Андрей Фёдорович Крупнов

доктор физико-математических наук, профессор
заведующий отделом микроволновой спектроскопии
(1934–2022)

Андрей Фёдорович Крупнов родился 31 января 1934 года в селе Киргиз-Мияки Башкирской АССР, куда военная служба занесла его родителей (москвичи, врачи по образованию). После войны семья оказалась в Горьком. Высшее образование Андрей получил в 1953–1957 годах на Радиофизическом факультете Горьковского государственного университета (ГГУ). Свою дипломную работу «Измерение технической ширины линии 10-см генератора» делал на радиотелескопе в Зимёнках. Его научный руководитель, будущий член-корреспондент АН СССР В. С. Троицкий, задал правильный «вектор развития» и фактически предопределил дальнейшую судьбу молодого учёного, пригласив его после защиты диплома работать в НИРФИ. Работа над дипломом и беседы с Троицким были очень важны. Андрей тогда впервые понял, для чего он учится – для того, чтобы делать новое. В дальнейшем он всегда отдавал предпочтение разработке новых методов – они дают новые результаты.
В 1959 г. Троицкий включил А. Ф. Крупнова в группу по исследованию молекулярных генераторов. В то время ещё не было ясно, для чего будут использоваться пучковые мазеры. Его первым вкладом в эту область (и предметом его первой научной статьи, опубликованной в 1959 году) стала предложенная им кольцевая сортирующая система. Конструкция оказалась удачной, поэтому её потом использовали Н.Г. Басов и А. М. Прохоров. В 1963 г. её повторно «изобрел» глава Отделения времени и частоты Национального метрологического института Германии Г. Беккер. Миллиметровый молекулярный генератор на формальдегиде был запущен в 1962 г. Эти работы А. Ф. Крупнова были отмечены в большом числе обзоров и книг и стали основой кандидатской диссертации, защищённой им в ГГУ в 1965 году. В то время Крупнов работал в паре с В.А. Скворцовым, который защитился двумя годами позже. Среди многих совместно проведённых ими исследований выделяется работа 1967 года по созданию спектрометра, работающего на частоте 24 ГГц с молекулярным пучком длиной два метра и рекордной разрешающей силой 240 Гц. Рекорд смогли превзойти только через 50 лет. Этот этап отмечен целой страницей ссылок в обзоре Р. Лэйна [R. Laine. «Molecular Beam Masers», Rep. Progr. Phys, 33, 1001–1067, 1970]. В то время мировая общественность внимательно читала статьи в советской «Радиофизике», где Крупнов и публиковал почти все свои результаты.
После защиты кандидатской А. Ф. Крупнов решил заняться «субмиллиметрами» с помощью появившихся тогда широкодиапазонных генераторов – ламп обратной волны (ЛОВ), созданных во фрязинском Институте радиоэлектроники. Началась эта деятельность с измерения первой вращательной линии молекулы аммиака около 0,57 ТГц, которую никто ещё не исследовал точными методами радиоспектроскопии. Помогла культура высокоточных измерений с применением систем фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) излучения генератора, развитая при работе с мазерами. Почти одновременно (с небольшим приоритетом команды Крупнова, направившей статью в «Радиофизику» в мае 1967), эти же вращательные переходы аммиака измерил В. Горди, который в то время считался мировым лидером в субмиллиметровой области (статья направлена в «Physical Review» в июле 1969). Для обычного аммиака результаты совпали, а для изотопного – нет. После многочисленных тщательных проверок Крупнов решил написать не статью, а письмо Горди, который год спустя признал свою ошибку в статье в «Journal of Molecular Spectroscopy». В мире заметили, что появился кто-то, способный поправить Горди. Крупнов получил книгу Горди с дарственной надписью, и их тёплая дружба сохранялась долгие годы. Главное следствие этого этапа – А. Ф. Крупнов увлёкся субмиллиметровой спектроскопией. Тогда это было почти нетронутое поле.
Спектрометр с ЛОВ и (радио-)акустическим детектором (РАД) появился как ответ на вопрос – почему сильные молекулярные линии, поглощающие всю мощность излучения генераторов (1–10 мВт), еле видны на субмиллиметровом СВЧ детекторе? Кроме того, наблюдению сильно мешала принципиально неустранимая интерференция излучения в точке, где располагался детектор. Акустический детектор – объёмный приёмник, который «не видит» интерференцию и имеет не зависящую от частоты чувствительность, – оказался идеально соответствующим широкому диапазону перестройки частоты ЛОВ. РАД был построен в 1970 г. при активном участии С. П. Белова – дипломника Андрея Федоровича. В том же году была создана первая система ФАПЧ субмиллиметровых ЛОВ. Как радиотехническая поддержка работ группы Крупнова началось его сотрудничество с Л. И. Герштейном из Бюро измерительных приборов НИРФИ. Оно продолжалось более 10 лет и привело к созданию первых синтезаторов частоты, непрерывно перекрывающих весь субтерагерцовый диапазон частот. Создание РАД стало поводом приглашения А. Ф. Крупнова на конференцию в Прагу в 1972 г., где по счастливому совпадению собрался весь цвет мировой радиоспектроскопии: Г. Герцберг, Д. Ватсон, Д. Хоуген, К. Н. Рао. Это открыло путь к долгосрочному международному сотрудничеству А. Ф. Крупнова и его группы с мировыми лидерами.
Защита докторской диссертации состоялась в ФИАНе в 1975 г. Семинар был в отделе А. М. Прохорова, а защита в совете под председательством Н. Г. Басова. Случился курьёз – один из предполагаемых оппонентов в последний момент отказался, сказав, что так не бывает, что на записях линий не видно шума. Пришлось объяснять, что шума не видно потому, что чувствительность на порядки превышает привычную.
В 1976 г. созданная командой Крупнова техника субмиллиметровой спектроскопии попала в серию «Методы экспериментальной физики» (т. 13 «Спектроскопия», Академик Пресс, США), представляющую собой обзор сотрудников Национального Бюро Стандартов США Джонсона и Пирсона. В этом же году Крупнов получил приглашение в редакционную коллегию «Journal of Molecular Spectroscopy», где он с честью отслужил 33 года, за которые журнал сменил трёх редакторов и два издательства.
В НИРФИ А.Ф. Крупнов проработал до 1977 г. В 1977 году при создании Института прикладной физики АН СССР был организован Отдел микроволновой спектроскопии, который и возглавил А.Ф. Крупнов. Вскоре после этого А.В. Гапонов-Грехов предложил ему выступить на заседании Президиума АН СССР. Это было что-то типа первого представления нового института в академическом сообществе. Успех доклада выразился в реплике П.Л. Капицы: «Красивая работа!».
Государственная премия СССР (первая в ИПФ) «За создание субмиллиметровой спектроскопии на основе ламп обратной волны» была присуждена А. Ф. Крупнову и Л. И. Герштейну в 1980 г. вместе с А. М. Прохоровым, М. Б. Голантом и др.
В конце 70-х и в 80-е годы много работ Крупнова связаны с изучением молекулярных спектров в открывшемся для исследований субмиллиметровом диапазоне длин волн. Они отразились в ряде обзоров зарубежных учёных. В частности, выяснилось, что практически все разработки в микроволновой спектроскопии принадлежат американцам, и только две – европейцам. Это метод двойного резонанса проф. Гоззини из Пизы и спектрометр РАД из Горького. Совместная премия АН СССР и Чехословацкой АН «За исследование тонкой структуры спектров нежёстких молекул» была получена в 1982 г. Индуцированная Н. Г. Басовым научно-популярная монография А. Ф. Крупнова «Микроволновая спектроскопия» вышла в издательстве «Знание» в 1985 г. Она оказалась весьма полезной для введения студентов в эту область науки, дорабатывалась и переиздавалась в 2009 и в 2021 годах.
В 1985 г. Крупнов инициировал работы с Горьковским научно-исследовательским приборостроительным институтом (ГНИПИ, позднее ННИПИ) по созданию промышленных миллиметровых синтезаторов частоты на основе пакетированных ЛОВ, которые потом поставлялись по всему миру. В тяжёлых 90-х годах отдел под руководством Крупнова развернул широкое международное сотрудничество, что в итоге и позволило сохранить коллектив. Одним из заметных этапов этого периода было создание в 1994–1995 гг. широкодиапазонного сканирующего терагерцового спектрометра с синтезатором частоты на основе системы ФАПЧ ЛОВ и охлаждаемого жидким гелием болометра. Спектрометр был создан в Кельнском университете и на его деньги. Университет Кельна очень гордится этим прибором. Позднее эта техника была воспроизведена и успешно применена для исследования спектров в десятках лабораторий разных стран.
В 1998–1999 гг. А. Ф. Крупнов реализовал идею быстрого прецизионного цифрового управления ЛОВ в режиме ФАПЧ без фазовых скачков при переключениях частоты. Применение такого управления источником излучения в резонаторном спектрометре позволило на порядок превзойти чувствительность всех известных мировых аналогов. Блок-схема этого спектрометра из статьи 2000 г. в «Journal of Molecular Spectroscopy» попала на обложку номера. Этот прибор тоже практически сразу был замечен и высоко оценён международным сообществом.
Активна и плодотворна была работа А. Ф. Крупнова в ГНИПИ. Много лет он работал там профессором-консультантом и был членом совета по защитам. Кроме уже упоминавшихся выше промышленных синтезаторов частоты, под его руководством разрабатывался и выпускался спектрометр РАД, а в другом отделе, где создавали высокоточные молекулярные часы, оказался востребованным опыт Крупнова в области мазеров. Это направление медленно «умирающего» в годы перестройки ННИПИ, было спасено энтузиастами. Преодолевая колоссальные трудности, они смогли в маленьком арендованном помещении не только развернуть высокотехнологичное производство, но и выйти с конкурентоспособной продукцией на мировой рынок. Речь о нижегородской компании ВРЕМЯ-Ч, выпускающей среди прочего стандарты частоты и времени, на которых работает российская система спутникового позиционирования ГЛОНАСС. В приёмной директора компании портрет А. Ф. Крупнова висит рядом с портретом президента Российской Федерации.
А. Ф. Крупнов руководил отделом до 2005 г., а затем, практически до последнего дня, продолжал работать в должности главного научного сотрудника. Видным результатом этого периода является развенчание концепции так называемой «тёмной воды» (M.J. Dick et al. Phys. Rev. A 81, 022706, 2010), следствия из которой были бы весьма существенны для астрофизики. Концепция возникла в Jet Propulsion Laboratory (США) в результате ошибочной интерпретации измерений эффективного сечения столкновений молекулы воды c молекулами водорода при очень низких температурах. В своей статье [Phys. Rev. A 82, 036703 (2010)] Крупнов указал, что причиной аномального поведения являются преимущественная адсорбция орто-водорода стенками спектрометра и преобладающие столкновения с пара-водородом.
Между первой и последней научными работами А. Ф. Крупнова ровно 60 лет. Примечательно, что обе эти статьи опубликованы в журнале «Радиофизика», издаваемом в Нижнем Новгороде. В его статье 2019 года выдвигается идея ещё одного применения мощных гиротронов, создание которых является одним из важных научных достижений ИПФ РАН. Нагрев столба атмосферного воздуха по всему объёму вертикально направленным излучением гиротрона должен приводить к возникновению восходящего конвективного потока, что позволит, например, легко провентилировать глубокий открытый угольный карьер, быстро очистить город от смога или задымления.
Говоря о роли, которую сыграл Андрей Федорович Крупнов в отечественной и мировой науке, нельзя не сказать о его воспитанниках. На протяжении многих лет он формировал, возглавлял и воспитывал добрым словом и личным примером замечательный творческий коллектив, с успехом продолжающий лучшие традиции нижегородской школы радиофизиков. Многие из его учеников и сотрудников работали и продолжают работать в ведущих зарубежных лабораториях, благодаря чему принадлежность к школе Крупнова уже давно стала знаком высочайшей квалификации в мировой науке, своеобразным научным брендом.

М. Ю. Третьяков