Польза от технологии и науки

Интервью с кандидатом технических наук, заместителем начальника по науке Лаборатории углепластиков и органитов Александром Сергеевичем Колобковым. Ученый уверен, что мировое научное сообщество стоит на пороге реализации новых идей в области углепластиков. Свое веское слово в этом направлении должно сказать новое поколение исследователей и конструкторов, понимающих, как использовать передовые технологии и материалы.

– Александр, чем конкретно вам приходится заниматься именно как заму по науке?

– Наш институт нацелен, в основном, на прикладную деятельность. В этой связи наука рассматривается нами больше для решения конкретных задач, нежели чем наука ради науки. ВИАМ – это передовое в России производство различных материалов, включая, конечно же, углепластики и органопластики. Но возможности применения этих материалов еще не до конца раскрыты. Здесь особо ценно пересечение науки академической, исследовательской и прикладной. ВИАМ уже давно освоил практически полный цикл производства этих материалов и их испытания. Есть, впрочем, у нас поле и для научной деятельности: это направления, открывшиеся в конце 2018 года – трибология (сектор органопластиков) и высокотемпературные материалы.

Наряду с научными конкурсами и научной аналитикой, я сопровождаю все, что связано с воплощением в жизнь наших или сторонних научных разработок, связанных с композитами. Поиск и отслеживание динамики общемировых научных тенденций, материалов, определение уровня ВИАМ в этих стратах – вот моя повседневная обязанность. Затем, анализируя создавшуюся картину, я делаю выводы: каким образом передовые открытия и научный прогресс можно применить на базе нашего института и во благо нашей страны.

Конечно же, кроме этого в мои обязанности входит обычная операционная деятельность, связанная с взаимодействиями с различными службами, подготовкой отчетов и заключений.

– Расскажите о мировых тенденция в области композитов…

– Последние примерно пять лет мы наблюдали «шествие» биоразлагаемых композиционных материалов. Но постепенно ученые по всему миру пришли к выводу, что в вопросах охраны биоресурсов и безопасности авиации необходим баланс. Биоразлагаемость материалов в конструкции самолета не уместна – ведь это подразумевает, что микроорганизмы его полностью должны уничтожить. Возможно, что такие материалы подойдут для оформления салона (и то это должен быть контролируемый процесс), но не в ответственных конструкциях, где прочность и надежность – жизненно важные параметры материала.

Вторая заметная мировая тенденция – 3D-печать на основе полимерных композиционных материалов. Возможно, все дело в совершенствовании техники, что отменяет многие прежние ограничения. Но есть некоторые нюансы, о которых я писал в одной из своих недавних работ: любая отрасль требует сертификации материала. Надо понимать – с чем работать. Сейчас у нас, например, идет совместный проект с одной компанией по созданию материала для 3D-печати ПКМ с применением непрерывного армирующего наполнителя – углеродного волокна.

Но так как технология печати композитов относительно новая – ей всего примерно лет двадцать, она не сразу перейдет в стадию промышленной реализации. Недавно у нас выступал в рамках проекта «Синклит в ВИАМе» научный руководитель ФГУП «ЦАГИ», академик РАН Сергей Леонидович Чернышев, который обратил внимание, что сначала для производства композитов брали кальку с металла – пытались, по сути дела, металлическую конструкцию изменять «один в один», а теперь приходит понимание, что это нерационально и проектировать надо по-другому. Направление научной мысли идет в сторону сетчатых конструкций, чтобы нити лежали разнонаправленно, могли бы практически полностью реализовываться анизотропные свойства материала. 3D-печать должна в этом помочь.

Вообще, существующие сегодня научные идеи условно можно разделить на pull-инновации и push-инновации. В первом случае известна и осязаема цель, продукт – и под него уже придумываются конкретные решения, в реализации которых уже заинтересованы заказчики на производстве. Push-инновации – это просто интересная мысль, задумка, но без ясного будущего. Творческая мысль у наших коллег ведь постоянно работает!

– Сколько сегодня у вас в работе pull-инноваций?

– Не обо всех я могу рассказать, но несколько тем мы разрабатываем. На поверхности те из них, которые родились в связи с международной санкционной политикой: возникла сложность с импортными материалами, и очевидная задача – заменить их отечественными.

– Как это соотносится с наукой – если это просто замена? О каких материалах идет речь?

– Действительно, может показаться, что все это несложная манипуляция. Но на самом деле это не только огромный объем работы, но и поиски своих прикладных технологий под вроде бы уже известный материал. Например, это ткань на основе углеродного наполнителя для мотогондолы двигателя ПД-14. До 2014 года нам ее поставляла фирма Porcher, которая использовала японские углеродные нити. Но в один момент мы оказались с разработанным проектом двигателя, но без материала для его производства. Тем не менее, с честью вышли из этой ситуации, благодаря научному заделу.  

– Можно сказать, что углепластик становится сегодня универсальным материалом?

– «Один сплошной углепластик, и ничего кроме углепластика» – это голубая мечта некоторых ученых. Но надо понимать, что она не реализуема в авиации. Внутри самолета много шлангов, трубок, приводов и вспомогательных систем, которые отвечают за его управляемость, их невозможно заменить углепластиком. Также есть ограничения по технологии переработки: не все, что делается из металла, можно сделать из композитов. Пресловутая материальная сторона здесь играет роль: углепластик в разы дороже того же алюминия. И статическое электричество – немаловажный фактор, сопровождающий пластик, хотя есть решения для преодоления этой трудности. То есть спектр задач в принципе для авиации ограничен. Но не совсем.

В углепластике обычно выделяют хорошие стороны, но у него есть и свои минусы – он хрупкий.

Основная тенденция, которой мы следуем сегодня, максимальное облегчение конструкций: меньше затрат энергии на взлет – больше полезной нагрузки. В этой системе координат ВИАМ разрабатывает композиционные материалы для широкохордной лопатки двигателя. При массе плюсов, которые рассчитали конструктора, есть одна сложность: на больших оборотах двигатель засасывает в себя огромный объем воздуха, а если с этим воздухом что-то попадет в лопатки, то велик риск их повреждения – двигатель может выйти из строя. Задача: получить материал, который не будет разрушаться от таких воздействий.

Замечу, не только наша лаборатория бьется над ее решением. Мы работаем в тесном сотрудничестве с еще одной лабораторией, которая разрабатывает связующее. Отработка технологий происходит в сотрудничестве и с другими коллегами, потому что сам композиционный материал – составной продукт.

В целом уровень развития углеродных волокон сегодня достиг своего предела, и следующий переход должен случиться через какое-то время. Пока не все могут осознать, как и для чего их лучше использовать. Нужен другой подход и к проектированию изделий из этих материалов.

В современной России это еще и кадровый вопрос. Тема композитов, в частности углепластиков, у нас долго была закрытой. Массово специалистов по этому профилю не готовили. Когда я учился – в двухтысячных годах, нам про композиты уже рассказывали, но весьма скупо. Но и сегодня пока еще нет такого количества профессионалов, которые бы внедряли эти материалы. Например, все восхищаются карбоном: «Ах, какой красивый материал!». Зачастую отмечают только эстетическую функцию, но для чего действительно этот материал создан, что он собой представляет, многие не понимают.

Именно из-за недопонимания сути работы с современными материалами на производствах часто нарушаются технологии изготовления изделий на основе препрегов. Иметь хороший материал – это полдела. Очень важно, чтобы менялась культура производства предприятий.

Пока же ВИАМ не только создает материал, но и проводит техническое сопровождение, очень много и подробно консультирует. И это тоже часть общемировых тенденций.

Итоги выставки JEC Composites в Париже, на которой я побывал в начале марта в составе научной делегации ВИАМ, это подтвердили. Прорывных идей не прозвучало: композитная отрасль зависла на моменте осознания всеми ее участниками места и технологий применения новых материалов. Идет постепенное движение к автоматизации производства, повышению воспроизводимости и надежности результата, по возможности, удешевлению конечных изделий.

Наш институт, Бауманский университет и другие вузы постепенно начинают готовить специалистов-материаловедов, специализирующихся именно на композитах. Когда критическая масса профессионалов в этой области нарастет, тогда это направление совершит новый скачок, композиционные материалы будут применять масштабнее и преимущественно не только в авиации.

– А какими были ваши университеты на пути изучения композитов? 

– Я родился в городе Иваново. Закончил Ивановский химико-технологический университет по специальности «Технология химических волокон и композиционных материалов на их основе». Весь курс композиционных материалов нам преподали всего за год. Теперь я понимаю, что это была лишь верхушка сведений, общее понимание предмета. Затем в аспирантуре несколько лет я посвятил синтезу полиамида-6. Даже зарегистрировал три патента по новым способам его получения. Однако мои разработки пока еще только дожидаются своего звездного часа. Бывшие советские заводы-производители полиамида переживают период возрождения, самоокупаемости –  и не берутся за новые технологии.

В изучение углепластиков я существенно углубился в период своей работы в Препрег-СКМ, где я трудился около пяти лет. Узнал о свойствах разных волокон, начал понимать направление их применения.

Надо сказать, что основная динамика в области применения композитов сегодня не в авиации, а в автомобилестроении, где производство более автоматизировано, и более частотно, поэтому, кстати, на JEC Composite было показано много решений для автомобильной отрасли. Только надо понимать, что там композиционные материалы другого уровня, они практически не применяются в силовых конструкциях, их основное применение снижение массы за счет обвеса.

– Какими наработками для композитов будущего мы уже можем похвастаться?

– Нам действительно есть что показать и даже – применить. Совсем скоро мы будем вводить еще одну характеристику для препрегов: липкость. При разработке материалов невозможно измерить все параметры, необходимые на производстве. К тому же, органолептически невозможно определить – насколько реален этот параметр. Один человек потрогает и скажет: липкий. Другой скажет: не очень липкий. Климатические особенности места, где происходит выкладка, также влияют на показатели.

Поэтому ВИАМ приобретает установку, которая определяет цифровое значение липкости: после измерения мы доподлинно сможем сказать: у этого материала такая-то липкость. Эти параметры можно будет закладывать в нормативную документацию.

– А липкость – очень важный параметр?

– Очень важный, поэтому его надо контролировать. Препрег – листовой материал. Изделие состоит из сотен таких листов. Каждый слой выкладывается под определенными углами по сложной выкройке. Конструкция этого «торта» не плоская, а, как известно, углепластик жесткий и при недостаточной липкости он начинает отгибаться. Недостаточная липкость в итоге скажется на качестве конечного продукта. 

– Расскажите про устройство лаборатории, кто сегодня открывает новые горизонты науки?

– В нашей лаборатории я курирую три сектора. Во-первых, это сектор армирующих наполнителей, с ткацким оборудованием в Воскресенском филиале ВИАМ, его запуск совпал с моим приходом в институт. Я принимал участие в наладке этого производства вместе с Александрой Сидориной (она возглавляет сектор). Александра разработала программу создания тканей нового поколения, которую сегодня успешно реализуют с помощью новейшего, гибкого в производстве станка. Ткани идут на производство препрегов для изготовления мотогондолы авиадвигателя ПД-14.

Второй сектор – сектор органопластиков, там развивают научное направление по трибологии Галина Серафимовна Кулагина и Галина Федоровна Железина. Но и этот сектор дает нам «пищу» для производства. Здесь у нас идет работа над тремя видами материалов – конструкционными, баллистическими и трибологическими органопластиками.

Третий сектор (его возглавляет Татьяна Юрьевна Тюменева) – сектор клеевых препрегов, которые применяются в сотовых конструкциях многих известных самолетов.

Один из примечательных нынешних проектов – разработка материалов для пола самолета, который должен быть не только прочным, но пожаробезопасным. Самарский государственный аэрокосмический университет им. академика С.П. Королева специально под этот проект разрабатывает математическую модель полов, где учитывается масса неочевидных (по крайней мере, для обывателя) нюансов и различных факторов будущей эксплуатации: вариативность обуви (каблук, шпилька и т.д.), проезд тележек, вероятность падения предметов на пол и прочее.

Сегодня сектор клеевых препрегов расширяет географию своей деятельности. Его сотрудники – частые гости в Ульяновске, где налаживают технологии производства препрега для стеклопластиков радиотехнического назначения. Как известно, попадание углеродной пыли в стеклопластик приводит к значительным изменениям его диэлектрической проницаемости и не позволяет изготавливать изделия с необходимыми свойствами. Поэтому препреги на основе угля решено делать здесь, в Москве, а на основе стекла – в Ульяновске.

– Как вы справляетесь со сроками, можно бесконечно погружаться в искания и дискуссии?

– Главное – уметь распределять усилия и правильно пользоваться различными инструментами для решения различных задач: применять тайм-менеджмент, мозговой штурм, дизайн мышления.

– Где вы всему этому научились?

– В магистратуре Высшей школы экономики на программе «Управление исследованиями, разработками и инновациями в компании». Там как раз обучают, как распределять время, делегировать ответственность, некоторым психологическим нюансам управления организацией, дают много полезной информации о том, как взаимодействовать с сотрудниками. В моей лаборатории работают больше 50 человек – это большой коллектив, поэтому получаемые там знания мне помогают.

– При такой колоссальной нагрузке, что делает вашу работу увлекательной?

– Общение и получение новых знаний. Когда я пришел в ВИАМ, мои знания о композитах не были глубоки. Благодаря отличным людям и специалистам, с которыми я познакомился и работаю здесь, мой профессиональный уровень постоянно растет.

Мне очень нравится оснащение института. На выставке  JEC Composites  я поймал себя на мысли, что у нас в ВИАМ есть практически все возможные установки и оборудование, которые необходимы, за исключением, возможно, каких-то уникальных агрегатов. Благодаря приборной базе ВИАМа можно творить поистине классные «штуки»!

– Времени на увлечения вне работы у вас, конечно же, нет?

– Раньше его было больше, пока не пошел учиться в магистратуру. Иногда я играю на пианино: нравится мне музыка – люблю послушать и сам сыграть, особенно популярные саундтреки из фильмов и игр.

– Как вы к этому пришли?

– Захотелось научиться – и научился, с помощью преподавателя конечно, будучи аспирантом. Учиться никогда непоздно – это наглядно нам показывает история развития отрасли композитов!