Алексей Абрамов: эталон "атомного" килограмма заменит "золотую меру"

Историческое международное событие пройдет 13-16 ноября в Париже. На 26-й Генеральной конференции по мерам и весам будет принято решение об обновлении международной метрической системы на основе единиц SI — той самой СИ, о которой не одно поколение школьников узнавало на первых же уроках физики. Обновление затронет основные единицы — килограмм, ампер, кельвин, моль, канделу, секунду, метр. В основе этих базовых величин теперь будут не привычные металлические цилиндры под колпаком, а фундаментальные физические константы. Почему России важно оставаться в авангарде высокой метрологии, как это повлияет на развитие науки и скажется на повседневной жизни обычных людей, РИА Новости рассказал руководитель Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии (Росстандарт) Алексей Абрамов. Беседовал специальный корреспондент Игорь Ермаченков.

— Алексей Владимирович, где здесь Росстандарт и почему событие можно считать историческим?

— Росстандарт координирует участие нашей страны в переопределении системы единиц на глобальном уровне. От этого во многом зависит, проиграет наша страна в результате этого перехода или останется в клубе ведущих стран, обеспечивающих единство и достоверность измерений.

Для понимания происходящего напомню показательную историю килограмма. До сегодняшнего дня величина килограмма определялась по платиноиридиевому цилиндру. Эталон килограмма — тот самый цилиндр, который хранится в Международном бюро мер и весов во Франции и считается первичным. В других странах есть его копии, которыми пользуются все, кому важно, чтобы килограмм был именно килограммом. Такой эталон-копия хранится и в России, в Санкт-Петербурге. Это известно всем со школьной скамьи.

Но более чем за сто лет масса и этих эталонов-копий, и, что еще более важно, первичного эталона во Франции претерпела физические изменения. Проще говоря, эталоны стали весить по-разному. В результате сейчас никто в мире не может сказать, какой из имеющихся сейчас по всему миру килограммов — настоящий килограмм. Разница, конечно, не видна, но для метрологии — науки о единстве измерений — она критична.

© Фото предоставлено Росстандартом

— Позволю себе обывательский вопрос: что в этом страшного?

— На первый взгляд, людям может быть и не очень-то понятно, к чему нужна такая точность. Какое значение имеет повышение, скажем в сто раз, точности эталона, у которого она уже давно существенно превосходит бытовые потребности. Но нам же килограмм нужен не только для того, чтобы купить упаковку сахара в магазине? А ведь помимо килограмма в системе СИ существуют и другие единицы измерения.

Точность измерений — это запрос прежде всего технологического развития. Вот с ним человечество как раз и подошло к цифровой эпохе. Измерения — это то, что переводит объекты физического мира в цифровые данные. От точности измерений зависит качество цифровых двойников реальных объектов.

—  Что же теперь придет на смену цилиндру под колпаком?

— Ученые пришли к договоренности, что новое определение секунды, килограмма и других единиц должно основываться на величинах, которые человечество смогло к настоящему времени измерить с максимально доступной точностью. И что особенно важно, они выступают физическими константами — то есть не меняют свои значения и могут быть взяты за некую точку отсчета. Например, килограмм привязывается к постоянной Планка (h = 6 626070 040), это точка отсчета — условный ноль.

Это позволит провести на самом высоком уровне точности самые разные работы, к примеру, с малыми массами, которые применяются, скажем, в фармацевтике, микроэлектронике и множестве других отраслей, где точность измерений на первом месте.

© Фото предоставлено Росстандартом

— А какова роль российских ученых в переопределении международной системы единиц?

— Мы полноправно участвуем в работе международных консорциумов, которые разрабатывают научную основу для переопределения единиц величин. Кроме того, российские представители — постоянные участники международных комитетов, в рамках которых проводится сравнение первичных эталонов разных стран.

По результатам таких сравнений Международное бюро мер и весов подтверждает измерительные возможности страны. Россия по своим измерительным возможностям, признанным на международном уровне, занимает второе место в мире, опережая многие экономически и технологически развитые страны. Критически важно сохранить этот внушительный пакет российских измерительных и калибровочных возможностей. Но это невозможно без модернизации базы первичных государственных эталонов при переходе на новую международную систему единиц.

— Почему это так важно? Забота о престиже страны?

— Повторю ключевую мысль: странам, у которых нет высокотехнологичного производства, которые не озабочены появлением и развитием подобных отраслей, достаточно метрологии на уровне подтверждения потребительских свойств своих товаров. Если мы не будем совершенствоваться и отвечать постоянно растущему уровню мировых требований, позволив себе хоть малейшее отставание, двери в клуб высокотехнологичных держав перед нами закроются. А это будет ударом не только по упомянутому вами престижу…

— Последствия посерьезней?

— Не сомневайтесь. К сожалению, мы на собственном опыте знаем, что такое зависимость от чужих технологий. Отставание, которое мы накопили еще с советских времен, обусловлено по сути тем, что мы вовремя не смогли взять нужные темпы в развитии отечественной микроэлектроники и автоматизированных систем обработки информации. Как результат — значительный парк измерительных устройств в нашей России сегодня имеет иностранное происхождение.

Нам очень не просто выправить эту ситуацию, хотя определенные успехи уже есть. Сегодня в институтах Росстандарта формируются опытные конструкторские бюро нового поколения, чья задача не просто создание, но и коммерциализация перспективных отечественных разработок в области измерительной техники.

Есть уже и конкретные примеры уникальных отечественных средств измерений, которые превосходят иностранные аналоги. А с созданием центра прогнозирования потребностей экономики в измерительной технике на базе Всероссийского НИИ метрологической службы мы рассчитываем не просто перехватить инициативу у зарубежных конкурентов, но и зайти на их поле. Такую работу мы уже проводим.

© Фото предоставлено Росстандартом

— Похоже, критически важен некий метрологический суверенитет России — и одновременно наше активное участие в глобальной метрологии?

— Очень точная формулировка. Приведу вам теперь пример, где мы не только не отстали, но находимся в тройке лидеров. Так называемые сверхточные часы — атомные, или оптические часы на холодных атомах стронция, — разработка Всероссийского научно-исследовательского института физико-технических и радиотехнических измерений (ВНИИФТРИ) Росстандарта в области физико-технических измерений. Они предназначены для наиболее точного воспроизведения единицы частоты — герца, а следовательно, и единицы времени — секунды. Проще говоря, это самый современный эталон времени и частоты. Такие устройства уже используются на навигационных спутниках. Как вы знаете, таких спутников не один и не два, это целая группировка. И от того, насколько синхронно эта группировка работает, зависит точность навигации для потребителей: например, для транспорта, который, как вы знаете, стоит на пороге "беспилотной" революции.

Продолжая исследования в этой области и повышая точность определения времени и частоты, Россия, по сути, уже сегодня обеспечивает себе будущее лидерство в технологиях беспилотного транспорта. Это не фантазии, не сказки какие-то. Это прогноз, просчитанный в рамках национальной технологической инициативы "Автонет", о которой вы наверняка слышали. Напомню, что к 2025 году количество полностью автономных автомобилей в России превысит 20 тысяч единиц. А через 25 лет в России будет до 11 миллионов беспилотных транспортных средств. И безопасность их передвижения будет определяться как раз технологиями, основанными на высокоточных измерениях в области времени и частоты. Задел для этого у нас уже создан.

© Фото предоставлено Росстандартом

— А что еще в нашем портфеле технологического лидерства, кроме технологий для беспилотного транспорта?

— Институты Росстандарта погружены в тему создания и использования возможностей глобальной системы наблюдения Земли. Это прежде всего наземная калибровка, то есть подтверждение точности космической аппаратуры на орбите, бортовой аппаратуры. Стоит ли объяснять экономический эффект, учитывая численность и значение спутников, работающих в околоземном пространстве? Мы участвуем в ряде космических экспериментов по исследованию эталонных излучателей в условиях микрогравитации. Эти результаты закладываются в основу калибровки бортовой аппаратуры спутников.

—  А что с новейшими информационными технологиями для 5G, промышленного интернета?

— По экспертным прогнозам, в течение ближайших пяти лет в России ожидается рост скорости передачи данных в мобильных сетях связи пятого поколения в сто раз. Во ВНИИФТРИ Росстандарта мы уже приступили к работам по модернизации государственного первичного эталона единиц объемов передаваемой цифровой информации по каналам интернет и телефонии. В следующем году эту работу закончим. Но уже сейчас мы располагаем необходимым эталонным и поверочным оборудованием для метрологического обеспечения средств измерения телекоммуникационных компаний, которые используются при контроле параметров физической среды передачи информации, вплоть до скоростей при передаче данных до 25 гигабит в секунду. Это те самые готовые решения, которые можно использовать при масштабном развертывании сетей пятого поколения.

— А государственный эталон для квантовой передачи информации существует?

— В 2019 году во Всероссийском научно-исследовательском институте оптико-физических измерений будет закончена опытно-конструкторская разработка, результатом которой как раз станет создание эталонной установки для измерений эффективности приемников, способных обнаруживать одиночные фотоны.

Полностью обеспечить измерение основных метрологических характеристик согласно международному стандарту — а это более 25 параметров — всех оптических компонентов типовой системы квантовой обработки и передачи информации станет возможным к 2024 году. 

— А из того, что непосредственно касается буквально каждого гражданина?

— Напомню, что метрологи уже ведут активную работу над "умными" приборами потребления ресурсов, к примеру, водосчетчиками, которые стоят теперь в каждой квартире. Уже сейчас можно автоматически, без участия человека, передавать данные расхода, например, в управляющую компанию. Но даже такой смарт-прибор не избавляет владельцев от процедур поверки. Поэтому сейчас мы ставим перед собой задачу оснастить этот прибор методами самодиагностики технических и метрологических характеристик. В этом случае прибор в течение всего срока службы сам будет проверять корректность свой работы и при необходимости даже информировать владельца о своей неисправности.

Все это уже не завтрашний, а сегодняшний день. И если вернуться к главной мысли нашего с вами разговора, важно не отставать, а еще лучше формировать цифровую повестку этого дня. И делать это нужно сразу максимально точно.