Проекты большой дальности. Опыт диверсификации КТРВ

Сегодня многие оборонные предприятия ищут решения для гражданского рынка. Что рационально разрабатывать и производить, как минимизировать риски и задействовать существующие производственные мощности, стоит ли привлекать мощности новые – эти вопросы актуальны сегодня практически для всех исполнителей гособоронзаказа.

 

Стратегии предприятий АО «Корпорация Тактическое Ракетное Вооружение» (КТРВ) могут стать хорошей иллюстрацией новой парадигмы мышления. Разработчики высокотехнологичных смелых проектов приложили немало усилий, чтобы найти для оборонных технологий неочевидные приложения в гражданских отраслях. Некоторые идеи можно было бы определить как научно-фантастические, если бы не реальная решимость руководства корпорации довести их до реального воплощения.

 

Аэротакси

В 2023 году в небо Москвы поднимется первое аэротакси. Возможно, еще через несколько лет такие трехместные машины будут курсировать над всеми крупными городами России. Разработчик модели Максим Миронов, один из руководителей ООО «Конструкторское бюро «Современные авиационные технологии», рассказал, что летательный аппарат на 90% укомплектован деталями, созданными на предприятиях КТРВ.

Работа над аэротакси – интересный пример сотрудничества оборонной корпорации с предприятием среднего бизнеса. Промышленный гигант обеспечивает работой партнера и решает собственные задачи. КБ «САТ» сотрудничает с КТРВ в нескольких проектах.

«Компания обратилась к нам по результатам предыдущей работы – мы разрабатывали учебно-тренировочные самолеты по заказу Министерства обороны», – объясняет Максим Миронов. Теперь КБ стремится задействовать в проекте как можно больше подразделений КТРВ: производителей электронного оборудования, систем управления, инерциальной системы, сервоприводов и других комплектующих, необходимых для запуска.

«Аэротакси – модная тема, которой занимается весь мир. Все прекрасно понимают, что наземный трафик перегружен, а альтернативы пока нет. Важно, чтобы разработка была реализуема технически, безопасна и востребована потребителем. Никаких сверхъестественных решений здесь нет: мы подобрали оптимальную аэродинамическую компоновку и размещение агрегатов. Продумали количество и расположение винтов, необходимых для вертикального взлета и посадки, а также для продолжения полета при отказе одного из двигателей», – рассказывает Максим Миронов. Кроме того, на самый крайний случай такси будет оснащаться спасательной парашютной системой – не для отдельных пассажиров (ведь индивидуальными системами надо еще уметь пользоваться), а крупным парашютом для всего аппарата целиком. Такая система спасения является передовой в легкой авиации и уже хорошо зарекомендовала себя.

То, что аэротакси сейчас тематика модная, еще мягко сказано. Занимаются ими многие – от бесчисленных стартапов до главных авиастроительных гигантов: свои летающие лаборатории есть и у Boeing (их разрабатывает мини-дочка, компания Wisk), и у Airbus. Можно сказать, что мы стоим на рубеже рождения нового класса летательных аппаратов, по своей конструкции более близких к укрупненным беспилотникам-квадрокоптерам, чем к вертолетам.

Именно поэтому «САТ» и КТРВ могут вполне удачно поучаствовать в гонке с гигантами авиастроения, ведь речь идет скорее о разработке не классического вертолета или самолета, а необычного и высокотехнологичного летательного аппарата – вполне в сфере их компетенций. В их проекте выбрана схема мультикоптера-конвертоплана – в режиме взлета и посадки аппарат пользуется десятью винтомоторными группами, в крейсерском полете подъемную силу обеспечивает крыло, а четыре винта поворачиваются вперед «по-самолетному», так увеличивается дальность полета.

С беспилотниками современные программы аэротакси роднит и отсутствие пилота – полет должен осуществляться в автоматическом режиме. Аппарат будет оснащен системой спутникового позиционирования ГЛОНАСС, возможно, сотовой сетью. Также в нем будут установлены бортовые инерциальные системы, которые позволят ему ориентироваться в пространстве даже в случае «потери» спутников.

Таким образом, улучшается экономика системы – вместо члена экипажа можно перевозить еще одного пассажира. Большинство современных проектов аэротакси соответствуют также экологичным трендам и используют электромоторы.

«Закупку двигателей мы планируем в винтомоторной группе ЦИАМ им. П.И. Баранова. Альтернативные варианты есть, в мире производится много электромоторов, но мы хотим приобрести отечественное оборудование, – признается Максим Миронов. – Аккумуляторные батареи – проблема всего мира, их емкости не хватает для продолжительного полета. Но есть надежда, что появятся новые источники питания, они позволят летать дальше».

Конечно, на классических двигателях в авиации обеспечивается пока куда большая дальность, чем на электрических, но для внутри- и окологородских перевозок и ее вполне хватит. На современных аккумуляторах аэротакси будет способно преодолеть без подзарядки 90 километров и находиться в воздухе 50 минут, этого достаточно для перевозки пассажиров и грузов в пределах большого города.

Важно не забывать, что у электромоторов есть и иные плюсы, помимо меньшего влияния на экологию (будем честными, воздух над Москвой, в которой более четырех миллионов традиционных автомобилей, сделать еще более грязным непросто). Например, в проектируемом летательном аппарате не будет бака с горючим топливом, что повышает безопасность. Кроме того, проще сделать полностью независимыми, а значит, надежно дублирующими друг друга силовые установки – они могут вообще не зависеть одна от другой по всей цепочке от аккумулятора до винта. Конечно, батареи большой емкости пока довольно долго заряжаются, но разработчики предлагают решить этот вопрос следующим образом: на дежурных площадках блоки с батареями можно не заправлять, а менять целиком на заряженные.

Отдельный вызов – интеграция в существующую, и без того «плотную» инфраструктуру мегаполиса. «Идея в том, чтобы встроить в городскую среду коридоры передвижения таких аппаратов. Маршруты должны пролегать над малонаселенными территориями, например, руслами рек, автострадами, парковыми зонами. По пути следования будут устанавливаться точки для посадки и высадки пассажиров, смены батарей (в автоматическом режиме или с помощью обслуживающего персонала). В городе частота взлетов и посадок должна быть очень высокой», – предупреждает Миронов.

Можно сказать, что воздушные такси, как и наземные, будут перемещаться по выделенным полосам. Предполагается, что движение по ним частных дронов запретят правилами полетов. Причем, по мнению изобретателя, проблему нормативного регулирования решить сложнее, чем задачу замены батарей. Это чрезвычайно верно: наибольшим, буквально общемировым вызовом для нарождающейся отрасли становится сертификация таких аппаратов – пока что в принципе нет стандартов для выдачи разрешения на коммерческую эксплуатацию беспилотному аппарату для перевозки пассажиров.

Отдельная проблема – добиваться разрешений на полеты над городами. Однако когда этот вопрос будет решен (а когда именно это случится – неизвестно), полезно иметь наработки, а то и готовую модель для мирового рынка. Кроме того, России никто не мешает идти впереди остального мира в сертификации машин для эксплуатации у себя. А без наличия рабочей машины и сертифицировать нечего, так что она нужна в любом случае.

 

Углеродный скелет

Не менее яркий пример диверсификации приводят ученые из Перми. Они предлагают создавать уникальные костные протезы из композитных материалов, которые еще недавно даже не предполагалось использовать в медицине.

«Двадцать лет назад этот материал применяли исключительно в военных целях, из него делали раструбы для ракетных двигателей, а потом обнаружилось, что он интересен и для здравоохранения. Он биосовместим – на 99% материал состоит из углерода. Тесты, которые провело АО “Роснано”, показали: из всех композитных материалов этот самый совместимый. Он обладает теплопроводностью и другими физико-химическими свойствами, максимально близкими к свойствам человеческих тканей», – утверждает заместитель генерального директора по медицинскому направлению АО «Уральский НИИ композиционных материалов» Юрий Уткин.

Одно из изделий так и называется: «костезамещающий (костезаполняющий) пористый материал». Другое изделие – фрагмент нижней челюсти, у него иной состав. Этот протез прошел уникальную термохимическую обработку. Возможно и индивидуальное моделирование части черепа, например, височной кости. Углеродные крепежные винты организм тоже не отторгает, хотя внешне они больше похожи на строительные болты, чем на части тела.

Сегодня при краниопластике (операциях на черепе) чаще используется титан. Но он обходится дорого и реагирует на металлоискатели, а углеродный вариант этих недостатков лишен. Из композита может быть сделана и ножка тазобедренного сустава – механические испытания пройдены, впереди начало клинических испытаний.

«Есть пациенты, которые 15–20 лет назад получили наш имплантат грудины и больше за медицинской помощью не обращались. Наша разработка – не модель в компьютере или пробирке, это реальные материалы, которые применяли пермские врачи», – констатирует Юрий Уткин.

 

От реальности к прикладной футурологии

Углеродные композиты – перспективный материал для имплантов. Вообще выбор материалов для внедрения в человеческий организм – сложная системная проблема. Например, когда приходится заменять части костей у больных с онкологией, то врачи вынуждены думать о том, как поставленные импланты у пациентов повлияют на последующие обследования посредством сканирования – томографию и МРТ. Металлические титановые импланты «зашумляют» картинку и мешают онкологам правильно рассчитывать дозы радиации для терапии. Углеродные композиты этого недостатка лишены.

Кроме того, углеродные композиты, как оказалось, хорошо взаимодействуют с активными формами кислорода. Точнее, они собирают «лишние» электроны, появляющиеся в организме как реакция на респираторный стресс, и тем самым способствуют регенерации и росту тканей. Вот такая безопасность и совместимость.

Получилось так, что первые углеродные композиты появились только в 1960-е, как раз тогда, когда началось использование титановых сплавов для изготовления имплантов. В результате прогресс пошел в сторону хоть и футуристичного, но все же не оптимального титана.

КТРВ

Сейчас мы постепенно приближаемся к широкому использованию композитов. Все современные авиапроекты на 90% состоят из них. Современные автомобили, такие как BMW i3, используют углеродные композиты. Есть все основания предполагать, что не станет исключением и медицина.

Единственный недостаток чудо-материала – его сложно переработать, и он накапливается на свалках (например, лопасти ветряных электростанций создают большую проблему при переработке).

Кстати, в исследования этого перспективного материала вложился Европейский союз. В 2013 году был запущен общеевропейский проект Graphene Flagship с бюджетом 1 млрд евро, цель которого – развивать все возможные направления, связанные с графеном (а углеродные композиты основаны именно на этой форме углерода).

Ну, а дальше можно ждать развития композитов на основе углеродных нанотрубок, которые примерно в 1000 раз меньше углеродных волокон в современных композитах и на порядок проще. В 2020 году ученые из университета Триеста продемонстрировали использование нанотрубок для восстановления поврежденного позвоночника и спинного мозга у крыс. Оказывается, углерод биосовместим не только на уровне кости, но и на уровне нервной ткани, позволяя соединять вместе нейроны, направляя рост и регенерацию их соединений.

Если развитие углеродных имплантов продолжится, то может стать реальностью создание (по сути, печать на 3D-принтере) индивидуальных каркасов из углерода (в одних случаях из графена, в других – из нанотрубок), которые смогут выполнять в организме одновременно роль и структурного элемента (замена кости), и направляющих для роста и развития тканей.

А если учесть, что углерод – это еще и потенциальный материал для использования в электронике, то мы, возможно, двинемся в сторону создания киборгов, когда углеродные протезы будут содержать вычислительные модули, обеспечивая работу умных устройств, сравнимых с живой тканью.

Все это вполне может привести к появлению протезов, которые, наконец, смогут сравняться с оригинальными частями организма. Тогда копия, в итоге, окажется не хуже оригинала, а роль медицины изменится: вместо попыток восстановить все «как было», на первый план выйдет творческий подход к развитию и перестройке, чтобы все стало «как надо».

 

Сварка и автоматизация

АО «РКБ “Глобус”» (Рязань) ведет разработку аппаратов для ручной и полуавтоматической сварки. Все сертификаты получены, серийное производство трех моделей начнется уже в сентябре. До сих пор на предприятии не было специалистов по изготовлению сварочных аппаратов, но многие профессионалы умели с ними работать. И это стало одной из причин выбора вида гражданской продукции. На этапе ОКР «Глобусу» пришлось обращаться к сторонним предприятиям и проводить обратное проектирование иностранных образцов. Сейчас образцы находятся в производстве и готовятся к выходу на рынок металлообработки.

«Мы были на выставках инструментов металлообработки в Новосибирске, в Екатеринбурге, в Минске. На нас как на российских производителей смотрят с большим интересом, я думаю, в первые полгода наше производство будет загружено на 100%», – прогнозирует старший специалист по сбыту отдела развития производства продукции гражданского назначения АО «РКБ “Глобус”» Игорь Горохов.

Главными достоинствами отечественных аппаратов он называет высокое качество и наличие отечественных комплектующих для ремонта.

«Еще одно наше направление – автоматизация подготовки к запуску ракет, поэтому в рамках диверсификации мы занялись автоматизацией гражданских предприятий. Сегодня мы ведем переговоры с кондитерской фабрикой “Красный Октябрь”. А одно рязанское производство поставило перед нами задачу по перемещению грузов и смешиванию жидкостей. Также “Глобус” выиграл тендер на автоматизацию филиалов ОАО “Рязаньэнерго”. Работаем и в сельском хозяйстве – над автоматизацией зерносушилки», – рассказывает Игорь Горохов.

Для некоторых заказчиков у предприятия есть типовые решения, но эксклюзивные заказы инженеры «Глобуса» полностью прорабатывают в индивидуальном режиме. В особенно сложных уникальных случаях даже техническое задание им приходится писать для себя самим.

 

 

Трубы и алмазы

В числе других интересных наработок гражданского назначения Борис Обносов, глава КТРВ, называет композитные дымовые трубы для теплоэлектростанций. Этот строительный материал производит в Смоленской области АО «Авангард». Не менее привлекательно и актуально для современного рынка производство искусственных алмазов, с использованием которых делают точные инструменты (АО «Государственный НИИ машиностроения имени В.В. Бахирева»).

Выше в статье мы говорили об эндоскелетах – искусственных деталях, способных заменить кости. На одном из предприятий КТРВ проектируется и экзоскелет – внешняя конструкция, способная невероятно увеличить возможности человека. Работник в экзоскелете сможет поднимать огромные грузы и не уставая проходить сотни километров. Материалом для внешней конструкции тоже станет углеродный композит. Но пока это секретная разработка, хоть и гражданская – больше о ней ничего не известно.

На вопрос о доле диверсифицированного производства в общем объеме продукции КТРВ Борис Обносов отвечает так: «Если у нас мощности заняты оборонзаказом, то, конечно, мы будем в первую очередь выполнять его. Если объем ГОЗ начнет падать, мы должны иметь какие-то резервы и начать изготавливать гражданскую продукцию».

Предприятия готовы к обоим сценариям. Летающее такси, углеродный скелет, искусственные алмазы и десятки других разработок – прекрасное тому подтверждение.

 

Углепластики – от исследований к экспериментам

Комментарий Дмитрия Клабукова, кандидата биологических наук, заведующего отделением регенеративных технологий и биофабрикации НМИЦ радиологии Минздрава России:

Углепластиковые импланты – крайне перспективный конструкционный материал для создания имплантируемых медицинских изделий с заданными свойствами. Однако для эффективного использования в медицинских имплантах такие материалы требуют очень внимательного подхода.

В первую очередь это касается физико-механических свойств композитных материалов. Действительно, они отличаются широким диапазоном значений поперечных и продольных модулей упругости, теплоемкости и теплопроводности, которые могут соответствовать естественным параметрам костной ткани. Однако добиться полного соответствия одновременно всем параметрам нативной ткани практически невозможно, и разработчикам на практике все равно приходится выбирать только значимые параметры, в отношении которых и будет достигаться физиологическая совместимость. Выбор таких параметров может быть совершенно неочевиден, зависеть от локализации имплантата, и скорее всего потребует от разработчика предварительного проведения полноценных экспериментальных имплантаций крупным животным для оценки физиологической реакции.

Во-вторых, достижение требуемых свойств композитного материала будет сопровождаться изменением его состава за счет использования различных режимов обработки наполнителя и разнообразных связующих. Это в свою очередь скажется на таком параметре, как биосовместимость, и в частности – на интенсивности макрофагальной реакции на такой материал. Причем на физиологический ответ будет иметь влияние даже такой параметр, как длина полимерной цепи.

В-третьих, сложность также представляет персонализация подобных имплантов, поскольку механическая обработка готовых изделий представляет значительные трудности. И здесь есть место для новых технологий механической и химической обработки.

И наконец, необходимо учитывать, что отдельные экспериментальные результаты и клинические случаи, полученные разработчиками, для врачебного сообщества не являются доказательством безопасности и эффективности медицинского изделия. Необходимо запускать действительно должным образом поставленную систему доклинических и клинических исследований, в противном случае многие усилия промышленных предприятий могут оказаться напрасными.

Исследование возможностей углепластиковых материалов требует от производственных и промышленных объединений глубокого сотрудничества с медицинскими центрами. Например, в Национальном медицинском исследовательском центре радиологии в Обнинске реализована многоэтапная система оценки совместимости таких имплантов. Такие же подходы по оценке медицинских изделий существуют в ЦИТО им. Приорова и в Центре трансплантологии и искусственных органов им. В.И. Шумакова.

При создании новых медицинских изделий предприятиям ОПК необходимо применять системный подход, заранее планируя экспериментальную работу и этапы клинической апробации.

 

Авторы - Александр Яцуренко, Александр Ермаков, Данила Медведев

©«Новый оборонный заказ. Стратегии» 
№5 (70), 2021 г., Санкт-Петербург

 

Партнеры