Введение

Для организации устойчивого развития государств в будущем одним из важнейших приоритетов научного приборостроения должны стать междисциплинарные фундаментальные и прикладные направления физико-технических и радиотехнических измерений. Деятельность организаций, которые занимаются как метрологическим обеспечением, так и приборостроением должна быть направлена на развитие системы обеспечения единства измерений для решения задач в соответствии с приоритетами социально-экономического развития, национальной обороны и безопасности, как отдельных стран, так и всей планеты в целом.

Создание метрологических основ на рубеже 2100 года является стратегической целью научного приборостроения, где эти направления играют решающую роль. В первую очередь это касается таких направлений научного приборостроения как квантовые измерения с созданием средств измерений на новых физических эффектах, например, на основе эффекта Ридберга, а также измерения сверхвысокочастотного излучения (далее - СВЧ) в диапазоне до 650 МГц, что потребует консолидации усилий исследователей и разработчиков научных приборов на создании прорывных технологий. В этом же русле прорывных технологий лежат и проблемы создания средств измерений для радиофотоники, внедрение которой в науку и производство должно дать синергетический эффект. Также стоит отметить будущее цифровых двойников. Ученые уже начали работу над созданием цифровых моделей материалов для различных фотонных устройств, таких как интегральные схемы, оптические волокна и излучатели. Для этого они проводят многоуровневое моделирование материалов, которое позволяет предсказать их свойства и поведение при эксплуатации. Эти модели могут достигать атомного уровня, что дает возможность более глубокого анализа будущих возможностей этих устройств.

Прикладную сторону этого эффекта и роль научного приборостроения в части физико-технических и радиотехнических измерений можно описать следующим образом.

Освоение миллиметровой области радиочастотного спектра до 325 ГГц связано с созданием перспективной радиоэлектронной аппаратуры в области активной и пассивной радиолокации и сверхвысокочастотной радиосвязи.

Принципиально важно решение актуальной задачи по обеспечению измерений характеристик СВЧ устройств на пластине. Метрологическое обеспечение измерений на пластине является основой для создания и производства микро и наноэлектронных устройств, без которых видится невозможным наше будущее. Интегральные схемы, работающие в СВЧ диапазоне частот, широко используются для создания средств радиосвязи, радиолокации, радионавигации и др. Данные средства будут необходимы нам для исследования космоса и возможности его покорения. В рамках данного направления необходимо создание: болометрических и диодных ваттметров поглощаемой мощности волноводных, поляризационных аттенюаторов волноводных и калибровочных мер анализаторов цепей векторных в волноводных трактах в диапазоне частот от 178,4 до 325 ГГц.

Для метрологического обеспечения растущего парка перспективных СВЧ и антенн крайне высоких частот (далее – КВЧ антенн) и антенных систем необходимо проведение работ по созданию соответствующих первичных и рабочих эталонов. Активное внедрение в состав перспективных средств наведения и управления, радиолокации и разведки антенных систем миллиметрового и субмиллиметрового диапазона, позволяющих значительно улучшить показатели эффективности применения техники в целом, обуславливает необходимость разработки специального эталона энергетических характеристик антенн в диапазоне частот от 50 до 178,4 ГГц.

Нерешенной в должной мере является проблема метрологического обеспечения измерений характеристик радиопоглощающих материалов и покрытий в диапазоне частот от 37,5 до 110 ГГц, в первую очередь – для материалов рассеивающего типа и малых значений модуля коэффициента отражения. Отсутствие эталонов для метрологического обеспечения измерений рассеивающих свойств объектов и материалов ведёт к снижению эффективности разработки и испытаний малозаметных объектов и специальных материалов.

Для освоения субтерагерцовой области радиочастотного спектра и последующего создания средств измерений в данной области необходимо на основе синтеза технологий радиоэлектроники, оптоэлектроники и фотоники начать работу по созданию сверхширокополосных электрооптических переключателей и других радиофотонных компонентов, а также провести исследование технологии обеспечения единства измерений и путей построения средств измерений плотности потока энергии электромагнитного поля в диапазоне частот от 178,4 до 650 ГГц и в перспективном диапазоне частот до 1 ТГц. Этим и обусловлена актуальность работы.

Единство измерений в мире достигается в результате функционирования системы обеспечения единства измерений, которую образуют совокупность законодательных и иных нормативных правовых актов, нормативно-технических и методических документов в области обеспечения единства измерений, участники системы обеспечения единства измерений, эталонная база и парк средств измерений [3].

Рост роли инновационных средств измерений во всех сферах, а также рост необходимого уровня их точности обуславливает необходимость достижения технологического скачка как в настоящее время, так и на рубеже 2100 года для возможности обеспечения безопасности и долгосрочного развития наше планеты, что может быть достигнуто организацией полного цикла производства средств измерений, задействованных в ключевых областях измерений, что невозможно без создания организационных инноваций, которые позволят обеспечить нам светлое будущее.

Целью написания данной работы является формирование предложений с целью достижения технологического скачка на рубеже 2100 года.

Достижение цели возможно благодаря решению следующих задачи:

1. Выявить ключевые направления развития.

2. Создание проекта научно-технического совета.

Источниковая база исследования: в ходе выполнения работы автор обратился к источниковому материалу в частности: законам, распоряжениям, международным стандартам, метрологическим инструкциям и ГОСТам.

Основная часть

Для решения поставленных задач необходимо внедрение организационных инноваций. Организационная инновация должна касаться вопроса создания организационных механизмов по управлению проектами в части разработки и производства средств измерений. Всемирная программа по обеспечению единства измерений должна базироваться на деятельности научно-технического совета (далее -НТС), который необходимо создать для реализации подобной программы. Данный орган должен быть создан на базе таких организаций, как ООН, БРИКС, ЕАЭС, СНГ, Евросоюз и тд.  Данный НТС позволит собираться членам НТС, а именно компетентным специалистам данной отрасли для возможности проведения продуктивных дискуссий, либо для заслушивания докладов о проделанной работе в части развития приборостроения и обеспечения единства измерений.

На базе каждой региональной организации будут работать НТС, решая региональные проблемы. В рамках же ООН будет собираться всемирный НТС, на котором представители региональных подразделений НТС будут делать доклады о проделанных работах и их результатах. Возможна организация регионального сотрудничества в рамках региональных НТС для достижения общих целей.

В состав научно-технического совета должны входить представители различных областей измерений, таких как: измерения геометрических величин; измерения механических величин; измерения параметров потока, расхода, уровня, объема веществ; измерения явления, вакуумные измерения; измерения физико-химического состава и свойств веществ; теплофизические и температурные измерения; измерения времени и частоты; измерения электрических и магнитных величин; радиотехнические и радиоэлектронные измерения; измерения акустических величин; оптико-физические измерения; измерения характеристик ионизирующих излучений и ядерных констант. Однако их количество может отличаться в связи с разными приоритетами деятельности различных регионов.

Каждая область измерений должна иметь свою секцию, которая будет заниматься разработкой и усовершенствованием соответствующих средств измерения. Возможно проведение совместных заседаний нескольких секций при необходимости, например, при реализации комплексных проектов по созданию измерительных комплексов, которые способны проводить измерения в различных областях.

НТС, в том числе региональные подразделения НТС, должен иметь исполнительный комитет (в рамках ООН в данный комитет будут избираться представители различных государств в качестве председателей и секретарей на определённый срок), который будет заниматься организационными вопросами и координацией работы секций. Также необходимо, чтобы в исполнительном комитете был секретарь данного комитета, который будет осуществлять административно-организаторскую работу данного комитета. Дополнительно в состав исполнительного комитета входят приглашенные специалисты – научные деятели, представители государств, генеральные директора крупных предприятий в части приборостроения.

Далее, после исполнительного комитета, идут секции областей измерений. Каждая секция также имеет своего председателя, секретаря и членов данной секции НТС. Каждая секция собирается два раза в год, дополнительные заседания могут быть инициированы по необходимости, также возможно проведение совместного заседания различных секций, если этого требуют обсуждаемые вопросы. По результатам каждого заседания секретарь, либо секретари секций (при проведении совместных заседаний) готовят протокольное решение, где необходимо указать решения, которые были приняты в ходе данного заседания, также необходимо учесть количество присутствовавших членов секции – при присутствии менее 2/3 членов секции данные решения принять невозможно. Далее данное протокольное решение подписывается председателем секции, либо председателями секций (при проведении совместных заседаний) и направляется на утверждение председателю исполнительного комитета регионального подразделения НТС.

На заседаниях секций должны рассматриваться вопросы, связанные с определением приоритетных направлений развития средств измерений, определение ключевых трендов развития промышленности для возможности упреждающей разработки и организации производства необходимых средств измерений для метрологической обеспечения технологических и производственных процессов, которые будут выполняться. Также необходимо определение проектов маяков, которые способны сформировать новые рынки, что приведёт к экономическому росту. В рамках взаимодействия разных секций региональный подразделений НТС не стоит забывать о развитии сквозных технологий, которые будут способствовать развитию сразу нескольких областей измерений.

 Также необходимо создать механизм совместных разработок, для форсирования разработок, так как, в некоторых случаях, научно-технический задел и производственные возможности одного предприятия/страны не позволяют разработать и поставить на серийное производство необходимую продукцию, в связи с этим необходим механизм сотрудничества предприятий/стран. Вопрос о целесообразности данного сотрудничества должен приниматься в рамках проведения заседания секции регионального подразделения НТС, и решение о целесообразности должно приниматься членами данной секции. Одни из основных вопросов, при проведении данных заседаний, является обеспеченность электронной-компонентной базой и покупными комплектующими изделиями, а также обеспеченность кадрами.

В рамках заседаний НТС члены-НТС будут обмениваться актуальной информацией о наличии/отсутствии поставщиков необходимой ЭКБ, также, параллельно, необходимо составлять реальную потребность производителей средств измерений в ЭКБ и направлять данную потребность в региональные центры компетенций по производству ЭКБ.

Но, всё же, основной целью созыва заседаний секций НТС будет являться постановка вопроса о целесообразности начала разработки и производства средства измерения. Это позволит избежать расходование средств на бесперспективные проекты, которые невозможно коммерциализировать. Также это обеспечит промышленность именно теми средствами измерений, которые им необходимы, что позволит мировому сообществу реализовать свой потенциал не только в рамках планеты Земля, но и за пределами нашей галактики.

Кроме того, научно-технический совет должен иметь проект стратегии, который будет определять основные направления деятельности совета на ближайшие годы.

Также необходимо разработать устав деятельности научно-технического совета. В уставе должны быть определены права и обязанности членов совета, процедура принятия решений, порядок проведения заседаний и другие организационные вопросы.

В рамках деятельности региональных подразделений НТС должны присутствовать представители власти и науки, также необходимо участие таких предприятий, которые являются основными потребителями средств измерений. Например, в рамках Российской Федерации: Госкорпорация Росатом, Госкорпорация Ростех, Госкорпорация Роскосмос, Госкорпорация Роснано и т.д. В рамках международного НТС в ООН следует приглашать мировых гигантов - APPLE INC, Microsoft Corporation, AMAZON.COM INC, TESLA INC, META PLATFORMS. Не стоит забывать о таких инвестиционных гигантах, как: BlackRock и The Vanguard Group.

Также необходимо участие потенциальных производителей средств измерений и, непосредственно, Национальных метрологических институтов и Конструкторских бюро.

Заключение

Метрология является очень важной составляющей устойчивого развития мирового сообщества, как мировой экосистемы. Без должного метрологического обеспечения, а также с отсутствием средств измерений с необходимыми точностными характеристиками будет невозможно строить роботов, летать в космос, производить лекарства от новых заболеваний, вести торговлю между государствами, заниматься когнитивными технологиями и т.д.

В качестве простого примера приведу такую ситуацию, когда производитель сделал брак, но данный брак был настолько мал, что его не получилось идентифицировать имеющимися средствами метрологического обеспечения. То, что брак мал – не значит, что он не существенен, в связи с этим он может привести к ужасным последствиям в рамках работы всего финального изделия, что может принести финансовые, человеческие и иные потери, которые можно было избежать, используя актуальные средства измерений.

В конце хочу сказать, что будущее невозможно без коллективного сотрудничества между государствами и международными организациями. Коллективное сотрудничество невозможно без все сторонней стандартизации, которая позволит данной экосистеме работать без «брака», указанного выше. Стандартизация невозможна без метрологического обеспечения и высокоточных средств измерений.

В связи со всем вышесказанным, для достижений всех ниже указанных целей:

- снижение уязвимости человечества перед лицом будущих пандемий;

- создание предпосылок и механизмов для развития и укрепления устойчивости человечества к возможным вызовам будущего;

- формирование будущего, которое будет соответствовать запросам нынешних и потребностям будущих поколений.

Необходимо развитие метрологии, как науки, и приборостроительной отрасли для возможности стандартизации, контроля, испытаний во всех сферах жизни общества.