Обсуждение космических программ

На начальной стадии прорабатывались несколько вариантов компоновки, значительно отличающихся друг от друга. В итоге в январе 1962 года была выбрана пакетная схема блоков первой ступени. Основным силовым элементом, воспринимающим нагрузки от массы топлива, тяги двигателей, веса верхних ступеней и забрасываемого груза стал центральный бак окислителя диаметром 4100 мм, вокруг которого симметрично крепились шесть навесных баков горючего с маршевыми ракетными двигателями в нижней части. В отличие от знакомой всем сейчас «семёрки», боковые блоки «пятисотки» были намертво связаны с центральным и в полёте не отделялись.
Для оптимизации массовых характеристик ракеты была принята тандемная схема расположения с последовательной работой ступеней и «горячим» разделением: механические связи рвутся в тот момент, когда двигатели нижней ступени заканчивают работу (их тяга спадает), а двигатели верхней ступени, наоборот, «выходят на режим» (их тяга растет). Струи газов, истекающие из двигателей верхней ступени, давят на верхнюю часть нижней ступени, расталкивая части и не допуская их соударения. Подобный способ упрощал проблему запуска мощных двигателей в полёте — во второй половине 1950-х эта задача ещё казалась трудноразрешимой, но в первой половине 1960-х разработчики уже знали несколько способов ее решения.

В проекте УР-500 воплощалось множество новшеств, от фрезерованных «вафельных» баков и двигателей замкнутой схемы до прокладки по борту ракеты всех необходимых заправочных, пневмогидравлических и электрических коммуникаций, которые стыковались с пусковым устройством стартового комплекса через торец нижнего отсека первой ступени (это решение позволило отказаться от кабель-мачты и обеспечивало надёжный сход изделия с пускового устройства).
Одновременно с разработкой ракеты проектировались и отрабатывались комплектующие агрегаты и системы на смежных предприятиях.
Химкинское Конструкторское бюро энергетического машиностроения генерального конструктора В. П. Глушко (ныне — НПО «Энергомаш») создавало для первой ступени двигатели тягой свыше 150 тс. Воронежское Конструкторское бюро химической автоматики (КБХА) главного конструктора С. А. Косберга делало для верхних ступеней двигатели тягой по 60 тс. Все они имели турбонасосную систему подачи топлива и выполнялись по схеме с дожиганием окислительного газа в основной камере при высоком давлении.
Научно-исследовательский институт автоматики и приборостроения (генеральный конструктор Н. А. Пилюгин) и ОКБ завода «Коммунар» (главный конструктор Л.Л. Балашов) проектировали систему управления и электроавтоматику. Для обеспечения высокой надёжности системы выполнялись по схеме с дублированием и троированием гиростабилизированных платформ, программных и счётно-решающих устройств с выходом на дублированные цепи исполнительных органов.

Эскизный проект УР-500 в двухступенчатом варианте был готов в 1963 году, а проектирование в целом завершилось к концу 1964 года. В сентябре 1964 года полноразмерный макет ракеты вместе с масштабной моделью пусковой установки осматривал на Байконуре глава государства — первый секретарь ЦК КПСС, председатель Совета Министров СССР Н. С. Хрущёв. УР-500 Никите Сергеевичу в целом понравилась, но оценив макет монструозной шахты (надо представить себе масштаб сооружения: УР-500 имела поперечный диаметр 7,4 м, в то время как советские ракеты шахтного базирования в то время были не толще 3 м), он произнёс ныне широко известную фразу: «Так что мы будем строить — коммунизм или шахты для УР-500?»
Вопрос повис в воздухе, но после октября 1964 года в связи со снятием с должности Н. С. Хрущева проект УР-500 пересмотрели и разработку огромной МБР прекратили. В работе остался только космический носитель, способный при определённых условиях служить глобальной ракетой.
Однако ещё оппоненты эскизного проекта УР-500 отмечали недостаточную энергетику изделия как носителя космических объектов. В то же время, наличие больших запасов по начальной тяговооружённости (отношению тяги к стартовой массе) ступеней, удельным характеристикам двигателей и прочности конструкции давали повод выдвинуть предложение создать трёхступенчатый вариант ракеты: президент Академии наук СССР М. В. Келдыш аргументированно доказывал, что нужда в носителе, обладающем полуторакратным преимуществом по сравнению с исходной УР-500, чрезвычайно велика.
Параллельно с разработкой нового варианта весной 1965 года завод им. М. В. Хруничева изготовил двухступенчатую лётную ракету УР-500, а головное ОКБ-52 В. Н. Челомея — спутник-демонстратор «Протон». Автоматическая лаборатория для изучения космических частиц высоких энергий была сделана на базе корпуса третьей ступени будущего космического носителя, получившего обозначение УР-500К.

В рамках лётно-конструкторских испытаний в период с 16 июля 1965 года по 7 июля 1966 года было выполнено четыре пуска, и двухступенчатая ракета вывела на орбиту три спутника серии «Протон» (полёт 24 марта 1966 года закончилась аварией): масса полезного груза в каждом пуске с учётом оборудования, стоявшего на второй ступени, составляла 12,2 т.
Начало жизни космического носителя, получившего название в честь своей первой полезной нагрузки (позже к нему приставили индекс К, чтобы отличать трёхступенчатую модификацию от двухступенчатого прототипа) связано с выполнением одного из этапов советской лунной программы. Он предусматривал облёт космонавтами нашего естественного спутника на модифицированном корабле «Союз», получившем название 7К-Л1 и запускаемом с помощью ракеты-носителя УР-500К. Кроме новой третьей ступени с маршевым (РД-0212) и рулевым (РД-0213) двигателями ракета оснащалась ещё и разгонным блоком «Д», работающим на топливе «жидкий кислород — керосин».
Лётные испытания изделия сразу же начались в полной комплектации. Первый «Протон-К» успешно стартовал 10 марта 1967 года: все ступени, включая и новый блок «Д», отработали штатно, и упрощенный корабль Л1П (обозначенный в открытой печати как «Космос-146») отправился на траекторию, имитирующую полёт к Луне. Менее чем через месяц, 8 апреля, состоялся второй старт — почти успех: «Космос-154» (также аппарат серии Л1П) вышел на околоземную орбиту, но дальше не улетел. К технике претензий не было, подвели люди, не выдав блоку «Д» команду на второе включение двигателя.

Начало биографии выглядит неплохо, но в целом лётные испытания шли неровно: из 12 пусков, выполненных с упрощёнными и комплектными (но беспилотными) кораблями 7К-Л1 «Зонд» в 1967-1970 годах, аварийными оказались пять. До полётов с космонавтами на борту дело так и не дошло: программу УР-500К-Л1 закрыли, а «Протон-К» переориентировали на выведение межпланетных зондов, орбитальных станций, связных геостационарных спутников и тяжёлых космических аппаратов различного назначения.
Для запусков на низкие околоземные орбиты (полезный груз — до 20 т) служила трёхступенчатая модификация ракеты, которую для более высокоэнергетических миссий оснащали разгонным блоком «ДМ». В последнем случае «Протон-К» мог вывести на геостационарную орбиту примерно 2,1-2,6 т, к Луне — около 5,5 т, к Венере и Марсу — около 4,5 т.
Официально ракету приняли в эксплуатацию лишь в сентябре 1977 года, после выполнения 61 пуска, когда надёжность носителя признали вполне удовлетворительной. Кроме упомянутых выше «Зондов», с помощью «Протона-К» на орбиту были выведены пилотируемые лаборатории «Салют» и «Мир», автоматические межпланетные станции «Луна-15» — «Луна-24», «Венера-9» — «Венера-13», «Марс-2» — «Марс-7», «Вега», «Фобос», геостационарные спутники связи «Экран», «Горизонт», «Радуга» и многие другие космические аппараты, в том числе военные, обозначенные общим названием «Космос».

К середине 1980-х «Протон-К» стал основным и единственным советским тяжёлым носителем. Хорошая энергетика, высокая надёжность и, что не менее важно, невысокая стоимость (к началу 1990-х оценивалась примерно в 5 млн руб.) позволили предложить ракету на международный рынок коммерческих запусков: темп полётов по программам, которые в СССР были только государственными, достигал 12-13 стартов в год при сравнительно малом числе аварий. С такой статистикой носитель по своей надёжности опережал американские аналоги (а ракет подобного класса в Европе, Китае и США в то время попросту не было). Казалось, всё идёт от хорошего к лучшему…
Но постсоветское время вместе с остальными «плюсами» принесло чёрную полосу. Если в начале жизни «Протона» основной причиной аварий были конструкторские «косяки», то с начала 1990-х на первый план вышел «человеческий фактор» и сопутствующий ему производственный брак. Так, с 1966 по 1970 год произошло 14 аварий ракеты, с 1971 по 1980 год — семь, с 1981 по 1990 год — восемь, с 1991 по 2000 год — шесть, а с 2001 по 2009 год — четыре аварии.
Кроме того, накопились проблемы, которые в новых условиях требовали незамедлительных решений.
Рост массы полезных нагрузок, особенно выводимых на геостационарные орбиты (а большинство коммерческих запусков приходилось именно на этот регион околоземного космоса), требовал нарастить характеристики носителя. Однако транспортные габариты ракетных блоков и общее ухудшение состояния предприятий ракетно-космической отрасли в первой половине 1990-х годов резко ограничивали конструкторскую фантазию: надо было что-то делать, не вмешиваясь в особенности «Протона» и по возможности не затрагивая стартовых комплексов — последние находились только на Байконуре и составляли значительную часть капитальных вложений в проект.

Новой парадигмой становилось резкое сокращение размеров участков на земле, отводимых для падения отработавших нижних ступеней ракеты. Задача была очень актуальна, так как Россия арендует поля падения первой ступени, находящиеся в Республике Казахстан. Сократить их размеры возможно путём соответствующего выбора траектории выведения и использования такой программы управления полётом, которая позволяла бы осуществить спуск отработавшей ступени на площадку ограниченных размеров.
Нужно было эффективнее использовать топливо, отказавшись от огромных «гарантийных запасов», свойственных «Протону-К»: за счёт более полной выработки компонентов повышалась энергетика носителя и уменьшались или даже исключались остатки вредных компонентов в ступенях, падающих на землю (на первый план выходила токсичность топлива, с которой раньше мирились). Так существенно улучшались экологические показатели российской тяжёлой ракеты. А уменьшение размеров полей падения, помимо снижения арендной платы, позволяло облегчить поиск и утилизацию обломков первой ступени.
Разработчики приняли обширную программу модернизации ракеты-носителя, главной задачей первого этапа которой стала замена системы управления, созданной в первой половине 1960-е годов, устаревшей морально и физически, блоки которой производились за пределами России.

Для модернизированного носителя, получившего обозначение УР-500КМ («Протон-М»), разрабатывалась гораздо более совершенная система управления на основе бортового цифрового вычислительного комплекса (БЦВК). Она обеспечивала пространственный маневр на активном участке полёта, расширяя диапазон наклонений опорных орбит без увеличения полей падения. Появлялись возможности несколько улучшить массовые характеристики и, реализовав ограничения по параметру «произведение скоростного напора на угол тангажа (рысканья)», без существенного изменения прочности конструкции ступеней расширить зону размещения полезной нагрузки (спутники становились всё более «рыхлыми» и менее компактными), установив головные обтекатели большего диаметра и длины.
Разработчики смогли упростить состав «борта», передав вычислительные операции систем опорожнения баков и безопасности носителя на БЦВК, обеспечивая при этом оперативный ввод или изменение полётного задания. Основные элементы новой системы управления прошли лётные испытания и успешно эксплуатировались на других ракетах-носителях.
Исходя из различных соображений, в составе «Протона-М» был применён новый разгонный блок «Бриз-М», работающий на тех же компонентах топлива, что и нижние ступени ракеты-носителя. По своей энергетике он не сильно отличался от блока «ДМ» и позволял выводить на геостационарную орбиту полезную нагрузку до 3,7 т, а на геопереходную — более 6,0 т. Первый пуск «Протона-М» с «Бризом-М» состоялся 7 апреля 2001 года.
Некоторое время обе модификации носителя эксплуатировались параллельно, но постепенно старая сошла со сцены — её последний пуск состоялся 30 марта 2012 года. К этому времени было осуществлено четыре пуска двухступенчатого варианта УР-500, 310 пусков «Протона-К» и 62 — «Протона-М».
Начиная с 2001 года прошли четыре этапа модернизации нового варианта с целью облегчить конструкцию ступеней и разгонного блока, увеличение мощности двигателей первой ступени, а также другие усовершенствования. Применение в составе ракеты-носителя головных обтекателей диаметром от 4,35 м до 5,1 м позволило более чем вдвое увеличить объём размещения полезного груза.

Казалось бы, программа развивается, и достаточно успешно. До 9 июня 2016 года было осуществлено 97 пусков «Протона-М», из них 87 полностью успешных, 5 — частично успешных (по вине разгонного блока спутники выходили на нерасчетные орбиты) и 5 аварийных. 67 миссий проведены в интересах коммерческих заказчиков (62 успешных, 3 частично успешных и 2 аварийных).
Чёрную полосу, начавшуюся в первой половине 1990-х, полностью преодолеть не удалось: с 2010 по 2015 год обе модификации «уходили за бугор» семь раз. В частности, 16 мая 2015 года из-за отказа турбонасоса маршевого двигателя третьей ступени был потерян мексиканский связной MexSat-1. Желающих подробнее ознакомиться с описанием аварий и нештатных ситуаций с «Протонами-М» отсылаем к статье.
После каждой аварии пуски носителей приостанавливались до выяснения причин и принятия мер по предотвращению нештатных ситуаций. Однако прошлогодняя постановка на прикол флота российских тяжеловесов не была вызвана аварией…
В декабре 2016 года после очередных выборочных огневых испытаний двигателя второй ступени на предприятии-производителе — Воронежском механическом заводе (ВМЗ) — было выявлено применение припоя, используемого при изготовлении камеры двигателя, который не соответствовал конструкторской документации.
Припой наносится в холодном и твердом виде на места пайки, после чего сборочные узлы помещаются в печь. При нагреве припой расплавляется и затекает в стыки, образуя прочное соединение. После декабрьских испытаний — а им подвергаются по два двигателя в каждой партии из шести штук — камеры разрезали для углублённого анализа. Тут и выяснилось, что количество припоя в стыках меньше требуемого. Используемое вещество оказалось более тугоплавким, чем штатный припой, и обладало меньшей текучестью.

Несмотря на то, что двигатель без замечаний выдержал огневые испытания, было принято решение отозвать всю партию РД-0210/0211 и РД-0213/0214, изготовленных к тому времени для второй и третьей ступени соответственно. А это — на минуточку — 71 двигатель! Дорогое, но вполне оправданное решение, если учесть, что замена правильного припоя неправильным потенциально создает риск аварии в полёте. «Раньше ракеты, в которых мы сейчас обнаружили дефекты, считались бы рабочими и были бы запущены, — заметил директор по коммуникациям госкорпорации «Роскосмос» Игорь Буренков. — Другой вопрос: долетела бы при этом полезная нагрузка до рабочей орбиты или нет? Сейчас же сохранены и полезная нагрузка, и ракеты-носители. Это очень важно, поскольку позволяет сэкономить миллиарды…»
Аудит всех выпущенных двигателей провело химкинское НПО «Энергомаш». Выяснилось, что проблема возникла ещё два года назад и уже тогда могла быть устранена. Своё мнение по этому поводу высказал гендиректор предприятия Игорь Арбузов: «По-моему, марки припоя были просто перепутаны, и я далек от мысли, что это было вредительство, сознательный злой умысел. Но нарушались правила хранения припоя, и был недостаточный контроль за передвижением материалов на предприятии в процессе производства. И хотя на ВМЗ в своё время была выявлена недостача партии одной из марок припоя, группа товарищей дружно подписала акты списания и не стала вникать, куда девался списанный припой нужной марки… Поразительно, что всё это было ясно ещё в 2015 году… и дефектные двигатели продолжали массово выпускать… Закончилась эта история только в январе 2017 года, поэтому, полагаю, все двигатели, выпущенные для «Протонов» с начала 2015 года, могут иметь значительные проблемы и должны быть перебраны».

Теперь воронежцам предстоит перебрать заново все отозванные двигатели, устраняя обнаруженный дефект. Несмотря на то, что основная часть изделий будет доведена до кондиции уже в текущем году, полностью работа завершится лишь в 2018-м.
По результатам «разбора полётов» был освобожден от должности прежний генеральный директор ВМЗ, а Правительство России взяло под контроль ситуацию на заводе: в начале года Воронеж посетил вице-премьер Дмитрий Рогозин. Были приняты срочные меры по восстановлению системы контроля качества, а программу доработки двигателей составили так, чтобы обеспечить график запусков спутников в интересах Минобороны и коммерческих заказчиков.
Уже в середине апреля прошли стендовые испытания первого доработанного двигателя, а 17 мая на стенде КБХА без замечаний был выполнен прожиг РД-0212 для третьей ступени «Протона». Этот последний из серии двигателей для типовых испытаний по плану проверки был передан в ГКНПЦ имени М. В. Хруничева.
Принятые меры вселили надежду на скорое возобновление пусков. Первой в ряду стояла миссия телекоммуникационного спутника EchoStar-21 для американского оператора EchoStar Corporation. Первоначально аппарат должен был полететь ещё в первом квартале 2016 года. Затем пуск перенесли на июнь, потом на август, а затем и на октябрь.
Причиной переноса тогда стали проблемы при запуске спутника Intelsat-31: 9 июня 2017 года во время выведения один из четырёх двигателей второй ступени «Протона-М» потерял значительную часть тяги, и к моменту окончания работы третьей ступени недобор скорости составил 28,2 м/с. К счастью, разгонный блок «Бриз-М» компенсировал «недостачу», и аппарат вышел на заданную орбиту.

Тем не менее специальная комиссия приступила к выявлению причин нештатной ситуации, отложив запуск EchoStar-21. Октябрьскую дату старта выдержать не удалось, миссию перенесли сначала на 20 ноября, а затем на 28 декабря, хотя на сайте провайдера — компании «Международные пусковые услуги» ILS (International Launch Services), дочерней структуры Центра Хруничева — даже шёл обратный отсчёт.
А затем началась вышеописанная эпопея с двигателями, и пуск вообще отложили на неопределённый срок. ГКНПЦ выдал пресс-релиз: «Для проведения дополнительных проверок систем ракеты-носителя и разгонного блока Государственная комиссия приняла решение о переносе даты пуска ракеты космического назначения «Протон-М» с космическим аппаратом связи EchoStar 21. Дата пуска будет объявлена дополнительно». В марте-апреле положение прояснилось, и официальные лица огласили планы выполнить запуск 29 мая 2017 года. Но и это число не стало окончательным. Тем не менее 18 мая объединённая команда заказчиков и исполнителей миссии возобновила свою работу на космодроме Байконур. 30-31 мая заправленный спутник установили на разгонный блок, 3 июня интегрировали с ракетой и 5 июня вывезли на старт.

Первый пуск «Протона-М» в 2017 году (и 413-й по порядку) состоялся 8 июня в 06:45:47 дмв. Как сообщила пресс-служба «Роскосмоса», «…через 9 минут 42 секунды после старта орбитальный блок в составе разгонного блока «Бриз-М» и геостационарного спутника отделился от третьей ступени ракеты-носителя и продолжил полет в автономном режиме. В соответствии с программой выведения, отделение аппарата EchoStar-21 от разгонного блока ожидается приблизительно через 9 часов 13 мин после старта – в 15:58 дмв».
Всего помимо выполненного в текущем году планируются четыре пуска «Протона-М»: два — в интересах российских и два — иностранных заказчиков. В частности, кроме EchoStar-21 предполагалось запустить телекоммуникационные спутники (Amazonas 5 — в июле и AsiaSat-9 в октябре). На следующий год пока планируется десять пусков тяжёлой ракеты, из них только три коммерческих.
Опыт последних лет показывает, что стабильную позицию на пусковом рынке можно занимать при шести и более пусках в год. Для удержания за собой заметной доли рынка ГКНПЦ имени М.В. Хруничева совместно с ILS работает над повышением конкурентоспособности «Протона-М» по нескольким направлениям.
Первое (восстановление требуемого уровня качества и улучшение системы управления качеством) должно вернуть доверие заказчиков, многие из которых поспешили уйти к конкурентам — американскому провайдеру SpaceX и европейскому Arianespace.
Второе должно снизить стоимость пусковых услуг, оказываемых с помощью «Протона-М». Здесь, вероятно, особенно много усилий прикладывать не пришлось — за менеджеров всё сделал курс доллара, выросший вдвое за последние четыре года. Даже при снижении цены за миссию с 90-100 до 60-65 млн долларов в рублёвом эквиваленте предприятие-производитель в накладе не остаётся.
Третье направление относится к целенаправленным усилиям Центра по созданию новых модификаций ракеты с повышенными конкурентными преимуществами.
Последнее обстоятельство напрямую связано с выходом на рынок носителя Falcon 9, предлагаемого потребителям по стандартной цене около 62 млн долларов. Считается, что коммерческий запуск космического аппарата на геопереходную орбиту с помощью «Протона-М» стоит 65 млн долларов. Разработчики утверждают, что дальнейшее удешевление возможно за счёт упрощения конструкции.

В сентябре 2016 года ГКНПЦ имени М. В. Хруничева, Роскосмос и ILS анонсировали создание на коммерческой основе двух новых модификаций — «Протона Лёгкого» и «Протона Среднего», способных вывести на геопереходную орбиту полезный груз массой 3,6 и 5 т соответственно. Их основное отличие от штатного «Протона-М» — уменьшение числа блоков за счёт исключения второй ступени: её место занимает третья ступень с несколько увеличенной ёмкостью топливных баков. На «Протоне Лёгком», кроме того, предлагалось на первой ступени уменьшить число навесных баков для горючего (и, соответственно, двигателей) с шести до четырёх.
«Облегчённая» (по сравнению с исходной ракетой) энергетика выбрана не случайно: в настоящее время растёт популярность так называемых электросатов — спутников, оснащённых для перехода с эллиптической геопереходной на круговую геостационарную орбиту не химическими, а электроракетными двигателями. Последние расходуют на порядок меньше топлива, и «электросаты» при равной массе полезной нагрузки (а значит, и при равном функционале) на старте весят меньше. Соответственно, для их запуска требуются более лёгкие и менее дорогие носители.
В результате на рынке начал формироваться и расти сегмент «лёгких» спутников связи массой 3,5—5,0 т. По некоторым прогнозам, в 2017—2024 годах на геопереходные орбиты будет доставлено на 70% больше таких аппаратов, чем за предыдущие семь лет. Появление новых модификаций «Протона» как раз и должно было откусить кусок нового сегмента.

Исходя из реальных потребностей заказчиков и возможностей предприятия-изготовителя Центр Хруничева в 2017 году продолжил работу над модификацией «Протон Средний», приостановив разработку «Протона Лёгкого». Более того, чтобы первая ракета могла стартовать до конца 2018 года, её решено получить ещё более простым способом: изъятием из состава комплекса третьей ступени с сохранением конструкции первых двух.
Следует заметить, что с точки зрения снижения операционных затрат это не лучшее решение: в производстве десять двигателей (шесть на первой и четыре на второй ступенях) явно дороже, чем восемь (шесть на первой и два — маршевый и рулевой — на видоизменённой третьей ступени, становившейся второй) в предыдущем варианте «Протона Среднего». Зато оно идеально с точки зрения минимальной стоимости разработки (фактически Центр Хруничева выбрал оптимизацию единовременных затрат) — в условиях сокращения производства и ограниченности оборотных средств это, возможно, единственно правильное решение.
Технических проблем быть не должно: «Протон Средний» — это, по сути, возврат к двухступенчатой УР-500, но на качественно новом технологическом уровне (развитие идёт по спирали). Новая ракета способна запустить на геопереходную орбиту пятитонный спутник, а большего и не требуется.

Впереди у «Протона» ещё как минимум восемь лет жизни: вывести ракету из эксплуатации планируется не ранее 2025 года, когда на смену заслуженному ветерану придёт «Ангара-А5».


Игорь Афанасьев , Дмитрий Воронцов

Дело в том, что эти нерасплавившиеся остатки порошинок становятся центрами новой кристаллизации. В таком случае кристаллизация расплава идет не от поверхности, на которой лежит расплав, а из объема. Объемная кристаллизация при прямом лазерном выращивании — это залог получения мелкозернистой структуры металла. А мелкозернистая структура металла позволяет получать механические свойства выращенных таким образом изделий практически на уровне проката или покова в зависимости от материала, чего никакие другие аддитивные технологии в реальности получить не позволяют, потому что послойная технология всё же обеспечивает структуру, близкую к структуре отливки или микроотливки. Это первый из больших плюсов технологии прямого выращивания. Почти нет проблем со структурой и свойствами выращиваемого материала.
Второй существенный момент — нет пространственных ограничений, потому что рабочим инструментом является технологическая головка, которая объединяет в себе две вещи: сопло для подачи газопорошковой струи и объектив, фокусирующий лазерное излучение. Но это небольшой и нетяжелый инструмент. Его можно дать, например, в руку роботу. И насколько хватит размаха у руки робота, настолько можно вырастить изделие (размах рук робота сейчас практически уже ничем не ограничен). Еще одно ограничение — это ограничение на внешнюю атмосферу. Всё же металл горячий, металл расплавленный. Хорошо бы защитить его от взаимодействия с активными газами. Но не существует больших проблем создать камеру, заполнить ее аргоном, и такие установки — робот с инструментом в руке, камера, заполненная аргоном, и система управления, — на мой взгляд, и являются сейчас самыми перспективными в аддитивных технологиях. Это уже даже не столько завтрашний день, сколько частично сегодняшний, они уже есть в металле. И третье, что для такой технологии замечательно, — она высокопроизводительна.
В реальности это скорости выращивания изделия, которые измеряются не в граммах в час, а в килограммах в час. Это значит, что тяжелое изделие можно сделать за смену-две…
— Так вот, все, что здесь стоит на показ, — продолжает Глеб Андреевич, — не отлито, не отштамповано, а выращено. Это, например, корпус камеры сгорания. Раньше его неделю делали путем вальцовки и механической обработки. Мы растим этот корпус за три часа. Производительность в 100 раз выше той, что есть сейчас. На Международной выставке «ИННОПРОМ», что в июле [2015 года — shed ] прошла в Екатеринбурге, мы демонстрировали примеры изделий, полученных прямым лазерным выращиванием. Скажете, кто сегодня только не занимается аддитивными технологиями? Согласен. Многие уже умеют растить изделие со скоростью 150 граммов массы в час, а у нас — килограммы за то же время. Плюс все, что выстраивается лазером послойно, получается пористым. Для упрочнения надо деталь помещать в газостат и под высоким давлением при высокой температуре долго ее прессовать. Эта операция очень дорогая. А у нас сплошность получается сразу 100 процентов.
«Фишка» заключена в фундаментальной физике движения двухфазных потоков при переносе порошка газовой струей. В ИЛиСТ научились организовывать достаточно длинные ламинарные участки газовых струй, которые несут порошок, и умеют хорошо управлять его переносом и плавлением. Да так, что материал частично наследует структуру и свойства порошка, из которого выращивают изделие. Например, если порошок, из которого выращивают деталь, имел размер субструктурного блока 50 нанометров, то по окончании выращивания и кристаллизации получают размер блоков 100 нанометров. Крупнее вдвое, но, судя по испытаниям, механические свойства полученных изделий — на уровне проката. И таким путем можно делать реально большие вещи, скажем опоры авиационных двигателей, блиски — диски с лопатками. Причем если обычно на изготовление прототипа нового двигателя уходят годы, то при использовании новой технологии это удастся сделать в 100 раз быстрее. Вот это и есть настоящее импортозамещение…
Созданием подобных технологий занимаются и другие компании — американская Optomec, французская BeAM Machines, немецко-японский концерн DMG-Mori. «Мы видим, что есть нечто похожее — это общее движение, и наивно было бы полагать, что мы одни такие умные во всём мире. Во всяком случае, мы не отстали. Скорее, даже впереди…
— В чем эффективность вашей машины, — спрашивает Туричина журналист.
--- В эти наши машины заложены две важные вещи: устойчивость выращивания и бешеная производительность. Мы сейчас очень сильно превосходим всех по производительности.
Всё, о чём сказано выше в одном кратком видеоролике.