Коллектив ученых Института физики Казанского федерального университета удостоен Государственной премии Республики Татарстан в области науки и техники за цикл работ «Метеорно-ионосферное распространение радиоволн и волновые процессы в атмосфере». Соответствующий указ подписан Президентом РТ Рустамом Миннихановым.

Лауреатами премии признаны заведующий кафедрой радиофизики Олег Шерстюков, заведующий кафедрой радиоастрономии Адель Акчурин, профессор кафедры радиофизики Аркадий Карпов, доцент кафедры радиоэлектроники Игорь Насыров, доцент кафедры радиофизики Амир Сулимов, профессор кафедры радиоастрономии Герман Тептин, профессор кафедры радиоастрономии Ольга Хуторова.

Цикл работ посвящен изучению атмосферы – оболочки планеты, через которую осуществляется связь поверхности Земли с окружающим космическим пространством. Исследования охватывают практически все участки атмосферы: от приземных слоев тропосферы до верхней ионосферы. Выполнены как фундаментальные исследования, расширяющие знания о нашей планете, так и разработки передовых образцов аппаратуры для решения самых разнообразных актуальных задач.

Метеорные исследования на протяжении уже более 60 лет являются одной из визитных карточек Казанского университета. В Казани сформировалась одна из двух крупнейших радиометеорных школ мирового уровня с одним из лучших метеорных радаров в Восточной Европе.

За это время сформирована научная школа метеорно-ионосферных исследований мирового уровня, выполнено 25 специальных работ по правительственным постановлениям, получено более 20 патентов и авторских свидетельств, разработано 5 поколений уникальных метеорных радаров для изучения притока космического вещества в атмосферу Земли, создано 7 поколений комплексов синхронизации государственных эталонов времени (от КАМА-1 до КАМА-7), введены в эксплуатацию одни из первых в мире заполярные линии метеорной связи (Салехард-Норильск и Красноярск-Норильск) в интересах освоения Арктики, созданы и непрерывно совершенствуются уникальные информационно-измерительные радиокомплексы для исследования ближнего космоса.

На основе достижений в области радиосвязи и сверхточной синхронизации было разработано принципиально новое направление – «метеорная криптография», которая использует природную случайность метеорного канала для создания секретных ключей шифрования. Речь идет о создании криптографической системы с непредсказуемо изменяющимся во времени шифром. Ключ создается на основе измерения случайного состояния канала, причем с каждым новым метеором состояние канала непредсказуемо изменяется. Это позволяет обновлять шифр быстрее, чем он будет взломан противником, отмечают ученые Казанского университета.

Принцип порождения ключей шифрования на основе случайной траектории распространения сигналов, впервые открытый в метеорном канале, был впоследствии расширен и на многолучевые каналы в системах сотовой связи. Так зародилось новое направление – «мобильная криптография». В отличие от метеорного канала, где случайность порождается метеорными частицами, в системах мобильной связи она возникает из-за случайных перемещений абонентов и окружающих рассеивателей. Оказалось, что мобильные системы (городские условия передачи сигналов) даже более хаотичны, чем метеорный канал. В результате, открывается возможность создания совершенно секретного канала криптографической связи между мобильным телефоном и базовой станцией, что особенно важно в эпоху внедрения мобильных технологий во все сферы быта, производства и бизнеса.

По словам ученых КФУ, были разработаны, изготовлены и успешно испытаны на экспериментах макеты «мобильной криптографии», создающие природно-случайные ключи шифрования как в пределах одного здания, так и на значительном разнесении абонентах в городских условиях. Достигнуты скорости генерации секретного ключа до 30 бит/с, что позволяет автоматически ежеминутно обновлять всю систему шифрования. Подобной системы безопасности нет ни в одной из существующих коммерческих или силовых ведомственных структур. Основным конкурентом разработок ученых КФУ являются хорошо известные системы «квантовой криптографии». При сравнимом уровне безопасности информации наша технология обходится значительно дешевле, легко адаптируется на сегмент мобильных технологий и имеет большую дальность секретной связи без ретрансляции.

«Нам приятно осознавать, что многолетний труд всего нашего большого коллектива по достоинству оценен руководством республики, учеными Академии наук РТ, экспертным научным сообществом РФ, которое также давало свои рекомендации и отзывы конкурсной комиссии АН РТ. Особенно ценно, что это произошло в 2021 году – Год  науки и технологий РФ. Наша работа – результат развития всего научного направления, заложенного нашими учителями – К.В. Костылевым, В.В. Сидоровым, О.И. Бельковичем, А.М. Насыровым, Р.Г. Минуллиным, А.Н. Фахрутдиновой и многими другими, которые вложили огромный труд и в наше развитие. Мы хотим, чтобы люди осознавали, что мониторинг ближнего космоса начинался в Казанском университете, и по достоинству оценивали вклад нашего вуза в развитие тематики исследования ближнего и дальнего космоса», – сообщил О. Шерстюков.

Группа ученых выражает огромную благодарность руководству КФУ и лично ректору Ильшату Рафкатовичу Гафурову за поддержку инфраструктуры мониторинга ближнего космоса и всего коллектива ученых.

«Без этой поддержки невозможно было бы представить развитие и проведение соответствующих экспериментальных исследований. Направление "инфокоммуникационные и космические технологии"», куда мы входим, является приоритетным научным направлением КФУ и поддержано программой повышения конкурентноспособности. Мы стараемся, чтобы наши фундаментальные исследования нашли свое прикладное значение, поэтому столь большое внимание уделяем созданию систем и приборов на новых физических принципах: это и синхронизация шкал времени на больших расстояниях, и формирование ключей шифрования для мобильных и метеорных систем связи, которые соответствуют достижениям мирового уровня. Лично для нас, как для ученых, присуждение Государственной премии РТ является мощным стимулом для дальнейшего развития и подготовки нового поколения талантливых ученых, исследователей и инженеров, которые будут и впредь прославлять имя Казанского федерального университета», – подчеркнул заведующий кафедрой радиофизики.

В результате проведенных исследований участниками коллектива выявлен комплекс фундаментальных закономерностей, закладывающих основы для развития адекватных моделей околоземного космического пространства, атмосферы и ионосферы Земли и их практического применения в различных областях науки и техники, в том числе развиты фундаментальные основы космической связи и климатологии; разработаны методы прогноза орбитальной безопасности и условий радиосвязи; разработаны высокоточные информационно-измерительные комплексы связи, синхронизации и радиозондирования; разработаны новые технологии организации сверхзащищенной криптографической связи до 2000 км («Метеорная криптография» и «Мобильная криптография»).

В представленном цикле работ получен ряд новых результатов, а именно: созданы и непрерывно совершенствуются уникальные информационно-измерительные радиокомплексы для исследования ближнего космоса; создано новое направление в организации систем криптографической связи – «метеорная криптография»; экспериментально выявлена структура околоземного космического пространства и среднеширотной атмосферы; разработаны теоретические и эмпирические модели, описывающие динамику волновых процессов в нижней, средней и верхней среднеширотной атмосфере, в том числе за счет явлений солнечно-земного взаимодействия.

Результатом всесторонних исследований метеорно-ионосферных явлений и волновых процессов в атмосфере радиофизическими методами явилась разработка принципиально новых образцов аппаратуры, новые уникальные знания в области астрономии, физики атмосферы и ионосферы, радиофизики, имеющие мировое признание. Результаты работ широко используются в учебном процессе Казанского университета, что позволяет обеспечить подготовку высококвалифицированных специалистов для повышения кадрового потенциала РТ.