Окно в космос имени Петра Великого
30 мая 2020 года впервые в истории частный космический корабль Crew Dragon с двумя астронавтами на борту был успешно выведен на орбиту. Так хозяин корабля Илон Маск осуществил давнюю мечту американцев – летать в космос на своей технике. В связи с этой новостью многие заговорили о космическом отставании России, видимо, забывая, на чьих кораблях до сих пор летали те же американцы. Чтобы разобраться, сможем ли мы снова «догнать и перегнать Америку» в космосе, корреспондент «БД» отправился в знаменитый Политех.
«У России в этой области самый мощный задел в мире, – уверен Алексей Боровков, проректор по перспективным проектам СПбПУ, руководитель Центра компетенций Национальной технологической инициативы (НТИ) «Новые производственные технологии». – С другой стороны, есть мировой технологический фронтир – уровень, на котором находятся мировая наука, производство и коммерческое использование ракетно-космической, авиационной техники, двигателей. Очень важно в любой момент времени отвечать этому уровню, который постоянно и быстро повышается. Можно заметить, что по темпам развития мы проигрываем, в том числе и Китаю, который развернул масштабную программу в авиации. Их космические ракеты летают вовсю. На подходе – Индия, которая давно мечтает о космосе».
Как делать лучшие «сердца»?
Тем не менее есть сферы, в которых технологическое лидерство по-прежнему принадлежит России. Например, двигателестроение, которым успешно занимаются и в Политехническом университете. Так, совместно с «ОДК-Климов», одним из ведущих предприятий Объединенной двигателестроительной корпорации (ОДК), Политех работает над созданием авиационных двигателей мирового уровня. Сейчас, например, идет разработка нового двигателя – ПД-8 для модернизированного «Суперджета» и гидросамолета Бе-200.
Работы ведутся как по прямому договору между университетом и корпорацией, так и в формате дорожной карты, которая регулирует сразу несколько направлений сотрудничества до 2025 года. Совместная дорожная карта состоит из трех этапов. Первый включает объектно-ориентированные задачи, связанные с хорошо зарекомендовавшими себя двигателями. В этом направлении специалисты решают одну из ключевых задач отрасли – снижения массы двигателей. Так, совместно с «ОДК-Климов» Политех работает над облегчением двигателя ТВ7-117, который является одним из самых экономичных в своем классе.
Этот процесс уже давно идет с применением новых технологий, в частности, аддитивных: часть элементов двигателей создается с помощью 3D-печати. 3D-принтеры значительно упрощают работу: благодаря им нет лишнего «техномусора», деталь печатается по заранее заданным параметрам, причем самой сложной геометрии, реализовать которую традиционными способами производства зачастую просто невозможно. А главное, делать инновационные разработки получается дешевле.
Бесконтактная сенсорика
В основе многих разработок лежит принципиально новая сенсорика, основанная на технологиях 5G и 6G – иначе говоря, индустриальном интернете вещей. СПбПУ разработал систему, которая контролирует все процессы, происходящие в двигателе. Работа над ней ведется уже три года, причем на основе отечественных компонентов. Инновация представляет собой блок сенсорных датчиков, которые устанавливаются на двигатель и передают на землю поток данных о том, что происходит с ним в небе. Система беспроводная, позволяющая двигателю «дышать». А самое главное – она экономична: расходует энергию, когда тепло преобразуется в электричество.
«Вы можете следить за режимами работы двигателя на мониторе компьютера и видеть все его параметры: уровень масла, температуру, вибрации, давление и так далее. Над этим сейчас работают во всем мире – и не только для авиации, но и для автомобильных двигателей, тепловозов и кораблей. Сенсоры и датчики уже проходят экспериментальные исследования на базе “ОДК-Климов”. Эта разработка удешевит процесс обслуживания самолетов, поскольку не требует проведения дополнительных измерений на земле. Мы знаем, как ведет себя двигатель и вся машина уже в воздухе», – рассказал Сергей Макаров, профессор Высшей школы прикладной физики и космических технологий Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого. По словам эксперта, двигатели, оборудованные «умной» системой, могут появиться уже к 2024 году.
Индустрия «чудес»
В Инжиниринговом центре (CompMechLab) СПбПУ разрабатываются «умные» цифровые двойники (Smart Digital Twins) отдельных деталей, узлов и систем. В рамках новой парадигмы проектирования на порядок сокращается время разработки, повышается ее точность и снижается стоимость: процессы проектирования, моделирования, расчетов реализуются «в цифре», длительные и дорогостоящие натурные испытания заменяются сотнями и тысячами виртуальных. В результате «умный» цифровой двойник двигателя содержит всю информацию об изделии: от конструкторской концепции и всех нюансов производства до параметров эксплуатации в течение всего жизненного цикла вплоть до утилизации.
В Политехническом университете разработана собственная цифровая платформа, предназначенная для проектирования и создания цифровых двойников, которая в 2017 году была удостоена Национальной промышленной премии «Индустрия».
Еще одна важная разработка СПбПУ последних лет – «умная фольга», которая может расширить наши возможности в самолетостроении, а также даст реальный шанс закрепиться на международном рынке.
«Чудом» является припойная реакционная наноструктурированная фольга – Smart Foil. Это тонкий слой материала размером 100х100 мм, состоящий из нескольких тысяч нанослоев алюминия и никеля. Он, как обычный лист бумаги, разрезается на полоски, которые вставляются между двумя поверхностями для моментальной спайки под небольшим электрическим напряжением.
«Эта фольга представляет собой некую пленку, позволяющую создавать за очень короткое время высокую температуру и тем самым сваривать, спаивать между собой разные материалы без применения паяльника или сварочного аппарата. Технология применяется, например, для сваривания элементов антенн радиоэлектронных комплексов. Она удобна тем, что ее можно широко использовать в безвоздушном пространстве и под водой. Эта фольга будет испытываться на малых космических аппаратах – наноспутниках, которые мы готовим к запуску. Сейчас она широко применяется в промышленности, есть и частные компании, которые ее используют», – объяснил Сергей Макаров.
Затраты в данном случае минимальны, и вполне возможно, что «умную фольгу» мы увидим не только в космосе, но и внутри своих смартфонов. Сейчас большой интерес к этой разработке проявляет Huawei.
Кто подвинет Маска
Команда Политеха довольно молодая: средний возраст ученых, задействованных в разработках инноваций, – 30–35 лет. А растят кадры тут же, на студенческой скамье: ребята попадают в лаборатории на выпускных курсах, а их дипломные работы часто привязаны к производству. Таким образом, они получают возможность не только реализовать свою идею, но и заработать на ней, что немаловажно для молодого специалиста.
Так, прямо сейчас над созданием уникальной космической разработки, 4D-материала, трудится команда из 50 человек. Самому старшему сотруднику – всего 35 лет. Работают ученые в просторной лаборатории, заполненной 3D-принтерами на любой вкус и цвет. По словам Анатолия Поповича, директора Института машиностроения, материалов и транспорта Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого, такими лабораториями и техникой обладают далеко не все европейские учебные заведения. Создается 4D-материал для госкорпорации «Росатом». По плану работы продлятся не менее пяти лет, а сумма затрат превысит миллиард руб.
Именно государство, в лице госкорпораций, становится основным заказчиком наукоемких разработок университета. По данным за 2019 год, государственное финансирование составило 60% бюджета СПбПУ имени Петра Великого.
Анастасия Бирюкова
