Композитные материалы из Обнинска: от ракет до адронного коллайдера

Композитные материалы – легкие, сверхпрочные и термостойкие – основа современной авиации и космических технологий. В устройстве планера многих самолетов процент композитов сегодня достигает половины всех материалов. Колыбелью для большинства отечественных промышленных композитов является Обнинское научно-производственное предприятие «Технология» им. А. Г. Ромашина, входящее в Госкорпорацию Ростех.

Что такое композитные материалы?

Композитом считается материал, включающий две и более составляющих. При этом свойства материалов, входящих в композит, комбинируются. Сочетание разнородных веществ приводит к созданию нового материала. Использование композитов позволяет уменьшить массу изделия и улучшить его технические характеристики. Замена традиционных для авиации алюминия и титана на композиты – угле– и стеклопластики – тренд в отечественном авиастроении.

Композиты дороже металла и сложнее в производстве. Но такие плюсы, как легкость, прочность и термостойкость, с лихвой покрывают дополнительные расходы на создание композитов при серийном производстве. Кроме того, из композитных материалов можно делать цельные детали больших размеров, что особенно важно в создании космических аппаратов. Композитное производство сегодня переживает бурное развитие, и флагманом этого процесса в России является обнинское предприятие «Технология».

История «Технологии»

История обнинского научного центра начинается в 1959 году. Это был год революции на Кубе, американской выставки в Москве и поездки Хрущева в США. В это «оттепельное» время в Калужской области строится новый опытно-экспериментальный завод технического стекла. Страна, первой запустившая искусственный спутник, нуждалась в новых материалах для авиации и дальнейшего освоения космоса. Уже в 1962 году выпускается первая серийная продукция. В 1977 году сотрудники будущей «Технологии» работают над остеклением и теплозащитой орбитального корабля «Буран». В 1978 году предприятие получает свое современное название.

В начале 80-х обнинские композитные материалы прошли проверку экстремальными температурами планеты Венера на космических аппаратах «Венера-15» и «Венера-16». В 1994 году предприятию был присвоен статус Государственного научного центра РФ. В 90-е годы сотрудники «Технологии» успешно решили задачу модернизации ракеты-носителя «Протон», разработав крупногабаритные композиционные конструкции головного обтекателя. Это позволило снизить массу всей конструкции на полторы тонны. «Протон» − самая мощная и самая активно используемая на данный момент российская ракета, и работа по ее совершенствованию ведется до сих пор. Вывод в космос тонны груза по стоимости сопоставим с тонной золота. Поэтому любой килограмм, сэкономленный за счет композитных материалов, так ценен.

Углепластиковые агрегаты для ракет-носителей, при минимальном весе, имеют внушительные габариты – диаметр более 4 метров и площадь более 30 квадратных метров. Большой опыт работы с композитами позволил «Технологии» запустить в производство углепластиковые обтекатели для ракет-носителей «Протон», «Рокот», «Ангара», тепловые панели для самых современных спутников, детали и блоки для военных и гражданских самолетов.

Композиты в гражданской сфере

Для гражданской авиации на предприятии с 2010 года создаются композитные звукопоглощающие конструкции для двигателей самолетов нового поколения Sukhoi Superjet 100 и МС-21. Использование этих конструкций позволяет снизить шумность двигателей, что является требованием многих зарубежных аэродромов.

Если продолжить разговор о самой ожидаемой новинке гражданского авиапрома в России – авиалайнере МС-21 – то в конструкции этого самолета самая высокая доля углекомпозитных материалов – 35%. Крыло и некоторые другие элементы лайнера выполнены из полимерных композитов производства ОНПП «Технология». Сверхпрочное композитное крыло позволяет значительно улучшить аэродинамику и уменьшить расходы при эксплуатации лайнера на 12-15% по сравнению с существующими аналогами. Выход самолета в серийное производство был запланирован на 2017 год, но в связи с введением санкций прекратились поставки комплектующих, и выпуск был отложен. Сейчас идет активная работа по замене зарубежных материалов на отечественные разработки, в том числе и производства обнинского предприятия.

В 2018 году «Технологией» были подписаны первые контракты на поставку цельнокомпозитного одноместного самолета Т-500 сельскохозяйственного назначения. Благодаря использованию метода горячего формования самолет пригоден для применения в районах со сложными климатическими условиями.

Если изначально композитные технологии создавались для нужд оборонной промышленности и освоения космоса, то сегодня композиционные материалы покоряют гражданский сектор. Изделия «Технологии» применяются в строительстве, транспорте, энергетике, машиностроении, медицине и других сферах.

Не только композиты

Специализация ОНПП «Технология» не ограничивается только производством композитов. На предприятии создано более 800 материалов для авиации и космонавтики, в том числе инновационная технология остекления кабины летательного аппарата с применением поликарбоната, за которую в 2018 году коллектив авторов получил премию Правительства РФ. Новая технология призвана обеспечить безопасность пилота при сверхзвуковых перегрузках.

Разработка большинства сложных оптических изделий в России происходит при участии обнинских ученых. На базе ОНПП «Технология» создаются фонари остекления для боевых самолетов и вертолетов, подводных лодок и батискафов. Ученые из Обнинска работали и над такими необычными изделиями, как кремлевские звезды или саркофаг для мавзолея Владимира Ленина.

В 2005 году ОНПП «Технология» создало новейший метод нанесения наноразмерных покрытий. При использовании такого нанесения улучшаются характеристики летательного аппарата, а кроме того, при сохранении оптической прозрачности стекла, пилоты защищены от вредоносных факторов.

Нанопокрытие состоит из тончайшего напыления золота и индий-олова. Каждый слой в тысячи раз тоньше человеческого волоса, и толщина его не превышает 20 нанометров. Нанопокрытие, не видное для глаза, снижает заметность самолета и защищает летчика от ультрафиолетового излучения. Такие стекла обладают повышенной прочностью и стойкостью к воздействию атмосферы. Эта технология используется в истребителях пятого поколения Су-57. Все композитные материалы самолета также производятся на ОНПП «Технология».

Международные проекты

Обнинские ученые принимают участие в международных научных проектах. Так, в 2004 году на предприятии были созданы уникальные углепластиковые опорные конструкции для Большого адронного коллайдера. Для реализации этой нетривиальной задачи ученым и инженерам из Обнинска пришлось обобщить весь имеющийся опыт в работе с композитами. Показателем уровня компетенции российских ученых можно считать тот факт, что никакое другое предприятие в мире не взялось обеспечить заявленные параметры. Обнинские специалисты справились с задачей.

В феврале 2019 года с космодрома Байконур был запущен египетский спутник EgyptSat-A, бескаркасный корпус для которого был создан в Обнинске. Технология бескаркасного строительства позволяет значительно сократить процесс сборки спутника и, что не менее важно, уменьшить его вес на 15%.

Другим ярким международным проектом является участие ОНПП «Технология» в совместной российско-европейской миссии «ЭкзоМарс-2020» по исследованию Красной планеты. В рамках проекта Россия готовит десантный модуль и посадочную платформу. Защитит модуль при вхождении в марсианскую атмосферу специальный экран из «космического» композита – легкого и прочного материала, который называется стеклосотопласт. Такой материал выдерживает сильную вибрацию, экстремальные температуры и при этом мало весит.

За более чем 50-летнюю историю существования ОНПП «Технология» стало крупнейшим центром по изучению современных неметаллических материалов. Сегодня перед предприятием стоят задачи по импортозамещению и увеличению доли гражданской продукции, с которыми оно успешно справляется. Созданные обнинскими учеными инновационные материалы и технологии изготовления композитов являются самыми передовыми в мире.