Тематика работ лаборатории:

1. Экспериментальные исследования на ударных трубах процессов термически неравновесной диссоциации и колебательной релаксации газов при высоких температурах за фронтом ударных волн.
2. Исследование кинетики и выявление механизмов излучения молекулярных газов за фронтом ударных волн. Измерение абсорбционных и эмиссионных спектров атмосферных газов в широком диапазоне спектра при высоких температурах.
3. Исследование кинетики инициирования горения в кислородно-водородных смесях и управления процессами горения и детонации с помощью малых добавок примесей.
4. Развитие вычислительного комплекса «MD Trajectory» предназначенного для моделирования динамики молекулярных реакций на высокопроизводительных многопроцессорных кластерах. Проведение вычислительного эксперимента направленного на исследование процессов диссоциации, обменных химических реакций и колебательной релаксации в газовой фазе, а также исследования процессов при взаимодействии газ-поверхность (гетерогенная рекомбинация атомов и молекул).
5. Уровневая, модовая и однотемпературная кинетика в высокотемпературном газе. Развитие базы моделей физико-химических процессов. Проведение вычислительных экспериментов.
6. Анализ кинетических процессов образования и минимизации вредных веществ в продуктах сгорания органических топлив, автомобильных выхлопах и ударных волнах, и оценка их экологических последствий.
7. Разработка, наполнение и поддержка информационного портала по физико-химической кинетике в газах и плазме (научно-информационная система, электронный журнал «Физико-химическая кинетика в газовой динамике», протоколы экспериментальных измерений, дискуссионный клуб).

Потенциал лаборатории

1. В экспериментальном плане лаборатория оснащена двумя действующими ударными трубами с внутренним диаметром 50 мм, и в текущем году должна войти в строй новая двухдиафрагменная ударная труба, позволяющая получать скорости ударной волны до 7 км/с. Еще одна ударная труба с внутренним диаметром 500 мм в настоящее время законсервирована в связи с отсутствием ресурсов (финансовых и людских), необходимых для ее эксплуатации. Действующие ударные трубы оснащены уникальными методиками для проведения экспериментальных исследований в высокотемпературных газовых потоках. К числу этих методик относится метод когерентного анти-стоксова рассеяния света (КАРС), позволяющий определять с высоким пространственным и временным разрешением температуру газового потока, концентрацию компонент и заселенность возбужденных состояний молекул и атомов. Традиционно применяемые в лаборатории методики эмиссионной и абсорбционной спектроскопии позволяют проводить экспериментальные исследования нагретого газа за фронтом ударной волны в широком температурном и спектральном диапазоне от вакуумного ультрафиолета до ближнего ИК. За последние три года благодаря поддержке Министерства науки, ректората МГУ и дирекции Института удалось обновить приборный парк лаборатории. Были приобретены многолучевые осциллографы TEKTRONIKX, высокочастотные генераторы, гелий-неоновые лазеры, элементы для модернизации КАРС-спектрометра, импортный спектроанализатор, бесшумные безмасляные вакуумные насосы. Указанное оборудование нового поколения позволяет существенно сократить время проведения эксперимента, повысить объем и качество регистрируемой в каждом эксперименте информации, расширить диапазон исследуемых параметров. Надо отметить, что деньги, получаемые по грантам ИНТАС, РФФИ не позволяют решать всерьез проблем приобретения оборудования из-за его высокой цены (за исключением относительно мелких вещей типа тестеров, манометров, вакуумметров и т.п.).

На ударных трубах лаборатории получены данные о скоростях диссоциации молекул газа (O2, N2, CO2, CN) при высоких температурах, измерены времена возбуждения их колебательных и электронных степеней свободы, получены данные о скоростях ряда химических реакций в горячем газе, измерены распределения колебательных температур молекул в процессе термически неравновесной диссоциации, исследованы спектральные характеристики газов во фронте и за фронтом ударных волн. Исследования ударных волн дополняются изучением процессов в быстро охлаждающемся газе в соплах, установленных в торце ударной трубы (процессы рекомбинации, дезактивации). Развиваются исследования по изучению кинетических процессов в сильных ударных волнах, моделирующих атмосферы планет (Марс, Венера, Земля).
Большая часть диссертаций, защищенных сотрудниками лаборатории, была выполнена по результатам именно этих экспериментальных исследований.
Обработка полученных экспериментальных результатов осуществляется с помощью созданных в лаборатории программы расчетов параметров газов в условиях химической и термической неравновесности (программа «Мираж») и программы «Спектр», предназначенной для расчета спектров двухатомных молекул, ионов и атомов для нескольких моделей заселения внутренних степеней свободы.
На ударных трубах студентами физического и механико-математического факультетов регулярно выполняются задачи студенческого практикума, соответствующие основной тематике работы лаборатории, что дает студентам возможность познакомиться с современным уровнем экспериментальных исследований физико-химических процессов в газовой динамике. В процессе выполнения университетского Межди

2. В теоретическим плане сотрудниками лаборатории были развиты новые представления о кинетике термически неравновесной диссоциации двухатомных молекул, проанализировано влияние ангармонизма на процесс колебательной релаксации молекул, выполнен детальный анализ процессов в газодинамических лазеров.

Разработана методика построения кинетических уравнений для многоатомных и химически реагирующих газов, а также общий метод вывода газодинамических моделей из кинетических уравнений. Построена новая теория кинетики конденсации, Рассмотрены проблемы методологии математического моделирования и описания структуры естественнонаучного знания в связи с созданием в лаборатории информационной системы АВОГАДРО.

Разработан метод прямого вычисления сечений элементарных процессов методом молекулярной динамики и, соответственно, расчета кинетических коэффициентов. Эти методы объединены в вычислительный комплекс «MD TRAJECTORY», позволяющий исследовать элементарные химические реакции в газовой фазе методом квазиклассических траекторий на современных многопроцессорных кластерах. Особая ценность таких исследований заключается в возможности моделирования процессов в условиях, которые труднореализуемы в эксперименте. Для ряда обменных химических реакций в системе частиц C-O-N были получены принципиально новые результаты.

Разработана оригинальная математическая модель радиационно-химических процессов, протекающих при электронно-лучевой очистке продуктов сгорания органических топлив от вредных примесей (EBDS-процесс). Данный метод очистки является в настоящее время наиболее интенсивно развивающимся направлением радиационной технологии для решения экологических проблем. Разработана кинетическая модель физико-химических процессов, протекающих в дымовом факеле промышленных и энергетических предприятий; модель процесса эмиссии и распространения полу-летучих органических соединений вблизи автострады и модель фотохимических процессов в городской атмосфере с учетом эмиссии вредных веществ и их осаждения на поверхность земли. Тем самым в лаборатории наработаны все необходимые методы для построения математических моделей газодинамических течений, что обеспечивает высокий потенциал лаборатории в решении задач моделирования.

3. Накопленный экспериментальный и теоретический материал позволил приступить в конце 70х годов к созданию нового типа научной информационной системы, концепция которой была разработана в лаборатории. Эта информационная система функционирует в Интернете и объединяет модели физико-химических процессов в газе с разным уровнем описания этих процессов, и соответствующие этому уровню описания базы кинетические коэффициенты. Объем накопленных данных к настоящему времени составляет около 2000 процессов для 200 веществ. Базы данных по химическим реакциям в атмосферах Земли, Марса и в кислородно-водородных смесях создавались силами сотрудников лаборатории. Вместе с тем, к наполнению банка, подготовке данных и их экспертному анализу были привлечены специалисты из ведущих университетов и академических институтов страны. Созданный информационный фонд содержит базы данных по свойствам частиц и по характеристикам процессов энергообмена при столкновениях молекул, а также базу моделей и комплекс инструментальных средств, обеспечивающий построение кинетических уравнений и выбор оптимального набора процессов в задачах газовой динамики. Результатом этой деятельности является также создание многоатомного компьютеризованного справочного издания «Физико-химические процессы в газовой динамике», первые два тома которого на русском и английском языках уже вышли из печати. Создан и официально зарегистрирован в Министерстве РФ по делам печати, телерадиовещания и средств массовых коммуникаций (свидетельство эл N 77-6360) электронный журнал «Физико-химическая кинетика в газовой динамике», с постоянно увеличивающимся объемом публикаций российских авторов. Создано учебно-методическое пособие по моделированию кинетики физико-химических процессов в газовой динамике с компьютерной реализацией при изучении структуры сильной ударной волны в воздухе - для работы со студентами физического и механико-математического факультетов МГУ.