Новосибирск и Новосибирская область: свежие новости, объективный анализ, актуальные комментарии

Третий Международный форум технологического развития «Технопром» пройдёт 4—5 июня в международном выставочном комплексе «Новосибирск-Экспоцентр». Среди разделов выставки — «Аэрокосмические технологии», «Технологии в условиях Арктики», «Смарт-технологии», «Биотехнологии», «Нанотехнологии», «Оптические технологии», «Машиностроение», «ГЛОНАСС» и многое другое. На форуме будет представлено около 70 разработок сибирских научных институтов, теперь входящих в состав Федерального агентства научных организаций. «Ведомости» продолжают знакомить своих читателей с новосибирскими институтами-участниками выставки и их перспективными разработками.

Лазерно-плазменные технологии, которые Институт лазерной физики разрабатывает последние десять лет, уже готовы к промышленному применению.

С оптической точностью

На прошлогоднем форуме «Технопром» сравнительно молодой Институт лазерной физики, организованный в 1991 году, представлял разработки, которые в своё время вывели его на мировую арену науки. Впервые на планете здесь были созданы оптические часы.

— В прошлом году мы представляли работы института, связанные с разработкой и созданием макетов фемтосекундных оптических часов, использование которых в системе ГЛОНАСС позволит в режиме реального времени определять расположение объектов с точностью до одного сантиметра. Где это может быть использовано? И в промышленности, и в сельском хозяйстве, и во многих других сферах,  — перечисляет Владимир Денисов, заместитель директора Института лазерной физики по науке.  — Например, для платных парковок необходима высокая точность определения машин. Для банковского сектора, осуществляющего транзакции, тоже очень важны метки времени, передающиеся по оптическим волокнам. Точность наших часов выше одной наносекунды. Наши оптические стандарты такие, что если бы в момент Большого взрыва, после которого образовалась Вселенная, пустили бы наши часы, к сегодняшнему дню они отстали бы или ушли вперёд всего на одну секунду. Только представьте себе, какая точность!

Институту есть что показать и на «Технопроме-2015». В этом году он представит свои лазерно-плазменные технологии, которые разрабатываются здесь последние 10 лет и в двух направлениях уже готовы к промышленному применению.

— Лазерная плазма зажигается мощными импульсами, следующими с очень высокой частотой, сотни тысяч раз в секунду. Она может выделяться как на поверхности, так и в потоке газа, — рассказывает о принципах технологии заведующий лабораторией мощных непрерывных лазеров Геннадий Грачёв. — Выделяя плазму на поверхности, мы осуществляем её модификацию или азотирование. Технология применяется для упрочнения деталей, работающих в экстремальных условиях, например, в двигателе внутреннего сгорания. С помощью лазерной плазмы мы можем на порядок увеличить срок службы детали и в два раза уменьшить трение. Эта технология, как предполагается, будет внедряться в производство локомотивов для «Российских железных дорог», автомобилей КамАЗ и так далее.

Учёные Института лазерной физики научились синтезировать сверхтвёрдые покрытия на сталях и сплавах. К слову, использование такого покрытия на простых победитовых резцах позволило увеличить их ресурс в 2,5—3 раза. А с помощью углеродных наноструктурированных покрытий на цветных металлах в институте получилось создать аккумуляторы и конденсаторы сверхвысокой ёмкости при весе в 10 раз легче, чем их современные аналоги.

Сейчас сотрудники Института лазерной физики работают над тем, чтобы их приборы функционировали в суровых условиях Арктики, где должны использоваться и соответствующие материалы. Технологии, разработанные в институте, справляются и с этой задачей. Стоит отметить, что к этим разработкам есть интерес у Китая. Институт получил заказ на антикоррозийное покрытие для трубопроводов. И когда он выполнит этот тест, планируется подписание большого контракта с китайскими заказчиками.

На экскурсии журналистам разрешили заглянуть и в «далёкую перспективу» Института лазерной физики — лабораторию «под стеклом», в которой создана мощная фемтосекундная система. Учёные стремились получить такую энергию в импульсе, чтобы электромагнитные поля были очень большие и могли не только вырывать электрон, но и ускорять его. Таким образом, на площади одной лишь комнаты можно создать компактный ускоритель заряженных частиц.

— В этой лаборатории мы развиваем мощную лазерную систему на основе параметрического усиления, — отмечает ведущий научный сотрудник Института лазерной физики Владимир Трунов. — Это один из принципов получения мощных фемтосекундных импульсов. Существует несколько пределов интенсивности, при достижении которых можно наблюдать много интересных физических явлений. Подобные мощные системы могут применяться для ускорения заряженных частиц. Это могут быть электроны, а в дальнейшем — протоны и даже ионы. В этом направлении мы работаем совместно с Институтом ядерной физики им. Г. И. Будкера. В отличие от ускорителей огромного диаметра, здесь, в этой комнате, можно получить частицы с соизмеримой энергией. Правда, у них меньший заряд, но его вполне достаточно, к примеру, для адронной терапии раковых опухолей.\

Учёные Института теоретической и прикладной механики ставят перед собой задачу — научиться использовать лазер для нужд авиационной промышленности.

Что такое микро-
металлургия?

В Институте теоретической и прикладной механики им. С. А. Хрис­тиановича, который ориентирован на авиацию, журналистов знакомят с аэродинамическими трубами, в которых испытываются модели летательных аппаратов. В малом аэродинамическом зале установлена сверхзвуковая аэродинамическая труба Т-313, которая в этом году отметит полувековой юбилей. В ней испытывались модели пассажирского самолёта Ту-144, системы «Энергия-Буран», перспективных летательных аппаратов. К примеру, сейчас идёт разработка модели перспективного пилотируемого транспортного космического корабля, который придёт на замену «Союзу». Он будет больших размеров, с элементами мягкой посадки и возможностью компенсации сноса, комментирует заведующий лабораторией экспериментальной аэродинамики Валерий Запрягаев. Предполагается, что он будет создан лет через 5—7 лет.

Но, оказывается, одна из самых перспективных технологий, разработанных в Институте теоретической и прикладной механики, тоже связана с лазерами.

Так выглядит изнутри сверхзвуковая аэродинамическая труба, в которой испытываются модели летательных аппаратов.

— Какое отношение имеет лазер к проблемам авиации? — задаётся вопросом заведующий лабораторией лазерных технологий Анатолий Оришич. — Самое прямое! На обшивке даже самых современных импортных самолётов видны маленькие точки. Это заклёпки. К сожалению, до сего дня не изобретено способа, как сварить алюминий с прочностью основного металла. Если бы нам сейчас удалось создать технологию сварки для авиационной промышленности, то экономия (а корпус самолёта — это половина его стоимости) составила бы до одной трети! Airbus называет переход к сварке в авиации мягкой революцией. Добавлю от себя: эта революция подобна той, что случилась, когда от деревянных самолётов, покрытых перкалем, люди перешли к металлическим. Теперь нужен новый переход: от клёпаных к сварным. Как выяснилось, обычные методы сварки не позволяют это сделать. У лазерной сварки есть шанс. И мы это уже запатентовали, решив задачу сварки титана. Сейчас же мы занимаемся решением задачи сварки алюминия.

Следующим этапом Анатолий Митрофанович называет внедрение аддитивных технологий. По его словам, лазерная сварка — это хороший инструмент, который позволяет фокусировать излучение, то есть получить большую плотность энергии в очень маленьком объёме — десятке микрон. В результате можно совершить ещё одну революцию.

— Как делается любая деталь? Берётся большой кусок, отрезается всё лишнее и получается нужное. А можно сделать всё наоборот: взять порошок и с нуля вырастить деталь с нужными вам размерами и конфигурацией, например, шар в шаре, который не получишь обычными методами, — рассказывает Анатолий Оришич. — Наш институт ввёл термин «микрометаллургия». Макрометаллургия — это когда берут большую печь, мартен, и льют металл. А мы занимаемся микрометаллургией: берём маленький объём, в нём варим нужный «супчик» (у нас есть свои секреты — нанопорошки) и получаем нужную деталь. Сейчас микрометаллургия — мировой тренд. Лазерная сварка, лазерно-порошковая наплавка и аддитивные технологии — это то, что наш институт представит на «Технопроме».