Любопытство и желание созидать – главные черты ученого и инженера

Знакомьтесь: Персона Страны – Лялин Константин Сергеевич,
заместитель главного конструктора Института микроприборов и систем управления МИЭТ. Кандидат физико-математических наук, доцент, преподаватель.
Как ученый специализируется на создании систем радиолокации и радиосвязи, в том числе космического базирования.
Автор более 100 научных работ, включая 16 свидетельств на ПО и патенты на изобретения. Успешно выполнил 8 НИОКР с объемом финансирования более 800 млн рублей.
Одно из достижений: разработка первой в РФ аппаратуры высокоскоростной передачи данных для малых космических аппаратов.
В 2020 Лялин К.С. получил почетную Премию им. С.И. Мосина в области научно-технических исследований и разработок в интересах обороны и безопасности страны.
В 2023 Лялин К.С. получил звание «Почетный работник сферы образования Российской Федерации».

Как в этом человеке соединяются талант ученого и преподавательская деятельность, и что ждет человечество в результате бурного развития радиолокации и радиосвязи?
Об этом и о многом другом Константин Лялин рассказал в интервью с
главным редактором журнала Елизаветой Абрамовой:

— Как вы пришли в радиоэлектронные системы и почему выбрали МИЭТ?

• Мой приход в науку и технику начался с любимой с детства передачи «Очевидное – невероятное», где С.П. Капица знакомил зрителей с самыми передовыми концепциями в физике и идеями в технике. Журналы «Наука и Жизнь», «Юный техник» и «Техника молодежи» подогрели интерес к техническому творчеству. Радиоэлектроника сочетает в себе возможности приложить свои способности и к теории, и к реализации теоретических предпосылок на практике, вплоть до внедрения в быт современного человека. МИЭТ с момента его создания отличался сочетанием глубокой фундаментальной подготовки на базе мощной исследовательской инфраструктуры и практического внедрения результатов фундаментальных исследований на базе, наверное, одного из самых мощных в России технологического фундамента. Научная школа, сформированная в МИЭТ, и среда жизни в наукограде Зеленоград определили мой выбор.

— Какие этапы в вашей карьере вы считаете ключевыми для формирования как исследователя и руководителя?

• Тягу к исследованиям и преодолению трудностей на этом пути мне прививали сначала мои родители, а затем учителя. Мне удивительно везло на учителей и наставников. Но в части формирования меня именно как ученого и руководителя наибольшее влияние оказали моя учитель математики Киселева Лидия Викторовна, к сожалению, уже покойная, и мой научный руководитель Чистюхин Виктор Васильевич. Фактически встреча с ними и определила мою дальнейшую карьеру исследователя, разработчика и педагога. Я заканчивал школу в середине 90-х годов, а университет после кризиса 98 года.

Но мои наставники в те годы не сдавались, несмотря на тяжелые времена, особенно для науки и образования, и всегда старались мотивировать нас продолжать «взбивать сливки в масло» именно своим примером. Свою карьеру руководителя исследовательскими проектами я начал фактически на 2-м году аспирантуры, когда мы заключили международный контракт с Южнокорейским Исследовательским институтом телекоммуникаций и электроники (ETRI — Electronics and Telecommunications Research Institute etri.re.kr) по разработке технического проекта системы космической связи на базе активной фазированной антенной решетки. Это был очень впечатляющий опыт координации работ сотрудников, которые имели опыт в науке больший, чем мне тогда было лет, у некоторых опыт был в 2 раза большим, чем мой возраст. Тем не менее, проект мы выполнили и успешно защитили, а через 4 года Корея запустила свой спутник связи на базе наших наработок. Полученный тогда опыт позволил мне в дальнейшем достаточно успешно развивать нашу научную школу.

— Что для вас значит титул «Почетный работник сферы образования» и как он повлиял на вашу работу?

• В целом никак не повлиял, но признание заслуг государством, конечно, приятно.

— Как бы вы простыми словами описали направление ваших исследований — системы радиолокации и радиосвязи, включая космическое базирование?

• Радиолокация – это область техники, связанная с созданием средств определения координат объектов посредством излучения и приема радиоволн (от английских слов Radio — излучение и Location – ориентирование, определение местоположения). Такие средства применяются для управления движением самолетов и кораблей, для определения погоды, построения моделей рельефа местности и т.д. Радиосвязь – это любые средства передачи данных посредством радиоволн. Видимо, будет не сильным преувеличением сказать, что это область техники сейчас является самой массовой: мобильная связь, телевидение, радио, IT и т.п. При этом существуют варианты радиолокаторов и систем связи на борту космических аппаратов. Моя группа занята созданием таких средств и теоретической проработкой возможных путей совершенствования техники, чтобы устройства стали точнее, быстрее и, что немаловажно – дешевле.

— Какие научные проблемы в этой области вас волнуют сейчас больше всего?

• Как я уже говорил выше, устройства должны становиться точнее, быстрее и дешевле. В связи с этим необходимо находить новые физические принципы передачи сигналов (например, квантовые коммуникации и квантовая радиолокация), новые системо- или схемотехнические решения (например, применение адаптивных цифровых антенных решеток или радиофотонных антенных решеток вместо классических фазированных антенных решеток) и новые способы формирования и обработки информации, например, на основе оптических схем. Наиболее передовые исследования в области радиотехники сейчас лежат на стыке с областью фотоники. Даже новый термин появился: радиофотоника. В горизонте 10 – 15 лет появятся средства обработки информации на основе оптики, что позволит повысить скорости беспроводных коммуникаций на 2-3 порядка с одновременным снижением стоимости, массы и энергопотребления. В результате мы увидим новые поколения малых космических аппаратов массой до 500 кг, по функционалу сравнимых с современными тяжелыми спутниками массой в несколько тонн.

— Какие междисциплинарные связи вы видите между вашими исследованиями и смежными областями (нанотехнологии, ИИ, энергетика)?

• Современные радиосистемы становятся все более интегрированными для обеспечения максимальных скоростей обработки радиосигналов, поэтому требуются все более мощные вычислительные ресурсы, т.к. растут потоки данных, и предварительная сортировка данных: от кого данные, куда их перенаправить, как оптимально выделить сигнал на фоне помех и т.п. Перечисленные задачи требуют применения нанотехнологий для создания вычислительных средств и искусственного интеллекта для анализа данных, при этом алгоритмы ИИ требуется встраивать на уровне вычислительного «железа» (hardware).

— Расскажите о ваших наиболее значимых научно-исследовательских и опытно-конструкторских работах — НИОКР: цели, результаты, практическое применение.

• Исторически так сложилось, что научная школа, к которой я принадлежу, всегда была больше сосредоточена на поисковых работах и внедрении результатов. В связи с этим все крупные работы, которые мы выполняли, достигали уровня готовности технологии (УГТ или TRL по-английски) не ниже 7, т.е. создания образцов, апробированных в условиях эксплуатации. Самым значимым проектом в последние годы была разработка аппаратуры первой в РФ системы высокоскоростной передачи данных для малых космических аппаратов. Заказчиком данной работы выступала компания «Бюро 1440». Данная аппаратура до сих пор находится на орбите и используется для внутренних тестов компании «Бюро 1440».

Тестирование аппаратуры космической связи в процессе разработки миссии «Рассвет 1».

— Вы выполнили 8 НИОКР. — как выстраивалась работа с финансирующими организациями, и каковы критерии успеха проектов?

• Критерии «успеха» очень зависят от источника финансирования: министерство науки и высшего образования финансирует в первую очередь проекты, главным результатом в которых являются публикации в высокорейтинговых журналах. Практический результат не является главным критерием, поскольку внедрение не входит в KPI министерства. Основное направление деятельности я бы назвал «свободным поиском» без четких задач, возможно, это и не плохо с точки зрения выявления новых направлений, однако в этом случае, даже если создаются РИДы (результаты интеллектуальной деятельности: патенты, свидетельства на ПО), они довольно редко внедряются. Результаты ведомственных программ в этом смысле значительно чаще доходят до практического результата и внедрения, т.к. заказчик гораздо лучше представляет, что ему необходимо. Здесь главный критерий: выполнение задачи, необходимой заказчику. Еще более конкретными являются темы с коммерческими структурами. Но коммерсанты редко заняты исследованиями и даже разработками, в лучшем случае копированием уже имеющихся иностранных аналогов. Это другая крайность – когда даются средства на увеличение продаж уже зрелого продукта (УГТ-9). В этом смысле компании «Синтез» и «Бюро 1440» очень выделяются среди коммерческих структур пониманием того, что нужно вкладываться в перспективные НИОКР, а не в копирование и размножение.

— Какие технологии из ваших разработок уже внедрены или прошли опытную эксплуатацию (например, аппаратура для высокоскоростной передачи данных для МКА, пеленгатор мм диапазона)?

• Учитывая нашу специфику: все, что мы разработали, дошло до опытной эксплуатации, а часть до серийного производства и даже продаж на коммерческом рынке. Аппаратура для высокоскоростной передачи данных для МКА – проходит опытную эксплуатацию на орбите, пеленгатор – серийно производится. Также мы работаем и в сфере сельского хозяйства – наш продукт система мониторинга здоровья КРС «Здоровье коров» на основе помещаемых внутрь животного датчиков уже установлена на ряде ведущих ферм в различных регионах России и показывает свою эффективность по предотвращению заболеваний животных.

— Вы опубликовали более 100 работ и имеете свидетельства на ПО и патенты. Какие публикации и разработки вы считаете наиболее важными и почему?

• Наиболее важными являются публикации, содержащие саму идею построения новых систем, например, в цифровых антенных решетках — это идеи оцифровки каждого канала и копирование данных для формирования многолучевой диаграммы направленности, а в радиолокации — это независимое излучение и прием множества сигналов (Multiple Input Multiple Output). Большая часть публикаций, обычно, связана с подтверждением сформулированных принципов и их экспериментальному подтверждению.

— Как вы подходите к трансляции академических результатов в прикладные решения и создание коммерчески значимых продуктов?

• В настоящее время радиотехника – направление в основном прикладное, и большинство проектов, которыми я руководил, были прикладными и поисковыми, т.е. требовалось найти системотехническую и конструкторско-технологическую реализацию принципиально возможных изделий.

— Ваша роль — заместитель главного конструктора МПСУ и доцент. Как вы сочетаете научную, преподавательскую и управляющую функции?

• Ответ на данный вопрос довольно прост: я определяю научные цели коллектива, который возглавляю, являюсь руководителем и идеологом научных проектов, и преподаю дисциплины, связанные с обобщением научного и управленческого опыта. За свою карьеру я подготовил более 100 инженеров и 4 кандидатов наук.

— Как осуществляется взаимодействие МИЭТ с предприятиями оборонно-промышленного комплекса и коммерческими партнёрами на ваших проектах?

• Обычно МИЭТ выступает разработчиком продукции, которая ставится на промышленных предприятиях в серию, и мы сопровождаем выпускаемые продукты на всех стадиях от идеи до внедрения потребителю. Зачастую мы потребителя соединяем с производителем.

— С какими сложностями сталкиваются хоздоговорные работы, и как вы их решаете на практике?

• Самая большая трудность: отсутствие оборотных средств. Если аванс ниже 70%, серьезные работы вести практически невозможно, т.к. университет кредитов брать на практике не может и не может платить контрагентам более 30% аванса. Это сильно ограничивает возможности университета по инновационной деятельности. Кроме того, обязательным становится бюджетирование: нужно заранее спрогнозировать, что у вас будет коммерческий заказ с расписыванием всех затрат. Зачем применять бюджетирование к коммерческим заказам совершенно не понятно. Бюджетируйте госзадание с госденьгами, бухгалтерский учет ведется раздельно по темам и можно выделить хоздоговора в отдельный счет и не применять к нему правила госфинансирования. В связи с этим из университетов будет уходить экспериментальная наука и крупные проекты, университетские команды превратятся в «модельеров», т.е. все исследования и разработки будут только в виртуальной реальности на уровне моделей. А фактически мы потеряем целые КБ. К сожалению, это уже происходит в ряде ведущих ВУЗов.

— Вы занимались группировками малых космических аппаратов радиолокационного зондирования — в чём ключевые преимущества таких группировок?

• Главное преимущество – оперативность получения данных. Например, финская компания IcEye может выдавать результаты зондирования пользователю через 1 час после запроса, имея 38 спутников. При этом аппараты недорогие: не более 5 млн долл. США, и выход из строя 1-2 аппаратов не нарушает целостности группировки. Крупные же аппараты стоят десятки или даже сотни миллионов долларов и их запускают в единичных экземплярах, и выход из строя 1 аппарата критически сказывается на возможности получения данных.

— Какие требования, по вашему мнению, наиболее критичны к бортовой радиолокационной аппаратуре для малых МКА?

• Наиболее важным требованием является коэффициент полезного действия. Для малых аппаратов важна энергоэффективность, поскольку возможности по обеспечению тепловых режимов у малых аппаратов значительно ниже, чем у больших.

— Насколько востребованы решения на базе малых аппаратов в гражданской и оборонной сферах?

• Наши западные «партнеры» уже поняли возможности массовых группировок: Starlink, OneWeb, Capella Space, IcEye, казалось бы, гражданские, но по факту основным заказчиком у данных систем является Пентагон. Хотя имеются, конечно, и корпоративные заказчики в лице ресурсодобывающих и транспортных корпораций. Малые космические аппараты могут обеспечить непрерывную высокоскоростную связь по всему миру и получение данных съемки в реальном времени.

— Можете ли вы объяснить принципы и преимущества вашей разработки для высокоскоростной передачи данных для МКА?

• Преимуществ у нашей разработки три. 1-е – широкоугольное сканирование бортовой антенной (2,5 раза шире, чем у Starlink) позволяет увеличить зону покрытия и снизить количество спутников, 2-е – наличие межорбитальной связи уменьшает задержки распространения сигнала и 3-е – мы можем передавать данные непосредственно на карманный терминал пользователю (в перспективе на телефон).

— Какие сложности стоят при создании ЦАР пеленгатора в мм диапазоне и как вы их преодолели?

• Основных сложностей две: первое — очень малые размеры, которые потребовали высокой степени интеграции аппаратуры, второе – мм диапазон частот, пришлось применять решения на грани технологических возможностей производства с точки зрения точностей изготовления плат и деталей.

— Как вы оцениваете потенциал применения ортогональных бинарных последовательностей для сжатия объёма данных РСА?

• На мой взгляд, это самое перспективное направление для снижения потока данных при работе РСА, вплоть до внедрения непосредственно в оцифровку данных. В настоящий момент один из моих аспирантов заканчивает написание диссертации на тему аналого-информационных преобразователей, которые откроют новые горизонты в обработке данных в РСА.

— Какие компетенции, по вашему мнению, критически важны для молодых специалистов, желающих работать в радиолокации и космической технике?

• В первую очередь, терпение! Часто приходится сталкиваться с неудачами при реализации замыслов, несмотря на правильность принципов, но нужно не сдаваться и не падать духом! А чтобы сократить количество неудачных экспериментов, нужно понимание законов физики, принципов схемотехники аналоговых и цифровых схем, иметь навыки программирования и владения системами автоматизированного проектирования, хотя бы на базовом уровне. Например, в объеме курса бакалавриата МИЭТ по направлениям подготовки Института МПСУ МИЭТ.

— Как вы готовите студентов к реальной работе в НИОКР и промышленности?

• У нас учебный план сочетает большой объем теоретического материала с одним из самых больших в России и, возможно, в мире набором экспериментальных (лабораторных) работ. Студенты фактически с начальных курсов погружаются в работу с приборами, которыми они будут пользоваться в своей дальнейшей работе. Кроме того, в рамках внеурочной деятельности существуют: радиоклуб (https://vk.com/rk3azb), центр компетенций СПИУРС, который является организатором Всероссийских соревнований Радиофест (https://радиофест.рф/about) и Студия Технологического предпринимательства (https://www.miet.ru/structure/s/3528). При этом с 3-го курса мы стараемся погружать лучших учеников в свои проекты в рамках нашей собственной научной работы и разработок.

— Есть ли у вас примеры успешного трудоустройства ваших аспирантов и выпускников в отрасли?

• Вот наиболее яркие выпускники МИЭТ: Президент РАН Геннадий Яковлевич Красников, Александр Владимирович Галицкий, основатель (1991) и президент компании «ЭЛВИС-Плюс». Управляющий партнёр венчурного фонда Almaz Capital Partners (с 2008), Директор по развитию сетей ПАО МТС — Серегин Андрей Вячеславович и многие другие.

— Как вы оцениваете вопросы этики и безопасности при разработке радиолокационных систем и технологий двойного назначения?

• Вопросы безопасности чрезвычайно важны, но не только в аспекте утекания секретов, но и в аспекте угрозы жизни ведущим разработчикам, поскольку спецслужбы недружественных режимов организуют покушения, что ярко видно, например, по Ирану, где были убиты ведущие ученые-физики. Что касается этики: война это всегда грязь, пот, кровь и страдания, но, перефразируя императора Александра III, у России есть только 3 союзника: Армия, Флот и ВКС. И наша задача, как разработчиков специальных средств, обеспечить победу максимально эффективно с минимальными жертвами наших солдат.

— Какие меры вы считаете необходимыми для предотвращения неправильного использования разработок в военных целях?

• Отвечу так: существует 2 стратегии достижения целей, отличающиеся одной буквой: первая «Цель оправдываЕт средства <её достижения>» и вторая «Цель оправдываЮт средства». В части вооружений стоит придерживаться 2 стратегии, насколько это максимально возможно.

— Какие государственные меры способствуют развитию радиолокации и космической отрасли, а какие, на ваш взгляд, требуют корректировки?

• Ответ на этот вопрос потребует отдельной статьи. Если совсем сжато, то требуется изменение финансовой политики, чтобы у банков появилась возможность инвестировать в рисковые проекты, и требуется создание компаний-операторов с господдержкой, осуществляющих поддержку малых инновационных компаний и научных организаций на конкурсной основе по изготовлению и тестированию в реальных условиях разработок, предлагаемых инноваторами.

— Как вы видите развитие отечественных радиолокационных систем в ближайшие 5–10 лет?

• Я думаю, что развитие будет идти в сторону создания радиолокаторов на базе радиофотонных цифровых антенных решеток. Данная технология позволит создавать распределенные радиолокационные системы, которые будут способны на расстояниях в 5 – 7 км распознавать отдельно друг от друга дроны размером с современный Maviс, летящие на расстоянии 1 м друг от друга. Сейчас это невозможно.

— Какие международные тренды и технологии стоит перенимать и интегрировать в российскую научно-техническую практику?

• В нашем менталитете неудача при испытаниях первого опытного образца изделия в ходе опытно-конструкторской работы воспринимается как преступление. А в разработках в интересах обороны – это преступление по закону☹. В наиболее развитых странах это не так, там даже государственные инвестиции в лице DARPA, например, не требуется возвращать, если не достигнуты все требуемые показатели, и уж тем более, если произошла задержка по срокам. При этом существуют отработанные механизмы оценки идей и венчурного инвестирования. У нас реальное венчурное инвестирование практически не работает. Яркий пример – это наш проект «Современные технологии спутниковой связи». 8 лет назад нас никто и слушать не хотел, так как — «Нет западных аналогов», и рисковать никто не хочет или не может.

— Какие профессиональные книги или статьи вы рекомендуете молодым инженерам и исследователям?

• Андре Анго «Математика для электро- и радиоинженеров», С.И. Баскаков «Радиотехнические цепи и сигналы», David M Pozar «Microwave Engineering» и Бернард Скляр «Системы цифровой связи» — это фундаментальные труды для радиоинженера.

— Что вы считаете главным источником вдохновения и мотивации в научной работе?

• Любопытство. И желание созидать – особенно для инженера.

— Какие советы вы дадите тем, кто только начинает путь в науке и инженерии?

• Никогда не сдаваться при неудачных результатах и верить в себя.

— Какое ваше главное профессиональное достижение в трёх словах?

• Моя научная школа.

— Назовите одно технологическое направление, в которое вы бы инвестировали сегодня?

• Спутниковая связь и дистанционное зондирование.

— Что важнее в проекте — инновация или надёжность?

• Для проекта нужны 6 гениев команды, по Патрику Ленсиони. В этом случае любой даже самый инновационный проект будет надежно реализован.

— Чего бы вы хотели достичь в ближайшие 5 лет, и какое влияние это достижение окажет на отрасль и образование?

• Реализовать спутниковую группировку связи, проект которой я продвигаю уже 7 лет. Он даст огромный импульс нашей отрасли микроэлектроники, позволит моему университету выйти на международный рынок образования и повысит престиж России на мировой арене.