Лауреаты премии Правительства Москвы молодым учёным Кирилл Кошелев и Дмитрий Шелестов рассказывают, как они пришли в инженерную науку и как защитить подземные телекоммуникационные сети от злоумышленников.

Молодым учёным в День российской науки вручили премию Правительства Москвы. Среди лауреатов в номинации «Городская инфраструктура» – инженер Научно-образовательного центра «Фотоника и ИК-техника» МГТУ имени Н.Э. Баумана, аспирант Кирилл Кошелев и научный сотрудник, доцент МГТУ имени Н.Э. Баумана, кандидат технических наук Дмитрий Шелестов. Высокой наградой отмечена их работа по созданию системы мониторинга активности на линейно-кабельных сооружениях городских телекоммуникационных сетей на основе распределённого волоконно-оптического сенсора.

Инженер НОЦ «Фотоника и ИК-техника», аспирант Кирилл Кошелев (слева) и к.т.н. Дмитрий Шелестов (справа). Фото предоставлено пресс-службой Департамента образования и науки города Москвы.

Увлечение из детства

Кирилл Кошелев

– Всё началось с увлечения электроникой. В возрасте 8 лет папа отвёл меня в клуб научно-технического творчества молодежи. С того момента и до окончания школы каждые выходные я что-то паял, мастерил, изучал электрические схемы. Всё свободное время я отдавал радиоэлектронике. Постепенно в отношениях руководитель клуба – ученик произошла инверсия: я стал инициатором своих проектов, и это был качественный скачок. Именно с этого момента пришло осознание себя не как школьника или радиолюбителя, а как самостоятельного инженера или даже учёного, я понял, что заниматься наукой сверхинтересно!

Кирилл Кошелев. Фото предоставлено пресс-службой Департамента образования и науки города Москвы.

Электроника давала стимул изучать и другие сопутствующие дисциплины: физику, информатику, математику и, конечно, она определила мою будущую специальность. В 2010 году я поступил на кафедру «Оптико-электронные приборы и системы» МГТУ имени Н.Э. Баумана. Благодаря активному вовлечению студентов МГТУ в научно-исследовательскую деятельность уже на 3 курсе я полноценно работал в Научно-образовательном центре «Фотоника и ИК-техника». И первый же проект, в котором я принимал участие, заключался в разработке блока лазеров для использования в составе инфракрасного фурье-спектрометра на спутнике «Метеор-М» для метеорологических целей. Приятно осознавать – то, что ты проектировал, находится на орбите и приносит пользу людям.

Дмитрий Шелестов

– Пристрастие к техническому творчеству проявилось с детства в виде ярко выраженной любви к конструктору, за сборкой которого я проводил много времени. Можно сказать, что именно это хобби привело меня в лицей №1580 при МГТУ имени Н.Э. Баумана (ныне Бауманская инженерная школа № 1580), где я учился в 10-11 классе. В процессе учёбы в лицее у меня оформилась серьезная тяга к техническим дисциплинам, которые я начал изучать, в том числе и самостоятельно. С особенным теплом я вспоминаю изучение курса физики, посвящённого электронике, которая в дальнейшем стала основной для меня дисциплиной.

Дмитрий Шелестов. Фото предоставлено пресс-службой Департамента образования и науки города Москвы.

Став студентом МГТУ, я старался найти практическое применение получаемым знаниям. На третьем курсе мне удалось попасть в проект создания андроидного робота, выполнявшийся на кафедре гидропневмоавтоматики. Благодаря вниманию талантливого преподавателя Станислава Евгеньевича Семёнова (нынешний заведующий кафедрой) в рамках этого проекта я освоил базовые навыки ведения технических проектов.

Наука в московской школе

Кирилл Кошелев

– В московских кружках, академических и инженерных классах у школьников развивается техническое и конструкторское мышление, изобретательские способности. Ребята знакомятся с современными достижениями техники. Более того, они обогащаются интеллектуально, у них появляются навыки работы в коллективе, формируются профессиональные приоритеты. Чем раньше ребята втянутся в научно-техническое творчество, чем быстрее научатся конструировать, генерировать идеи, тем больший потенциал после окончания школы в них сможет раскрыть университет.

Дмитрий Шелестов

– В настоящее время у школьников в Москве огромное количество возможностей для технического творчества, что не может не радовать. Разумеется, инженерами становятся не все поголовно, есть много других важных и нужных направлений развития. Однако для того, чтобы понять, нравится тебе что-то или нет, необходимо обязательно попробовать. Поэтому большое количество практических занятий – это очень важно. Причём даже если человек и не станет инженером, базовые представления об устройстве технических систем в современном технократическом мире полезны всем.

Научное направление

Кирилл Кошелев

– Определённое время я занимался блоком лазеров, потом был ряд проектов, связанных с волоконной тематикой, в частности, волоконных датчиков. Вообще говоря, при помощи оптического волокна можно создать датчик (измеритель) практически любой физической величины. Мы занимались датчиками механических напряжений, температуры и вибрации. В отличие от электрических датчиков, волоконные имеют ряд преимуществ, например, можно создать протяженный (до 100 км) распределённый датчик.

Схема применения системы волоконных датчиков для мониторинга проникновения в тоннели городских линий связи. Фото предоставлено пресс-службой Департамента образования и науки города Москвы.

Работа, за которую мы получили премию Правительства Москвы, по сути – это очень длинный датчик вибрации. С его помощью можно отслеживать вибро-акустические воздействия на волоконный кабель на протяжении 50 километров с точностью до 10 метров. При этом такой датчик не будет подвержен воздействию электромагнитных помех и агрессивных сред, он может работать в любом температурном диапазоне. На основе нашего датчика строится система, позволяющая отследить несанкционированные проникновения на охраняемые объекты, в частности колодцы и тоннели городских линий связи. Телекоммуникационный сбой в современном мире может стоить очень дорого, поэтому крайне важно защищать городские сети не только от хакеров, но и на физическом уровне - под землёй.

Дмитрий Шелестов

– Основное моё научное направление сформировалось в НОЦ «Фотоника и ИК-техника». Направление волоконно-оптической сенсорики было и остаётся чрезвычайно актуальным направлением оптики. В лаборатории волоконно-оптических сенсорных систем мы в течение 10 лет занимаемся измерением различных физических величин – деформации, давления, температуры, акустики и т.д.

Общий вид распределённого волоконно-оптического датчика вибрации. Фото предоставлено пресс-службой Департамента образования и науки города Москвы.

Проект системы контроля активности кабельной инфраструктуры представляет собой классическое применение распределенных волоконно-оптических сенсоров и подтверждает их высокие эксплуатационные характеристики. Создание такой системы было сложным многоэтапным проектом, который был бы невозможен без инфраструктуры и без помощи сотрудников нашего научно-образовательного центра. Также важной частью успеха любого сложного технического проекта является активное участие в нём конечного заказчика, так как многие потребительские свойства и технические параметры уточняются только на стадии экспериментальной апробации. В нашем случае таким партнером выступило ПАО «Московская городская телефонная сеть», оно обладает разветвлённой сетью линейно-кабельных сооружений, контролировать доступ к которым без использования оптического волокна чрезвычайно затруднительно.

Планы

Кирилл Кошелев, Дмитрий Шелестов

– Сейчас мы прошли первый этап – разработали действующий прототип системы, получили положительные результаты испытаний. Теперь нужно внедрять. Чтобы это сделать, с технической стороны требуются две вещи: система должна безупречно работать, и она должна быть интегрирована в существующую систему управления заказчика.

Пример трёхмерного графика данных с датчика (слева) и результат классификации полученных данных по нескольким типам событий (справа). Фото предоставлено пресс-службой Департамента образования и науки города Москвы.

Для этого мы сейчас ищем в команду талантливых программистов, которые бы занялись обработкой данных датчика с применением нейронных сетей. От прототипа до постановки системы на дежурство, как показывает практика, предстоит ещё очень и очень много работы!