ОТВЕЧАЯ НА ВЫЗОВЫ

Сквозной темой Общего собрания членов РАН, прошедшего в Москве 12–13 декабря минувшего года, стала роль Российской академии наук в решении проблем научно-технологического развития Российской Федерации. В Большом зале РАН собрание приветствовали множество гостей высокого государственного ранга: помощник Президента России Андрей Фурсенко, министр науки и высшего образования РФ Валерий Фальков, министр здравоохранения РФ Михаил Мурашко, министр строительства и жилищно-коммунального хозяйства РФ Ирек Файзуллин, министр сельского хозяйства РФ Дмитрий Патрушев, руководитель Федерального медико-биологического агентства России член-корреспондент РАН Вероника Скворцова, председатель Комитета Госдумы РФ по науке и высшему образованию Сергей Кабышев, генеральный директор ГК «Роскосмос» Юрий Борисов.

Президент РАН академик Геннадий Красников, отчитавшись о проделанной за год работе, выступил с докладом о значении микроэлектронных технологий для обеспечения научно-технологического суверенитета страны (фото вверху). Второй ключевой доклад — о российских университетах как главном элементе подготовки кадров для поддержания этого суверенитета — сделал ректор МГУ им. М.В. Ломоносова, президент Российского союза ректоров академик Виктор Садовничий. Затем прозвучало более десятка докладов авторитетных ученых по разным направлениям научно-технологического развития: о доверенном искусственном интеллекте, лазерных технологиях, российской навигационной спутниковой системе, добыче и переработке критически важного минерального сырья для создания высокотехнологичной продукции, об особенностях изменения климата, приоритетах развития агропромышленного комплекса, медицинских технологий и многом другом. Одним из докладчиков сессии был главный ученый секретарь УрО РАН, заведующий отделом материаловедения Института физики металлов УрО РАН член-корреспондент Алексей Макаров.

Во второй день Общего собрания также в Большом зале РАН прошла яркая церемония вручения премии ЮНЕСКО — России имени Д.И. Менделеева в области фундаментальных наук академику Ирине Белецкой (Россия) и профессору Клаусу Александру Мюллену (Германия). Эта награда была учреждена в рамках Международного года Периодической таблицы химических элементов (2019), финансируется Российской Федерацией и ежегодно вручается двум выбранным международным жюри представителям естественно-научного сообщества в знак признания их выдающихся открытий, прорывных инноваций и вклада в популяризацию науки. Каждый из лауреатов получает золотую медаль, диплом и денежное вознаграждение в размере 250 000 долларов. Стоит добавить, что выдающийся химик-органик, профессор МГУ Ирина Петровна Белецкая в 2003 году была удостоена научной Демидовской премии, то есть уральскую награду она получила на 20 лет раньше нынешней международной. Лауреатов приветствовали заместитель председателя Правительства РФ Дмитрий Чернышенко и заместитель генерального директора ЮНЕСКО Лидия Брито (на нижнем фото вместе с награжденными).

С подробным обзором сессии Общего собрания можно ознакомиться на сайтах Российской академии наук, «Научная Россия», газеты «Поиск». А «НУ» предлагает вашему вниманию краткое изложение доклада члена-корреспондента РАН Алексея Макарова о достижениях российской науки в целях импортозамещения и обеспечения научно-технологического суверенитета РФ в системообразующих отраслях промышленности — машиностроении и металлургии.

В области гражданского авиационного двигателестроения в «ОДК-Авиадвигатель» (Пермь) реализуются три ключевые программы. Первая — создание семейства авиационных двигателей тягой от 10 до 16 тонн. Базовым для этого семейства является двигатель пятого поколения ПД-14, который устанавливается на пассажирский магистральный самолет МС-21-310 корпорации «Яковлев». Научно-методическое руководство работами по созданию ПД-14 осуществляли государственные научные центры ЦИАМ, ЦАГИ, ВИАМ НИЦ «Курчатовский институт». Весомый вклад в создание двигателя внесли академические ученые. В Институте проблем сверхпластичности металлов РАН (Уфа) разработана технология изготовления пустотелой лопатки вентилятора — ключевого элемента двигателя ПД-14. Начало эксплуатации самолета МС-21 намечено на 2025 г. Реализация этой программы возвращает нашу страну на передовые позиции в мировой авиации.

Вторая программа направлена на разработку авиационного двигателя ПД-8 тягой 8 тонн для замены российско-французского двигателя Sam 146 и установки ПД-8 на самолет Superjet New. Двигатель ПД-8 также планируется установить на многоцелевой самолет-амфибию Бе-200, который сейчас оснащен двигателем украинского производства. Таким образом, в области гражданского двигателестроения для ближне- и среднемагистральной авиации Россия приобретает полный технологический суверенитет.

Третья программа предусматривает формирование научно-технического задела для создания двигателей большой тяги в диапазоне от 24 до 50 тонн, что позволит освоить новые компетенции. Базовый двигатель этой программы — двигатель ПД-35 с тягой 35 тонн.

Успех в создании нового поколения газотурбинных двигателей в значительной мере определяется достижениями в области разработки новых авиационных материалов. В ВИАМ НИЦ «Курчатовский институт» для двигателя ПД-35 создаются конструкционные металлические, полимерные композиционные, интерметаллидные и функциональные материалы нового поколения (13 из них уже разработаны).

В Институте проблем сверхпластичности металлов РАН предложен γ-TiAl интерметаллидный сплав TNZ для лопаток турбины низкого давления, обладающий существенно лучшими по сравнению с зарубежными аналогами эксплуатационными и технологическими характеристиками.

В Институте теоретической и прикладной механики СО РАН создан программный продукт для расчета положения ламинарно-турбулентного перехода на поверхности мотогондолы большой размерности с естественным ламинарным обтеканием, спроектированной таким образом, чтобы уменьшить аэродинамическое сопротивление двигательной установки и самолета в целом, что в свою очередь позволит снизить расход топлива и увеличить дальность полета. В настоящее время ЦАГИ, ИТПМ СО РАН и «ОДК-Авиадвигатель» совместно проектируют демонстратор ламинарной мотогондолы для испытаний в составе летающей лаборатории.

Еще одна перспективная разработка направлена на повышение усталостной прочности лопаток компрессора с помощью лазерной ударной обработки. В Институте механики сплошных сред Пермского ФИЦ УрО РАН создана экспериментальная установка для реализации метода лазерной ударной проковки. Внедрение технологии в серийное производство позволит повысить эксплуатационную надежность и трещиностойкость лопаток компрессора при возможном попадании в двигатель песка, града, льда в процессе разбега самолета по взлетно-посадочной полосе.

Ученые Института теплофизики СО РАН исследуют процессы распыла и горения оптическими методами с целью снижения эмиссии вредных выбросов и повышения качества математического моделирования этих процессов. Разработан и изготовлен испытательный отсек с оптическим доступом, позволяющий исследовать рабочий процесс в модельной камере сгорания при повышенных давлениях (до 20 атм.) и температурах (до 900 К) с использованием оптических методов измерения. Директор Института теплофизики СО РАН академик Дмитрий Маркович внес предложение о целесообразности создания в РАН научно-технологических центров в интересах предприятий ОДК (Ростеха). Это предложение можно распространить и на другие госкорпорации и предприятия, определяющие технологический суверенитет государства.

На обеспечение научно-технологического суверенитета России в ракетно-космической отрасли направлено сотрудничество академических ученых с Государственным ракетным центром им. академика В.П. Макеева. В рамках соглашения о сотрудничестве ГРЦ Макеева с Уральским отделением РАН, 9 институтами УрО РАН и Институтом теоретической и прикладной механики СО РАН был проведен ряд научно-исследовательских работ, результаты которых внесли вклад в поддержание боеготовности морских стратегических ядерных сил и в разработку ракетных комплексов стратегического назначения.

Сегодня в ГРЦ Макеева сформирован проектный задел по ракете-носителю «Россиянка» с возвращаемой первой ступенью, ведутся проектно-конструкторские разработки полностью многоразовой одноступенчатой ракеты-носителя вертикального взлета и посадки. Для таких ракет-носителей необходимо изготавливать баки большого диаметра из полимерных композиционных материалов (ПКМ) — углепластика в виде нитей, сот, гофр. Это дает существенную экономию по весу и стоимости конструкций. В России криогенные топливные баки из ПКМ впервые были изготовлены в 2006–2008 гг. в Государственном космическом научно-производственном центре им. М.В. Хруничева. Научные исследования в этом направлении в 2020–2021 гг. проводились в АО «ЦНИИмаш».

В ГРЦ Макеева разработана конструкция бака с многослойной стенкой для криогенных компонентов топлива. Основной материал стенки — углепластик. В ее составе предусмотрены слои внутренней теплоизоляции, герметизирующий слой, силовые элементы и внешний слой теплозащитного покрытия, что позволяет избежать температурных деформаций. В рамках проекта УМНОЦ с участием научного партнера — Южно-Уральского госуниверситета изготовлен демонстратор технологии стенки криогенного бака, проведены статические испытания на прочность до и после криогенного воздействия на конструкцию, оценена проницаемость материала.

Емкости для криогенных компонентов могут быть востребованы в нефтегазовой отрасли, в медицине, для доставки жидкого кислорода и жидкого водорода. Широкое внедрение технологий изготовления емкостей из полимерных композитов возможно только при государственной поддержке и выделении этого направления в отдельную государственную программу.

Для обеспечения научно-технологического суверенитета России в области машиностроения и металлургии актуальны разработки покрытий из износостойких керамик со сверхнизким коэффициентом трения. Применение таких покрытий позволит решить многие проблемы, в частности, повысить стойкость деталей различных агрегатов, инструмента для горячей обработки давлением металлических и керамических материалов, увеличить ресурс нефтегазового оборудования. Например, нанесение сверхтвердого керамического покрытия на пуансоны для изготовления полимерных трубопроводов повышает их стойкость до 100 раз и производительность процесса на 48 %.

Ученые Удмуртского государственного университета и Института физики металлов им. М.Н. Михеева УрО РАН активно работают в этом направлении, в том числе создают сверхтвердые покрытия на основе карбида и нитрида бора в рамках проекта РНФ. Докладчик представил также инновационную технологию обработки поверхности с использованием оксида висмута для беспрецедентного снижения трения и износа в подшипниках скольжения в условиях высоких скоростей и нагрузок, причем без использования смазочных материалов, которая может стать прорывом в трибологии. В разработке этой технологии член-корреспондент РАН Алексей Макаров принимает непосредственное участие (подробно об этом см.: «НУ», 2023, № 24). Прорывные результаты достигнуты благодаря реализации новых научных подходов, позволивших при короткоимпульсной лазерной обработке сплавов и различных керамик получать сильнонеравновесные, аморфные состояния и пересыщенные твердые растворы элементов, которые в обычных условиях не смешиваются даже после расплавления.

Еще одно актуальное направление для обеспечения научно-технологического суверенитета страны в области металлургии — разработка материалов и технологий для оборудования непрерывной разливки стали. Докладчик напомнил, что доля импорта плит кристаллизаторов машин непрерывного литья заготовок (МНЛЗ) в 2012 г. составляла более 95 %, а это критично для национальной безопасности. В ЗАО «НПП «Машпром» совместно с Институтом физики металлов им. М.Н. Михеева, Институтом машиноведения им. Э.С. Горкунова УрО РАН и УрФУ разработана инновационная технология восстановительного ремонта и производства новых стенок кристаллизаторов МНЛЗ. Промышленные испытания показали, что применение этой технологии повышает стойкость стенок от 2–4 до 20 раз по сравнению с импортными стенками с гальваническими покрытиями, а реализованное российское производство кристаллизаторов существенно превосходит гальваническое по экологичности, энерго- и ресурсоэффективности. Технология успешно применяется на основных металлургических предприятиях России, доля зарубежных кристаллизаторов снижена до 40 % (на конец 2022 г.). Об этом «НУ» также подробно писала (2020, №5; 2022, №18).

В рамках проекта УМНОЦ «Передовые производственные технологии и материалы» (индустриальный партнер ЗАО «НПП «Машпром», научный — ИФМ УрО РАН) разработана технология восстановления медных плит кристаллизаторов МНЛЗ современным экологичным способом сварки трением с перемешиванием с последующим нанесением износостойких композиционных покрытий. Это практически исключит потребность в импорте кристаллизаторов, что обеспечит технологический суверенитет по критичному по безопасности переделу производства стали в России. Помимо металлургии эта технология перспективна для применения в космической отрасли, на скоростном железнодорожном транспорте, в машиностроении, автомобилестроении, кораблестроении, строительстве.