О повышении уровня метрологического обеспечения на приоритетных направлениях науки, техники и технологий

С.И. Донченко

ФГУП «ВНИИФТРИ», Менделеево, Московская обл.
director@vniiftri.ru

«Альманах современной метрологии» № 2 (7) 2016, стр. 7–12

В работе обосновывается возможность развития метрологии для развития приоритетных направлений российской экономики.

Ключевые слова: метрологическое обеспечение, приоритетные направления, развитие экономики.

Направление и содержание научных исследований в области метрологии, объём комплекса работ по модернизации государственной эталонной базы страны во многом определили такие приоритетные направления российской экономики, как энергоэффективность и энергообеспечение, в том числе разработка новых видов топлива; ядерные технологии, космические технологии, связанные с телекоммуникациями, включая ГЛОНАСС и программу развития наземной инфраструктуры; медицинские технологии, прежде всего диагностическое оборудование, а также лекарственные средства; стратегические информационные технологии, включая создание суперкомпьютеров и разработки программного обеспечения.
Национальные метрологические институты России, представляющие собой многопрофильные научно-исследовательские организации, где сосредоточены эталоны физических величин, наиболее точные средства измерений, решая задачи по обеспечению единства измерений в стране, выполняя мероприятия федеральных и ведомственных программ по повышению точности воспроизведения и передачи единиц физических величин, расширению диапазонов измерений, увеличению производительности поверочных работ, целенаправленно повышают уровень метрологического обеспечения на приоритетных направлениях науки, техники и технологии.
Это позволяет обеспечить:
— единство измерений в стране на требуемом уровне;
— выход отечественных, наукоёмких производств и технологий на мировой рынок;
— получение экологического, научно-технического и социального эффектов во всех отраслях российской экономики, социальной сферы и обороноспособности страны.
Метрологическое обеспечение таких наиболее востребованных областей науки и техники, как механика, электромагнетизм, термодинамика, оптофизика, физикохимия, ядерная, энергетика и др. требуют:
— проведения фундаментальных и прикладных научных исследований, направленных на совершенствование государственной системы обеспечения единства измерений, рациональной системы единства и шкал измерений,
— исследований по выявлению новых физических эффектов с целью их использования при создании новых и совершенствовании существующих эталонов и средств измерений.
Задачи разработки новых принципов и методов измерений, создание новых средств измерений, новых государственных первичных эталонов включены в программы реализации функций всех метрологических институтов.
В качестве примера реализации предприятием научно-технической политики государства в области обеспечения единства измерений, осуществления научной и организационной деятельности по участию в реализации федеральных, межгосударственных (по навигации, связи, экологии, геодинамике, геофизике и др.) ведомственных и собственных программ и проектов сошлёмся на пример одного из ведущих метрологических научных центров страны – Всероссийского научно-исследовательского института физико-технических и радиотехнических измерений [1].
В рамках этих исследований институт проводит:
— разработку новых принципов и методов исследований, новых государственных первичных эталонов в закрепленных областях физико-технических и радиотехнических измерений;
— содержание и развитие Государственной службы времени, частоты и определения параметров вращения Земли;
— развитие системы обеспечения единства измерений в ГЛОНАСС;
— развитие системы обеспечения единства измерений в гидрофизике;
— совершенствование и развитие эталонной базы в интересах атомной энергетики и других областей.
В качестве Главного метрологического центра Государственной службы времени, частоты и определения параметров вращения Земли ГНЦ РФ ФГУП «ВНИИФТРИ» обеспечивает сигналами точного времени и эталонными частотами различных потребителей в жизненно важных сферах экономики страны.
Учитывая значимость ГСВЧ и её определяющих характеристик для комплекса фундаментального обеспечения ГЛОНАСС, ФГУП «ВНИИФТРИ» принимает участие в выполнении ФЦП ГЛОНАСС [2] в качестве головной организации Росстандарта и осуществляет:
— обеспечение системы ГЛОНАСС эталонными значениями времени и
частоты, национальной шкалой времени и данными о параметрах вращения Земли;
— участие в государственном регулировании в области обеспечения единства измерений в ГЛОНАСС, функциональных дополнений и аппаратуры спутниковой навигации, включая организацию и проведение испытаний аппаратуры спутниковой навигации, отнесённой к средствам измерений;
— координацию работ заинтересованных организаций в области обеспечения единства измерений системы ГЛОНАСС.
В последние годы выполнен большой комплекс работ по совершенствованию и модернизации Главного метрологического центра ГСВЧ. В результате выполнения этих работ и осуществления запланированных мероприятий ГСВЧ вышла на передовые мировые показатели по важнейшим метрологическим характеристикам:
— неисключённой систематической погрешности независимого воспроизведения единиц времени и частоты ГЭВЧ;
— нестабильности размеров единиц в ТА(SU) ГЭВЧ на интервалах времени (10 – 30) суток;
— дополнимого расхождения национальной шкалы времени UTC(SU) с UTC;
— случайной погрешности сличения ГЭВЧ с национальными эталонами зарубежных стран и вторичными эталонами ГСВЧ;
— суммарной погрешности хранения размеров единиц времени и частоты относительно ГЭВЧ вторичными эталонами ГСВЧ;
— определения ПВЗ с СКО всемирного времени, координат полюса Земли.
Проведённые мероприятия по калибровке комплекса аппаратуры дуплексных сличений шкал времени из состава ГЭВЧ позволили перейти на новый канал сличений шкал времени UTC(SU) с UTC и улучшить его характеристики в пять раз.
Продолжается международное сотрудничество в области обеспечения единства измерений времени, частоты и определения параметров вращения Земли и участие Государственного первичного эталона единиц времени, частоты и национальной шкалы времени (ГСВЧ) в ключевых сличениях CCTF – KOOI. UTC.
В рамках работ по содержанию ГСВЧ проведены мероприятия по совершенствованию Государственных вторичных эталонов ВЭТ 1-5. ВЭТ 1-7 и Государственного рабочего эталона единицы времени и частоты РЭТ 1-1, улучшены их метрологические характеристики.
Высокий научный уровень частотно-временных измерений в ГСВЧ обеспечивается проводимыми фундаментальными исследованиями. Это — разработка хранителя частоты и времени на холодных атомах рубидия с повышенными точностными характеристиками, нового комплекса хранения частоты и времени, новых, перспективных стандартов частоты на принципиально новых материалах, например, стронции. Всё эти работы позволяют повысить точностные характеристики как Государственного первичного эталона единиц времени и частоты, так и вторичных эталонов.
Повышение уровня метрологических исследований чрезвычайно актуально и в такой востребованной области измерений, как гидроакустика, при создании новых перспективных методов и методик проведения измерений, рабочих эталонов гидрофизических величин, рабочих средств измерений нового поколения, обеспечивающих единство и достоверность гидроакустических измерений, повышение точности и возможности оснащения предприятий судостроительной отрасли метрологической и контрольно-испытательной аппаратурой.
Среди первостепенных решаемых задач была разработка технологии измерений и создание метрологической и контрольно-испытательной базы, направленной на обеспечение единства, достоверности и повышения точности измеренной параметров шумоизлучения и параметров объектов морской техники. Здесь потребовались «прорывные» идеи, чтобы преодолеть частотный барьер камеры малого объёма за счёт расширения возможностей измерений в реверберационном поле бассейна с отражающими границами, продлив тем самым частотный диапазон градуировки в область верхних частот не менее чем в 10 раз, обеспечить возможность передачи единицы векторным приёмникам в свободном поле бегущий звуковой волны – в условиях применения векторного приёмника по назначению [3].
Такая возможность передачи единицы была обеспечена впервые. Был запатентован разработанный способ, предоставивший возможность измерения фазочастотных характерных чувствительности векторного приёмника с высокой точностью.
Увеличение верхнего предела частотного диапазона градуировки векторного приёмника отвечает современным требованиям к частотному диапазону применения векторного приемника по назначению. В этом большая практическая значимость работы. Применение вследствие разработанных методов измерений и градуировки позволили снизить погрешность градуировки векторного приёмника, не превышающую погрешность, типичную для градуировки на этих частотах гидрофонов.
Практический выход имеет разработка технологии создания универсальных систем по обеспечению контроля и диагностики энергетических установок различного типа с возможностью реализации алгоритмов диагностирования, основанных на различных физических принципах.
В рамках Федеральной целевой программы «Развитие гражданской морской техники на 2003 – 2016 годы» ФГУП «ВНИИФТРИ» ведёт:
— разработку нового поколения многоканальных автоматизированных измерительных систем, обеспечивающих синхронные измерения вибрации и шума и обработку сигналов с заданными алгоритмами;
— разработку нового поколения многоканальных многопараметрических автоматизированных виброакустических систем, обеспечивающих комплексный мониторинг оборудования дизельных, газотурбинных, паросиловых и атомных энергетических установок путём одновременного, синхронного измерения контролируемых параметров, параллельной спектрально-временной обработки измерительной информации по заданным алгоритмам, архивирование и текущий контроль соответствия измеряемых параметров заданным требованиям.
Возможности повышения научно-технического уровня государственных первичных эталонов зависит от развития областей науки и отраслей промышленности, достижения которых используются при совершенствовании существующих и создании новых эталонов. В немалой степени повышение научно-технического уровня государственных первичных эталонов достигается в результате их постоянных метрологических исследований, проведения научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ на эталонах с целью их совершенствования, участия эталонов в международных сличениях с эталонами других стран.
В области измерений ионизирующих излучений такие работы проводятся в рамках Федеральной целевой программы «Ядерные энерготехнологии нового поколения на период 2010 – 2015 годов и на перспективу до 2020 года». Наряду с совершенствованием и развитием эталонной базы в интересах атомной энергетики, ведётся разработка нормативно-правовой документации по обеспечению единства измерений и требуемой точности измерений в текущих работах и новых разработках Росатома; проводятся испытания разрабатываемых средств измерений для предприятий Росатома [4]. В целях обеспечения необходимого уровня выполнения работ институт принимает участие в подготовке и повышении квалификации специалистов метрологов.
Для обеспечения доверия к результатам измерений и эффективной защиты от недостоверных измерений важную роль играют разработка и поставка метрологическими институтами высокоточных приборов и аппаратуры, вторичных и рабочих эталонов, измерительных систем, средств контроля и автоматизации. ВНИИФТРИ в соответствии со своим статусом Государственного научного метрологического центра обеспечивает поставку высокоточной дозиметрической и радиометрической аппаратуры для радиационного контроля местности, объектов окружающей среды и продуктов питания, горнорудного и техногенного сырья; гидрофизической и сейсмометрической аппаратуры; акустооптических приборов различного назначения, в т.ч. спектроанализаторов для экологического контроля;
аппаратуры экспрессного определения свойств строительных материалов; средств контроля состояния оборудования нефтегазового комплекса; физиотерапевтической аппаратуры; термометров и другого уникального метрологического оборудования.
Эта сфера деятельности метрологических институтов также имеет большое значение для решения приоритетных, перспективных задач в жизненно важных сферах экономики.
Главная из этих задач – удовлетворение потребностей государства и общества в получении необходимого количества объективных, достоверных и сопоставимых результатов измерений, соответствующих мировому уровню.

Цитируемая литература

1. Донченко С.И. Государственный научный метрологический институт – важнейшее звено национальной системы обеспечения единства измерений// Альманах современной метрологии, №2, 2015, с. 7-18.

2. Постановление Правительства РФ от 3.03.2012 г. №189 «Об утверждении ФЦП «Поддержание, развитие и использование системы ГЛОНАСС на 2012 – 2020 годы».

3. Исаев А.Е. Точная градуировка приёмников звукового давления в водной среде в условиях свободного поля. – Менделеево: ФГУП «ВНИИФТРИ»; 2008, 369 с.

4. Абдулов Р.А., Алейкин В.В., Генералова В.В., Громов А.А., Гурский М.Н., Емельяненко И.А., Жанжора А.П., Сысак А.Е., Тенишев В.П. Обеспечение единства измерений в радиационных технологиях// Альманах современной метрологи, №2, 2015, с. 198 – 206.

Полные тексты статей доступны в печатных номерах журнала по подписке и при покупке отдельных номеров у издателя.
Спустя два года статьи размещаются в открытом доступе на сайте журнала и в Научной электронной библиотеке eLIBRARY.