Термоядерщики объединяются

ИТЭР-Центр создает единое информационное пространство для исследований УТС

В этом году Частное учреждение Росатома «Проектный Центр ИТЭР» (ЧУ «ИТЭР-Центр») запустило проект по созданию инфраструктуры для проведения дистанционных экспериментов. Единое информационное пространство охватит большинство организаций, занимающихся термоядерной тематикой. О целях и преимуществах проекта рассказывает начальник сектора автоматизированных систем управления ЧУ  «ИТЭР-Центр», руководитель проекта Сергей Портоне.

Задачи

Международный проект ИТЭР — это квинтэссенция мировых работ по управляемому термоядерному синтезу (УТС), и Россия — один из ключевых участников проекта. Параллельно наша страна реализует собственную программу по УТС. Одна из важных проблем — различие в форматах сбора и хранения экспериментальных данных УТС-установок между Россией и другими странами, да и в целом отсутствие в нашей стране унифицированных средств для работы с данными исследований УТС.

Было очевидно, что необходима систематизация подходов и разработка единого формата: это сделает работу российских термоядерщиков гораздо более эффективной, а процесс интеграции российского УТС-сообщества в мировое — более комфортным. Идея создания единого информационного пространства витала в воздухе давно, и с 2019 года мы начали детально прорабатывать ее реализацию с руководством госкорпорации. За основу были взяты мировые практики и российский опыт в проекте ИТЭР.

Подробности

В 2021 году в рамках федерального проекта «Разработка технологий управляемого термоядерного синтеза и инновационных плазменных технологий» ИТЭР-Центр заключил с Росатомом государственный контракт на выполнение работ по созданию единого информационного пространства для исследований УТС. В ноябре этого года мы запустили пилотную площадку для демонстрации преимуществ проекта. Сейчас в наше «пилотное» информационное пространство вошли, во-первых, предприятия Росатома (ТРИНИТИ, НИИЭФА, ИТЭР-Центр и ИЛФИ РФЯЦ-ВНИИЭФ), во-вторых, Курчатовский институт и институты Академии наук (Физико-технический институт в Петербурге, Институт прикладной физики в Новосибирске, Институт ядерной физики в Нижнем Новгороде).

Инфраструктура для проведения удаленных экспериментов включает в себя три основные части: центральный узел, центры дистанционного участия, совместные лаборатории. Центры дистанционного участия и совместные лаборатории создаются в каждой организации, участвующей в проекте. Центральный узел находится в ИТЭР-Центре и является «ядром» единого информационного пространства, где аккумулируются научные данные. Узел оперативно предоставляет информацию всем участникам, при этом не повышая нагрузки на отдельные установки.

Основной функционал центров дистанционного участия — обеспечить «эффект присутствия» ученых и их доступ ко всем нужным данным. Каждый такой центр — это отдельное помещение, в котором рабочие места участников эксперимента подключены к многофункциональной видеопанели, состоящей из восьми экранов, и все это находится во внутренней защищенной сети. Пространство видеопанели может быть организовано любым удобным для пользователей образом: например, работать как единый большой экран или восемь маленьких экранов, каждый — со своей картинкой: на одном выводятся графики, на другом — показатели магнитных зондов, на третьем — общие параметры установки, на четвертом — коллеги с других предприятий. Со своего рабочего места ученые смогут полноценно участвовать в эксперименте, внося при необходимости правки в свои расчеты и предложения по настройке аппаратуры. Кроме того, центры оборудованы интерактивной панелью, которую можно использовать для обсуждения оперативных вопросов во время эксперимента и онлайн-совещаний.

Совместные лаборатории создаются вокруг действующих установок и стендов. Это программно-аппаратный комплекс, который является интеграционным узлом для подключения установки к единому информационному пространству УТС-исследований. Основная наша задача — обеспечить получение экспериментальных научных данных, не вмешиваясь во внутренние процессы работы установки или стенда. Поэтому мы работаем с этими установками по принципу read only: получаем данные, которые представляем всем участникам нашего единого пространства.

Конечно, при внедрении такого масштабного проекта бывают сложности. Это трудности технологического характера, ведь каждая установка — это уникальное произведение научно-технического искусства. Это и организационные сложности: при обустройстве дистанционных центров и совместных лабораторий возникает масса задач, начиная с организации интернет-канала и заканчивая доставкой и монтажом оборудования. В решении этих задач нам очень помогают директора организаций-участников. Есть и психологические нюансы: недоверие некоторых сотрудников к цифровым новшествам. Но тут приходят на помощь мудрость опытных коллег и инициатива молодого поколения.

Анатолий Красильников
Директор ЧУ «ИТЭР-Центр»:

Наши партнеры — крупнейшие мировые термоядерные центры — активно развивают онлайн-формат сотрудничества, включающий в себя в том числе проведение удаленных экспериментов. Например, японцы удаленно работают на американском токамаке Doublet III-D, американцы — на китайском EAST, европейцы — на японском JT-60SA. Сейчас внутри ИТЭР обсуждается, как можно будет использовать этот солидный опыт, когда установка будет запущена.

Конечно, ЧУ «ИТЭР-Центр» заинтересовано в том, чтобы привить культуру проведения удаленных экспериментов в российском УТС-сообществе, использовав все зарубежные наработки в создаваемой сейчас IT-инфраструктуре. Важно, чтобы эта инфраструктура в своих подходах и алгоритмах интегрировала и эффективно использовала лучшие, хорошо опробованные нашими партнерами по ИТЭР технические решения. В результате и зарубежные партнеры смогут комфортно участвовать во внутрироссийских научно-исследовательских проектах по УТС, и наши физики, проводя эксперименты за рубежом, будут чувствовать себя в привычной среде.

В итоге создаваемая инфраструктура позволит эффективно интегрировать в национальную программу развития термоядерного синтеза научно-технологические открытия и ноу-хау, сделанные в рамках международного проекта ИТЭР и других крупных зарубежных термоядерных экспериментов.

Преимущества

Преимущества единого информационного пространства очевидны: это экономия времени, ведь институты-участники национальной программы УТС разбросаны по всей стране, от Новосибирска до Петербурга. Даже в «доковидные» годы людей выматывали бесконечные командировки, а теперь, с учетом ограничений, перемещения стали еще сложнее. Кроме того, ход эксперимента не всегда возможно предсказать, а мгновенно телепортироваться из Троицка в Новосибирск еще никто не научился. Теперь же к любой установке можно подключиться в любое время прямо со своего рабочего места. Это, конечно, очень экономит ресурсы.

Важное преимущество нашего проекта — объединение российского УТС-сообщества. В СССР круг специалистов-термоядерщиков был сравнительно небольшим: все друг друга хорошо знали, регулярно встречались на конференциях, следили за работой коллег. До сих пор связи старшего поколения очень тесные: каждый знает, с каким вопросом к кому обращаться. А вот у молодого поколения такого нет. Специалисты разных предприятий могут заниматься схожими задачами и даже пересекаться на конференциях, но подробностей о работе друг друга не знать. А ведь если объединить их знания и опыт, то можно добиться выдающихся результатов! Поэтому наш проект позволяет решить вопросы передачи знаний и организации научной коммуникации.

Цели проекта на ближайший год: во-первых, финализация функционала центрального узла, во-вторых, агрегация накопленного опыта по обработке и визуализации данных, полученных с установок и стендов. А к 2024 году планируем модернизировать «пилотные» узлы и создать новые, существенно расширив число участников нашего проекта, в частности за счет вузов. Вообще, единое информационное пространство, которое мы создаем, — это не закрытый клуб, доступ в который ограничен. К нашему пространству может присоединиться любая организация, которая занимается исследованиями в области УТС и смежных областях. Уже сейчас есть желающие: некоторые предприятия и вузы хотят подключиться к проекту в самое ближайшее время, многие планируют подключение в 2024 году.

Цифровые технологии — это не дань моде, а этап развития передовой науки, необходимый для обеспечения конкурентоспособности на мировом уровне. Конечно, живого общения ничто не заменит, и для ключевых технологических операций, как и раньше, необходимо личное присутствие. Но единое информационное пространство существенно облегчает процесс поиска контактов и обмена информацией. Мне кажется, в науке, особенно в УТС как в передовом направлении, это крайне важно. Мы должны не замыкаться в своих исследованиях, а действовать сообща и двигаться в рамках мировых тенденций развития. Только так будет возможно совершить качественный скачок в исследованиях управляемого термоядерного синтеза.

Игорь Родин
Заместитель генерального директора по термоядерным и магнитным технологиям АО «НИИЭФА»:

АО «НИИЭФА» — одна из организаций, активно поддержавших создание единого информационного пространства. Более двадцати лет назад в рамках программы крупномасштабных модельных экспериментов, предшествовавших активной фазе сооружения токамака ИТЭР, специалисты АО «НИИЭФА» имели возможность удаленно участвовать в испытаниях сверхпроводников электромагнитной системы ИТЭР на площадке Японского института исследований в области атомной энергетики (JAERI). Однако тогда удаленным пользователям был доступен только ограниченный объем измерительных данных, сбор и обработка которых оставлялась на усмотрение конечного пользователя. Ни о каком эффекте присутствия и оперативном общении речи не шло. Тем не менее, опыт запомнился, и его развитие в рамках программы РТТН с учетом последних достижений в области создания технологий удаленного эксперимента было встречено с понятным энтузиазмом. Основные элементы инфраструктуры — специально оборудованное помещение, компьютерное и сетевое оснащение, видеостена и другое — в «НИИЭФА» уже готовы.

Объединение в единое целое разнородных научных коллективов обеспечивает уникальную синергию возможностей в части подготовки и проведения экспериментов. В совокупности с имеющимися в информационном пространстве возможностями для математического моделирования, анализа и представления экспериментальных результатов получаем систему, способную стать базовым элементом развития областей знаний, связанных с УТС.

Подобные системы представляют собой будущее практики научного эксперимента. Они, несомненно, привлекательны для новых поколений российских ученых, у которых появляется реальная возможность участия в запусках и экспериментах на установках ИТЭР, Т-15МД и других площадках.