Директор ИФВТ ТПУ А.Яковлев: "В материаловедении много задач, которые нужно решать"

– Предполагается, что будут проходить исследования в рамках космических экспериментов. В частности, на внешней поверхности МКС будет установлено оборудование, позволяющее исследовать, что происходит в космическом пространстве с материалами, находящимися под воздействием радиации. На первое время будет два варианта: материал с нашим покрытием и материал без нашего покрытия. Покрытие, разработанное в ТПУ, предназначено для различных поверхностей, в частности, для иллюминаторов. Оно призвано защитить стекла от микрометеороидов. Но это для начала - далее может быть и два, и три варианта покрытия, и многослойное, будем смотреть, как оно себя ведет. Пока эта работа в рамках проекта, который еще обсуждается. Чтобы провести космический эксперимент, нужно года за полтора начинать эти работы. Сначала готовится техническое задание, оно проходит экспертизу, согласовывается и утверждается на КНТС (координационный научно-технический совет, который собирает специалистов в этой области). Если проект будет защищен, то составляется план конкретного эксперимента, и он запускается. Мы сейчас на стадии подготовки ТЗ, но это не совсем начало: естественно, со специалистами РКК "Энергия"(Ракетно-космическая корпорация имени С.П. Королева - ИФ) мы все обсуждали. Это вызвано теми задачами, которые стоят сейчас перед промышленностью. Мы надеемся, что в следующем году такой эксперимент будет запущен.

– В настоящее время разработана технология, которая позволяет наносить покрытия на стекла иллюминаторов, как я уже говорил ранее. Эти стекла были направлены в РКК "Энергия", были проведены натурные испытания таких покрытий, и они себя зарекомендовали. Сейчас получен заказ на изготовление (сроки и стоимость конфиденциальны). Это все высокотехнологичные процессы, фактически, каждое изделие повторяемо, но это все равно штучный товар. Мы можем говорить, что выпускаем серию, но мы с каждым экземпляром как со своим ребенком занимаемся. Можно сказать, что это небольшая партия стекол, которые будут устанавливаться на иллюминаторы спускаемых аппаратов. Участок по нанесению покрытий уже существует.

Мы достаточно прочно интегрированы как в материальном, так и в кадровом вопросе с Институтом физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук (ИФПМ СО РАН). Мы создаем сетевые лаборатории, научно-образовательные центры, центры перспективных исследований. Имеем опыт работы более 30 лет в рамках базовых кафедр, созданных на территории ИФПМ, там выделяются площади под эти кафедры. Оборудование размещается как в институте, так и в ТПУ, делается это для того, чтобы, занимаясь наукой, мы могли еще и обучать специалистов. В основном мы готовим магистрантов и аспирантов, поскольку вуз ориентирован на магистерско-аспирантскую подготовку. Поэтому создаем такие центры коллективного пользования как на территории ИФПМ, так и на территории ТПУ. Мы стараемся выстраивать таким образом процесс, чтобы при изготовлении оборудования еще и получать новые гранты, выполнять хоздоговорные работы, публиковать совместные исследования. Здесь мы друг друга дополняем в плане того, что ИФПМ имеет хорошую фундаментальную проработку многих вещей, может проконсультировать по свойствам различных материалов. Мы же используем этот потенциал, чтобы решать технологические задачи, разрабатывать оборудование, реализовывать его под конкретное производство. Например, здесь РКК "Энергия" является индустриальным партнером, на базе которого мы отрабатываем то, что ученые придумали, а мы реализовали как технологию. Таких проектов у нас несколько.

Все это началось как взаимодействие в рамках постановления правительства РФ N218 о кооперации вузов и предприятий. Предприятие совместно с Минобрнауки финансирует определенную производственную задачу, выделяется федеральная субсидия на то, чтобы помочь производству освоить технологичную линию по производству чего-либо. Производством в данном случае выступает РКК "Энергия", а мы объединенными усилиями решаем научно-технологическую задачу по оснащению этого производства оборудованием, и РКК как индустриальный партнер также софинансирует нам проведение научно-исследовательских и опытных работ из собственных средств, чтобы эта производственная линейка заработала. Здесь двойные усилия. Первое - государственное финансирование. Второе - софинансирование компании.

– Инвестиции большие, они измеряются в десятках миллионов рублей, за весь период с 2013 года уже более сотни миллионов рублей можем насчитать. Мы сейчас на стадии заключения договора с РКК "Энергия" на проведение космических экспериментов, например, это 3D-печать в условиях невесомости. Космические эксперименты достаточно дорогостоящие и требуют финансирования немаленького, до 100 млн рублей в течение нескольких лет.

– Эта задача достаточно давно обсуждается. Года полтора прошло с того момента, как мы об этом заговорили. Началось все с того, что мы занялись 3D-технологиями и увидели, что производство испытывает нехватку специалистов, которые могут работать в условиях аддитивного производства. Обычные конструкторы и машиностроители привыкли к тому, что есть какой-то чертеж, и посредством механообработки получается из него какая-то деталь. Они как-то сопрягли, соединили детали, получается законченное изделие. Это один способ проектирования. Когда мы используем современные 3D-технологии печати, то там должна быть другая парадигма при конструировании, при подборе материала, потому что проектировщик может использовать те материалы, которые он никогда не использовал ранее.

Второй момент - в конце 2014 года, когда мы начали этим заниматься, и начали действовать санкции против России, многие предприятия накупили импортную технику и попали в зависимость от расходников и сервиса зарубежных производителей. Все должно быть закуплено у тех же производителей, а они не продают. В результате многие производства были остановлены. Порошки (материалы), используемые для печати изделий, имеют определенные свойства. С другими порошками оборудование не может работать. Таким образом производитель сильно ограничен только теми технологиями, которые предложены разработчиком оборудования. Если он разработал новую деталь, то ему нужно обращаться вновь на предприятие-производитель, где ему подберут режимы, как изготовить такую деталь. Мы поняли, что если мы и занимаемся аддитивными технологиями, то нам необходимо создать такой центр, в котором мы бы обеспечили полный цикл производства. Кроме того, проводили бы научные исследования, отрабатывали бы технологии по материалам, понимали бы, каким методом воздействия их соединять: электронным пучком, лазерным пучком, методом плавления, прессования и т.д. Методов много. Если мы металл печатаем, то материаловеды нам говорят, как именно необходимо изменить технологические режимы, чтобы получить результат. А дальше уже на оборудовании, которое сами разрабатываем, подбираем необходимые режимы под технологию производства. Не хватает специалистов - мы сюда подключаем магистрантов и аспирантов. И они дальше востребованы на предприятиях. Мы пошли по такому пути и организовали научно-образовательный центр, в котором мы реализовали полный цикл этих технологий. Это центр "Современные производственные технологии" на базе ТПУ при непосредственном участии ИФПМ СО РАН и РКК "Энергия".

Когда мы стали говорить с нашими партнерами, они сказали, что аддитивные технологии - это очень востребовано. Когда мы стали погружаться в задачи Роскосмоса, мы поняли, что технологии, которые мы отрабатываем, просто необходимы космонавтам. Им необходимы такие принтеры на МКС, чтобы печатать требуемые в данную минуту детали. Мы стали задумываться об этом, задача постоянно была перед глазами: предположим, есть на земле принтер, а какой он должен быть в космосе? Сначала хотели лазерный, но он слишком мощный, на МКС мощность ограничена, плюс он несколько опасен для той среды. В итоге мы остановились на том, чтобы попробовать это реализовать на пластике, а дальше задачу усложнять. Наша технология позволяет создавать многоуровневое армирование пластика. Мы наполняем полимерную матрицу различными материалами, в том числе нанотрубками, нановолокнами, все это на уровне микроармирования. Дальше второй уровень армирования в виде макроволокна: угленить, стекловолокно. Мы прошли КНТС, сейчас на стадии заключения договора с РКК "Энергия". Мы в этом году должны начать работать над проектом. Здесь еще нужно понимать, что к материалам предъявляются серьезные требования, потому что список разрешенных материалов для космоса не очень большой.

– Космонавтам нужны крышечки, разъемы, то есть инструменты и сопутствующие детали. Вот представьте: доставка одного килограмма груза на МКС стоит порядка $20 тыс. Транспортные корабли не каждый день летают, условно говоря, за год вперед нужно заказать все то, что вам нужно сегодня. И это, может быть, вам в какой-то из транспортных кораблей положат. А вот, например, на МКС стоят мощные вентиляторы, чтобы вся аппаратура охлаждалась. Также есть мощные системы, очищающие воздух. Если на Земле я взял вещь и положил, то она лежит, а вот если я в космосе сниму крышечку, то она тут же улетит куда-нибудь. И поскольку происходит движение воздуха в отсеках МКС постоянное, то крышечку я эту достать уже не смогу - ее просто потоками воздуха засосет в эти вентиляторы, и она где-то застрянет в фильтрующей системе. Мне надо ее с земли заказывать, а она придет через полгода. А если у космонавтов на борту МКС будет принтер, то он быстро напечатает крышечку и поставит ее на место. Недавно нам один из космонавтов рассказывал - у него был запланировал выход в космос и подготовлен, согласно проекту корабля, комплект инструментов. Он движется, подходит к дверце, которую нужно открыть, там была гайка, но под воздействием радиации она деформировалась. Он берет стандартный ключ и не может надеть его. Он мог бы сфотографировать, измерить, напечатать инструмент нужного размера и открутить эту гайку.

– Спутники и МКС используют солнечные батареи, они подвергаются различным воздействиям как ионизирующего излучения, так и различных элементов - мусора, космической пыли. Это все накапливается на поверхности отсеков МКС. Первая проблема в том, что повреждается поверхность, вторая - пыль и мусор создают статическое напряжение, через них начинают проходить токи и уменьшают эффективность работы элементов. Поэтому для солнечных элементов используют тонкие стекла. Но они имеют небольшой срок службы. Мы рассчитываем на то, чтобы на эти стекла делать те же покрытия, что и на иллюминаторы. Надо, чтобы они 10-15 лет с этим покрытием работали, то есть надо создать такие покрытия, чтобы они позволяли защитить и продлить срок службы фотоэлектрических преобразователей. Но когда мы начинаем напылять, возникают дополнительные силы натяжения, деформации, которые приводят к тому, что, например, из плоского стекла получается бублик. Это все непростые задачи, которые требуют как фундаментальных, так и технологических решений.

– Мы планируем в следующем году открыть магистерскую программу "Технологии космического материаловедения". Сейчас должны быть определены основные потребители, поэтому на основные предприятия космической промышленности направлены письма. Надо понимать, что через два года мы их выпустим. Пока что мы ориентируемся на группу 20-25 человек. Примерно к 2020 году мы эту программу переведем на английский язык, поскольку рассчитываем на Китай и Индию. Индия - это, понятно, английский, Китай сейчас тоже во многом говорит на английском, многие оттуда сейчас уезжают на учебу в Европу и США.

– Здесь специалисты придут с разных сторон. В частности, у нас плотное взаимодействие с РКК "Энергия", с Роскосмосом. Это, естественно, и партнеры из РАН, которые дадут фундаментальные основы по материаловедению. Также это наши специалисты, которые знают, каким образом организовать технологии, каким образом разрабатывать оборудование для производства изделий и конструкций ракетной космической техники. Мы работаем в рамках нашего взаимодействия с индийскими партнерами - Biss ltd., которая входит в холдинг Instron. Они занимаются испытаниями - создают испытательные машины, мы с ними разрабатываем методики и международные стандарты в области ресурсных испытаний. Мы планируем привлекать ведущих в области композитных материалов из Ахена, которые ведут разработки для таких компаний, как Airbus. Мы привлекаем и специалистов из технического университета Берлина. С точки зрения материаловедения у нас много задач, которые необходимо решать в ближайшей перспективе, удовлетворять потребностям высокотехнологических секторов промышленности.