В начале года стали известны имена семи победителей конкурса на гранты Президента РФ за 2019 год.
Одним из получателей финансовой поддержки стал кандидат физико-математических наук, доцент кафедры теоретической физики ОмГУ им. Достоевского Иван ПОПОВ. В его теме «Разработка новых вычислительных методов высокой разрешающей способности решения нестационарных задач физической газодинамики многокомпонентных реагирующих сред» пыталась разобраться обозреватель «Коммерческих Вестей» Анастасия ИЛЬЧЕНКО.
– Иван Сергеевич, расскажите о проекте, на который вы получили грант.
– Проект направлен на разработку новых методов решения задач вычислительной гидродинамики. Есть классы задач, связанные с движением жидкостей и газов, в которых протекают различные химические реакции, физико-химические процессы, ядерные реакции. Идея проекта состоит в том, чтобы для такого рода задач создать новый класс вычислительных схем, который позволяет получать значительно более точные решения, по сравнению с уже существующими схемами. Предполагается исследование и разработка новых высокоразрешающих вычислительных методов решения нестационарных задач физической газодинамики многокомпонентных реагирующих сред. Сами по себе задачи такого рода известны давно, можно сказать, с древних лет – исходные уравнения, такие, как уравнения Эйлера и уравнения Навье-Стокса, известны с 18 и 19 века соответственно. С развитием науки и техники важным аспектом стал учет сложных процессов и внутренних особенностей газодинамических течений. Данный проект направлен на создание новых методов решения достаточно узкого спектра задач, а именно задач исследования идеальных и диссипативных реагирующих сжимаемых течений. Уравнения в таких задачах не имеют аналитических решений, и часто нет даже качественных соображений о структуре решения. Несмотря на то, что численные методы в этой области бурно развиваются с 40 – 50 годов 20 века, постоянно появляются новые поколения вычислительных схем. Раз в 3 – 5 лет в данной области появляются новые подходы. Обычно они основаны на новых видах представлений и реконструкций решений, более эффективно отображают свойства решений конкретных задач.
Основной целью моего проекта является создание и исследование возможностей нового поколения вычислительных методов, типа пространственно-временного ADER конечно-элементного разрывного метода Галеркина с апостериорной коррекцией решения на подъячейках конечно-объемным ADER-WENO ограничителем при использовании адаптивного уточнения сетки. Сложность численного решения задач вычислительной газодинамики заключается в корректном описании разрывных компонент решения при адекватном воспроизведении малых возмущений на общем фоне течения. Разрабатываемые в рамках реализации проекта вычислительные методы показывают беспрецедентную точность численного решения и разрешения разрывов и могут быть отнесены к новому поколению схем вычислительной гидродинамики. Проект направлен на развитие и применение этого фундаментально нового в вычислительной науке подхода для решения нестационарных задач физической газодинамики многокомпонентных реагирующих сред.
Появление нового поколения вычислительных схем требует их развития и адаптации для решения конкретных прикладных задач. Вычислительные методы, разработанные в рамках проекта, будут реализованы в программном комплексе, адаптированном под современные вычислительные архитектуры многопроцессорных и гибридных вычислительных систем. Будут задействованы возможности современных средств разработки программного обеспечения, современных компиляторов и программных библиотек математического обеспечения. Сам по себе проект не такой уж глобальный. Он направлен на то, чтобы существующий и развивающийся сейчас принципиально новый подход, первые публикации по которому вышли в 2015 году, адаптировать под конкретный класс задач, и реализовать метод в виде программного комплекса. Его можно будет подключить как готовую программную библиотеку и использовать, например, в инженерных расчетах. Таким образом, в проекте поставлена конкретная фундаментальная научная задача, с четко определенными прикладными перспективами.
– Позволю предположить, что итогом вашей работы будет некая формула?
– Не сказал бы. Скажем так: есть большая система уравнений, ее надо решать. Решение аналитическими методами затруднено или невозможно, поэтому нужны методы компьютерного моделирования. Разрабатываемая в рамках проекта вычислительная схема для этого и предназначена. Это, собственно, и есть первая задача проекта. Вычислительная схема – это значительный по объему и сложности «набор формул», это методы «обращения с формулами» исходной задачи. Вторая задача проекта – реализация вычислительной схемы в конкретном программном комплексе. Для рассматриваемых задач не только решений, но и теорем, которые доказывают существование решения или описывают его свойства, практически нет. Есть некоторые оценки, но гарантий относительно определенных особенностей решения обычно нет. Существует широкий набор стилизованных тестовых примеров, когда решение есть, однако оно достаточно идеализированное. Это примеры, основанные на экспериментальных, аналитических и полуаналитических представлениях. Разработанный метод обязательно должен проходить такие тесты.
– Каковы сроки работы над проектом?
– Грант рассчитан на два года. Есть задачи, которые требуется решить за первый год реализации проекта, есть задачи на второй год. Общая задача может развиваться и дальше. Потребность «пользователей» в данных методах достаточно высокая, в частности, любому инженеру, имеющему дело с такими процессами в рамках анализа и проектирования разрабатываемых технических систем, требуются хорошие вычислительные методы в системах автоматизированного проектирования. Метод и его реализация должна легко интегрироваться в уже существующую программную и аппаратную инфраструктуру. Для этого у программы должен быть свой интерфейс, наборы адаптеров к различным внешним компонентам и др. Работы предстоит немало. Это пример одной из прикладных задач проекта.
– Какова сумма гранта? Предполагается ли его защита?
– Речь идет о 600 тыс. рублей в год. Предполагается участие во всероссийских и международных конференциях, и наиболее важным аспектом являются публикации в хороших научных журналах. Любая статья в серьезном профильном научном издании проходит независимое рецензирование узкими специалистами. Это обычный путь в современной научной работе.
– Вы несколько раз упомянули о практической значимости работы…
– Просто прийти и сказать: мы придем и вам встроим (вычислительный комплекс в вашу существующую программную и аппаратную инфраструктуру) – сейчас так не делают. В областях науки и техники, где уже есть значительные научные заделы, это делается путем тех же публикаций в хороших научных журналах. В статье будут вычислительная схема; результаты моделирования; сравнение с результатами, полученными в рамках использования других методов; особенности реализации. Специалисты, занимающиеся разработкой САПР, обычно читают такие статьи, они могут взять метод и начать использовать в рамках своих продуктов.
– Вузы часто занимаются проектами, которые впоследствии можно коммерциализировать. Вашу тему имеет смысл превращать в бизнес-проект?
– Работа сама по себе фундаментальная. Это задача теоретической физики и вычислительной физики. Думаю, что нет смысла ее коммерциализировать.
– Что требуется ученому, чтобы стать получателем гранта, – трудоемкая ежедневная работа или одна гениальная мысль?
– Гениальная мысль, конечно, нужна, но наука – это долгая и трудоемкая работа, которая содержит много рутины, однако, впрочем, как и многие другие виды деятельности. Наука сопряжена с пониманием большого количества специфических вещей, и чтобы заниматься конкретными научными задачами, надо пройти достаточно длинный путь от учебы в университете и научной работы с научным руководителем до самостоятельной научной деятельности. Наука представляет область деятельности, где люди постоянно учатся, развиваются, узнают и создают новое. С течением времени возрастает объем и сложность научной работы, которую человек может делать самостоятельно. Понятно, что обычно это делается в рамках сформированных научных групп и школ. В науке за небольшой промежуток времени специалиста подготовить не получится, требуется длительный срок.
– Как случилось, что вы увлеклись наукой?
– Мне всегда нравилось заниматься научной работой. Нужно иметь желание и прикладывать много усилий. Наука – это занятие, можно сказать, на любителя: у нее своя специфика, которая кому-то нравится, а кому-то нет.
Биография
Иван Сергеевич ПОПОВ родился 7 сентября 1990 года в Омске. В 2013 году окончил магистратуру физического факультета ОмГУ им. Достоевского и поступил в аспирантуру. В 2016 году защитил кандидатскую диссертацию. С 2012 года работает в ОмГУ им. Достоевского, с 2017 года – доцентом кафедры теоретической физики.
Женат.
