В.С. ПАВЕЛЬЕВ, Е.А. ИЗЖЕУРОВ, А.Г. САНОЯН

Самарский государственный аэрокосмический университет, Самара, Россия

Развитие нанотехнологий имеет крайне важное значение для таких наукоемких и динамичных отраслей промышленности, как аэрокосмическое машиностроение и аэрокосмическое приборостроение. Это объясняется появлением ряда перспективных возможностей в области синтеза новых конструкционных и функциональных материалов и создания элементной базы бортовых информационных сетей, которые открываются с развитием методов управления структурой вещества на наноуровне. Создание новых наноматериалов и композитов позволяет радикально повысить тактико-технические параметры элементов конструкций КА и ЛА [1], а появление целого семейства технологий, основанных на методах компьютерно-управляемого формирования микро- и наноструктур (не ограниченных возможностями традиционной литографии), инициировало настоящий прорыв в направлении создания сверхминиатюрных и многофункциональных бортовых устройств [2].

Особое место в этом ряду занимают технологии микрооптики и нанофотоники. Появление методов оптимизации оптических волноводных и дифракционных микро- и наноструктур в рамках строгой теории света и технологий формирования трехмерных оптических наноструктур с заданной топологией [3] привело к созданию широкого спектра оптических наноразмерных сенсоров физических величин, а также элементов интегральной и волноводной оптики для перспективных оптических бортовых информационных комплексов. Будучи более устойчивыми к повреждающему воздействию внешних возмущающих факторов и обладая лучшими тактико-техническими данными (в частности пропускной способностью), оптические бортовые информационные системы составят серьезную конкуренцию существующим бортовым системам сбора и обработки информации. Интересно отметить, что технологии компьютерно-управляемого микро- и наноструктурирования, ранее применяемые в весьма ограниченных масштабах в рамках традиционной микро- наноэлектроники и микрооптики, в настоящее время активно применяются в микро- и наносистемной технике [2], включающей микроэлектромеханические и микрооптоэлектромеханические системы (МЭМС и МОЭМС), устройства микрофлюидики и т.д.

Следует особо отметить, что освоение нанотехнологий (т.е. методов формирования изделий на молекулярном или даже атомном уровне) вплотную сближает техногенные и естественные («биологические») технологии атомной сборки изделий, пока только по критерию размерного фактора. Однако только одного этого обстоятельства оказалось уже достаточно для активизации взаимного интереса и постановки совместных работ у столь разных (по методологии и принципам научного знания) специалистов, как биологи, медики, физики, химики и инженеры. В реальной перспективе просматриваются пути создания (с помощью инструментария наноинженерии) гибридных устройств с разной степенью представительства биологических наноструктур.

Таким образом, подготовка специалистов в области использования нанотехнологий для создания изделий аэрокосмического кластера индустрии требует обеспечения глубоких знаний в таких фундаментальных областях, как: физика твердого тела, квантовая физика, физика и химия наноразмерных гомогенных и гетерогенных систем, вычислительная математика, биологическая и медицинская физика и т.п. В этой связи можно вспомнить, что в недавно утвержденной концепции образовательной деятельности ГК “Роснанотех” отмечено, что «Нанотехнологии являются междисциплинарной областью фундаментальной и прикладной науки и техники. В связи с этим формирование кадрового заказа в интересах нанотехнологического направления является сложной многоаспектной задачей, основанной на потребности в профилированной подготовке специалистов в области физики, химии, биологии, медицины, материаловедения, высокопроизводительных вычислений, коммерциализации разработок и предпринимательства в высокотехнологичной сфере с учетом необходимости междисциплинарного подхода.” [4].

Необходимость обеспечения междисциплинарного подхода в процессе подготовки специалистов в области нанотехнологий для аэрокосмической индустрии делает обязательным совмещение такой подготовки с проведением исследований в области фундаментальных наук (физики, биологии, химии) и информатики (включая высокопроизводительные вычисления, методы параллельного программирования).

В Самарском государственном аэрокосмическом университете имени академика С.П. Королева (СГАУ) подготовка специалистов в области нанотехнологий проводится с 2006 года. В 2008 году состоялся первый выпуск по магистерской специализации “Физика и технология наноэлектроники” направления “Прикладные математика и физика”. Подготовка магистров по этой специализации проводится на кафедре наноинженерии, входящей в состав Факультета базовой подготовки и фундаментальных наук. Весьма характерно, что в состав Факультета базовой подготовки и фундаментальных наук помимо кафедры наноинженерии входят кафедры фундаментальной подготовки (физики, химии, высшей математики и информатики), что способствует реализации межотраслевого принципа подготовки специалиста.

В рамках участия университета в выполнении ФЦП “Развитие инфраструктуры наноиндустрии в РФ на 2008-2010 г.г.”, в СГАУ создан научно-образовательный центр (НОЦ) нанотехнологий, обладающий современным парком технологического (включая сверхвысоковакуумный многомодульный технологический комплекс НАНОФАБ-100 производства компании НТ-МДТ, устройства нанолитографии и тонкопленочной технологии) и диагностического (сканирующие электронные и зондовые микроскопы, спектрометры) оборудования, которое позволяет проводить широкий круг научно-исследовательских работ и опытно-конструкторских разработок по направлениям «Нанотехнология» и «Наноматериалы». Парк научного и технологического оборудования широко используется в настоящее время сотрудниками, аспирантами и студентами различных факультетов и подразделений института, как при проведении научно-исследовательских работ, так и в учебной практике (включая дипломное проектирование) подготовки специалистов различного профессионального профиля.

Имеющиеся в университете материально-техническая база, научно-практический задел и кадровый потенциал позволяют проводить на современном научно-техническом уровне поисковые и прикладные работы по направлениям «Нанотехнологии» и «Наноматериалы». В частности, сотрудники и аспиранты кафедры наноинженерии проводят в настоящее время широкий круг научных исследований в следующих областях:

· разработка методов создания элементов дифракционной микрооптики, наноплазмоники, нанофотоники и интегральной оптики;

· синтез оптических метаматериалов, фотонных кристаллов;

· разработка методов оптимизации технологических процессов наноразмерной обработки материалов;

· разработка методов синтеза наноразмерных структур с определенной топологией, на основе использования принципов самоорганизации.

Общая стратегия Факультета базовой подготовки и фундаментальных наук СГАУ предполагает развитие различных форм и уровней подготовки специалистов в области нанотехнологий для аэрокосмического кластера промышленности. Не имеет смысла говорить о масштабах развития региональной наноиндустрии без предварительного внедрения в сознание широкой научно-технической общественности базовых представлений о проблематике и перспективах использования возможностей наноиндустрии в инженерной практике. Эта задача решается путем организации учебных курсов (различного уровня сложности и тематики, согласованных с практическими интересами предприятий) в рамках существующих и новых форм повышения квалификации. Другой формой подготовки специалистов является обучение ограниченного (в рамках потребности вуза и производственных предприятий) контингента старшекурсников (магистры, инженеры) различных факультетов. Эта группа специалистов выступает в качестве авангарда на первых этапах регионального развития наноиндустрии с целью формирования тематики конкретных направлений работ и перспектив развития предприятий в части использования нанотехнологий. Следующей формой подготовки профессиональных кадров является подготовка специалистов (бакалавры, магистры, инженеры) по типовым учебным программам специализаций и специальностей (оговоренных в нормативных документах по направлениям «Нанотехнология» и «Наноматериалы») в рамках профильных учебных потоков.

Успешное продвижение рассмотренной образовательной стратегии предполагает наличие постоянно действующего мониторинга производственной деятельности выпускников всех форм образования с целью проведения оперативной корректировки учебных планов и объемов подготовки специалистов. Учитывая высокую наукоемкость направления, существенным фактором образовательной стратегии является проведение профессионального отбора выпускников средних учебных заведений. С этой целью в СГАУ проводятся на постоянно действующей основе семинары, экскурсии по научным и учебным лабораториям и циклы лекционных занятий по направлениям «Нанотехнология» и «Наноматериалы» для учащихся и учителей средних учебных заведений.

Список литературы

1. Космический вызов XXI века. Т. 2. Перспективные материалы и технологии: Нанокомпозиты:/ Под ред. А.А. Берлина, И.Г. Ассовского.- М.: Торус Пресс, 2005.

2. MEMS and Microstructures in Aerospace Applications/ Edited by Robert Osiander, M. Ann Garrison Darrin, John L. Champion.- CRC Press, Taylor&Francis Group, 2006.

3. Дифракционная компьютерная оптика:/ Под ред. В.А. Сойфера.- М.: Физматлит, 2007.

4. Концепция образовательной деятельности ГК «Роснанотех», Москва, 2009.