Стратегическая программа исследований (предварительная версия) (стр. 3 )

1.4  Разработка оптических модулей-сумматоров на основе мощных лазерных диодов.

1.5  Разработка твердотельных лазеров с диодной накачкой (ТЛДН) на основе лазерной оптической керамики, полученной методом спекания нанопорошков.

1.6  Разработка методов лазерной модификации поверхности твёрдых тел импульсными ТЛДН (снижение пористости, повышение твёрдости, износостойкости и. т.д.).

1.7  Разработка ТЛДН для микротехнологий в фотонике и микроэлектронике включая методы абляции, сварки, резки, пробивки микроотверстий, наноструктурирования.

1.8  Разработка мощных диодных лазеров и ТЛДН медицинского назначения.

1.9  Разработка непрерывного двухчастотного ТЛДН для бигармонической генерации терагерцового диапазона.

1.10 Разработка импульсно-периодического ТЛДН для генерации терагерцового
излучения.

2. Разработки, готовые к внедрению в промышленность или требующие опытно-конструкторских разработок.

2.1. Комплекс лабораторных технологий сборки мощных лазерных диодов.

2.1.1. Технологии металлизации теплоотводящих элементов для

монтажа мощных лазерных диодов;

2.1.2. Технология монтажа кристаллов мощных лазерных диодов

на теплоотводящие элементы;

2.1.3. Методики измерений и сертификации выходных параметров

мощных лазерных диодов;

2.1.4. Методики ресурсных испытаний мощных лазерных диодов;

2.2. Комплекс лабораторных технологий сборки твердотельных лазеров с диодной
накачкой (ТЛДН).

2.2.1. Комплекс технологий сборки ТЛДН с продольной диодной

накачкой для непрерывного и импульсно-периодического режимов работы включая режим модуляции добротности на основе активных кристаллов Nd:YAG и Nd:YLF.

2.2.2. Комплекс технологий сборки ТЛДН работающих на 2-й

гармонике.

2.2.3. Методы стабилизации одномодового режима генерации

ТЛДН для получения высокого качества пучка (М < 1.1).

3. Разработки по требованию бизнеса.

3.1 Разработка методов прецизионного монтажа электронных и оптических компонентов работающих при экстремально высоких тепловых нагрузках (плотность непрерывных тепловых потоков до 5 кВт / см и более).

3.2. Разработка мощных непрерывных и импульсных диодных лазеров и непрерывных и
импульсных ТЛДН с требуемыми параметрами (длина волны, мощность, энергия в

импульсе, частота следования импульсов, высокое качество одномодового пучка и. т.д.) для микротехнологий в фотонике, микроэлектронике, медицине, ювелирной промышленности и. т.д.

3.3. Разработка специальных систем доставки и преобразования энергии по лазерному
оптическому каналу, (открытый канал, волоконные световоды).

3.4. Разработка излучателей для спецприменений.

4. Другие работы, которые необходимо организовать в рамках платформы (метрология, стандартизация).

4.1.  Выработка технических требований к конструкции активных элементов мощных лазерных диодных излучателей и теплоотводящих элементов для их монтажа с целью обеспечения высокого качества собранных приборов, высокого процента выхода годных изделий, гарантированной надёжности при серийном производстве.

4.2.  Выработка технических требований к комплектующим изделиям (элементы накачки, активные кристаллы, оптическая керамика, нелинейные кристаллы, зеркала, оптика, сумматоры излучения, электронные блоки питания, охлаждения и управления и. т.д.) для ТЛДН.

4.3.  Выработка требований к методам сертификации выходных параметров лазерных диодных излучателей и ТЛДН в соответствии с международными стандартами качества.

Задачи в области фотоники для медицины (материал подготовлен рабочей группой ТП под руководством академика РАН ).

1. Содержание проблемы и обоснование предпочтительности ее решения в рамках технологической платформы программным методом

Лазеры стали применяться в медицинских целях с 60-х годов прошлого века практически сразу после их изобретения. Уникальные свойства лазерного излучения, позволяющие концентрировать его энергию в пространстве, во времени и спектральном диапазоне делают его незаменимым инструментом во многих областях человеческой деятельности и, в частности, в медицине.

Результаты исследований механизмов взаимодействия лазерного излучения с биологическими тканями определяют оптимальные параметры лазерного излучения для каждого типа хирургического вмешательства и типа биологической ткани. На основе использования лазерных технологий разработаны эффективные методы диагностики, позволяющие повысить скорость и точность выявления различных заболеваний. Клинические результаты применения в хирургии при соблюдении перечисленных требований, на фоне бурного развития эндохирургических и волоконно-оптических средств доставки и визуализации, совместно с разработкой новых лазерных систем служит основой продолжающегося роста интереса и развития лазерных технологий лечения.

Затраты на внедрение в медицинские учреждения современных лазерных медицинских технологий и оборудования многократно окупаются повышением качества лечения, уменьшением количества рецидивов и осложнений, снижением расходов на содержание коечного фонда и потерь по нетрудоспособности.

С внедрением и развитием малоинвазивных эндоскопических методов в хирургическую практику, на начальной стадии многих заболеваний, именно хирургическое, а не медикаментозное лечение является в долгосрочной перспективе более эффективным и экономически оправданным способом. Результатом развития эндохирургии явился рост интереса к разработкам нового медицинского оборудования и инновациям в малоинвазивных технологиях лечения. Распространение технологий лечения с использованием лазеров, рост количества работ по взаимодействию лазерного излучения с биотканями, появление новых технологий лечения и новых моделей хирургических лазеров на рынке показательно с точки зрения эффективности их применения в практике.

В странах Европы и США в настоящее время каждая 7-я операция выполняется с использованием лазерных технологий. Оснащенность лазерными хирургическими аппаратами в ведущих клиниках мира составляет в среднем один хирургический лазер на 50 коек стационара.

Разителен пример КНР, в которой на рубеже веков начали активно развивать производство лазерной медицинской техники и внедрять ее в массовое здравоохранение. Объем рынка лазерной медицинской техники в КНР стал третьим после рынков США и Европы, и его годовой рост достигает 20-30 %, тогда как в мире до 2008 года ежегодный рост продаж медицинских лазеров составлял примерно 10 %.

Мировой рынок медицинских лазеров в настоящее время оценивается в $ 1 млрд в год. Однако общий доход компаний, осуществляющих производство этой техники, в 1,5-2 раза превышают указанную величину за счет продажи дополнительных услуг (сервис, запчасти, сменные и одноразовые части).

Оснащенность хирургическими лазерами в России практически отсутствует. Лазерные методы лечения эффективно используются рядом известных клиник. Однако, в отличие, от общемировой практики лазерная хирургия в нашей стране не стала распространенной и доступной. Развитие лазерной хирургии в России носит эпизодический и зачастую бессистемный характер. Не исполняется приказ МЗСР 01.12.2005г № 000 о табеле оснащения поликлинических учреждений, в соответствии с которым кабинет хирурга при количестве посещений более 250 чел. должен быть оборудован «лазерным аппаратом для резекции и коагуляции».

2.1.Проблемы и вызовы в сфере науки, технологий и инноваций

На сегодняшний день в России и за рубежом разработаны эффективные лазерные хирургические технологии лечения различных заболеваний, а лазер стал доступным инструментом для врачей крупных медицинских центров.

Значительные усилия по разработке лазерных методов лечения сфокусированы сегодня в области лечения различных опухолей: фотодинамическая терапия (ФТД), лазерная интерстициальная термотерапия (ЛИТТ) и лазерная интерстициальная коагуляция (ИЛК) в таких областях хирургии как гинекология, урология, нейрохирургия. Достижения последних лет в развитии инструментария для минимально инвазивных хирургических методов в эндохирургии, разработка миниатюрных катетеров и эндоскопов, стимулирует результаты при использовании лазеров в сосудистой хирургии и кардиологии. Ни разработка новых лазерных систем, ни исследования новых технологий лазерного лечения в медицине не снижают темпов своего развития, а использование лазеров не ограничивается несколькими областями хирургии. Лазерные технологии лечения внедряются практически во все области медицины и проявляют все новые результаты практического применения

Важным направлением применения лазеров являются медико-биологические исследования и диагностика. В частности - разработка и внедрение оптических методов ранней диагностики заболеваний.

Перечень медицинских применений лазеров чрезвычайно широк и постоянно расширяется. Отметим области использования, в которых без лазерных методов медицинские услуги не могут считаться современными и высококвалифицированными:

-  офтальмология (рефракционная хирургия, лечение катаракт, глауком, коагуляция сетчатки и т. д.);

-  дерматология (терапия кожных заболеваний – псориаза, герпеса, дерматитов и т. д.);

-  косметология (шлифовка кожи, заживление ран, удаление волос и т. д.);

-  стоматология (лечение заболеваний мягких тканей полости рта, профилактика и лечение периодонтита, обработка зубных каналов, отбеливание зубов и т. д.);

-  отоларингология (использование симультанных операций при лечении заболеваний носоглотки);

-  гастроэнтерология (лечение сосудистых повреждений, иссечение и деструкция опухолей и т. д.);

-  урология (лечение уретры, опухолей мочевого пузыря и опухолей предстательной железы, фрагментация камней любой локализации и т. д.);

-  гинекология (воспалительные заболевания, эрозия шейки матки, предопухолевые состояния и т. д.);

-  сердечно-сосудистая хирургия (трансмиокардиальная реваскуляризация миокарда, лечение заболеваний артерий, варикозно расширенных вен, желудочковой аритмии, и т. д.);

-  нейрохирургия (лечение опухолей центральной нервной системы, аномалии сосудистой системы, лечение межпозвонковых дисков и т. д.);

-  ортопедия (артроскопическая хирургия и т. д.);

-  онкология (фотодинамическая терапия и лазерная интерстициальная термотерапия опухолей).

Как уже говорилось, Россия в настоящее время существенно отстает от мирового уровня по степени практического использования лазеров в медицине. Оснащенность хирургическими лазерами в России практически отсутствует. Лазерные методы лечения применяются рядом известных клиник, об их использовании время от времени сообщается в публикациях. Однако, в отличие, от общемировой практики лазерная хирургия в нашей стране не стала распространенной и доступной. Развитие лазерной хирургии в России носит эпизодический и зачастую бессистемный характер.

Однако в связи необходимостью повышения эффективности экономики, развитием медицины, науки, информационных технологий потребность в различных типах лазеров существенно возрастет. Мы полагаем, что в России тенденции развития рынка лазеров будут близки к общемировым.. Оценка потенциала российского рынка затруднена из-за отсутствия статистических и аналитических материалов на эту тему. Потребности российских предприятий покрываются в настоящее время, как за счет импорта, так и за счет поставок российских компаний, которые за последние годы существенно увеличили номенклатуру предлагаемой лазерной продукции.

Следует сказать, что стоимость импортного лазерного медицинского оборудования на российском рынке очень высока. Например, хирургические лазеры Ho:YAG («Auriga» ) и Nd:YAG («Medilas Fibertom») продаются по цене 5,0 - 6,0 млн. рублей. Лазер «Greenlight» для трансуретральной лазерной вапоризации простаты предлагается по цене от 13,0 млн. рублей. Стоимость импортного оборудования на нашем рынке существенно завышена по сравнению со стоимостью этого оборудования в странах производителей оборудования. Высокая стоимость лазерной хирургической техники делает их приобретение российскими медицинскими учреждениями экономически необоснованными. Использование лазерных систем российскими медицинскими центрами сдерживается не только стоимостью оборудования, но и дороговизной эксплуатационных расходов, в первую очередь стоимостью сервисных услуг. Поэтому предпочтение отдается традиционным, зачастую менее эффективным, но более экономичным методам лечения.

Разработка российских аналогов подобной техники ограничена отсутствием собственных финансовых средств, трудностями привлечения заемных средств. Выход на рынки развитых стран сдерживается высокой стоимостью сертификации оборудования в этих странах, существующими таможенными ограничениями, осложняющими как поставку за рубеж лазерной техники, так и последующее гарантийное и послегарантийное обслуживание.

Позиции Российских компаний на мировом лазерном рынке чрезвычайно слабы. По экспертным оценкам объем продаж российской лазерной медицинской продукции внутри страны и за рубежом в последние годы не превышает 1% мирового рынка этой продукции. На рынке существует всего несколько отечественных предприятий, специализирующихся на производстве лазерного оборудования для хирургии, при этом объемы производства каждого из этих предприятий составляют порядка десяти экземпляров в год:

-  (эксимерные и фемтосекундные офтальмологические комплексы);

- Тульский ГУП «Конструкторское бюро приборостроения» (хирургические СО2 лазеры семейства «Ланцет», диодные лазеры);

- ИПЛИТ РАН (лазер для реваскуляризации миокарда);

-  «ИРАДИА» (косметологические лазеры);

- ООО "Милон Лазер", приборы», хирургические технологии», -медика», , » (диодные лазерные аппараты для хирургии и силовой терапии;

-  и «ИРЭ-Полюс» (лазерные аппараты на основе диодных и волоконных лазеров);

-  технологии в медицине» (лазерный хирургический комплекс «Лазурит»);

При этом научно-технический потенциал России в области лазерной медицинской техники и технологий сохраняется на высоком уровне. Имеются разработки мирового уровня в области лазеров и лазерных медицинских технологий. В стране существуют предпосылки для создания мощного коммерческого сегмента по производству современных лазерных систем. Существенное сокращение импорта и увеличение доходов от экспорта инновационной высокотехнологической продукции возможно только при активной политике государства в этой области, которая может осуществляться через соответствующее направление Технологической платформы «Фотоника».

2. Цель, основные задачи и показатели предлагаемойПрограммы

Обозначим ряд существующих проблем, без решения которых ожидать развития отрасли нельзя.

1.  Отсутствие исследовательских работ по определению воздействия лазерного излучения на биологические ткани различной структуры и состава. Перспективы развития лазерной медицинской техники основываются на результатах фундаментальных исследований взаимодействия лазерного излучения с биологическими тканями. Понимание механизмов такого взаимодействия открывает возможности прогнозирования клинической эффективности лазерных методик лечения, стимулирует поиск и разработку источников излучения с ранее неиспользуемыми диапазонами характеристик.

2.  Слабая консолидация и трудности организации совместной работы исследователей разных специальностей: технических специалистов и врачей-клиницистов. Лазерная медицина по своей сути является междисциплинарной отраслью знаний и технологий. Поэтому одной из практических мер ускорения её развития является взаимодействие и консолидация усилий специалистов разных областей: физиков, медиков, химиков, инженеров, экономистов, юристов и т. д

3.  Трудность доступа к инвестициям, дорогие кредиты, отсутствие государственных программ по внедрению лазерной медицинской техники и технологий.

4.  Лицензирование и регистрация новых изделий медицинской техники требует значительных усилий и средств. Требуется государственная финансовая поддержка проведения технических испытаний создаваемой техники в соответствующих тестовых лабораториях, а также ее медицинских испытаний.

5.  Российский рынок медицинской техники и медицинских технологий с одной стороны чрезвычайно зарегулирован, а с другой стороны российские разрешительные документы и сертификаты «не работают» даже в странах СНГ. В то же время сертификаты западных компаний, полученные в Европе или Америке, имеют «зеленый свет» во многих странах мира. Необходимо заключение межгосударственных соглашений.

6.  Таможенные проблемы: организация процедур вывоза демонстрационных образцов, ввоза комплектующих или техники на ремонт и прочее настолько неэффективна, что зачастую становится невозможной.

Основные цели и задачи реализации программы можно сформулировать как:

- увеличение объема производства и насыщение российского рынка медицинской техники современной лазерной аппаратурой отечественного производства;

- разработка и организация производства отечественных лазерных медицинских систем на основе результатов фундаментальных исследовательских работ по взаимодействию лазерного излучения с биотканями;

- создание новейших медицинских технологий на базе реализации новых механизмов взаимодействия лазерного излучения с биотканями и внедрение их в практику отечественного здравоохранения;

- экспорт лазерного медицинского оборудования за рубеж, причем не только на рынки развивающихся стран, но и на рынки основных потребителей такой техники (США и страны Евросоюза).

При этом новые образцы медицинского оборудования должны продаваться с уже созданными и апробированными медицинскими технологиями лечения и организованной системой обучения применению их в клинической практике.

Реально ли ставить такие цели? Ответом может служить пример развития отрасли в Китае: семь лет назад не существовало ни одного китайского хирургического лазера. Сейчас на рынке Европы и США предлагается с десяток моделей медицинских лазеров китайского производства. При этом китайские модели предлагаются через европейские и американские торговые предприятия, обеспечены сервисом и обслуживанием.

3. Основные направления развития

Наиболее актуальными и перспективными направлениями развития лазерной техники в России для применения в медицине:

Исследования механизмов взаимодействия лазерного излучения с биологическими тканями и, на основе полученных результатов, разработка новых методов и технологий:

- определение оптимальных режимов воздействия различного лазерного излучения на ткани разной структуры и различного состава в экспериментах in vivo;

- определения микроэлементного и молекулярного состава биологических тканей в норме и при различных заболеваниях (in vivo);

- ранней малоинвазивной диагностики заболеваний для массовых обследований;

- фотодинамической терапии злокачественных заболеваний;

- лазерной интерстициальной термотерапии и коагуляции злокачественных заболеваний;

- аблятивных методов лечения злокачественных образований с использованием лазерного излучения;

- в регенеративной медицине и тканевой инженерии (синтез биомоделей, имплантатов и матриц);

- лазерной стимуляции клеток (в том числе - стволовых)

2.  Разработка новых методов и систем, использующих лазерное оптическое излучение, для клинико-диагностических исследований и функциональной диагностики, включая высокотехнологичное оборудование для диагностики основных нозологий

- методы высокочувствительного спектрального анализа молекул-биомаркеров в выдыхаемом воздухе и неинвазивной биомедицинской диагностики на этой основе;

- спектрально-флуоресцентные диагностические установки для измерения спектров флуоресценции биологических тканей в организме при лазерном возбуждении в различных спектральных областях, для флуоресцентной диагностики раннего рака;

- масс-спектрометрического оборудования детектирования веществ со сверхмалыми концентрациями в биологических жидкостях и в воздухе, для исследований фармакокинетики, обмена медиаторов, поиска маркеров заболеваний, в целях обеспечения ранней диагностики.

- КР спектроскопия с плазмонным усилением

- оптическая когерентная томографии

- светодифузионная томография

- интерференционная микроскопия

- фото-акустическая томография

4.  Разработка новых образцов лазерной медицинской техники и технологий лечения для:

4.1.  общехирургического назначения;

4.2.  диагностики основных нозологий и онкологических заболеваний на ранней стадии с использованием лазерного излучения;

-лазерные и системы для неинвазивной диагностики заболеваний органов пищеварения, основанной на анализе изотопического состава выдыхаемого воздуха при использовании стабильных изотопов;

-лазерные системы для неинвазивной диагностики основных нозологий, основанные на высокочувствительном анализе молекул-биомаркеров в выдыхаемом воздухе;

-лазерные системы для диагностики заболеваний органов дыхания на основе высокочувствительного анализа состава выдыхаемого воздуха.

4.3.  лечения сердечно-сосудистых заболеваний:

- ТМЛР при ишемической болезни.

- варикозно расширенных вен методом ЭВЛК.

- ангиопластики.

- косметической сосудистой патологии (телеангиоэктазии, гемангиомы и т. п.).

4.4.  стоматологии:

- препарирования твердых зубных тканей;

- лечения мягких тканей полости рта;

- отбеливания зубов.

4.5.  дермато-косметологии:

-лечение шрамов и омоложение кожи;

-лазерный липолиз;

-лазерная составляющая лечения системных заболеваний (акне, псориаз и т. п.);

-лечение различных кожных заболеваний с использованием аппаратуры на основе эксиламп УФ диапазона.

4.6.  офтальмологии;

- коррекции рефракционных заболеваний.

- офтальмокоагуляторов и перфораторов.

- фемтосекундных лазерных комплексов для микрохирургии глаза.

4.7.  пункционного лечения нейрохирургической патологии.

- дерецепции.

- лечения патологии межпозвонковых дисков.

- стереотаксические методы лечения патологии мозга с использованием лазерного излучения.

4.8.  урологии:

- контактной лазерной литотрипсии;

- доброкачественной гиперплазии предстательной железы (лазерная абляция и вапоризация);

- злокачественных опухолей в онкоурологии (рак предстательной железы, мочевого пузыря, опухоли почки) с использованием эндоскопических и лапароскопических лазерных методов;

- рака предстательной железы методами интерстициальной лазерной коагуляции опухолей;

4.9.  ЛОР хирургии: коррекция формы хрящей методом лазерной термопластики.

4.10.  фтизиатрии - лечение туберкулеза

4.11.  симультанного лечения патологий в различных областях медицины.

5.  Разработка новых методов и медицинских технологий лечения:

- лазерной протонной терапии;

- первичных и метастатических опухолей печени с помощью лазерной термодеструкции;

- бор-нейтронзахватной терапии онкологических заболеваний c использованием наноразмерных материалов;

6.  Дезинфекции воды на основе аппаратуры с использованием эксиламп УФ и ВУФ диапазона.

Задачи в области информационно-коммуникационных технологий (материал подготовлен рабочей группой ТП под руководством ген. директора ОАО "Гипросвязь" )

Цели стратегической программы исследований в рассматриваемой области.

1. Получение объективной информации о возможностях, ограничениях и условиях применимости на российских сетях связи технологий нового поколения для обеспечения потребностей в росте скорости и дальности передачи информации.

2. Выбор технических решений и создание научно-технологической базы для организации производства российского оборудования для оптических сетей связи нового поколения.

Направление 1: исследование технологических решений для создания сверхвысокоскоростных систем дальней связи.

Экспериментальное и теоретическое и исследование эффективности когерентных и некогерентных методов детектирования с использованием различных алгоритмов кодирования с исправлением ошибок. Исследование причин увеличения вероятности появления ошибок в некоторых последовательностях символов и специальных методов кодирования для их исправления. Анализ предельной точности восстановления полного электрического поля, содержащего амплитудную и фазовую информацию при использовании конечной скорости обработки информации. Исследование нелинейных искажений и предельной дальности передачи информации с использованием различных форматов модуляции и различных символьных скоростей в сверхвысокоскоростных системах дальней связи.

Сравнительный анализ различных технологических решений для создания высокоскоростных (40 – 100 Гбит/с) сверхвысокоскоростных (400 Гбит/с – 1 Тбит/с) систем дальней связи, выбор оптимальных технических решений для применения на российских волоконно-оптических сетях связи, с учетом характеристик действующих и проектируемых линий связи. Прямая экспериментальная верификация перспективности рекомендуемых технических решений на макетах волоконно-оптических линий связи.

Прямое экспериментальное и теоретическое подтверждение оптимальности использования в российских системах дальней связи со скоростью 100 Гбит/с 4-битового формата PM QPSK (четырехуровневая квадратурная модуляция и поляризационное мультиплексирование) в сочетании с когерентным детектированием. Верификация возможности в таких системах связи сохранения информации о параметрах электрического поля и компенсации линейные и нелинейные искажения с использованием цифровой обработки информации – DSP (digital signal processing).

Направление 2: создание высокоскоростных систем дальней связи с большой спектральной эффективностью на основе многоуровневой квадратурной модуляции.

Разработка и создание российских систем дальней связи со скоростью 100 Гбит/с на основе 4-битового формата PM QPSK (четырехуровневая квадратурная модуляция и поляризационное мультиплексирование) в сочетании с когерентным детектированием, обеспечивающих информационную емкость 4бит/символ и спектральную плотность передачи информации 2 бит/Гц.

Прямое экспериментальное и теоретическое измерение достижимой дальности передачи информации с использованием такого формата. Прямое экспериментальное подтверждение возможности использования оборудования 100 Гбит/с на основе формата PM QPSK в действующих сетях связи на основе существующей кабельной инфраструктуры при одновременной передаче по одному волокну разнородных по скорости и форматам DWDM каналов (100 Гбит/с PM QPSK, 40 Гбит/с NRZ DPSK, 10 Гбит/с NRZ).

Проведение комплекса теоретических и экспериментальных лабораторных исследований для определения максимальной дальности передачи информации по кабельной инфраструктуре различного типа многоуровневых квадратурных форматов модуляции в сочетании с поляризационным мультиплексированием с увеличенной информационной емкостью (ИЕ от 6 бит/символ до 12 бит/символ) и спектральной эффективностью (СЭ от 3 бит/Гц до 6 бит/Гц). Для этого потребуется переход от 4-уровнего фазового формата с поляризационным мультиплексированием (PM-QPSK) к 8-уровневому квадратурному формату с поляризационным мультиплексированием (PM-8QAM) а затем к 16-уровневому (PM-16QAM) и позднее, к 32 и 64-уровневым (PM-32QAM и PM-64QAM).

Направление 3: исследование технологических решений для создания оптических систем связи с большой длиной (400 км и более) необслуживаемых участков для использования в тяжелых климатических условиях Сибири, дальнего востока и крайнего севера.

Продолжающийся рост объемов передаваемой информации в сочетании с ограниченными возможностями прокладки все новых линий связи определяет потребности общества в создании высокоскоростных систем дальней связи с большой спектральной эффективностью для увеличения пропускной способности существующей кабельной инфраструктуры оптических сетей связи. Проблема разработки экономичной системы связи с дальностью передачи информации 400 – 450 км по малонаселенной и труднодоступной территории особенно актуальна для России с ее огромными географическими расстояниями, малой населенностью и суровыми климатическими условиями. Основные требования – отсутствие промежуточных пунктов обслуживания и экономичность предлагаемого решения.

Разработка экономичной российской системы связи с дальностью передачи информации 400 – 450 км по малонаселенной и труднодоступной территории России. Проведение теоретических и экспериментальных лабораторных исследований для определения максимальной дальности передачи информации по кабельной инфраструктуре с потерями 0.22дБ/км и меньше. Анализ и исследование рамановской накачки для удаленных усилителей ROPA: одно-, двух-, трехуровневые схемы накачки. Необходимость использования встречной и попутной рамановской накачки на 1450нм. Максимально допустимые погонные потери в кабеле для прокладки сверхдлинной линии связи в тяжелых климатических условиях. Прокладка волоконной кабельной инфраструктуры по регионам Сибири и Дальнего Востока по дну рек.

Направление 4: исследование технологических решений для защиты особо важных волоконно-оптических линий связи от внешних воздействий.

По мере увеличения скорости передачи информации по ВОЛС требования к надежности линии становятся более жесткими, так как потери от ее простоя растут пропорционально скорости передачи информации. Правильно спроектированные и построенные сети связи выходят из строя как правило только из-за обрывов оптического кабеля, происходящих из-за случайного повреждения при проведении работ вблизи расположения кабельной линии (особенно ВОЛС подземной прокладки) или по причине вандализма. Чтобы предотвратить возможные обрывы кабеля на наиболее ответственных (с точки зрения объемов трафика) и проблемных (с точки зрения случайных обрывов при строительных работах) участках ВОЛС целесообразно разработать распределенный датчик акустических воздействий на основе когерентного рефлектометра.

Предложения по совершенствованию систем подготовки и переподготовки кадров, повышения их квалификации в рамках технической платформы «Фотоника» от рабочей группы «Лазерные информационно-коммуникационные технологии»

Предложение 1: создание центра переподготовки и повышения квалификации кадров по направлению «Волоконно-оптические DWDM сети и системы связи нового поколения».

На базе МФТИ и Т8 создать центр переподготовки и повышения квалификации кадров по направлению «Волоконно-оптические DWDM сети и системы связи нового поколения».

Оснастить НУЦ макетами волоконно-оптических систем и сетей связи со скоростями передачи 10 и 40 Гбит/с российского производства для организации обучения практическим навыкам работы с современным высокоскоростным оборудованием, используемым в сетях дальней связи российских операторов связи.

Предложение 2: подготовка и издание учебников и учебных пособий для переподготовки и повышения квалификации кадров по направлению «Разработка и эксплуатация волоконно-оптических сетей и систем связи».

Создать из числа экспертов рабочей группы 7 и приглашенных ведущих специалистов редакцию по подготовке учебников и учебных пособий для переподготовки и повышения квалификации кадров по направлению «Волоконно-оптические DWDM сети и системы связи нового поколения».

Провести среди авторских коллективов конкурс на лучший учебник и учебное пособие по направлению «Волоконно-оптические DWDM сети и системы связи нового поколения».

По результатам конкурса обеспечить финансирование подготовки рукописи и издания учебника и учебного пособия по направлению «Волоконно-оптические DWDM сети и системы связи нового поколения».

Силами редакции по подготовке учебников и учебных пособий для переподготовки и повышения квалификации кадров по направлению «Волоконно-оптические DWDM сети и системы связи нового поколения» организовать издание ежегодного сборника статей «Новые технологии в DWDM сетях и системах связи».

Задачи в области фотоники для геодезии и навигации (материал подготовлен рабочей группой под руководством ген. конструктора ОАО "НПК СПП" Росавиакосмоса )

В настоящее время научно-технический прогресс во всем мире характеризуется постоянно ускоряющимся использованием достижений оптики, оптоэлектроники и лазерной техники.

Все более растет роль оптики, оптоэлектроники, инфракрасной и лазерной техники в геодезии и навигации, особенно при создании и применении квантово-оптических систем (КОС) наземного, космического, воздушного и морского базирования, которые обеспечивают выполнение приоритетных задач:

- обнаружения объектов в ультрафиолетовом, видимом и инфракрасном диапазонах длин волн в любое время суток;

- прецизионного измерения координат (углов и дальности) до активных и пассивных объектов (целей) в любое время суток;

- высокоточного определения эфемерид и временных поправок системы ГЛОНАСС;

- обнаружения и каталогизации космического мусора;

- высокоскоростной передачи информации и сигналов времени между космическими аппаратами (КА);

- получения некоординатной информации о космических объектах и объектах ракетной техники;

- обнаружения и исследования излучений при военно-космическом мониторинге и контроле техногенных катастроф.

Следует отметить, что оптические, оптико-электронные, лазерные и инфракрасные приборы и системы, как в составе КОС, так и самостоятельно, являются важнейшими составляющими элементами вооружения Вооруженных Сил Российской Федерации. Они необходимы и при создании огромного количества изделий в интересах гражданских отраслей промышленности, в том числе космической.

Все это показывает, что в настоящее время и в ближайшем будущем технический уровень ряда важнейших программ в военно-промышленном комплексе, ракетно-космической и авиационной отраслях и науке во многом определяется уровнем развития лазерно-оптических и оптоэлектронных технологий (фотоники).

Следовательно, фотоника и её приложения должны быть отнесены к приоритетным направлениям развития науки и техники.

Особенностью оптико-электронного комплекса является необходимость наличия высокого научно-технического потенциала для обеспечения всех стадий создания новых технологий и аппаратуры (фундаментальные, поисковые и прикладные исследования в области оптической науки, оптического материаловедения, элементной базы приборостроения), что в условиях пережитого нашей страной экономического кризиса было нарушено.

Сохраняется тенденция к увеличению отставания в обеспеченности геодезических и навигационных комплексов и систем вооружения, военной, гражданской и специальной техники отечественными лазерно-оптическими и оптоэлектронными технологиями, в том числе значительного отставания в области ИК-технологий.

Среди основных причин отставания следует отметить:

- недостаточную степень координации и взаимоувязки по срокам и задачам программ создания финальных образцов в геодезии и навигации, соответствующих лазерно-оптических и оптоэлектронных средств, необходимых технологий и производственных мощностей, в том числе на межведомственном уровне, а также недостаточный уровень координации научной и производственной деятельности предприятий и организаций оптической подотрасли;

- сокращение научно-технического задела в области исследований фотоники гражданского, военного и специального назначения;

- необеспеченность исходными материалами для производства компонентов лазерно-оптической и оптоэлектронной техники, в частности, особо чистыми материалами для оптического стекловарения, специальных видов керамики, оптических материалов на основе германия, соединения индий-сурьма, кадмий-ртуть-теллур, индий–арсенид галлия и др. для фотоприемных устройств;

- критическое состояние отечественной электронной компонентной базы для создания и производства современных оптико-электронных приборов всех типов;

- снижение оснащенности предприятий специализированным технологическим и метрологическим оборудованием, угроза утраты уникальной стендовой базы.

Сокращение объема НИОКР приводит к свертыванию исследований и разработок, потере и возрастному старению высококвалифицированных научно-технических кадров, невозможности совершенствовать и обновлять технологическое оборудование.

Дальнейшее развитие негативных явлений в оптическом приборостроении неизбежно приведет к разрушению имеющегося технологического потенциала и вытеснению России с рынка перспективных технологий.

2. Обоснование целесообразности решения проблемы программно-целевым методом.

В связи с необходимостью применять современную элементную базу головные предприятия по ОКР вынуждены использовать, как правило, зарубежную элементную базу для опытных образцов в геодезии и навигации. В рамках этих ОКР средств на разработку необходимой фотоники, как правило, не предусматривается.

В целях обеспечения эффективной кооперации и финансирования, учитывая масштабность и сложность задачи, все работы должны контролироваться высшими органами исполнительной власти РФ, и в первую очередь ВПК при Правительстве РФ и Минэкономразвития РФ с участием заинтересованных агентств и ведомств (Минобороны, Роскосмос, Минпромторг, Росатом и др.) Все это обусловливает необходимость разработки Стратегической программы исследований (СПИ).

3. Характеристика и прогноз развития сложившейся проблемной ситуации в рассматриваемой сфере без использования программно-целевого метода.

Учитывая, что процесс вхождения предприятий и организаций в рыночную экономику весьма далек от завершения, финансирование работ возможно только за счет бюджетных средств СПИ. При отсутствии руководства и финансирования со стороны исполнительной власти РФ возникает реальная угроза необратимого отставания от мирового уровня.

4. Ориентировочные сроки и этапы решения проблемы программно-целевым методом.

Ориентировочные сроки: годы.

Этапы решения проблемы указаны в предварительном перечне мероприятий, предлагаемых для включения в проект СПИ

5. Предложения по целевым индикаторам и показателям, позволяющим оценивать ход реализации СПИ по годам.

Целевые индикаторы и показатели СПИ на годы и на период до 2020 года:

- внедрение критических технологий;

- освоение и внедрение нанотехнологий;

- увеличение выпуска продукции гражданского и военного назначения;

- организация серийного выпуска новых образцов в геодезии и навигации;

- увеличение рабочих мест и рост доходности предприятий;

- привлечение молодых специалистов (ИТР и рабочих);

- совершенствование испытательной и экспериментальной базы;

- внедрение передовых и новых методов прецизионного контроля параметров элементов фотоники;

- создание центров сертификации.

6. Предложения по объемам и источникам финансирования целевой программы.

Необходимый объем финансирования составляет 3848,0 млн. руб., в т. ч.., ОКР – 3848,0 млн. руб.

В ходе доработки проекта Стратегической программы исследований ТП "Фотоника" в 2012г. будут определены важнейшие направления НИОКР и последовательности решения задач в каждой из тематических областей техплатформы.