ВИАМ – кузница будущего Автор Андрей ГАРАВСКИЙ, «Красная звезда». 12.02.2013
История человечества, научно-технический прогресс неразрывно связаны с разработкой и применением всё более совершенных материалов. Без них невозможны масштабные открытия и технологические прорывы. Это хорошо понимало молодое Советское государство, поэтому более 80 лет назад в СССР приказом наркома тяжёлой промышленности был создан Всесоюзный институт авиационных материалов, сыгравший ключевую роль не только в развитии авиационной техники, но и отечественного материаловедения, который и по сей день является ведущим научным центром в этой важнейшей сфере. С момента основания в институте создаются материалы с характеристиками, обеспечивающими реализацию самых смелых замыслов конструкторов. В творческом содружестве с Российской академией наук, отраслевыми КБ, институтами и заводами разработано 2.658 марок конструкционных и функциональных материалов, более 3.500 оригинальных и прорывных технологий.
На днях ВИАМ посетил заместитель председателя Правительства Российской Федерации, председатель Военно-промышленной комиссии при Правительстве РФ Дмитрий Рогозин. Он посетил Исследовательский центр химического экспресс-анализа, экспериментально-технологический комплекс металлических композиционных материалов, Испытательный комплекс высокотемпературных испытаний им. профессора Н.М. Склярова. Дмитрий Рогозин также ознакомился с научно-производственными комплексами: монокристаллического литья лопаток газотурбинных двигателей; жаростойких порошковых припоев; керамических композиционных материалов и антиокислительных покрытий; ионноплазменных покрытий; полимерных композиционных материалов; высокотемпературной защиты. Ему была продемонстрирована работа малотоннажных производств супержаропрочных сплавов и изотермической штамповки дисков газотурбинных двигателей. Генеральный директор института, академик РАН, профессор Евгений Каблов рассказал о новых разработках ВИАМ, перспективах института и стратегических направлениях развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года. Сотрудники института продемонстрировали работу уникального оборудования, новейшие разработки и технологии ВИАМ, рассказали о своей научной деятельности. Заместитель председателя Правительства Российской Федерации, председатель Военно-промышленной комиссии при Правительстве РФ Дмитрий Рогозин был впечатлён увиденным. Рано, рано списывать нашу «оборонку» со счетов.
Работать на результат
Достижения института сделали реальностью легендарные изделия авиационно-космической техники - штурмовик Ил-2, истребители МиГ-17, ударно-разведывательный самолёт Т-4 «Сотка», тяжёлый транспортный самолёт Ан-225 «Мрия», космический челнок «Буран», двигатель АЛ-31Ф с изменяющимся вектором тяги, сверхзвуковые самолёты Ту-144, Ту-160 и т.д. ВИАМ разработал высокопрочные алюминиевые сплавы для современных самолётов Ту-204, Ту-334, Бе-200, МС-21, SSJ, Т-50, Як-130, Ил-96-300. Монокристаллические сплавы, а также технология и оборудование для литья турбинных лопаток позволили создать двигатели для МиГ-29, Су-27, МиГ-31, Су-30, Ил-86, Ту-204, Ан-70. ВИАМ создаёт для авиационной промышленности неметаллические, полимерные и композиционные материалы. В институте работали выдающиеся учёные, профессора: Иван Сидорин, Георгий Акимов, Сергей Кишкин, Алексей Туманов, Николай Скляров, Иосиф Фридляндер, Сергей Глазунов, Самуил Бокштейн и другие. С 1996 года ВИАМ возглавляет академик РАН, доктор технических наук профессор Евгений Николаевич Каблов, внёсший большой вклад в материаловедение. Сегодня Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов (ВИАМ) имеет статус Государственного научного центра РФ. Это ведущая организация оборонно-промышленного комплекса, включающая 36 научно-исследовательских лабораторий, испытательный центр, экспериментальную базу, имеющую 19 экспериментально-исследовательских и технологических комплексов, и филиалы: Геленджикский центр климатических испытаний ВИАМ им. Г.В. Акимова, Воскресенский экспериментально-технологический центр по специальным материалам, Ульяновский научно-технологический центр. Институт выполняет заказы на разработку и поставку широкой номенклатуры металлических и неметаллических материалов, покрытий, технологических процессов и оборудования, методов защиты от коррозии, а также средств контроля исходных продуктов, полуфабрикатов и изделий на их основе. ВИАМ реализует свои разработки для решения задач не только в оборонной сфере, но и авиа- и машиностроении, космической отрасли, энергетике, строительстве, медицине и других отраслях.
Первопроходцы
Именно в ВИАМе в начале 30-х годов прошлого века по инициативе И.И. Сидорина и Г.В. Акимова была организована лаборатория общего металловедения, коррозии металлов и их защиты. Тогда же институтом разработана и внедрена в промышленность сталь хромансиль 30ХГСА с прочностью 1.600–1.700 МПа, что позволило освободиться от импортных поставок. Разработана теория рекристаллизации алюминиевых сплавов. Здесь же профессор Яков Аврасин в конце 1930-х создал первый композиционный материал: он взял различные слои шпона карельской берёзы, уложил их на специальный органический клей, тоже разработанный ВИАМом, и получил лёгкую и прочную дельта-древесину, которая была использована для производства истребителя ЛаГГ-3. Тем самым именно ВИАМ стал основоположником создания и внедрения в отечественное авиастроение композиционных материалов. В 1937 году С.Т. Кишкин и Н.М. Скляров создали в институте авиационную броню. В военные годы ВИАМом были разработаны мягкие фибровые баки повышенной живучести, наплавочные сплавы для клапанов авиационных двигателей, недешифруемые маскировочные лакокрасочные покрытия. В 1945-м за вклад в победу в Великой Отечественной институт награждён орденом Ленина. В послевоенные годы началась активная работа по созданию комплекса материалов, технологий и методов контроля для стремительно развивающейся атомной энергетики. Так, в ВИАМе был разработан сплав циркония с добавкой 1,5 процента ниобия, применённый в тепловыделяющих элементах атомных реакторов силовой установки ледокола «Ленин» и первого промышленного атомного реактора Нововоронежской АЭС. Созданы алюминиевые сплавы, по прочности сравнимые со сталью, которые и по сей день используются в центрифугах при обогащении урана. 3 июня 1951 года в институте образована первая в СССР лаборатория титановых сплавов, что послужило началом развития титана в стране, а несколько позже получены и первые бериллиевые сплавы. В 1950-е для ракетной техники ВИАМом разработан класс специальных кислотостойких сталей, которые использовались в ракете Р-7, доставившей на орбиту Юрия Гагарина, созданы высокопрочные коррозионностойкие свариваемые стали «стального» истребителя МиГ-25, новые виды полимерных связующих, лакокрасочных материалов, клеёв, герметиков, теплозащитных и эрозионностойких материалов, специальных покрытий, многофункциональных неметаллических (радиопрозрачных, радиопоглощающих) материалов. Созданы первые стеклопластики для обтекателей радиолокационных станций, самолётов и ракет. Разработанные в ВИАМе полимерные конструкционные материалы (ПКМ) нашли применение в конструкциях планеров самолётов Ан-124, Ан-225, МиГ-29, Ту-160, Су-26, лопастей и планера вертолётов Ка-32, Ка-50, Ми-26, статорных лопаток и корпусных деталей газотурбинных двигателей Д36, Д18, космических и ракетных комплексов, искусственных спутников Земли и других изделий. С 1980-х годов институт ведёт работу по созданию интеллектуальных и адаптирующихся ПКМ. Выполнено крыло обратной стреловидности из адаптирующегося углепластика для самолёта Су-37 «Беркут» и продолжено широкое внедрение полимерных композитов в самолёто- и вертолётостроении: Ту-204, Ил-96-300, Ту-334, Ил-114, Ка-62 и др. В 1975 году в ВИАМе было организовано производство волокон и полимерных композиционных материалов, создано 6 центров компетенции по направлениям: двигателестроение, транспортная авиация, ракетная техника, фронтовая авиация, вертолётостроение. Всего же институтом было разработано более 400 марок конструкционных композиционных материалов. С 1970-х годов в ВИАМе разработано более 100 пожаробезопасных материалов для интерьера всех типов пассажирских самолётов и вертолётов, комплекс уникальных материалов, а также средств неразрушающего контроля, обеспечивший создание многоразового космического корабля «Буран». Впервые в мировой практике созданы реакционноотверждаемые покрытия для теплозащиты многоразового космического корабля, а также научные основы создания керамических, углеродкерамических и стеклокерамических композиционных материалов и покрытий. Ноу-хау лаборатории защитных технологических и жаростойких эмалей - новая технология получения и нанесения нового класса высокотемпературных стеклокерамических покрытий и материалов внедрена для производства самолётов МиГ-25, Ил-76, Ан-22, Ту-160, Су-25, Су-27, МиГ-29, практически всех авиационных газотурбинных двигателей, жидкостных реактивных двигателей. Также ВИАМом разработана и внедрена концепция комплексной противокоррозионной защиты авиационной техники для эксплуатации в различных климатических условиях. И это далеко не всё… Для перечисления всех открытий и достижений ВИАМа не хватит одной статьи.
Стратегические направления…
Как видите, у предприятия славная история. Но и сегодня в области материаловедения оно сохраняет ведущие позиции в стране и мире. Так, в ВИАМе были разработаны и представлены научной общественности, а затем и Военно-промышленной комиссии при Правительстве РФ «Стратегические направления развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года», включающие 18 научных направлений и 9 концептов по 71 комплексной проблеме. Эта программа наиболее полно отражает то, чем институт занимается сегодня и чем будет заниматься завтра в увязке с теми глобальными экономическими задачами, которые ставит руководство нашей страны. Поэтому документ получил одобрение и поддержку со стороны более 100 экспертов и 80 научных организаций. Ведь при создании новых современных производств надо ясно понимать, какие материалы нового поколения и технологии их производства, а также переработки будут применяться в будущем. В программе определены четыре базовых принципа создания современных материалов и сложных технических систем: фундаментальные и фундаментально-ориентированные исследования для создания опережающего научно-технического задела совместно с РАН; «зелёные» технологии при создании материалов и комплексных систем защиты; реализация полного жизненного цикла с использованием IT-технологий (создание материала – эксплуатация в конструкции – диагностика, ремонт, продление ресурса – утилизация); неразрывность материалов, технологий и конструкций. Большое внимание в документе ВИАМ уделено «умным» конструкциям, компьютерным методам моделирования структуры и свойств материалов при их создании, в том числе и полимеров, которые необходимы для развития различных отраслей промышленности и создания интеллектуальных систем. Неразрывность цепочки: материал – технология – конструкция – оборудование заключается в одновременной согласованной работе материаловеда, конструктора и технолога. Сегодня свойства деталей, конструкций из полимерных, слоистых и композиционных материалов, супержаропрочных сплавов необходимо закладывать ещё на стадии разработки новых образцов техники. Генеральный директор ВИАМ, академик РАН Евгений Каблов уверен, что без разработки материалов нового поколения, изучения их свойств и проведения испытаний в различных климатических условиях невозможно воплотить концепцию долгосрочного социально-экономического развития России, перейти к новому технологическому укладу и достичь успеха в создании современной техники, модернизации производств в интересах как внутреннего, так и внешнего рынков. Об этом красноречиво свидетельствуют и собственный опыт института, и зарубежные тенденции развития материаловедения. Материалы занимают третью-четвёртую позицию в рейтинге наиболее важных научно-технических направлений развитых экономик мира. При этом ВИАМ не просто предлагает новые материалы, он оценивает перспективы создания изделий, предусмотренных стратегиями ведущих предприятий страны: Объединённой авиастроительной корпорации, корпорации «Вертолёты России», Объединённой двигательной корпорации, Объединённой судостроительной корпорации, Росатома, Роскосмоса, РЖД и пр. На основе полученных данных и определяются направления развития материалов практически для всех отраслей промышленности до 2030 года. Анализ развития науки и технологий за рубежом показывает, что в мире активно развиваются и продолжат своё развитие в будущем следующие группы материалов: интеллектуальные материалы, метаматериалы, интерметаллиды, нанокристаллические и аморфные металлы, полимерные и полиматричные композиты, высокотемпературные металлические материалы, сплавы с памятью формы, долговечная керамика, слоистые материалы и др. Эти материалы с улучшенными служебными характеристиками необходимы как для создания изделий авиационной техники следующего поколения, так и развития промышленных производств. И государство на это выделяет большие финансовые ресурсы, которые должны принести России дивиденды, а не раствориться в небытии.
Перспективы поражают
К настоящему времени практически все мыслимые характеристики «традиционных» материалов находятся на пределе возможного. Но в этом направлении ведутся очень интересные исследования, и уже получены ошеломляющие результаты. В ВИАМе планируют, что уже к 2020 году появится возможность широкого использования в конструкциях металлических материалов с памятью формы. Это станет настоящей революцией в материаловедении. Подобные сплавы, в основе которых лежит никелид титана, после предварительной деформации при нагреве способны вернуться к первоначальной форме. Такая вот «живая» память. Более того, успешно ведутся работы по созданию самовосстанавливающихся материалов. Следующая революция нас ожидает на рубеже 2030 года, когда придут интеллектуальные материалы, которые смогут информировать о том, в каком состоянии находится конструкция, каковы предельно допустимые деформации, каким образом изменить поверхность, форму материала, чтобы обеспечить минимальный уровень напряжения. «Интеллект» материалов позволит в зависимости от условий эксплуатации менять пространственное расположение конструкции, подстраиваться под окружающие условия. А затем придёт очередь материалов с изменяемой геометрией поверхности, которые смогут самостоятельно менять свои свойства и форму в ответ на изменения окружающей среды и другие условия. И самолёт станет подобен птице, которая никогда не сваливается в штопор. Применение таких «умных» материалов крайне важно для авиационно-космической отрасли и оборонно-промышленного комплекса. ВИАМ ставит перед собой цель обеспечить разработку и серийное производство самолётов целиком и полностью на основе отечественных материалов, отвечающих мировому уровню. Вместе с тем производство новых материалов должно щадить природу. Новые технологии будут основываться на замкнутых процессах, когда отходы или минимальны и безопасны, или вовсе отсутствуют. К слову, отходами нужно считать не только стружку, пустую породу и сточные воды, но и выбросы тепла, нерациональное использование энергии. Снизить объёмы такого рода «мусора» позволяют применение информационных технологий моделирования состава, структуры и свойств материалов, технологии молекулярной сборки, нанотехнологии. Сейчас наша планета буквально завалена пластмассовыми отходами. И уже появились надёжные конструкционные материалы, не уступающие по прочностным характеристикам «старым» пластмассам, которые легко и без последствий разлагающиеся в почве. Например, в ВИАМе не так давно создан композит на основе особым образом обработанных волокон льна. Защищённые стойкими покрытиями изделия из этого материала великолепно работают на протяжении всего установленного для них ресурса. Зато по окончании эксплуатации эти же детали, попав в почву, перерабатываются почвенными микроорганизмами, как обычные растительные продукты, без остатка и вреда превращаясь в плодородный компост.
Военный аспект
Известно, что дальнейшее развитие военной и специальной авиационной техники связано с освоением околоземного космического пространства, сверхскоростей, снижением заметности средств поражения в радиолокационном, инфракрасном, оптическом и акустическом диапазонах. Уже сейчас в мире ведутся работы по созданию опытных образцов гиперзвуковых летательных аппаратов и двигателей. Однако для их серийного освоения необходимы качественный скачок в области материаловедения, разработка и внедрение в производство новых сплавов и полимерных композиционных материалов. Для развития, например, гиперзвуковых летательных аппаратов и авиационно-космических систем крайне необходимы новые материалы, обеспечивающие охлаждение и теплозащиту при высоких температурах. Ключевое значение при создании принципиально новых систем для летательных аппаратов будут играть когнитивные технологии, которые позволят управлять самолётом путём синтеза электронного оборудования с человеческим мозгом. – Совершенствование тактико-технических характеристик авиационных комплексов, увеличение дальности и скорости полёта, обеспечение работоспособности в экстремальных условиях возможны только при использовании конструкционных и функциональных материалов нового поколения, в том числе специальных металлических, неметаллических, конструкционных и радиопоглощающих, - уверен академик Евгений Каблов. – Более того, ни один из выбранных приоритетов модернизации экономики России не может быть реализован без комплексного развития технологий в области материалов нового поколения и реализации принципов глубокой переработки сырья.
Всё для развития
Сегодня разработана программа деятельности ВИАМа на ближайшие пять лет. Все заработанные деньги вкладываются в софинансирование тех или иных производств, которые создаются в ВИАМе, потому что многие заводы технологически устарели. Государство ещё в 2002 году поддержало предложение Евгения Каблова о создании малотоннажных производств на базе ВИАМа и других институтов химической и металлургической продукции с высокими требованиями по качеству и специальными свойствами для обеспечения выполнения гособоронных заказов предприятиями ОПК. Причиной послужило то, что организация производства такого рода продукции в требуемых объёмах и необходимого качества на крупных нефтеперерабатывающих, химических и металлургических предприятиях, по мнению их собственников, стала экономически невыгодна. Поэтому ВИАМом было создано 19 инновационных малотоннажных производств, в конце этой пятилетки планируется выйти на 25. При этом для организации большого производства виамовцы готовы предложить лицензию любому заинтересованному предпринимателю, который выступит в роли центра трансфера технологий. Ещё один залог успеха – это люди. В институте огромное внимание уделяют работе с молодёжью и подготовке высококвалифицированных кадров. Здесь успешно внедрена схема «школа — вуз — аспирантура — защита кандидатской диссертации — защита докторской», активно работает совет молодых учёных и специалистов, осуществляются различные схемы социальной поддержки молодёжи. Как результат - за десять лет средний возраст сотрудников института снизился с 61 года до 44 лет. Более 40 процентов всех сотрудников ВИАМа не достигли ещё 35 лет! Кстати, тесное сотрудничество с институтами РАН - отличительная особенность ВИАМа. Можно отметить и то, что такая же прочная связь налажена с профильными вузами. С МГТУ им. Н.Э. Баумана выстроена эффективная система подготовки научных кадров высшей квалификации. Студенты приходят в ВИАМ и начинают работать здесь с четвёртого курса. Дипломную работу тоже делают в институте. Темы кандидатских диссертаций аспирантов МГТУ теперь определяются совместным решением двух учёных советов. И диссертацию им тоже удобно делать в ВИАМе, так как её тема направлена на решение конкретной научно-технической задачи с применением самого современного экспериментального и технологического оборудования. При этом будущие учёные получают не только стипендию аспиранта 1.800 рублей, но и достойную зарплату сотрудника ВИАМа. А в Московском вечернем металлургическом институте ВИАМ ежегодно набирает группу студентов первого курса, которые зачисляются на должности техников и лаборантов. Тем самым они получают возможность учиться и работать. Более того, вечерами преподаватели вуза проводят в ВИАМе занятия, а профессора читают им лекции по специальности. Кстати, объём выполняемых работ по прошлому году в ВИАМе составил 3 миллиарда 200 миллионов рублей, объём чистой прибыли - 208 миллионов. Таких успешных научных центров в России – наперечёт. Но главное здесь, конечно, в том, что все эти средства вкладываются в реальные и будущие отечественные проекты, которые позволят ВИАМу создавать новые материалы и технологии. А в конечном счёте изменять мир вокруг нас.
