (ширина 1,5 м, глубина 1,5 м, длина 65 м, скорость течения до 4 м/с) в лаборатории изготовлен и смонтирован новый волнопродуктор, обеспечивающий широкий диапазон изменения параметров генерируемых волн.
 
Традиционно сильной в Московском университете является школа аэродинамики, основы которой были заложены трудами Н.Е. Жуковского и С.А. Чаплыгина и развиты В.В. Голубевым, Г.И. Петровым, Х.А. Рахматулиным, Г.Г. Чёрным. Поэтому при организации института одними из первых были созданы лаборатория общей аэродинамики (С.Я. Герценштейн, С.М. Горлин, Н.В. Никитин, В.П. Стулов), лаборатория гиперзвуковой аэродинамики (А.Л. Гонор, А.И. Зубков, К.И. Козорезов, Н.А. Остапенко, Ю.А. Панов, Н.Н. Пилюгин, Г.Г. Чёрный) и лаборатория аэромеханики и волновой динамики (С.В. Гувернюк, Х.А. Рахматулин, М.П. Фалунин).
Крупнейшей аэродинамической установкой лаборатории общей аэродинамики является дозвуковая аэродинамическая труба А-6 с открытой рабочей частью эллиптического сечения (длина рабочей части – 4 м, большая ось эллипса – 4 м, малая ось – 2,34 м; скорость потока 5–50 м/с), вторая труба – А-10 имеет восьмигранное сечение (высота 0,8 м, длина 1,36 мм, скорость потока до 70 м/с), а также ряд аэродинамических труб малых скоростей А-1У, А-2У, А-3У, А-4У, предназначенных в основном для проведения студенческого практикума.
С помощью этого оборудования определяются не только аэродинамические параметры летательных аппаратов, но и тел разнообразной плохообтекаемой формы – зданий, городских застроек, антенных сооружений; много внимания уделяется турбулентности. Архитектурно-строительная аэродинамика как специальное научное направление возникла в конце 1970-х гг. при переходе от типовой застройки городов к уникальным высотным жилым, спортивным и промышленным зданиям сложной пространственной формы, когда потребовалось искать ответы на вопросы по обеспечению, с одной стороны, должного проветривания жилых районов, с другой – их ветрозащищённости. Впервые подобные работы были выполнены на примере проектируемого московского района Чертаново-Северное, затем для жилого комплекса «Сердце столицы» (р-н Хорошево-Мнёвники), крытого катка в Крылатском, хоккейного стадиона на Ходынском поле, стадиона «Фишт» в Сочи, торгового центра и стадиона «Зенит-арена» в Санкт-Петербурге; рельефа местности вокруг озера Севан (Армения). Среди известных сооружений, макеты которых были испытаны на А-6, памятник Петру I в Москве, модели Останкинской телевизионной башни и телевизионных башен Алма-Аты и Риги. Одни из последних достижений сотрудников в этом направлении отмечены премией Правительства РФ в области науки и техники – С.В. Гувернюк (2010, за разработку и внедрение энергосберегающих навесных фасадных систем при строительстве, реконструкции и капитальном ремонте объектов в различных климатических зонах, соавт.), Н.В. Павленко, П.П. Пастушков (2017, за разработку и внедрение систем ограждающих конструкций, обеспечивающих повышенную энергетическую эффективность зданий при эксплуатации в различных климатических зонах, соавт.). Интересной темой также является разработка скоростных наземных транспортных средств с учётом законов аэродинамики (в том числе поезда РТ200, автопоезда МАЗ, гоночные автомобили, мотоциклы). Сотрудники института сочетают продувку моделей с целью определения их аэродинамических характеристик, с расчётами по оптимизации формы транспортного средства, направленными на уменьшение аэродинамического сопротивления и увеличения силы, прижимающей его к полотну дороги.
Нельзя не упомянуть использование лабораторных аэро- и гидроустановок для научного обеспечения индустрии спорта, прежде всего лыжников, велосипедистов, саночников и бобслеистов (С.С. Григорян, А.В. Остроумов, А.А. Шахназаров). Выполняя заказы спортивных организаций и ведомств, сотрудники разрабатывают конструкции санно-бобслейных трасс (в том числе первой российской трассы для санного спорта, бобслея и скелетона в д. Парамоново Дмитровского р-на Московской обл.) и саней, подбирают сталь для полозьев, продувают сани и спортивную форму в аэродинамической трубе, рассчитывают математическую модель и оптимальные траектории движения спортсмена по трассе. Эти работы помогли ряду наших спортсменов добиться значительных успехов на крупнейших мировых соревнованиях, включая Олимпиаду-2014 в Сочи и Олимпиаду-2018 в Южной Корее. За вклад в развитие санного спорта коллектив института награждён премией «Золотые сани – 2016» Федерации санного спорта России.
 
Диплом премии «Золотые сани – 2016»
Эллиптическая рабочая часть А-6
Саночник А. Демченко на испытаниях
Дозвуковая авиация после Великой Отечественной войны отошла на второй план, а одну из лидирующих позиций в советской науке заняла связанная с атомным проектом космическая программа, в рамках которой были запущены первые околоземные спутники (1957), первые ракеты в сторону Луны (1959), первый пилотируемый полёт в космос Ю.А. Гагарина (12 апреля 1961 г.). Под руководством Г.Г. Чёрного и А.И. Зубкова в институте решалась задача создания современной экспериментальной базы и проведение фундаментальных исследований в области аэродинамики больших скоростей и прикладных исследований в интересах обороны страны. Основу спроектированного и введённого в работу гиперзвукового комплекса составили сверхзвуковая труба А-3 (числа Маха М=1,5–4) и гиперзвуковая аэродинамическая установка (числа Маха М=6–10), а также несколько установок сходного назначения, которые позволяли проводить исследования физических особенностей пространственных течений с теплообменом и химическими реакциями вблизи поверхности летательных аппаратов сложной формы при их входе и полёте в атмосфере Земли. Для изучения вопросов баллистики тел пространственной формы была построена пороховая баллистическая установка на рельсовом пути с перемещаемыми бесконтактными измерительно-регистрирующими станциями. Создание уникального аэродинамического комплекса в системе высшего образования было отмечено премией Совета министров СССР (1985, С.С. Григорян, А.И. Зубков, Ю.А. Панов, Х.А. Рахматулин, Г.С. Ульянов, М.П. Фалунин, Г.Г. Чёрный, А.И. Швец). Гиперзвуковой комплекс оказывает незаменимую помощь в изучении проблем сверхзвуковой аэродинамики и акустики летательных аппаратов, при исследовании аэродинамических характеристик стабилизирующих и тормозных парашютных систем, моделей спускаемых космических аппаратов/КА и различных тел специального назначения в атмосферах Земли, Марса, Венеры, Юпитера. Один из полученных результатов по проблеме трёхмерного взаимодействия ударных волн с турбулентным пограничным слоем зарегистрирован как научное открытие (1986, «Явление возникновения незамкнутых пространственных отрывных течений при сверхзвуковом обтекании газовым потоком тел сложной формы», А.И. Зубков, Ю.А. Панов, Г.Г. Чёрный). За фундаментальные работы по исследованию панельного флаттера – интенсивных вибраций панелей обшивки самолётов и ракет, возбуждаемых набегающим потоком воздуха при трансзвуковых и малых сверхзвуковых скоростях, В.В. Веденееву присуждена премия Правительства Москвы молодым учёным (2017).
Основываясь на законах движения тел с очень большими скоростями в атмосферах планет были получены интересные результаты по объяснению метеорных явлений, в том числе проанализировано падение Тунгусского космического тела 30 июня 1908 г. (С.С. Григорян, В.П. Стулов). В начале 2000-х гг. проводились эксперименты по изучению испарения горных пород при ударе моделями, выполненными из железного фрагмента Сихотэ-Алиньского метеорита (12 февраля 1947 г.), позволившие сделать ряд предположений о происхождении эволюции и образования коренных пород Земли под действием многолетних ударов метеоритов и астероидов. Подобные исследования важны также для нахождения эффективных средств защиты летательных аппаратов от ударов микрометеоритов и фрагментов космического мусора.
 
В рамках гиперзвуковой аэродинамики появилось направление, связанное с изучением вопросов развития взрыва в различных средах, инициирования и распространения волн детонации и горения.
«Выделение или поглощение энергии в объёме движущейся сжимаемой среды существенно влияет на характер течения. С другой стороны, изменение газодинамических свойств среды, связанное с изменением её состава и термофизических характеристик, во многом определяет протекание химического процесса. Поэтому основной проблемой газодинамики реагирующих систем является анализ описания процесса выделения энергии в высокоскоростных стационарных и нестационарных потоках реагирующего газа», – писал Р.И. Солоухин, один из основателей школы по проблемам воспламенения и кинетики химических реакций в газах с использованием ударных волн.
 
Пионерные исследования в области детонации в Институте механики проводились под руководством В.А. Левина, группа которого составила ядро лаборатории газодинамики взрыва и реагирующих систем. Исследования взаимодействия высокоскоростных газовых потоков с принудительно организованными плазменными образованиями привели к развитию теории газовой динамики взрыва, теории инициирования детонации концентрированным подводом энергии, открытию законов распространения детонационных волн в различных условиях (2003, Государственная премия РФ, В.А. Левин, В.В. Марков, Г.Г. Чёрный; 1991, премия имени М.В.Ломоносова, П.Ю. Георгиевский, В.А. Левин). Полученные результаты находят применение при разработке мощных газодинамических лазеров различного типа, создании воздушно-реактивных двигателей, обеспечении безопасности труда в отраслях промышленности, где в производственный процесс включены смеси горючих газов с твёрдыми горючими частицами (В.Г. Громов, В.А. Левин, В.В. Марков, Г.Д. Смехов, Ю.В. Туник). Экспериментальное оборудование лаборатории допускает создание давления до 10 атм и температуры – 1000000 К.
Изучение многофазных и многокомпонентных сред, к которым относится большинство сред, окружающих человека (газовзвеси, аэрозоли, суспензии, эмульсии, композитные материалы, жидкости с пузырьками газа, насыщенные жидкостью грунты), составляет особую категорию сложности. Взаимодействие фаз может оказывать существенное влияние на динамику течения, сопротивление и теплопередачу. Сотрудники лаборатории механики многофазных сред выполняют большой объём работ по заказам нефтяной и газовой промышленности (В.В. Измоденов, А.Н. Осипцов). Государственной премии СССР удостоен цикл работ «Волновая динамика газожидкостных систем» (1983, Р.И. Нигматулин, А.И. Ивандаев, Н.С. Хабеев).
 
Движение КА со сверхзвуковыми скоростями поставило перед учёными множество задач об обеспечении прочности конструкционных материалов, находящихся в потоках раскалённого воздуха. Выдающийся вклад в решение проблем их тепловой защиты внёс Г.И. Петров. Под его руководством были решены многие вопросы теплозащиты первых пилотируемых спускаемых КА, созданы методы расчёта гиперзвуковых течений многокомпонентных сред с учётом сложных физико-химических превращений и излучения. Многомасштабные модели термохимического уноса массы реальных теплозащитных покрытий при орбитальном и сверхорбитальном входе КА в атмосферы Земли и планет были предложены и рассчитаны в лаборатории физико-химической газодинамики. Цикл работ по созданию теоретических основ и программных комплексов для моделирования высокотемпературных течений многокомпонентного газа и плазмы и процессов теплообмена, применяемых в целях обеспечения разработки современных выводимых и спускаемых КА, был удостоен премии Правительства РФ в области науки и техники (2008, Г.А. Тирский, соавт.). В 2011 г. в институте была организована лаборатория наномеханики, коллектив которой сконцентрировался на создании методов моделирования течений газа и теплообмена в микро и наноструктурах, гетерогенных и гомогенных процессов взаимодействия атомов и молекул на основе квантово-механических и молекулярно-динамических расчётов (В.Л. Ковалёв, А.А. Крупнов).
 
Современная газовая динамика может успешно развиваться лишь при условии ясного понимания физико-химических процессов, происходящих в движущемся газе. Это понимание основывается на изучении взаимодействия частиц среды – атомов, молекул, ионов, электронов, которое приводит к их электронному и вибрационному возбуждению, распаду и ионизации, а также к излучению и химическим реакциям. Учёт этих процессов важен для решения широкого класса задач аэрокосмической науки и техники, химической и лазерной технологии, теплоэнергетики. Сотрудниками лаборатории кинетических процессов в газах создаются расчётные модели, описывающие процессы возбуждения и излучения атомов, молекул, ионов, распада молекул, химических реакций, происходящих в потоке реального высокотемпературного газа (Ю.Н. Беляев, С.А. Лосев, Г.Д. Смехов, Ю.В. Туник, О.П. Шаталов). Для информационного обеспечения математического моделирования при проведении научных исследований и разработке технических проектов, планировании и постановке испытаний, конструировании устройств с газообразными рабочими телами создана информационная система АВОГАДРО, содержащая наборы измеренных констант более 2000 физико-химических процессов. Многие из величин получены на лабораторных установках для исследования физико-химических процессов в чистых газах и различных газовых смесях при высоких температурах в диапазоне 1000–600000 К и давлениях газа – 0,1–10 атм. Такие условия достигаются в исследуемом газе за фронтом ударной волны, распространяющейся по каналу ударной трубы со скоростями 1,5–11,4 км/с.
 
Колоссальные давления, скорости и температуры предъявляют особые требования к прочности промышленных изделий и их частей. Основное направление этих исследований связано с развитием и обобщением классических работ А.А. Ильюшина и Ю.Н. Работнова. С тех пор кардинальные изменения произошли как в области создания принципиально новых материалов (нанокристаллические и наноструктурные металлические материалы, керамические и композиционные материалы, порошковые, биоматериалы, материалы со специальными оптическими, электрическими и магнитными свойствами), так и в технологических процессах (цифровое проектирование и моделирование, аддитивные технологии). Экспериментальные и теоретические исследования поведения материалов и элементов конструкций из них при действии всевозможных внешних факторов сосредоточены в цикле «Механика деформируемого твёрдого тела», объединяющего деятельность лабораторий динамических испытаний (И.А. Кийко, А.В. Нетребко, Ю.А. Созоненко, Д.В. Тарлаковский), ползучести и длительной прочности (Г.И. Баренблатт, И.Г. Горячева, А.М. Локощенко, С.А. Шестериков), прочности и ползучести при высоких температурах (Д.В. Георгиевский, В.И. Горбачёв, В.Н. Кузнецов, В.М. Панфёров), упругости и пластичности (Э.И. Григолюк, В.П. Нетребко, Г.З. Шарафутдинов). Лаборатории оснащены специальными установками и приспособлениями (многие из которых были сконструированы самими учёными), для нагружения образцов при различных условиях и измерения сил, перемещений и деформаций с целью изучения механики хрупкого и квазихрупкого разрушения, вязкоупругой и упругопластической динамической деформации и разрушения, взрывного нагружения, ползучести и длительной прочности металлов в агрессивных средах, при сложном напряжённом состоянии, механики полимеров и композитов, термоупругости, термопластичности и высокотемпературной прочности. Достижения сотрудников удостоены Государственной премии СССР – В.П. Нетребко (1980, за разработку методов расчёта напряжённого состояния конструкций); Государственной премии РСФСР – С.А. Шестериков, А.М. Локощенко (1990, за разработку и экспериментальное обоснование математической теории ползучести и её приложений); премии Правительства РФ в области науки и техники – И.Г. Горячева (2007, за создание и внедрение в машиностроение высокоресурсных крупногабаритных экологически чистых узлов трения скольжения с высокими триботехническими свойствами, соавт.); премии имени М.В. Ломоносова – В.П. Нетребко, Г.З. Шарафутдинов (1992, за цикл работ «Развитие поляризационно-оптических методов механики неупругих и композиционных материалов»), Р.А. Васин (1995, за цикл работ «Теория упругопластических процессов: экспериментально-теоретические исследования», соавт.); премии имени И.И. Шувалова – Д.В. Георгиевский (1997, за цикл работ «Устойчивость процессов деформирования тел со сложной реологией»).
 
Человек в экзоскелете с грузом массой 100 кг
 
С темой космоса и ракетостроения связана тема управления летательными аппаратами и различными механическими системами. Разрабатывались способы управления и навигации движущимися объектами (в частности, космическими, совместно с Центром подготовки космонавтов), осуществлялся поиск устойчивости сложных механических систем, состоящих из твёрдых и деформируемых тел, находящихся под действием моментов сил различной природы, ставилась задача определения ориентации искусственных спутников Земли (Е.А. Девянин, И.В. Новожилов, Ю.М. Окунев). За работы в этой области была присуждена Государственная премия СССР – Е.А. Девянину (1976, соавт.), Ю.М. Окуневу (1989, за работы по имитационному моделированию трёх этапов космического полёта: подъёма на орбиту, орбитального полёта и управляемого спуска с орбиты, соавт.); премия имени М.В. Ломоносова – Ю.М. Окуневу (1994, за цикл работ «Динамика вращающегося тела, взаимодействующего со средой», соавт.).
Особые успехи были достигнуты в области робототехники. Первый в СССР шагающий двуногий аппарат «Рикша» был создан А.В. Ленским в 1972 г. Шагающие роботы, предназначенные для перемещения по труднопроходимой местности, являются одним из важных классов робототехнических систем. В отличие от колёсных и гусеничных машин, имеющих непрерывную колею, шагающий аппарат при движении использует для опоры лишь дискретные участки местности, необходимые для постановки ног (1999, премия имени М.В. Ломоносова, А.В. Ленский, А.М. Формальский). Институт являлся одним из организаторов Всероссийского молодёжного фестиваля «Мобильные роботы», нацеленного на привлечение студентов к решению практических задач управления и навигации на примере разработки современных наукоёмких объектов (1999–2012, Е.А. Девянин, А.В. Ленский).
 
Молодёжный фестиваль «Мобильные роботы»
Совместно с факультетом фундаментальной медицины ведутся работы по созданию медицинских приборов – тактильного механорецептора/искусственного пальца и автоматизированной системы поддержания жизнедеятельности человека, выполняющей функцию измерения показателей состояния пациента (ЭКГ, дыхание, температура) и функцию автоматического дозированного введения лекарственных средств. Приборы были созданы на предприятии «Сплав» в Туле – Медицинский тактильный эндохирургический комплекс/МТЭК и Автоматизированный лечебно-диагностический комплекс/АЛДК (2009, И.Г. Горячева, Ю.М. Окунев). Институт механики выиграл конкурс Министерства образования и науки РФ на выполнение работы по созданию образцов экзоскелетона (2011) – пассивного и активного, предназначенных для помощи человеку при переноске тяжёлых грузов или людям с различными локомоторными нарушениями, ставшими следствием болезней (в том числе рассеянного склероза, ДЦП, инсульта). В сотрудничестве с госкорпорацией «Ростех» разработан опытный образец боевого экзоскелета, оснащённого электродвигателями (2021). Экзоскелет, предназначаемый для экипировки солдат будущего, значительно снижает нагрузку на опорно-двигательный аппарат, энергетические затраты при беге и ходьбе, позволяет нести до 60 кг груза и точнее стрелять из автоматического оружия.
Институт имеет большой опыт в разработке приложений механики сплошной среды для нужд биологии и медицины. До 1960-х гг. методы механики в биологии применялись практически только для решения задач, связанных с движением живых организмов и оценкой механической прочности тканей и органов. Зарождение современной теоретический биомеханики связано с работами сотрудника лаборатории общей гидромеханики С.А. Регирера, применившего законы движения вязкой жидкости в сосудах с деформируемой и проницаемой стенкой к течению крови в крупных кровеносных сосудах. Ему удалось создать реологическую модель крови, учитывающую зависимость тензора напряжений от локальной концентрации взвешенных частиц, угловой скорости вращения этих частиц и симметричного тензора, характеризующего скорость их деформаций. В настоящее время успешно развивается направление, связанное с биомеханикой мышц – разработана новая модель сердечной мышцы/миокарда как сплошной среды с механохимическими реакциями, обеспечивающими развитие активных механических деформаций и напряжений (А.К. Цатурян, Ф.А. Сёмин). Корректно описывая многочисленные эксперименты с сердечной мышцей, она позволяет ставить и решать сложные пространственные задачи, моделирующие работу сердца как органа в норме и при различных заболеваниях. Выполняются перспективные исследования по механике глаза (Г.А. Любимов, И.Н. Моисеева, А.А. Штейн, совместно с Центром глазных болезней имени Гельмгольца), ведётся разработка биосовместимых композитных материалов для замены костной ткани человека (В.Н. Кузнецов, совместно с факультетом наук о материалах).
 
Биомеханика органично вплетается в большую тему поддающихся математическому моделированию процессов живой и неживой природы. Особый интерес представляют катастрофические явления, обладающие огромной разрушительной мощью – вулканические извержения, землетрясения, ледники, снежные лавины, сели, горные обвалы, оползни. Сотрудниками лаборатории механики природных процессов была построена теория движения, деформирования и разрушения грунтовых сред и горных пород под действием внешних силовых воздействий в широком диапазоне – от строительных нагрузок до давлений, развиваемых при ядерном взрыве, изучено воздействие возникающих при этом сейсмовзрывных волн на расположенные в этих средах объекты (С.С. Григорян, В.А. Иоселевич, Г.М. Ляхов, П.А. Шумский). В лаборатории общей гидромеханики строятся модели многофазных неизотермических течений в пористых средах, осложнённых фазовыми превращениями, критическими термодинамическими условиями и образованием сильных разрывов параметров течения. Полученные результаты успешно применяются для интерпретации геофизических и петрологических данных, полученных на активных вулканах. Совместно с геологическим факультетом была выполнена работа «Приложение методов гидромеханики и петрологии к изучению механизмов подъёма магмы и вулканических извержений» (2008, премия имени М.В. Ломоносова, А.А. Бармин, О.Э. Мельник). Множество приложений имеет изобретённое и запатентованное вещество Кавэласт – полимероминеральный композит, который может служить прекрасным гидроизоляционным материалом (К.А. Гулакян, С.С. Григорян, А.А. Шахназаров). Не растворяясь в воде, оно увеличивается в объёме до 50 раз и используется как для гидроизоляции подземных частей любых сооружений и комплексов, мелиоративных систем, хранилищ различных вредных производственных отходов, так и тампонажных растворов, применяемых при бурении глубоких скважин на нефть и газ, эффективные пожарогасящие составы.
 
В начале 1980-х гг. в институте была поставлена задача разработки и развития средств и систем автоматизации для подготовки и проведения сложных ресурсоёмких экспериментов в первую очередь на основных испытательных установках – аэродинамических трубах А-6, А-3, А-8; гиперзвуковой аэродинамической установке и гидродинамической трубе (лаборатория автоматизации экспериментальных исследований, В.А. Васенин, В.И. Калёнова). Дальнейшее углубление в проблему привело к логичной необходимости использования сетевой поддержки таких экспериментов, то есть к формированию российского сегмента Интернета. Сотрудники лаборатории внесли крупный вклад в создание сети МГУ – MSUNet/MoscowStateUniversityNetwork, а также в построение на её основе управляющего ядра первого в России сетевого Интернет-сегмента национального масштаба RUNNet/RussianUniversityNetwork для отечественных университетов (2000, премия Правительства РФ в области образования за разработку научно-организационных основ и создание федеральной университетской компьютерной сети RUNNet для высших учебных заведений, В.А. Васенин, соавт.).
Сотрудниками лаборатории создан новый подход к наукометрии, основанный на разработанного ими программного комплекса для постоянного сбора и систематизации, хранения и анализа наукометрической информации – ИСТИНА/Интеллектуальная Система Тематического Исследования НАукометрических данных. ИСТИНА была внедрена и с успехом используется в МГУ в сфере управления научными исследованиями и образовательным процессом с целью подготовки и принятия определённых решений (2013–2014), а также в нескольких вузах и научных центрах РАН (2017–2018).
Механика и её методы проникли во многие области знания и составляют основу научно-технического прогресса, который непрерывно предлагает исследователям на всё более высоком уровне такие задачи, которые раньше даже не могли бы быть поставлены. В этом смысле механика как наука неисчерпаема.
 
Литература: Институт механики – 60 лет. – М., 2019.
***
2002 г. Открытие Мемориального кабинета Л.И. Седова. Слева направо: Ю.М. Окунев, В.А. Садовничий, Г.Г. Чёрный
***