От школьного телескопа до суперкомпьютера: история ученого Амирхана Темирбаева

Урок физики, который определил будущее

Путь Амирхана Темирбаева в науке начался задолго до работы над космическими аппаратами и сложными вычислительными системами. Важную роль сыграли летние каникулы после шестого класса, проведенные в гостях у дяди Оспана, который работал школьным учителем физики. Он отмечает, что в 6-7 классах у многих детей начинает меняться отношение к учебе: те, кто раньше учился очень хорошо, вдруг теряют интерес к занятиям.

— Мне в этом отношении очень повезло. У меня есть дядя Оспан, который работал школьным учителем физики. Я считаю, что его заслуга в моем становлении как физика очень большая. Помню, летом, после окончания шестого класса, я приехал к нему домой на несколько дней в гости. Он специально принес из школы телескоп и впервые показал мне Луну. До этого я, конечно, видел Луну на небе, на фотографиях, но совсем другое ощущение, когда ты наблюдаешь ее собственными глазами через телескоп, — вспоминает Амирхан Темирбаев.

В те дни дядя много рассказывал ему о Вселенной, миллиардах звезд и неизведанных явлениях, которые еще предстоит изучить человечеству.

— В те дни дядя много рассказывал мне о космосе. О том, что во Вселенной существуют миллиарды звезд, а наше Солнце — лишь одна из них. Что человечество знает о Вселенной далеко не все и что ученым еще предстоит открыть множество неизвестных явлений. И самое главное, он говорил, что у меня тоже есть возможность исследовать что-то неизведанное, если я стану ученым. Думаю, именно тогда у меня впервые появилось настоящее желание стать физиком или астрономом, — говорит он.

Позже дядя нашел еще один способ заинтересовать подростка физикой. Он предложил племяннику решать как можно больше задач, чтобы в будущем собрать их в собственную книгу и даже заработать на ее продаже. Идея настолько увлекла школьника, что он действительно решил целый задачник по одному из разделов физики. Книгу он тогда не выпустил, однако получил хорошую практику.

— Сейчас, вспоминая эти события, я понимаю, насколько грамотно, возможно, даже интуитивно, действовал мой дядя. Сначала он пробудил во мне интерес к познанию мира, показал, насколько увлекательной может быть наука. А затем дал вполне конкретную мотивацию заниматься физикой, решать задачи, развивать свои способности, — подчеркивает Термирбаев.

От университетских наноспутников к новым научным миссиям

Позднее работа над космическими технологиями стала частью профессионального пути Амирхана Темирбаева. Он участвовал в проекте по созданию первых отечественных университетских наноспутников серии Al-Farabi, который стал важным опытом для команды и одним из первых шагов в развитии университетского спутникостроения в Казахстане.

Первый аппарат, Al-Farabi-1, был запущен в феврале 2017 года с космодрома в Индии, а второй, Al-Farabi-2, –в декабре 2018 года с помощью ракеты Falcon 9 компании SpaceX.

Команда не ограничивалась проектированием и запуском, но и самостоятельно занималась эксплуатацией спутников, управлением с наземной станции. Второй спутник проработал в космосе более трех лет.

По словам Темирбаева, главной задачей этих проектов было не столько создание самих космических аппаратов, сколько формирование собственной научно-инженерной школы и подготовка специалистов, которые своими руками прошли бы весь путь создания космического аппарата — от первых расчетов и проектирования до сборки, испытаний, запуска и эксплуатации на орбите.

— Можно много лет изучать космические технологии по учебникам, но совершенно другое дело, когда ты сам разрабатываешь спутник, отправляешь его в космос и затем получаешь с него сигналы на Земле. Это совершенно другой уровень подготовки инженеров и исследователей, — говорит он.

По его словам, сегодня пико- и наноспутники представляют собой отдельный класс малых космических аппаратов. Их разработка и запуск обходятся значительно дешевле, чем создание крупных спутников, а сроки реализации проектов существенно сокращаются. Если разработка большого космического аппарата может занимать 5–10 лет, то небольшой университетский спутник при наличии необходимой инфраструктуры можно создать за 2–3 года.

К участию в таких инициативах можно привлекать не только студентов, но и школьников. К примеру, недавно состоялся успешный запуск пикоспутника NIS PocketQube, разработанного учениками НИШ в Астане.

Зачем Казахстану собственный суперкомпьютер

Сегодня одним из главных направлений работы ученого стал Farabi Supercomputer Center. Его деятельность связана с развитием вычислительной инфраструктуры, необходимой для проведения сложных научных исследований и работы с искусственным интеллектом.

Амирхан Темирбаев считает, что собственные вычислительные мощности становятся не просто инструментом развития науки, а частью цифрового суверенитета государства.

— Мы привыкли, что многие цифровые сервисы, которыми ежедневно пользуемся, работают через облачные платформы и центры обработки данных. Но далеко не всегда задумываемся о том, где физически находятся эти серверы, кому они принадлежат и что произойдет, если по каким-то причинам мы потеряем к ним доступ.Последние события в мире показывают, насколько уязвимой может оказаться такая зависимость. Поэтому для Казахстана принципиально важно развивать собственные центры обработки данных, суперкомпьютерные мощности и технологии искусственного интеллекта, — объясняет он.

Farabi Supercomputer Center объединяет сотни серверов, способных одновременно выполнять большое количество сложных вычислений. Они могут одновременно выполнять огромное количество сложных расчетов, на которые у обычного персонального компьютера ушли бы недели, а иногда и месяцы. В центре установлено 430 серверов, из которых 400 предназначены преимущественно для научных вычислений и еще 30 оснащены графическими процессорами для задач искусственного интеллекта. Пиковая производительность нашего комплекса составляет около 2 петафлопс, а система хранения данных рассчитана на 6 петабайт.

Сегодня в центре реализуется ряд проектов. Совместно с «Казгидрометом» специалисты запустили численную модель прогнозирования погоды WRF с пространственным разрешением два километра для всей территории Казахстана.

— Это означает, что метеорологические процессы можно моделировать с гораздо большей детализацией. Система ежедневно обрабатывает большой объем метеорологических данных и формирует прогнозы температуры, осадков, ветра и других параметров, — объясняет он.

Еще один проект реализуется совместно с министерством водных ресурсов и ирригации. Он связан с гидрологическим моделированием с использованием системы TALSIM. Для Казахстана такие разработки имеют особое значение из-за большой территории, разнообразного рельефа и рисков паводков, селевых потоков и других опасных природных явлений. Поэтому повышение качества прогноза погоды и предупреждения паводковых рисков — это не только научная задача, но и вопрос безопасности населения.

Другое интересное направление связано с биоинформатикой. Сегодня ученые Института биологии и биотехнологии растений работают с огромными массивами генетических данных. Суперкомпьютер применяется для обработки данных секвенирования.

Есть проекты в области общественной безопасности. Совместно с Комитетом по правовой статистике и специальным учетам Генеральной прокуратуры Казахстана специалисты центра начали пилотную работу по анализу больших массивов данных о преступности и дорожно-транспортных происшествиях.

— При этом суперкомпьютер востребован не только в прикладных, но и в фундаментальных исследованиях. Например, известный казахстанский математик, академик Аскар Жумадильдаев использует наши вычислительные ресурсы для решения сложных алгебраических задач. На базе центра также проводятся исследования в астрофизике, связанные с моделированием физических процессов в звездных системах. Развиваются направления вычислительной физики, инженерного моделирования и геоинформационного анализа, создаются цифровые двойники, — говорит он.

ИИ как инструмент научных открытий

Говоря о будущем казахстанской науки, Темирбаев отмечает, что в ближайшие десять лет хотел бы увидеть в стране крупное научное открытие или технологию мирового уровня, которая найдет практическое применение в экономике и повседневной жизни.

Отдельную роль в этом процессе может сыграть искусственный интеллект. Сегодня он постепенно превращается из инструмента обработки информации в средство научного исследования. ИИ позволяет анализировать большие массивы экспериментальных данных, выявлять закономерности, предлагать гипотезы и ускорять поиск перспективных решений.

— Я вполне допускаю, что следующее крупное научное открытие казахстанских ученых может быть сделано именно с применением искусственного интеллекта. Например, это может быть новый материал с уникальными физическими свойствами, новая технология хранения энергии или новый метод диагностики заболеваний, — думает Темирбаев.

Темирбаев отмечает, что Казахстан имеет достаточно сильную математическую школу. Есть сильные научные школы в физике, геологии, химии, биологии и других направлениях.

В качестве примера успешной реализации сложного технологического проекта ученый приводит создание казахстанской вакцины QazVac во время пандемии. По его словам, это хороший пример того, как многолетние исследования в области биологической безопасности позволили за относительно короткое время создать практически значимый продукт.

Развитие науки, по мнению Темирбаева, начинается не с лабораторий и оборудования, а с увлеченных исследователей. Он убежден, что интерес к науке необходимо формировать еще в школе. Эту идею команда Темирбаева стремилась реализовать в образовательном проекте UniSat, который проводился совместно с ЮНИСЕФ, где школьниц знакомили с космическими технологиями не через обычные лекции, а через реальную инженерную деятельность. Проект начинался в Казахстане, а затем охватил также Узбекистан и Кыргызстан.

Однако он считает, что заинтересовать молодого человека наукой — это только половина задачи. Гораздо сложнее сделать так, чтобы он решил остаться в ней.

Выбирая научную карьеру, человек должен понимать, какие перспективы его ждут через 5-10 лет, сможет ли он заниматься интересными исследованиями, пользоваться современным оборудованием, профессионально расти и обеспечивать себя и свою семью.

— У нас есть сильные ученые, хорошие научные идеи, отдельные современные лаборатории. Но пока эти элементы не всегда связаны между собой в единую работающую систему. Особенно заметен разрыв между научными исследованиями и реальным сектором экономики. Ученый может провести качественное исследование, получить интересный результат, опубликовать статью, но дальнейшая судьба его разработки часто остается неопределенной. Для перехода от лабораторного результата к опытному образцу, а затем к промышленному производству необходимы совершенно другие ресурсы, механизмы финансирования и компетенции. Именно здесь многие отечественные разработки останавливаются, — говорит он.

Темирбаев отмечает, что в мировой практике этап перехода от лабораторных результатов к созданию опытных образцов и промышленному внедрению называют «долиной смерти» инноваций. По словам ученого, многие отечественные разработки также останавливаются именно на этой стадии. Чтобы научных открытий стало больше, необходимо создавать соответствующие условия: обеспечивать долгосрочное финансирование, развивать исследовательскую инфраструктуру и выстраивать эффективную систему внедрения разработок.

Говоря о Дне Республики, Темирбаев подчеркнул значение развития отечественной науки, подготовки квалифицированных специалистов, создания собственных технологий и вклада Казахстана в мировую науку.

— Поэтому для меня День Республики — это еще и повод задуматься о нашей ответственности перед следующим поколением, — заключил он.

Ранее Kazinform рассказал о профессиональном пути казахстанского нейрохирурга, за операциями которого наблюдают врачи из Парижа и Токио.