– Юрий Николаевич, ваша технология лазерной наплавки деталей заинтересовала дальневосточных судоремонтников?
– Конечно. Значительная часть нашего рыбодобывающего флота была построена в 1970-1980 гг. прошлого века. Это суда и нашей постройки, и зарубежной. Если раньше они свободно ремонтировались на верфях Южной Кореи, Японии и Китая, то сегодня это стало почти невозможно. При этом старые суда не имеют запасных деталей. Каждая деталь
штучная, и самим заводам заниматься их восстановлением не с руки. Как можно решить эту задачу? Проведением обратного инжиниринга: необходимо снять деталь, оцифровать ее, получить электронного двойника, затем постараться подобрать материал и каким-то образом ее воссоздать. И здесь лучше всего походят аддитивные методы, включая технологии лазерной наплавки материалов. Когда у нас было единое государство, мы не задумывались, где производятся серийные детали. Сегодня многих советских заводов уже не существует, а суда-то остались. Военно-морской флот сталкивается со схожими проблемами: корабли есть, а предприятий, на которых они строились и где производилось судовое оборудование, нет. Чтобы флот выполнял свою функцию, оборудование на кораблях необходимо вернуть к жизни. Здесь тоже помогают лазерные технологии. Многие детали можно восстанавливать и для авиации.
– Требования к аддитивным технологиям и материалам в ГОСТах и стандартах прописаны еще не очень четко…
– С этой проблемой мы столкнулись лет пять назад, как только начали заниматься наплавкой судового оборудования. Пришлось привлекать к сотрудничеству Морской регистр, получать их заключения по определенным деталям. Вдобавок, аддитивные технологии не были прописаны в документации, которая выпускалась ранее для ремонта соответствующих деталей. Сейчас открыт инжиниринговый центр, одна из задач которого заключается в получении сертификатов на все виды восстановления деталей. Его создали по поручению заместителя председателя российского правительства Дмитрия Чернышенко. Помощь оказали Министерство науки и высшего образования и Минпромторг России. В данный момент мы дооснащаем центр и начинаем активно работать в этой области. До создания центра нам не хватало производственных мощностей. Судовые детали габаритные, они просто не помещались в наших лабораториях. Сейчас необходимое оборудование появилось, и мы можем полноценно заниматься наплавкой.
– Технология наплавки применяется в промышленности давно, лазерная наплавка тоже известна не первый год. Что отличает вашу технологию? Какие типы лазеров используете?
– Мы используем два типа лазеров: волоконные – с длиной волны 1,06 микрометра, либо твердотельные лазеры, у которых длина волны составляет 0,53 микрометра. Все зависит от детали, над которой мы работаем. Под нее подбирается материал, с чем-то смешивается, добавляются определенные флюсы. В этом плане, конечно, мы обладаем серьезными ноу-хау. У нас в регионе есть завод, на котором при производстве сильфона необходимо сварить три лепестка из стали толщиной меньше миллиметра. Традиционно это делалось с помощью электронной сварки, и 90% продукции уходило в брак. Сейчас мы взяли эту работу на себя, и у нас 100% выход качественной продукции.
– Лазерная резка и сварка не получили пока широкого распространения в российском судостроении. Одна из основных причин – высокая стоимость этого оборудования...
| Будем знакомы |
| Юрий Николаевич Кульчин, специалист в области лазерной физики, лазерных технологий, фотоники нано- и микроструктур и нанотехнологий , академик, вице-президент РАН, председатель Дальневосточного отделения РАН. Родился в 1953 году. В 1976 году окончил специальный факультет физики Московского инженерно-физического института. Юрий Кульчин является одним из основоположников развития физических основ и практического применения лазерных методов исследования океана и атмосферы, а также инновационных роботизированных лазерных технологий для судо- и авиаремонтных предприятий. Им создана Дальневосточная научная школа лазерной физики. |
– Лазерная резка хороша, особенно если мы работаем по не очень толстым листам. То, что до одного сантиметра, обрабатывается прекрасно, и экономически это выгодно. Когда листы толстые, допустим, более пяти сантиметров, конечно, возникают некоторые затруднения. Но главная проблема заключается в том, что предприятия слабо верят в нас. На одном крупном судостроительном предприятии в нашем регионе возникли трудности, связанные с лазерным раскроем. Они закупили станки и технологии в Западной Европе. Мы много раз предлагали, давайте, мы вам поможем. На листах больших размеров всегда происходит отклонение траектории от прямолинейного перемещения, и это можно компенсировать, используя те наработки, которые у нас есть. Но, к сожалению, они предпочитают обращаться к компаниям из центральной части России, к кому-то еще, ничего толком не получается, а на нас они внимания не обращают. Хотя, повторюсь, у нас есть коллектив, который мог бы это хорошо сделать. Я пытался донести это до владельцев предприятия, но...
– Как складывается судьба вашего предложения по использованию роботов для чистки корпусов судов?
– Когда мы занялись этой темой, примерно два года ушло на то, чтобы понять, что представляют собой эти наросты на судах, каким параметрам должен удовлетворять лазерный пучок для их удаления. В результате мы эту задачу решили, и на выходе у нас появился подводный робот-чистильщик, очищающий корпус судов с помощью лазера. Его плюсы в том, что становится не нужен водолаз и не используются щетки, повреждающие краску и деформирующие поверхность судна. Даже у опытного образца нашего робота экономика была не хуже, чем у рабочих со щетками. Еще одна проблема, связанная с обрастанием – это заселение акватории чужеродными гидробионтами. К примеру, моллюски рапаны в Черное море были занесены на днищах судов из Японского моря. А во Владивостоке появились ядовитые медузы – крестовики, родина которых Австралия.
Лазер эти гидробионты уничтожает, и таким образом с помощью своей установки мы решаем еще и экологическую проблему. Вдобавок, соотношение цена-качество у нас выше по сравнению с другими способами очистки корпуса судна. Мы способны убрать обрастатели, оставляя целой краску, можем очистить корпус до металла: все зависит от режима обработки. Но, к сожалению, эта технология пока не востребована нашими судоремонт – никами. Проблема в том, что новые методы работы предприятия пока не стремятся внедрять. Дело в том, что они входят в холдинги, которые управляются из центральной части России, и директора заводов самостоятельно не могут принять решение, что эта технология им нужна. Им проще продолжать чистить суда с помощью рабочих со скребками, чем использовать роботов.
– Быть может, их отпугивает стоимость оборудования?
– Даже у опытного образца нашего робота экономика была не хуже, чем у рабочих со щетками. Им активно интересовались зарубежные компании.
– С ОСК связывались?
– Те люди, которые работают здесь, решения не принимают, а до Москвы нам достучаться непросто. Сейчас по поручению вице-премьера, полпреда Юрия Петровича Трутнева мы готовим большое совещание, он обещал пригласить на него руководителей и ОСК, и ОАК, чтобы обсудить с ними предложения науки.
– Для очистки гидротехнических сооружений ваши комплексы годятся?
– Ими можно чистить все что угодно. Например, решетки водозаборников на ТЭЦ. Там тоже происходит обрастание, и наши роботы хорошо справляются с очисткой.
– Насколько легко академической науке удается доводить разработки до практического внедрения? Как, например, вы создавали роботизированные установки для очистки корпусов судов?
– Что-то нам удается делать совместно с заводами, а вот создать малое предприятие для этих целей не получается. Дело в том, что задача ученых в большей степени заключается в создании новых знаний, а не их внедрении в индустрию. Раньше подобные задачи были возложены на отраслевые институты: наука пере – давала им фундаментальные наработки, а они уже занимались прикладными вещами. Сейчас эта система разлажена, и поэтому мы стремимся создавать у себя центры, способные воплощать в жизнь инновационные идеи.
К примеру для практической реализации темы подводных роботов был создан целый центр по их производству и конструированию. Его оснастили современными станками, другим оборудованием. Там работают рабочие, способные изготовить нужное изделие. После того, как центр посетили вице-премьер Дмитрий Чернышенко и вице-премьер, полпред Юрий Трутнев, нам выделили средства на покупку робота-автомата. Он способен обрабатывать детали диаметром больше 400 мм. Появление станка позволило замкнуть технологическую цепочку, и сразу посыпались заказы. То же самое сейчас будет происходить и с лазерным центром.
– Дальний Восток исторически был одним из центров по созданию подводных беспилотников...
– Подводная робототехника, которая сейчас существует в России, во многом зарождалась в Институте автоматики и процессов управления ДВО РАН. Потом выделился отдельный Институт проблем морских технологий ДВО РАН. Он занимается разработкой подводных дронов. Океан – агрессивная среда, и человека лишний раз туда отправлять не стоит. Институтом было разработано более 20 типов роботов. Они решали самые разные задачи – от поиска подводной лодки "Комсомолец" до контроля состояния подводных линий связи и морских платформ.
Возможно, вы помните интересный проект по определению того, кому принадлежит хребет Ломоносова. Там использовались два типа подводных аппаратов: "Мир", на котором Артур Чилингаров опускался на дно и эффектно поставил флажок на дне, и наш робот. Чилингаров с экипажем едва не погибли: произошла сдвижка льдов, и они не могли найти полынью, чтобы всплыть. А наш робот помог исследовать 100 квадратных километров морского дна и поднялся на поверхность моря именно там, где должен был, с точностью до полуметра. Эти исследования внесли существенный вклад в доказательство, что хребет Ломоносова является частью российской территории.
Мы продолжаем развивать это направление, предложили разработать национальный проект по изучению и освоению Мирового океана. Он получил условное название "Гидрокосмос". В начале 2000-х я, будучи проректором технического университета, встретился во Владивостоке с адмиралом Уолшем, который возглавлял гидрографическую службу ВМС США. В 1960 году он вместе с Жаком Пикаром первым в мире спустился на дно Марианской впадины. И Уолш с гордостью рассказывал мне, что космонавтов уже сотни, а они были единственными, кто достиг глубины 11 тысяч метров. Летая в космос, мы боремся с одной атмосферой, опускаясь под воду, противостоим давлению воды в сотни атмосфер. Мне запомнилась эта беседа, вот поэтому мы и назвали программу "Гидрокосмос".
Она направлена на освоение удивительного объекта природы – Мирового океана и предусматривает освоение минеральных и биологических ресурсов. Для реализации проекта потребуются не только роботы для осмотра дна, но и те, что смогут выполнять на больших глубинах различные операции. В частности мы разрабатываем роботов-геологов, способных исследовать химический состав грунта и воды. Железомарганцевые конкреции, к примеру, лежат на глубинах порядка тысячи метров, где давление составляет 100 атмосфер. И надо решать, как их транспортировать наверх.
– С развитием Севморпути вы как-то связаны?
– Безусловно, это та сфера деятельности, без которой мы себя не представляем. Северный морской путь (СМП) начинается во Владивостоке и заканчивается в Санкт-Петербурге. И там, например, необходимо решать задачи, связанные с проводкой судов. Наш Институт автоматики и процессов управления ДВО РАН уже порядка 30 лет ведет спутниковый мониторинг состояния океана, в том числе, ледовых покровов. Мы отработали технологии, позволяющие формировать траекторию движения судов по СМП в любой обстановке.
– Исследовательских судов ДВО РАН хватает?
– Не хватает, до реформы 2013 года мы имели более полутора десятков научных судов разного класса, сейчас осталось всего два. Когда непрофессионалы начинают заниматься эксплуатацией любого вида техники, будь это суда или что-то другое – со временем все это приходит в упадок. Наши суда постройки восьмидесятых годов прошлого века, конечно, они морально себя исчерпали. Сейчас на заводе "Звезда" строятся два новых научно-исследовательских судна. По объективным причинам, связанным с санкциями, их ввод в строй задерживается.
– Промышленному рыболовству в регионе помогаете?
– Спутниковый мониторинг, который мы проводим, позволяет измерять температуру поверхности океана. Известно, что в местах столкновения теплых и холодных вод происходит взрывное развития планктона, а планктон – это кормовая база для рыб. И она туда приходит. Мы по градиентам полей наводим флот на эти места. Недавно стали использовать роботов, чтобы давать наводку краболовам, где происходит скопление крабов. Помогаем и судовладельцам: случается, они теряют баржи или какую-то мелочь. Благодаря тому, что мы пишем всю спутниковую информацию, можно вернуть запись назад, определить: откуда был ветер, куда шло течение, и определить район с потерянным объектом.
– Вы упомянули отраслевые институты. Одной из их задач было определение перспектив развития отрасли. Кто сегодня способен "заглянуть за горизонт"?
– Человек так устроен, что всегда пытается посмотреть, что там дальше. Сейчас нам надо осваивать Мировой океан, необходимо сначала освоить шельф, а дальше мы задумаемся о том, как спуститься глубже, на большие глубины. И тут появится понимание, какие нужны технологии, материалы, двигатели, источники энергии. Как связываться с глубоководными аппаратами, как ими управлять. И это все возникнет из того, что мы захотим двинуться чуть-чуть вперед.
– Многие жалуются сегодня на качество школьного образования. Гаджеты занимают большое место в жизни детей, выпутаться из этих электронных сетей непросто. Чтобы вы могли посоветовать родителям, и тем детям, которые хотят стать учеными?
– По поводу гаджетов отчасти соглашусь. Человек устроен так, что ему хочется идти по линии наименьшего сопротивления. Жить в парадигме потребления легко, тебе что-то подсовывают, не нужно напрягаться. Но известный факт, что все благое достигается через насилие, в хорошем смысле, над самим собой. Нужно понимать, что знание – это не рюкзак, который ты носишь за спиной, это то, что ты приобретаешь и держишь в голове. Нужно много учиться. Никто за вас ничего не сделает. Поэтому могу рекомендовать только труд, труд и труд. Нужно читать книжки, получать новые знания, участвовать в различного рода олимпиадах, конкурсах. Это очень сильно развивает и помогает продвигаться вперед. Понятно, что образование сейчас не очень на это настроено, система ЕГЭ больше ориентирована на тесты, но все равно существуют кружки, школы с углубленным изучением физики, математики. Самое главное, нельзя в себе подавлять любопытство. Всегда нужно с интересом смотреть на новое.
– Вы родились на Дальнем Востоке, учились в МИФИ, а затем вернулись на берега Японского моря. Сегодня подобный маршрут готовы повторить немногие. Те, кто оказался в Москве, редко возвращаются назад... Как сохранить талантливых ребят для Дальнего Востока?
– Наверное, не буду оригинален, если скажу, что для этого должны быть решены социальные проблемы: люди должны иметь возможность получить жилье, хорошую зарплату, культурный досуг. И это необходимые, но не достаточные условия. Обязательно должна быть интересная работа. Из моей научной школы уезжает не очень много ребят. Потому что все занимаются интересной работой, которая их захватывает. Даже если в социальном плане ребята проигрывают, они все равно остаются здесь. Им интересно, они работают в хорошем коллективе, занимаются любимым делом. Про себя могу сказать: моя родина – это Дальний Восток, я родился в портовом городе Находка. Поэтому без моря жить не могу.
– Что сейчас представляет собой Дальневосточное отделение РАН?
– Оно объединяет под своим научно-методическим руководством 28 научных организаций, которые распределены по всему Дальнему Востоку. В каждом регионе, крае или области есть наши институты. Всего у нас трудятся около 6000 человек, примерно половина из них–это научные сотрудники, около 300 специалистов – доктора наук и профессора. Молодые сотрудники (до 39 лет) составляют третью часть коллектива. Институты ДВО РАН работают в самых различных областях научных знаний. Это и математика, физика, информатика, исследования в области искусственного интеллекта, это и биологические науки, науки о земле, общественные науки, гуманитарные, медицина и сельское хозяйство, то есть весь спектр. Это, конечно, позволяет нам показывать хорошие результаты в междисциплинарных областях, когда одни знания дополняют другие, одни исследования позволяют развиваться другим направлениям науки.
– Иногда научному открытию способствует даже газетная ошибка. Читал, что вы создали новый светопроводящий материал, прочитав статью в районной прессе...
– В науке есть такой метод – "природоподобная технология". Когда мы можем подсмотреть за тем, что делает природа, и попытаться повторить это самим. Действительно, работа над фотонными световодами была начата отчасти случайно. Я как-то был в Дубне, в Подмосковье, и там прочитал в газете, что существуют такие моллюски – тридакны, которые питаются микроводорослями, которые выращивают в себе. Живут они на глубине, и чтобы фотосинтез шел, им приходится выпускать наверх волокна, по которым с поверхности поступает свет. Поскольку я всегда занимался фотоникой, это меня заинтересовало, но когда я познакомился с тридакнами поближе, оказалось, что все не совсем так, как было описано в газете. Моллюски обитают не слишком глубоко, свет к ним поступает с поверхности и никаких волокон им выпускать не нужно. Однако это стало отправной точкой для нового исследования.
Параллельно с изучением тридакн мы узнали про стеклянных морских губок, элементы скелета которых – спикулы – состоят из диоксида кремния, а это ведь основной элемент для фотоники. Спикулы стеклянных губок обладают свойствами волоконных световодов, то есть хорошо проводят свет. Более того, они обладают свойствами фотонных кристаллов. И тогда у нас родилась идея, а нельзя ли это дело каким-то образом воспроизвести, чтобы мы смогли получить материал, близкий по своим свойствам к свойствам материала спикул морских губок. И мы смогли биохимическим путём воспроизвести такой материал, он даже оказался гораздо лучше. Например, нелинейно-оптические характеристики этого материала в тысячу раз превосходят аналогичные характеристик для плавленого кварца. Теперь стоит задача, как это открытие претворить в технологии.
