|
23 января 2006 года исполняется 60 лет академику Владимиру Евгеньевичу
Фортову - выдающемуся российскому ученому, внесшему весомый вклад в развитие
физики и механики высоких плотностей энергии, государственному и общественному
деятелю, руководителю активно работающих научных коллективов - Института теплофизики экстремальных состояний Объединенного института высоких температур РАН
и Отдела экстремальных состояний вещества Института проблем химической физики
РАН, академику-секретарю Отделения энергетики, механики, машиностроения и процессов управления РАН.
В.Е. Фортов родился 23 января 1946 года в г. Ногинске Московской области
в семье летчика-истребителя ВВС. Научной работой он начал заниматься на 3-м
курсе Московского Физико-технического института под руководством члена-корреспондента АН СССР В.М. Иевлева. В 1968 г. Владимир Евгеньевич с отличием
окончил МФТИ, досрочно защитив дипломную работу по исследованию термодинамических свойств неидеальной плазмы, и поступил в аспирантуру этого института на
кафедру физической механики, которую успешно завершил защитой диссертации на
тему "Физика сильнонеидеальной плазмы" (1971). В последующем он постоянно
сохранял связь с МФТИ, где и сейчас возглавляет кафедру физики высокотемпературных процессов и является профессором кафедры физики высоких плотностей энергии.
После защиты кандидатской диссертации научные исследования В.Е. Фортова
продолжились - по рекомендации академика Я.Б. Зельдовича - в Черноголовке в
Отделении Института химической физики АН СССР, где он проработал 15 лет.
В 1976 году он защитил докторскую диссертацию на тему "Исследование неидеальной плазмы динамическими методами".
В те годы в Черногловке интенсивно развивались работы по изучению мощных взрывчатых веществ, процессов детонации и ударноволновых явлений в конденсированных средах. Эффективно использовав технику взрывного эксперимента, Владимир Евгеньевич создал новое направление исследований, связанное с изучением газодинамических, термодинамических и электрофизических характеристик плазмы высокого
давления, образующейся за фронтом мощной ударной волны в инертных газах. В трудной
для анализа области сильно взаимодействующей неидеальной плазмы ему и его сотрудникам удалось получить ряд уникальных результатов. В эти же годы В.Е. Фортов
развернул трудоемкие экспериментальные и теоретические исследования уравнений
состояния металлов в обширном диапазоне параметров, включающем области плавления, испарения, ионизации и окрестность критической точки.
Проблема широкодиапазонных уравнений состояния была и остается актуальной не только для теплофизики, но и для механики сплошной среды, поскольку их
качество в значительной мере определяет надежность и достоверность расчетов действия взрыва, высокоскоростного удара и других интенсивных импульсных воздействий. В.Е. Фортовым и его сотрудниками развита общая теория построения полуэмпирических широкодиапазонных уравнений состояния вещества, свободных от ограничивающих предположений о свойствах, характере и фазовом составе исследуемой
среды. На основе этой теории построены уравнения состояния большого числа практически важных элементов и соединений.
Научное творчество Владимира Евгеньевича Фортова охватывает широкий
круг проблем физики плазмы, механики деформируемого твердого тела, теплофизики,
физики конденсированного состояния. Для него характерно сочетание фундаментальных теоретических и экспериментальных исследований с интуицией, основанной на
обширных знаниях состояния и проблематики современной науки и техники. Созданный В.Е. Фортовым диагностический комплекс для взрывных экспериментов включает оптическую пирометрию и спектрометрию, лазерные допплеровские интерферометрические измерители скорости, методики регистрации профилей давления, электропроводности и т.д., что позволяет решать широкий круг современных задач физики
взрыва и высокоскоростного удара, включая исследования в области уравнения состояния вещества, динамической прочности и пластичности, детонации, фазовых превращений и полиморфизма. Современная экспериментальная база дополнена комплексом
вычислительных программ и методик для расчетов уравнений состояния, фазового
состава и параметров межчастичных взаимодействий сильно сжатого вещества, численного моделирования ударноволновых и детонационных явлений в различных средах.
В течение многих лет под руководством В.Е. Фортова ведутся работы в интересах обороны страны. Одной из основных целей исследований свойств вещества при
высоких динамических давлениях является обеспечение прогнозируемости действия
взрыва, высокоскоростного удара, лазерных и других интенсивных импульсных воздействий на материалы и конструкции. В современном понимании исчерпывающая прогнозируемость достигается компьютерным моделированием рассматриваемых процессов, для чего нужны не только термодинамические уравнения состояния, но также и
определяющие соотношения, описывающие процессы химических, фазовых и полиморфных
превращений, упругопластические деформации и разрушение в терминах, совместимых
с уравнениями сохранения и уравнением состояния. Эти данные для обширного круга
металлов и сплавов, полимеров, стекол, керамик, ракетных топлив и взрывчатых веществ
были получены путем измерений структуры и эволюции волн сжатия и разрежения в
исследуемых материалах. Развиты реологические модели и получены определяющие
соотношения для расчета сопротивления деформированию и разрушению и кинетики
накопления повреждений при пробивании и взрыве.
Для расчетов детонационных явлений необходимы уравнения кинетики химического превращения. Под руководством В.Е. Фортова достигнут значительный прогресс в развитии экспериментальных и расчетных способов получения информации о
кинетических закономерностях энерговыделения в детонационных и инициирующих
ударных волнах, основанных на методах механики сплошной среды. Соответствующие
измерения проведены для широкого круга взрывчатых веществ и твердых ракетных
топлив. Для массовых расчетов разработаны эмпирические макрокинетические соотношения, которые описывают интегральную скорость превращения взрывчатых веществ в
продукты взрыва как функцию измеряемых механических параметров состояния.
Значимость исследований процессов неупругого деформирования и разрушения твердых тел при ударноволновом нагружении определяется как разнообразными
практическими потребностями, не ограниченными только ударными воздействиями, так
и уникальной возможностью исследований в области физики прочности и пластичности при наиболее высоких и надежно измеримых скоростях деформирования. При
наносекундных воздействиях сопротивление разрушению твердых тел становится сравнимым с предельной теоретической или идеальной прочностью, определяемой потенциалом межатомного взаимодействия. Эксперименты с металлическими материалами
продемонстрировали ряд специфических особенностей высокоскоростного деформирования и разрушения в ударных волнах, чрезвычайно интересных с точки зрения физики
и механики прочности и пластичности. В то время, как в диапазонах обычных и
умеренно высоких скоростей деформирования пределы прочности и текучести твердых тел уменьшаются с нагревом, в условиях ударноволнового нагружения субмикросекундной длительности ряд металлов демонстрирует атермичность прочностных характеристик, а в некоторых случаях наблюдался даже их рост с нагревом вплоть до
температуры плавления.
Опыт и богатая информация, накопленные в процессе экспериментального изучения проблемы высокоскоростного удара, оказались востребованными в начале
1980-х годов, когда большой коллектив ученых включился в выполнение Международной космической программы "Вега", направленной на изучение кометы Галлея. Скорость зондов "Вега" относительно кометы и пылевых частиц ее комы, через которую
они должны были пройти, составляла около 78 км/с, в связи с чем требования к
противометеоритной защите зондов были чрезвычайно высокими. Поскольку в лабораторном эксперименте воссоздать столь высокие скорости соударения невозможно,
была проведена серия вычислительных экспериментов. Проведенные расчеты позволили оптимизировать экранную защиту аппаратов. Во время полета аппаратов был
проведен уникальный натурный эксперимент с использованием прибора "Фотон", в
результате которого были выявлены характерные размеры и свойства конденсированных частиц комы кометы. Под руководством В.Е. Фортова позднее (1994) был
проведен крупномасштабный вычислительный эксперимент по моделированию уникального астрономического события - столкновения кометы Шумейкер-Леви.9
с Юпитером, в результате которого были предсказаны наиболее значительные последствия этого события, в том числе долгоживущие вихревые явления в атмосфере.
В 2005 году под его руководством были выполнены эксперименты по изучению
физических свойств веществ в условиях высокоскоростного столкновения металлического ударника с ядром кометы 9P/Tempel 1, в рамках эксперимента "Deep Impact".
Проведенное на основе этих данных численное моделирование космического эксперимента позволило оценить возможные размеры кратера, образующегося в момент удара,
в зависимости от начальной плотности ядра кометы, определить параметры вспышки и
ее спектральный состав в различных оптических диапазонах.
В 1986 году В.Е. Фортов возглавил отдел теплофизических свойств веществ
и высокоэнергетических воздействий Института высоких температур (ИВТАН) головную организацию Отделения физико-технических проблем энергетики АН СССР.
Позже (1991) на базе этого отдела был организован входящий в состав Научного
объединения "ИВТАН" Научно-исследовательский центр теплофизики импульсных
воздействий, ставший в 1999 году самостоятельным Институтом теплофизики экстремальных состояний. В течение всего этого времени В.Е. Фортов оставался заведующим лабораторией в Черноголовке, которая в том же году выросла в отдел экстремальных состояний вещества Института проблем химической физики РАН. Эти два
родственных коллектива, объединенные общим руководством, работали и работают в
тесной кооперации и к настоящему времени занимают лидирующие позиции в области
физики высоких плотностей энергии и сильнонеидеальной плазмы. В ИВТАН были
созданы крупные стенды для реализации высоких импульсных давлений и температур,
которые позволили провести широкий комплекс фундаментальных и прикладных исследований свойств веществ в экстремальных состояниях, на которых, в частности,
проведены крупномасштабные исследования нестационарного горения водородно-воздушных смесей, наиболее разрушительных и сравнительно легко возбуждаемых, продолжены работы по созданию широкодиапазонных уравнений состояния для практически важных веществ и материалов, исследования в области термомеханики и прочности материалов в условиях импульсного нагружения. Ряд новых и неожиданных
эффектов был обнаружен при измерениях механических свойств высокочистых металлов при повышенных температурах. В частности, были реализованы перегретые кристаллические состояния монокристаллов в области отрицательных давлений, обнаружено влияние эффектов предплавления на динамическую прочность поликристаллических материалов, наблюдался переход от термофлуктуационных механизмов деформирования к атермическим надбарьерным механизмам, в результате чего разупрочняющее
влияние температуры на предел текучести сменяется аномальным возрастанием последнего с нагревом. Наиболее значительные результаты исследований хрупких материалов связаны с обнаружением волн разрушения при ударном сжатии стекол. Формирование волн разрушения является одним из механизмов катастрофической потери
прочности высокотвердых хрупких материалов и представляет собой пример нелокальной реакции материала на нагрузку.
Развитие техники мощных импульсных лазерных и корпускулярных пучков
открывает новые возможности для исследований в области физики ударных волн. По
инициативе В.Е. Фортова были организованы совместные исследования в этом направлении с использованием импульсного генератора протонных пучков на установке
KALIF Института импульсной и микроволновой техники Исследовательского центра
Карлсруэ (Германия). Быстрый нагрев и испарение вещества в зоне торможения
протонов вызывают рост давления и образование ударной волны. Для экспериментов
с ударными волнами KALIF был оснащен модифицированным лазерно-допплеровским интерферометрическим измерителем скорости с субнаносекундным временным
разрешением. С использованием этого комплекса проведен обширный объем исследований в области уравнений состояния конденсированного вещества, включая его плавление и испарение. Наносекундный диапазон длительностей ударноволновой нагрузки
привлекателен для исследований предельной прочности твердых тел при высокоскоростном деформировании. Так, в экспериментах с монокристаллами молибдена зафиксировано сопротивление разрушению на уровне выше 30% его предельной теоретической прочности при растяжении. Совместные Российско-Германские исследования
на установке KALIF получили широкий резонанс в сообществах специалистов по
сильноточной импульсной технике и ударным волнам в конденсированных средах.
В отличие от установки KALIF, построенный в Дармштадте в Обществе по
исследованию тяжелых ионов (GSI) ускоритель тяжелых ионов SIS18 и проектируемый SIS100 генерируют в режиме квазиизохорического нагрева состояния в мишени,
характеризующиеся экстремально высокими значениями плотности энергии и энтропии. Работы с немецкими исследователями показали принципиальную возможность
достижения в ходе таких экспериментов областей фазовой диаграммы расширенной
горячей жидкости в области высокотемпературного испарения с критической точкой
и состояний плотной сильнонеидеальной плазмы. В частности, с использованием разработанной сотрудниками В.Е. Фортова диагностической аппаратуры были выполнены температурные измерения для горячего жидкого свинца около критической области состояний.
В начале 1990-х годов, в связи с открытием плазменно-кристаллических структур,
наблюдается резкий рост интереса к пылевой плазме. По инициативе и под руководством В.Е. Фортова проведен цикл исследований плазменных кристаллов и жидкостей в пылевой плазме в широком диапазоне температур и давлений - как в лабораторных условиях, так и в условиях микрогравитации на борту орбитального комплекса "Мир" и Международной космической станции. В экспериментах на борту космических аппаратов впервые наблюдалось формирование протяженных трехмерных упорядоченных структур, впервые обнаружено возникновение самопроизвольных низкочастотных колебаний пылевой компоненты, появление областей с конвективным движением заряженных макрочастиц ("плазменно-пылевые вихри"), получены новые данные
о поведении плазменно-пылевых структур из заряженных частиц различного размера
(сепарация частиц, пограничные зоны и др.), впервые наблюдалось формирование
нелинейных волн плотности пылевой компоненты при внешнем воздействии, получены
новые данные о зарядке и коагуляции пылевых частиц. В настоящее время изучение
пылевой плазмы является одной из наиболее интенсивно развивающихся областей
физики (в последние годы в этой области публикуется в среднем ежедневно более
одной статьи), а возглавляемый В.Е. Фортовым коллектив ее исследователей является
одним из мировых лидеров этого перспективного направления.
Выдвижение В.Е. Фортова на ответственные академические и государственные должности (в 1996-1998 гг. он входил и в состав Правительства РФ) пришлось
на трудные, драматические для российской науки годы. Владимир Евгеньевич делал
все возможное для спасения российской науки, и во многом благодаря его усилиям этот
негативный процесс был приостановлен. Под его руководством Российский фонд фундаментальных исследований превратился в настоящий конкурсный фонд - первое
российское учреждение, в котором родилась новая для российской науки форма независимой экспертизы. Им много сделано и для популяризации российской науки в самой
России и за ее рубежами. Его яркие публицистические выступления неизменно вызывают широкий резонанс и поддержку интеллектуальных слоев российского общества.
По результатам проведенных исследований В.Е. Фортовым с соавторами опубликовано более 300 научных работ, в том числе 16 монографий. Под его непосредственным научным руководством защищено 11 докторских и более 30 кандидатских
диссертаций.
Выдающийся вклад В.Е. Фортова в развитие фундаментальной и прикладной
науки высоко оценен государством и научной общественностью. Его достижения в
области теплофизики и термомеханики экстремально высоких давлений и температур
были отмечены избранием его членом-корреспондентом АН СССР (1987), а затем и
действительным членом РАН (1991), он - Почетный работник высшего образования
России. Владимир Евгеньевич также член многих иностранных и международных
академий и научных организаций, заместитель председателя Международной программы ЮНЕСКО по фундаментальным наукам. Он - неоднократный лауреат
Государственных премий СССР и Российской Федерации, премий Правительства
РФ, лауреат престижных международных премий им. А.П. Карпинского, П. Бриджмена, Макса Планка, Х. Альфвена, Дж. Дюваля, удостоен Международной золотой
медали им. А. Эйнштейна. В.Е. Фортов награжден орденами Трудового Красного
Знамени, "За заслуги перед Отечеством" III и IV степени, многими медалями.
|