Свой среди своих

14 января исполняется 70 лет доктору технических наук, академику РАЕН, профессору Московского института электроники и математики им. А.Н. Тихонова Алексею Федоровичу Каперко. В конце 2024 года группа исследователей, в которую он входит, была награждена Премией Правительства РФ в области науки и техники за разработку и применение интеллектуальных мультиспектральных систем дистанционного мониторинга природной и техногенной среды для отраслей цифровой экономики. О космосе, Максвелле и своей мечте юбиляр рассказал «Вышке для своих».

А я иду, шагаю по Московею

Я родился в молдавском селе Московей под Кагулом, куда моих родителей распределили после Кишиневского мединститута. С названием Московей связана забавная история. Когда мне выдавали мой первый загранпаспорт, никто не стал вдаваться в подробности, где это, и в графе «место рождения» написали просто «Москва».

Семья у меня своеобразная. Мой отец, Федор Федорович, доктор медицинских наук, работал в Институте медицинской радиологии, а позже — в Институте лазерной хирургии. Мама, Евгения Николаевна, кандидат медицинских наук, работала в Центральной клинической больнице Управления делами Президента РФ. Моя старшая сестра, Наталья Федоровна, — доктор медицинских наук и президент Российской ассоциации специалистов функциональной диагностики. Жена, Марина Анатольевна, — кандидат медицинских наук. Сын Дмитрий — специалист в области организации здравоохранения и общественного здоровья. Дочь Анна — руководитель лаборатории Испытательного центра экспертизы качества лекарственных средств. Они многого добились — каждый в своей области. Сейчас ждем, куда пойдет внук. Но, кажется, Володя — единственный, кто может выбрать близкую мне сферу. Во всяком случае, он интересуется математикой и информатикой и участвует в различных всероссийских олимпиадах. А я, как в шутке про то, что в семье медиков все должны быть докторами, тоже доктор. Правда, доктор технических наук.

Пионер и телескоп

В Москву мы переехали в 1961 году, когда отец поступил в ординатуру. Я как раз пошел в первый класс и считаю, что получил очень неплохое образование. В старших классах я учился в школе №710. Это экспериментальная школа при Академии педагогических наук СССР. Там было девять девятых классов и девять десятых, которые относились к разным областям знаний. Моя сестра училась на гуманитарном отделении, а я — на физико-математическом.

Параллельно лет в 13–14 я записался в астрономический кружок Дворца пионеров и школьников на Ленинских горах. Это было помпезное место. Туда привозили иностранных гостей показать, как у нас все хорошо. И не только иностранных. На моем веку там побывали Юрий Гагарин, Никита Хрущев и Фидель Кастро. Во Дворце пионеров было много разных кружков и секций. Кто выбирал танцы, кто — художественное слово, кто — авиамоделирование. А я с детства засматривался на звездное небо и пришел туда, чтобы побольше узнать про созвездия и вообще про космос. Мое детство выпало на время больших открытий. В 1961 году в космос впервые полетел человек. В 1969-м все говорили про американских астронавтов, которые высадились на Луне и привезли на Землю лунный грунт. В Сокольниках устроили большую выставку, посвященную этому событию. Там было настоящее столпотворение. Я там тоже побывал, и меня это очень вдохновило. В астрономическом кружке нас занималось человек пятнадцать. Я даже пытался делать телескоп и вытачивал линзы. Но в кружке была своя обсерватория, оборудованная большими телескопами хорошего качества. Когда планировались ночные наблюдения, мы приходили в обсерваторию, взяв из дома бутерброды, и оставались до утра. Так я впервые увидел в телескоп Сатурн с кольцами, Юпитер с большим красным пятном на диске. Мы досконально рассматривали Луну с ее морями и кратерами, наблюдали за движением спутников Юпитера. Это, конечно, удивительно — видеть с такого большого расстояния, как один спутник подходит к краю, затем заходит за него, а другой, наоборот, выходит на видимую поверхность. 10–15 минут, и все изменилось.

Что за МИЭМ такой?

Про МИЭМ я впервые услышал от помощника учителя по труду (в нашей школе вместо труда была дисциплина «Радиоэлектроника»). Это был молодой парень вроде технического ассистента, который, пока мы паяли резисторы с конденсаторами, мог что-то подправить или подсказать. У него мы и увидели значок «МИЭМ». Спрашиваем, что за МИЭМ такой? Он говорит: «Да вот Институт электронного машиностроения. Вроде неплохой, новый, и специальности хорошие». Мне это как-то запало в душу, и в 1972 году я поступил в МИЭМ. Здесь потом и остался — на кафедре микроэлектроники, которую оканчивал. А позже, в 1985 году, подготовил и защитил кандидатскую диссертацию.

Стараниями первого ректора МИЭМ Евгения Викториновича Арменского в институте собрался хороший, дружный коллектив. Мне было интересно работать на кафедре, и после защиты диссертации я хотел продолжать заниматься наукой, но в тот момент институту нужен был человек, который возьмет на себя выполнение важной общественной работы. А поскольку во время учебы я был секретарем факультетского бюро ВЛКСМ, ею предложили заняться мне. Так получилось, что в период с 1985 по 1992 год я был сначала заместителем секретаря парткома МИЭМ, потом председателем профкома МИЭМ (а в этих организациях было порядка 900 коммунистов и 6000 членов профсоюза).

Плюс один доктор в семье

За семь лет общественной работы я порядком от нее устал и в 1992 году принял решение поступать в докторантуру. Этого никто не ожидал. Конечно, все эти годы я продолжал преподавать и заниматься исследованиями, тем не менее мои коллеги были очень удивлены таким поворотом. По меркам того времени должность была весьма «уважаемая». А что, если я не защищусь? Кому я буду нужен? Да и для занятий наукой 90-е были не лучшими временами. Экономика страны рушилась. Финансирование науки резко сократилось. Нам задерживали зарплату, а у меня к тому же было вполовину меньше аудиторных часов, чем у основного преподавательского состава: 240 против 400 или 500. Правда, я как докторант получал стипендию и у меня был льготный проезд в метро. Приходилось каждый раз объяснять на контроле, что тридцатисемилетний мужчина в костюме с галстуком тоже может быть аспирантом и докторантом.

Было тяжело, но благодаря поддержке семьи я смог защитить диссертацию. Ее тема продолжала тему моего диплома, а затем кандидатской, которые были посвящены исследованию и разработке аналоговых и цифровых входных устройств для больших интегральных схем на приборах с зарядовой связью. Тема моей докторской диссертации — «Разработка и исследование систем восприятия информации в видимом и инфракрасном диапазонах излучения на основе твердотельных фотоприемников». Ведь можно же разные изображения обрабатывать. И к моменту моей докторантуры диапазон видимых изображений значительно расширился в инфракрасную область. Появилось оборудование, компьютеры, на которых их можно определенным образом обрабатывать. Уже можно было купить и саму камеру, и матрицу, и схемы обработки. И я в своей работе сделал акцент на том, как происходит процесс обработки, подразумевающий сочетание нерегулярности энергетического распределения излучения, которая создается оптической системой, с регулярностью, которая формируется на приемной фоточувствительной матрице. Необходимо было предложить новый метод согласования оптических и электронных элементов между собой. Это научное направление только появилось, и моя работа была воспринята очень позитивно.

Плюсы научных конференций и экспертной работы

Есть еще одно начинание того времени, с которым у меня связаны теплые воспоминания. Это организованная МИЭМ ежегодная научно-техническая конференция «Датчики и преобразователи информации систем измерения, контроля и управления». Конференция проводилась с 1990 по 2005 год в Гурзуфе. Я принимал активное участие в ее организации. Это было удивительное время. Кроме своей основной задачи популяризировать научные исследования и дать возможность ученым встретиться с коллегами и молодыми единомышленниками, в том числе из-за рубежа, у этого мероприятия были и другие, менее очевидные положительные стороны. Радость общения и красота места, где все происходило, с его живописными ландшафтами, морскими бризами и южным благоухающим парком вдохновляли и заряжали участников творческой энергией на год вперед. Особенно запомнилась конференция 1999 года, когда в Гурзуфе широко отмечалось 200-летие со дня рождения А.С. Пушкина. В это же время мы организовали выпуск ежемесячного научно-технического и производственного журнала «Датчики и системы», который выходит уже 25 лет.

Должен сказать, что в дружеском общении часто можно узнать больше, чем штудируя ночами толстые научные трактаты. Я знаю это не понаслышке, поскольку мне посчастливилось на протяжении 28 лет работать в составе Экспертного совета по управлению, компьютерным и информационным наукам (из них 23 года — в его руководстве), где я был свидетелем и участником обсуждения новых научных достижений. Вместе со мной в совете работали академики АН СССР и РАН Владимир Александрович Ильин, Юрий Иванович Журавлев, Евгений Иванович Моисеев, Станислав Николаевич Васильев, Юрий Соломонович Попков, Александр Леонидович Стемпковский, Дмитрий Александрович Новиков. Много оригинальных научных идей и полезных советов я получил от моих старших коллег.

Прикипел к кафедре

В июне 1995 года я защитился, а 3 октября вышел приказ о моем назначении заведующим кафедрой «Управление и информатика в технических системах». Думаю, кроме научных заслуг, немалую роль в моем назначении сыграло то, что я прикипел к кафедре. В 1991 году многие ушли из науки в бизнес, кто-то уехал, кто-то не выдержал тяжелых нагрузок. А я был свой: знал коллектив, знал учебный процесс, имел опыт руководящей работы.

В конце 90-х мы возобновили совместную научную и образовательную работу с Московским научно-производственным комплексом «Авионика». Я был научным консультантом докторской диссертации у руководителя этой организации. Его докторская диссертация, совместные научные статьи и внедренные разработки легли в основу работы, за которую в 2012 году мы получили Премию Правительства РФ в области науки и техники. Эта работа была связана с разработкой эффективных алгоритмов обработки информации и созданием отказоустойчивых интегрированных вычислительных комплексов, устройств и компонентов для бортовых систем обеспечения безопасности функционирования летательных аппаратов. Проще говоря, мы сделали более эффективным цифровое управление летательным аппаратом.

Осторожно, астероид!

В 2013 году, после падения Челябинского метеорита, в нашей работе возникла новая тема — тема астероидно-кометной опасности. Правительство тогда поставило перед нами задачу найти способ вычислять потенциально опасные метеориты задолго до их приближения к Земле, с тем чтобы иметь время и возможность подготовиться к их падению. Помимо представителей МЧС, которые были напрямую заинтересованы в результате, нужны были специалисты очень узкого профиля. Поэтому мы объединились с Институтом астрономии Российской академии наук и Институтом динамики геосфер РАН, в котором занимались расчетами различных энергетических и тепловых характеристик при вхождении опасных небесных тел в атмосферу Земли: под каким углом, какое воздействие, как они будут сгорать. Мы выступили в роли разработчиков программного обеспечения и в сотрудничестве с коллегами создали информационно-аналитическую систему астероидно-кометной опасности. Это не значит, что астероид не прилетит. Но теперь к этому мы будем готовы, поскольку наша система уже находится в опытной эксплуатации в МЧС и служба может принимать решения в зависимости от угроз, которые возникают.

Совсем недавно, в конце 2024 года, группа разработчиков системы, и я в том числе, была награждена Премией Правительства РФ в области науки и техники за разработку и применение интеллектуальных мультиспектральных систем дистанционного мониторинга природной и техногенной среды для отраслей цифровой экономики. Для создания такой системы мониторинга необходимо было разработать и организовать серийный выпуск целого ряда бортовых сенсоров-гиперспектрометров, СВЧ-радиометров и радиолокаторов, обеспечивающих оперативный сбор мультиспектральных изображений. Разработанные технологии используются для создания и поддержки информационных систем в интересах различных ведомств: Рослесхоза, Росстата, Росгидромета, Россетей, МЧС, Сбербанка, Министерства сельского хозяйства РФ. Большое значение в этой работе имело то, что данные системы и технологии могли быть применены на практике. Благодаря усилиям руководства НИУ ВШЭ и МИЭМ ВШЭ две разработанные мультиспектральные камеры для дистанционного зондирования Земли были выведены на орбиту 22 марта 2021 года на наноспутниках CubeSat 3U МИЭМ НИУ ВШЭ — CubeSX-HSE и CubeSX-Sirius-HSE, которые разработаны в Учебно-исследовательской лаборатории функциональной безопасности космических аппаратов и систем.

На двести пятьдесят ступенек вглубь

Сейчас, когда научная часть работы окончена, мы хотим внедрить некоторые разработки в учебный процесс. У нас открывается новый трек по дистанционному зондированию Земли, который будет ориентирован на разработку алгоритмов и программного обеспечения для программирования и обработки изображений со спутников. Но вообще, чем больше я общаюсь со студентами, тем сильнее мне хочется донести до них понимание многогранности нашего мира и того, как все в нем взаимосвязано. Ориентироваться на то, чтобы сделать все по максимуму, — уже хорошо, но этого мало. Решение любого вопроса требует глубоких знаний и многих лет обучения, когда все эти знания накапливаются и укладываются. Только тогда ты сможешь видеть и анализировать проблему, условно, не на три ступеньки в глубину, а на сто и на двести пятьдесят. Это касается и поиска идей для исследований. Мало читать публикации не далее пятилетней давности. Надо копать глубже. Знаете, сколько прекрасных решений было найдено в предыдущие века? К примеру, теория электрического поля, разработанная великим шотландским математиком и физиком Джеймсом Максвеллом в то время, когда никто еще не знал о существовании электронов. Он построил ее на базе знаний механики. Обратил внимание, что в зубчатой передаче, если одно колесо вращается в одну сторону, другое, которое с ним сцепляется, вращается в противоположную сторону. Таким образом, они вращаются в разные стороны. Как плюс и минус. Но это не все. Дальше он применил механистический подход к цвету, открыв, что любой цвет может быть произведен сложением каких-то трех составляющих. Чаще всего красного, зеленого и синего. Таким образом он доказал и продемонстрировал справедливость трехкомпонентной теории цветового зрения. Вот такая связь между механикой, электричеством и оптикой. И все эти физические явления описываются очень похожими дифференциальными уравнениями. А в настоящее время все эти элементы создаются в микроэлектронном исполнении МОЭМС — это микрооптические электромеханические системы. Получается симфоническая музыка, от которой получаешь удовольствие.

Что касается моих научных амбиций, есть у меня мечта получить объемное изображение на экране монитора —голографическое изображение, которое не особенно яркое, но очень хорошо отражает пространственное расположение предметов. И сделать это не математически, с помощью расчетов и компьютерной графики, а технически, с помощью правильного освещения, специальной оптической проекции наблюдаемой сцены на фоточувствительную матрицу на приборах с зарядовой связью. В кино есть вся эта компьютерная графика — и трехмерная, и четырехмерная со звуком, и все что угодно, а хотелось бы увидеть объемную картинку в режиме реального времени.

Сегодня, 14 января, отмечается старый Новый год. Я хочу поздравить всех студентов, преподавателей и сотрудников нашего университета с этим праздником! Желаю, чтобы талант студентов сверкал многие годы, дальнейших творческих успехов преподавателям и коллегам, солнечных дней, здоровья, счастья, отличного настроения, благополучия и оптимизма, финансовой стабильности и процветания, исполнения желаний, а главное — чтобы они, эти желания, были!

14 января

Люди Вышки

Напишите нам

Вышка для своих