Регистрация: 24.09.2014
Сообщения: 30200
Благодарил (а):
94 раз.
Поблагодарили:
627 раз.
|
Секрет «Орешника». Как Россия догнала США и Японию в сверхтехнологичной сфереВ России впервые создан новейший материал с выдающимися свойствами, производство которого до сих пор было доступно только японцам и американцам. Что это за материал, каковы перспективы его применения в оборонной и гражданской промышленности, о том, как обтекатель ракеты «Орешника» выдерживает колоссальную температуру, а также о других технологиях и новом герое – расскажем после краткой сводки позитивных новостей.Легче стали
Учёным Росатома в научно-исследовательском центре удалось получить углеродное волокно прочностью 7 гигапаскалей. Прежде всего три компании в мире обладали подобными технологиями: японские Toray и Mitsubishi Chemical, а также американская Hexcel, а теперь и мы. Это несомненное достижение, в основе которого лежит труд целых поколений советских и российских химиков.
Вспомним, что углеволокно — это высокотехнологичный композитный материал, состоящий из тонких нитей углерода, объединённых полимерной матрицей. Нити обладают кристаллической структурой, ориентированной вдоль оси волокна, что придаёт материалу уникальные свойства. Так, при одинаковой прочности со сталью, углеволокно в 5–8 раз легче. При этом оно не ржавеет, не окисляется в воде, устойчиво к агрессивным средам, выдерживает многократные циклы нагрузки без образования трещин, практически не расширяется и не создаёт помех в радиочастотном диапазоне.
Интерес к углеродным материалам в нашей стране возник в 1960-х на волне космической гонки. И, конечно же, в результате Холодной войны, ведь нам было необходимо снижать вес головных частей баллистических ракет, и композиты по вышеуказанным причинам подходили для этого идеально.
15 ноября 1988 года ракета-носитель «Энергия» вывела на околоземную орбиту космический корабль «Буран», который, совершив два витка вокруг Земли, произвёл посадку на аэродроме «Юбилейный» космодрома Байконур. В тот момент мало кто знал, что в составе «Бурана» впервые применены уникальные композитные материалы – специальная плитка из супертонкого кварцевого волокна и другие элементы, защитившие его от нагрева во время входа в атмосферу. На практике было доказано, что новые материалы способны выдерживать температуру свыше 1500 градусов Цельсия, и это было огромным достижением.
Советский многоцелевой истребитель четвёртого поколения МиГ-29 содержал в своём составе около 7% композитных материалов – весьма серьёзно для 80-ых годов. Но при всех несомненных успехах советской науки, мы были вынуждены закупать сырьё для углеволокна у Японии. Дело в том, что наша собственная химическая промышленность была сконцентрирована на массовых полимерах, а не на специализированных материалах, и отечественное волокно в два раза уступало по прочности японскому. После крушения СССР ситуация резко ухудшилась.
Разгром науки
После распада СССР Россия унаследовала разорванные производственные цепочки, ведь многие важные заводы оказались на территории бывших союзных республик. Например, одно из ведущих предприятий – Черкасский завод химического волокна, – как нетрудно догадаться из названия, осталось на территории Украины, где было приватизировано, разорено, продано иностранцам под торговые центры, сожжено, а потом превращено в мусорный полигон. Долгое время мы были вынуждены закупать почти всё углеволокно за рубежом, но сначала санкции 2014, а потом и 2022 года прервали эту практику.
К счастью, мы заранее готовились к подобному развитию событий и под эгидой «Росатома» начали собирать воедино оставшиеся заводы и научные институты, а также создавать новые. Эта работа не предавалась широкой огласке, но результат не заставил себя ждать, и мы стали одной из немногих стран мира, собравших полную технологическую цепочку – от добычи сырой нефти до переработки её в углеволокно и конченые изделия из него.
Все вы помните, как американцы хотели сорвать производство российского самолёта МС-21 запретом на поставки композитных материалов, но лишь ускорили процесс импортозамещения. Сегодня все иностранные композитные элементы лайнера заменены на российские, и на них приходится 40% массы самолёта.
Содержатся композитные детали и в двигателе ПД-14, серийное производство которого ведётся в Перми. В конструкции истребителя пятого поколения Су-57 доля композитных материалов составляет 25%. Это меньше, чем в МС-21, но и требования к военной авиации другие, нежели к гражданской. Также композитные элементы используются в российских вертолётах, беспилотниках и, конечно же, ракетах. Если «тепловая кольчуга» «Бурана» выдерживала 1600 градусов, то современные требования к боевым гиперзвуковым ракетам значительно выросли.
На гиперзвуке
Обтекатели ракет «Циркон» и «Авангард» на некоторых участках полёта испытывают температуры свыше 2500 градусов Цельсия. Углеволокно не просто выдерживает такие нагрузки, но и сохраняет стабильность при скоростях выше 10 Махов. Недавно Владимир Путин сказал, что обтекатель ракетного комплекса «Орешник» выдерживает температуру, близкую к температуре поверхности Солнца, которая составляет 5500 градусов Цельсия. Скажем честно, лишь ограниченный круг лиц знает, за счёт использования каких материалов достигнут такой показатель, и они раскрывать секреты не будут. Но это точно не металлы, а некая сложная композиция из, например, волокон оксида алюминия, усиленных карбидом кремния и волокон циркония в углеродной матрице. Возможно, вместе с этим через микроканалы в структуру обтекателя подаётся хладагент, а также используются дополнительные покрытия и теплоизоляционные прослойки. И это, действительно, очень сложное и технологичное решение. Но в уже ведутся работы над материалами следующего поколения. В будущем в волокно будут вплетать углеродные нанотрубки для значительного прироста прочности, а также добавлять микрокапсулы с тугоплавкими соединениями, буквально, «залечивающими» микротрещины. Также графеновые покрытия делают композиты электропроводными, открывая путь к созданию т.н. «умных» крыльев со встроенными датчиками нагрузки, например, для самолётов. А аддитивные технологии уже сейчас позволяют печатать самые изощрённые структуры для улучшения их характеристик. Так что, не исключено, что вскоре и показатели «Орешника» будут превзойдены.
Но вернёмся с небес на Землю. При всех выдающихся свойствах углеволокна, оно имеет существенное ограничение – это высокая стоимость по сравнению с той же сталью. Поэтому особенно важно, что мы освоили полную цепочку производства, а также добились прочности в 7 гигапаскалей. Ведь у этих материалов есть и обширное гражданское применение – это использование в составе газовых центрифуг по обогащению урана, элементов космических аппаратов, лёгких и прочных протезов и имплантатов, водородных баллонов, лопастей ветрогенераторов и другой продукции. Всё это мы теперь можем делать сами из своего сырья, и это огромный индустриальный успех, на который в целом средства массовой информации обратили до обидного мало внимания.
Россия проделала огромный путь по восстановлению утраченного наследия, но и работы впереди ещё много. Будем держать вас в курсе событий в следующих выпусках. Теперь о других технологиях.https://www.xn----ctbbicca6c3a ... D0%B5
|
|
