Радиофизика и акустика, представляя собой общую науку о колебаниях и волнах различной физической природы, имеют фундаментальные и проблемно-ориентированные приложения в самых разных областях современной науки и техники. Так, исследования в области вакуумной СВЧ электроники, где решаются задачи генерации больших мощностей в микроволновом диапазоне, создают основу для развития сверхдальней связи и радиолокации, средств радиоэлектронной борьбы, космической, навигации микроволнового нагрева плазмы в установках управляемого термоядерного синтеза и др. В целом российские исследования в сфере создания мощных источников микроволнового излучения соответствуют мировому уровню, а по некоторым позициям Россия занимает в мире лидирующее положение.
Низкочастотная гидроакустика является, по существу, безальтернативным средством дистанционной диагностики и мониторинга процессов в толще океана на акваториях размерами в сотни километров. С фундаментальной точки зрения – это важнейший раздел физической океанологии и способ изучения глобальных изменений климата. Основная прикладная направленность исследований в этой области – разработка физических основ и научное сопровождение построения систем дальнего противолодочного наблюдения и защиты подводных лодок от обнаружения. В США и в других странах НАТО работы в названных выше областях ведутся интенсивно и в большом объеме. Наша страна до конца 80-х годов прошлого столетия сохраняла паритет в этих исследованиях и разработках, причем по некоторым направлениям имела опережение. Теперь же имеется значительное интегральное отставание.
Развитию радиофизических методов исследования окружающей среды в передовых странах мира уделяется большое внимание, особенно – в США. В России имеются отдельные научные коллективы, работающие на мировом уровне. Однако в целом мы существенно уступаем странам с развитой экономикой, прежде всего – из-за отсутствия системы научно-исследовательского мониторинга. Расширение международного сотрудничества способствовало бы преодолению этого отставания.
Следует заметить, что в США и странах ЕС в последние 10-15 лет происходит бурный рост исследований по разработке физических основ принципиально нового поколения виброакустических методов диагностики, использующих нелинейные акустические эффекты. К ним относятся: создание новых методов неразрушающего контроля, сейсмоакустического мониторинга, нелинейных методов ультразвуковой медицинской диагностики и целенаправленной микрокапсульной доставки лекарственных средств и их акустической активации. Россия, несмотря на имевшееся в предшествующий период опережение в теоретических и даже в экспериментальных исследованиях в области нелинейной акустики, теряет свои передовые позиции. В первую очередь это касается разработки аппаратуры и технических средств.
Основные направления исследований по физике плазмы сейчас связаны с участием России в программе Международного экспериментального термоядерного реактора ИТЭР. Среди них: реализация режимов улучшенного удержания плазмы; исследования по проблеме стабилизации МГД неустойчивостей; разработка плазменных источников нейтральных атомных пучков с большими энергиями и токами.
Необходимым условием обеспечения конкурентоспособности производ-ственного сектора России на мировом рынке уже в настоящее время и, тем более в перспективе, является развитие и применение супервычислений, массовых информационных технологий и нанотехнологий.
Первоочередной задачей становится развитие отечественных технологий проектирования супер-ЭВМ на основе масштабируемой сети микропроцессоров, детального предсказательного моделирования и виртуального прототипирования в процессе создания перспективных изделий машиностроения, образцов новой техники, альтернативных и новых энергетических установок, а также технологий проектирования систем управления технологическими процессами на основе масштабируемых аппаратно-программных комплексов.
Создание таких технологий предполагает проведение широкомасштабных фундаментальных и прикладных исследований в различных областях знаний, в том числе в математике, микроэлектронике, информационных технологиях, вычислительных системах, информатике и телекоммуникациях.
Информатика, вычислительные, телекоммуникационные системы и эле-ментная база. В рамках этого направления изучаются теоретические и прикладные проблемы создания научной распределенной информационно-вычислительной среды Grid; создаются распределенные вычислительные комп-лексы нового поколения на основе фундаментальных методов синтеза новых архитектур и алгоритмов их функционирования и управления; разрабатываются новые эффективные программные и аппаратные средства обеспечения информа-ционной безопасности; исследуются фундаментальные проблемы искусственного интеллекта, распознавания образов, оптимизации, проблемно-ориентированных систем и экспертных систем, основанных на знаниях; разрабатываются методы и программные комплексы многопроцессорных супер-ЭВМ; усовершенствуются системы распознавания рукописного текста и речи, перевода с одного языка на другой, а затем внедряются в глобальные информационные сети; создаются теории и технологии элементной базы компьютеров, в том числе квантовых.
В Институте системного анализа РАН разработана теория динамических информационно-преобразующих устройств минимальной сложности, надежно и эффективно решающих широкий спектр проблем наблюдения, фильтрации, стабилизации, идентификации и инвертирования. Устройства найдут широкое применение при решении практических задач промышленной автоматики, навигации и робототехники.
Разработана теория интеллектуальных систем управления, основанная на современных информационных технологиях и использующая правила и базы знаний. Интеллектуальные системы управления эффективно функционируют в условиях существенной нестационарности и при наличии неустранимой неопределенности. Особенность их построения состоит в том, что синтезируются не только и не столько сами законы управления, сколько множества таких законов управления и механизмы автоматического выбора из этих множеств надлежащего закона управления, возможно с последующей его оптимизацией.
Методами вычислительной математики исследован широкий класс нелинейных динамических систем, в которых возникают хаотические движения. Установлено, что во многих случаях реализуется универсальный сценарий Фейгенбаума–Шарковского–Магницкого возникновения хаоса через субгармо-нический и затем гомоклинический каскады бифуркаций устойчивых предельных циклов. Эта теория открывает перспективы объяснения многих сложных нелинейных явлений, в частности, турбулентности.
Существенно дополнена и доведена до логического совершенства теория конфликтных равновесий за счет введения специальным образом организованной иерархии равновесий. Теперь в каждой игре может быть найдено единственное устойчивое разумное равновесие.
Разработана теория и методы обработки нечетко заданной информации. Полученные результаты существенно обобщают классическую теорию Колмогорова–Шеннона и открывают возможность надежного оперирования информацией в условиях значительных помех и нерегулярных искажений.
В рамках направления информационные технологии развиваются технологии открытых систем как метатехнологии для создания информационных систем всех классов – от «систем на кристалле» до «GRID-систем»; разрабатываются новые технологии, архитектуры, методы и алгоритмы для систем обработки, передачи и хранения видео-, аудио- и иной мультимедийной информации; создаются технологии естественного симбиоза деятельности ученых и информационной среды; разрабатываются фундаментальные проблемы сверхскоростной передачи оптической информации и теоретических основ сверхвысокоскоростных широкополосных беспроводных сетей с элементами искусственного интеллекта и систем связи высокого уровня интеллектуальности; разрабатываются методы и алгоритмы определения и визуализации глобальных и локальных электрофизиологических характеристик сердца и мозга; проектируются вычислительные микросистемы на кристалле на основе сенсоров различной физической природы.
В Исследовательском центре мультипроцессорных систем Института программных систем РАН (г. Переславль-Залесский) создана так называемая Т-система с открытой архитектурой, которая не смогла обеспечить разработку высокопроизводительных параллельных программ, но оказалась удобной для реализации GRID-технологий и GRID-сервисов. Дальнейшее развитие Т-системы и областей ее использования тесно связано с проектами GRID, выполняемыми в РАН и в других организациях.
В области управления данными наблюдается значительный прогресс коммерческих систем управления базами данными (СУБД) за счет поддержки параллельных баз данных; встроенной поддержки хранилищ данных, OLAP и data mining; адаптивной оптимизации запросов; поддержки XML, неструктурированных и мультимедийных данных. В то же время этим системам свойственна чрезмерная сложность и тяжеловесность, переизбыток возможностей и трудность внедрения средств для поддержки новых приложений.
В мире SQL-ориентированных СУБД также развиваются системы, созданные на основе подхода «открытых исходных текстов» (open source). Тенденцией последних лет является постепенное обретение зрелости этими системами, их все более широкое использование, а также активное участие в их развитии и совершенствовании российских разработчиков. Проблемами свободно доступных SQL-ориентированных СУБД являются отсутствие новых идей и подходов, недостаточная надежность, производительность и масштабируемость.