Метал, модернізм, досліди на тваринах. Що відбувається всередині Інституту Патона

Київська Мекка зварників — так називали Інститут електрозварювання ім. Є. О. Патона у період його розквіту. У середині XX століття Інститут був єдиним у світі центром, який вивчав та розробляв усі можливі способи з'єднання металів. Закладені Євгеном Патоном ідеї розвинув і вдосконалив його син — Борис Патон. Будівництво суцільнозварних мостів та зварювання металів великих товщин, перше зварювання у космосі та під водою — інновації, що стали можливими саме завдяки дослідженням в Інституті. У 90-х роках тут відбулася ще одна подія, яка стала революцією у галузі медицини, — вчені навчились зварювати живу тканину людини.

Підписуйтесь на корисний легкий контент в Instagram

У січні цього року Інституту виповнилось 90 років. Слава "золотої доби" залишилась в минулому, епоха Патонів стала легендою, яку старші покоління науковців переказують молодшим. За останні 50 років кількість наукових кадрів скоротилась утричі — з 3500 до 1000. Нестача фінансів, застаріла технічна база, відтік вчених — виклики, які постають перед Інститутом в останні десятиліття. Епідемія ковіду та повномасштабне вторгнення ще більше ускладнили ситуацію — багато науковців виїхали за кордон, фінансування скоротилось до мінімуму. І все ж у стінах Інституту віддані вчені продовжують робити свою справу.

Ми відвідали головний науковий комплекс Інституту на вулиці Малевича в Києві, побували у кабінетах вчених, розпитали про сучасні розробки та поговорили з директором — Ігорем Крівцуном, який обійняв цю посаду після смерті Бориса Патона. Чим живе "Мекка" зварників сьогодні, які виклики стоять перед наукою зараз та як Інститут може допомагати у відновленні українських міст після війни — читайте в ексклюзивному репортажі.

Intro. Температурні контрасти

На вулиці спека. Я зупиняюсь перед головним корпусом Інституту і дивлюсь вгору. Переді мною — 17-поверхова модерністська будівля, зелені фрагменти фасаду гармонійно поєднуються з великою зеленою зоною поруч. 

Перед Інститутом — малолюдно й тихо. На паркінгу акуратно припарковані кілька авто, тротуар доглянутий і чистий. Двері Інституту відчиняються раз на кілька хвилин. Зрідка виходить хтось з науковців чи персоналу. Переважно це — поважного віку чоловіки, які тримають у руках теки чи шкіряні кейси. Ліворуч від входу — барельєф Бориса Патона. Над вхідною групою висить старий електронний годинник, який все ще правильно показує час — 11:59. 

Всередину нас із фотографом запрошує Марія — вона представляє пресслужбу Національної академії наук України. Прохолодний вестибюль різко контрастує зі спекотною вулицею. Мармурові стіни у холі тримають на собі вагу епохи Патонів. 

Нас зустрічає невисокий худорлявий чоловік — це Віктор Савицький. Зовні його стиль  нагадує Марка Цукерберга — проста сіра футболка та джинси. Віктор працює старшим науковим співробітником у відділі, що займається пошуком дефектів зварних конструкцій. Савицький вітається та запрошує до своєї лабораторії. 

Ми проникаємо у надра найбільшого в Україні науково-технічного комплексу: десяток корпусів, лабораторій, експериментально-конструкторські бюро та два дослідні заводи. Комплекс настільки масштабний, що не вмістився на одній локації — деякі будівлі Інституту розташовано на сусідніх вулицях та в інших районах міста.

Віктор веде нас до лабораторії коротким шляхом — через подвір’я Інституту. Спека знову б’є у наші обличчя. Під липневим сонцем бачимо велетенські металеві конструкції, труби та шматки металу — це артефакти великої наукової доби, яку власноруч побудували батько та син Патони. 

Великий внесок Патонів

На початку XX ст., коли розвиток металургії тільки-но набирав обертів, єдиним надійним способом з’єднання металу було клепання — метод надійний, але дуже трудомісткий. Потрібен був новий спосіб, який дозволив би з’єднувати метал швидше та ефективніше. Таким способом було електрозварювання — його винайшли ще в XIX ст., але використовували рідко, бо вважали недосконалим. 

Український вчений та інженер Євген Патон почав вивчати електрозварювання у 1928 році й дуже швидко зрозумів, що воно має гігантський потенціал — потрібно лише вдосконалити технології його використання. У 1934 році Патон засновує у Києві Інститут електрозварювання, де й зосереджуються усі дослідження в цій галузі. На початку Другої світової тут стається переломне для усього світу відкриття — автоматизовано електрозварювання під флюсом. Метод дозволив дуже швидко і надійно зварювати броньовані сталі. Це переломило перебіг війни. Завдяки новій технології Союз міг виготовляти понад 5000 броньованих танків на рік. 

Після смерті Євгена Патона у 1953 році керівником Інституту призначили його сина — Бориса. Тоді почався етап найбільшого розквіту закладу, який припав на 60-80 роки. Під керівництвом Патона винайшли ще один новий метод зварювання — електрошлакове. Він дав змогу зварювати метали великої товщини (до 2,5 метрів!), чого так бракувало металургійній галузі та машинобудуванню.  

Після війни Інститут Патона фактично "підіймає з колін" промисловість усього Союзу. Металургія, інфраструктура, машинобудування, аерокосмічна галузь — всі ці галузі модернізуються завдяки розробкам Інституту. 1969 року Патону вдалось "вийти на орбіту" — вперше в історії відбулось електрозварювання металу у космосі. 

Одне з останніх відкриттів, яке ініціював сам Патон, — зварювання живих тканин. Ідею почали реалізувати у 90-х. До цього подібні дослідження проводили американці, але використовували зварювання лише для перекриття судин. Патон пішов далі — він винайшов технологію, яка дозволила не тільки перекривати судини, а й з’єднувати їх.

Престижна професія вченого

Інститут Патона завжди був престижним місцем роботи для науковців, каже Віктор Савицький. Коли він прийшов сюди на початку 2000-х, тут працювало багато видатних вчених та винахідників. Віктор пригадує: "На захисті однієї з дисертацій сиділи шість академіків та сім членів-кореспондентів наук. Для мене це були наче люди з іншої планети". 

За освітою Савицький — фізик-математик. Каже, що в науку пішов, бо його захопила голографія — спосіб отримання тривимірних зображень за допомогою лазера. Савицький небагатослівний — щоб розговорити науковця, ставлю чимало запитань. Він відповідає неспішно, кілька секунд подумавши. Віктору найбільше подобається проводити досліди в лабораторії, аніж працювати в кабінеті. "Насправді уся наша робота не сильно відрізняється від офісних справ — тут теж є паперова рутина, обчислення, робота за комп’ютером", — ділиться Савицький.

За останні 20 років за участі вченого створили чотири нові прилади — їх застосовують переважно в аерокосмічній галузі та літакобудуванні. Пристрої допомагають шукати слабкі місця, наприклад, всередині обшивки літака. "У світі існує всього п’ять або шість організацій, які можуть таке робити. Наш Інститут — одна з них", — каже Савицький. Його винаходи використовують також у конструкторських бюро "Антонов" та "Південне".

Віктор бережно тримає шматок обшивки літака і розказує, де можуть ховатись дефекти. Савицький — із тих вчених, які горять роботою: "Я відчуваю, що на своєму місці. Мені пощастило, що мої винаходи та розробки працюють". 

Останні розробки Віктора покликані допомагати нашим містам після російських атак. Київська телевежа, яку Росія обстріляла в лютому 2022 року, отримала багато пошкоджень. Щоб виявити їх, Савицький з колегами розробили нову технологію. Вежу сканують за допомогою дронів, усі дані фіксуються на камеру. Потім на основі зйомки створюють тривимірну модель з дуже високою точністю — вона дозволяє визначити розміри та характер всіх дефектів. Результат показує, які пошкодження треба усунути терміново, а які — пізніше.

Савицький ностальгує за великими науковими конференціями — зараз їх складно організувати через війну та недофінансування. А конференції для науковців — як бар для молоді. Вони там знайомляться, спілкуються, діляться ідеями.

На думку Віктора, успіху Інституту найбільше перешкоджають "фінансові виклики". Зарплатня науковця в середньому складає 8000 гривень, каже він: "Багато здібних людей, які захистили дисертацію, зробили вагомі наукові розробки, попрацювавши якийсь час, пішли з Інституту".

За словами Віктора, в історії Інституту було дві хвилі "міграції" вчених. Перша — у 90-х, друга — у 2008 році, під час фінансової кризи. Але є й такі фахівці, які повертаються до альма-матер.

Американські та китайські інтереси

Олександр Романенко — дослідник, який повернувся до науки після 30-річної перерви. Він зустрічає нас у вестибюлі головного корпусу. Олександр вдягнений у теніску салатного кольору з брендуванням від Lacoste. Погляд у нього — спокійний, невимушений. Манери та хода видають людину, яка довгий час займалась бізнесом. 

Романенко потрапив в Інститут у 1984 році — працював у відділі, що займався математичним моделюванням процесів під час зварювання. У 1991-му захистив кандидатську дисертацію і пішов з Інституту. "Треба було годувати сім’ю", — пригадує науковець. За понад 30 років Олександр спробував себе у рекламі, маркетингу, продажах, у виробництві принтерів та автоматів для торгівлі. Але зв’язку з Інститутом не губив: "Тут залишались мої друзі, я їх час від часу відвідував, приходив на дні народження. Ми контактів не втрачали".

У 2023 році керівництво запросило Романенка повернутись в рідні стіни. Олександр каже, що довго вагався, але погодився. Тепер науковець очолює відділ зварювання живих тканин. Сьогодні тут розробляють найновіше, четверте покоління приладів — апарати "Патонмед". У медицині пристрої називають електрокоагуляторами. Використовують їх у хірургії, онкології та отоларингології. Перші розробки дозволяли зварювати лише судини. Найновіші — дозволяють робити це з кишкою та сухожиллям.

Зараз відділ розробляє нові пристрої на замовлення американської компанії BioFuse. Інститут Патона у цій справі виступає як підрядник: "Американці повністю оплатили розробку для себе. А ми виготовляємо для них зовсім інший апарат, інше програмне забезпечення, бо у них досить серйозні вимоги. Зараз вже проходимо сертифікацію".

Співпрацюють також з Китаєм. Одна з компаній хоче придбати винайдену в Інституті технологію зварювання. Китай вже отримав прототип приладу та запросив для його тестування українських науковців. Техніку випробуватимуть на собаках — це досліди, пов’язані з отоларингологією. "Собачкам нічого не загрожує", — каже Олександр.

В Інституті Патона також проводять досліди на тваринах — на свинях. У 2005-2010 роках прилади тестували на живих тваринах — було кілька хвиль дослідів, до Інституту для спостережень приїздили навіть американці вчені. Тонку кишку свині зварювали, зашивали — тоді тварину відпускали. А через три місяці повторно розтинали й дивились, наскільки технологія ефективна. Досліди проводять і сьогодні, але вже на мертвих свинях. 

Олександр Романенко відвів нас у ту саму лабораторію для експериментів — це невеличке приміщення на п’ятому поверсі одного з корпусів. Всередині бачимо стіл для дослідів та обладнання.

У тому, як Романенко дивиться на лабораторію можна помітити багато емоцій — і любов до альма-матер, і ностальгію та сум. Олександр не приховує: в Інституті є чимало проблем. Одна з них — "старіння" науки. Середній вік колег Олександра — близько 50 років. А молодих науковців — обмаль. "Однозначно, нам потрібна молода кров, свіжий погляд, свіжі ідеї. Та найважливіше — нам треба свої знання комусь передати, ми ж не вічні", — каже вчений. 

Ми мовчки прямуємо до виходу. На поверсі, де розташована лабораторія Романенка, світло горить лише в кінці коридору. "Бачите? — запитує він. — Світло в кінці тунелю. Отже, все буде добре". 

Місія — врятувати залізницю

Помічати світло в кінці тунелю — життєве кредо науковця, з яким Марія нас знайомить за кілька хвилин. Це молодий та енергійний вчений, який працює у відділі стикового зварювання. Олександр Кавуніченко — людина ділова. Поки йдемо до його кабінету, він телефоном вирішує важливі справи. Тримаючи телефон біля вуха, запрошує до кабінету. Перше, що впадає в око, — мішень з портретом Путіна та плакат у стилі "ню". Олександр кладе трубку і сідає у крісло.

Кавуніченко розробляє технології для зварювання залізничних рейок. "Зварити рейки — не те саме, що зварити арматуру. Це дуже складний процес", — пояснює він. Зараз працюють над тим, щоб удосконалити технологію з’єднання рейок з різних сталей і сплавів. Слухати Олександра цікаво, він захоплено розповідає, активно жестикулюючи руками. У науковця справді палають очі. Однак мотивація прийшла не одразу: "Перші кілька років я не був так мотивований, як зараз. А от коли вже оговтався, побув у відрядженнях й побачив все на власні очі, то почав кайфувати". 

Розробки Кавуніченка сьогодні є унікальними для держави. З початком вторгнення Україна втратила два стратегічно важливі підприємства — "Азовсталь" у Маріуполі та Каховський завод електрозварювального устаткування. Перший виготовляв залізничні рейки, другий — техніку для їхнього зварювання. Тепер Україна фактично не може виготовляти ні рейки, ні машини для їх зварювання.

Першу проблему можна розв'язати — Україна отримує залізничні рейки у вигляді міжнародної допомоги. З другою складніше — будувати нові машини для зварювання рейкових хрестовин ми не можемо: "У нас є тільки одна така машина — вона у Дніпрі, там зварюються усі рейки. Зараз ми намагаємось шукати партнерів закордоном, які б могли виготовляти такі машини за нашою технологією". 

Нашу розмову перебиває гімн України — Олександру телефонують з Укрзалізниці. Відповівши на дзвінок, Кавуніченко дістає шмат металу і показує, як виглядає зварне з’єднання залізничної хрестовини.

"Осердя хрестовини — це сталь Гадфільда, з неї виготовляють траки для танків, а у давнину робили грати у в’язницях. Якщо її почати різати, вона стає ще більш твердою", — розповідає науковець. 

Олександр сам наче сталь Гадфільда. Здається, труднощі тільки загартовують його. На запитання, що найскладніше в роботі, відповідає: "Такого немає. Все залежить від бажання самої людини. Якщо вона хоче і докладає зусиль, то усього досягне". 

Нова мода на науку

Ганна Полішко такої самої думки — доклавши зусиль, можна досягти амбітних цілей. Полішко — перша жінка у своєму відділі, яка захистила докторську дисертацію та 14-та докторка наук в Інституті Патона. Зараз поєднує дві посади — займається дослідженнями сплавів як науковиця та очолює відділ економічних досліджень. Тут вона шукає міжнародних партнерів для Інституту — проєкти та організації, які готові співпрацювати.

Ми у кабінеті Полішко на 15 поверсі. Тут світло, охайно та багато яскравих деталей — кульки з минулого дня народження гойдаються від протягу. З вікна відкривається приголомшливий краєвид на центр Києва.

Ганна в Інституті з 2005 року — закінчила Політех і прийшла сюди досліджувати сплави металів. "Наука тебе затягує. Я пішла в аспірантуру, а потім як понеслось", — розповідає вона. 

У своїй дисертації Полішко запропонувала технологію, яка суттєво підвищує якість сталі для залізничних рейок. Річ у тім, що українські сталі мають багато недоліків. Щоб покращити їх, треба будувати повністю нові виробництва, що в умовах війни практично неможливо. Технологія Полішко дозволяє на старих заводах перетворювати ту саму марку сталі на високоякісну. 

Ганна вважає, що стимулом для молоді йти в науку можуть бути не тільки гроші. Щоб наука стала новою "модою", треба популяризувати її серед студентів та привертати увагу до діяльності самих науковців: "Наука — різна. Науковці — це не тільки сиві й старі дідусі. Це — різного віку люди, з різними інтересами, які хочуть і можуть працювати".

Наступник Патона 

Вчені, які мають бажання і можуть працювати, хочуть нормально заробляти. Для цього треба змінювати систему — потрібні реформи та збільшення бюджету на науку. Відповідальність за це на себе взяв наступник Патона — Ігор Крівцун. "Знайти нове і зберегти те, що уже маємо", — так визначає свою місію директор. Крівцун очолив Інститут електрозварювання після смерті Бориса Патона у 2021 році. Перше, що зробив, — запровадив систему рейтингування відділів, яка дозволить вченим отримувати більше коштів залежно від кількості нових розробок. 

Ігор Крівцун сидить у білій сорочці за довгим столом посеред кімнати. Його кабінет просторий, багато деревини, статуеток, нагород, а також предметів мистецтва. Навпроти столу — портрет Бориса Патона. Розмова починається формально, та вже невдовзі академік стає більш невимушеним — жартує, ностальгує, пригадує Бориса Патона. 

У "Мекку" зварників Крівцун потрапив у 1976 році, закінчивши фізфак в КНУ Шевченка. "Я прийшов в Інститут не як зварювальник, а як фізик, який хоче в чомусь розібратись", — пригадує він. Його першою науковою працею стало дослідження гібридних лазерно-дугових процесів. "Це коли для зварювання використовують не одне, а два джерела енергії — електричну дугу і лазерне випромінювання", — пояснює він. У молодості Крівцун розробив декілька лазерно-дугових технологій та винайшов гібридний плазмотрон для зварювання: "Це була моя перша розробка. Вона знайшла своє застосування не тільки в Україні, а й у США, Німеччині, Китаї".

У 2002 році для захисту докторської дисертації обрав керівником Бориса Патона. Часто, коли заходив до нього з питань дисертації, розмовляли не лише про фізику. "Ми з Борисом Євгеновичем говорили і про науку, і про життя". Крівцун пригадує: "У мене було таке враження, що він міг бачити майбутнє. Здавалось, він точно знав, що його розробка працюватиме. Велич Патона у тому, що він бачив конкретну проблему промисловості та знаходив, як її вирішити".

Борис Патон очолював Інститут електрозварювання 67 років — до 2020 року. Вже за незалежності він неодноразово критикував владу через те, що вченим приділяється недостатньо уваги. В українському законодавстві сказано, що на науку має виділятись 1,73% від національного ВВП. Насправді ж сьогодні це лише 0,17% від ВВП, каже Ігор Кривцун: "Тобто у 10 разів менше. І ця тенденція (скорочення фінансування. — Ред.) спостерігається протягом усього періоду нашої незалежності".

Серед інших проблем Ігор Крівцун називає відтік наукових кадрів за кордон. Натомість мало хто з молоді хоче йти працювати в Інститут. "Якщо ми говоримо про заробітну плату у 5-8 тисяч гривень, то який молодий хлопець прийде займатись наукою?" — риторично запитує директор.

Крівцун розповідає про альтернативний сценарій, за яким науковці самі для себе зможуть заробляти. Як? Продаючи техніку, яку розробили. Однак не все так просто. Є таке явище, як TRL (Technology Readiness Level) — рівень готовності технології. Він показує те, наскільки технологія готова до виробництва. Цих рівнів є дев’ять: 1-4-й — рівні, у межах яких працюють вчені; 5-7-й — рівні інноваторів; 7-9-й — це вже фактичне виробництво.

"У нас велика проблема з рівнями інноваторів. Це "долина смерті". На ці дослідження мають виділятись значно більші кошти, мають бути зовсім інші масштаби. А взагалі вчені не повинні щось виробляти та продавати — вони можуть зробити якусь розробку, виготовити прототип, щоб показати, що вона працює, і все", — пояснює академік.

Повномасштабне вторгнення у 2022 році завдало ще більшого удару по Інституту — фінансування вкотре скоротили, каже Крівцун. З іншого боку, вторгнення стало імпульсом, який активізував багато науково-прикладних напрямів. "Є речі, про які я не маю права розповідати. Але це такі розробки, про які ми до війни й не мріяли", — ділиться академік. 

Крівцун в Інституті електрозварювання 48 років, три з них — на посаді директора. Коли говорить про долю установи — у словах відчувається масивна вага відповідальності, що лягла на його плечі після смерті Патона. 

У розмові настає невелика пауза. Чути, як вітер колише жалюзі. За вікном — шум багатомільйонного міста. Директор Інституту каже: "Ми не здамося. Золоті часи у нас знову настануть".