Хай-тек и эскалация рисков
20.12.2019
Применение композиционных материалов в авиационной технике сегодня стало безоговорочным трендом. Показателем этого является ежегодный рост мирового рынка композитов на 11 процентов, тогда, как рынок металлов увеличивается только на 2 процента. Согласно имеющимся прогнозам, в сегменте «авиация и космос» применение композиционных материалов к 2025 году удвоится и составит 85 тысяч тонн.
Композитов нужно больше
Если говорить про вертолетную технику, то здесь «черными» (с использованием композитных материалов) в основном являются лопасти несущих винтов. Так, например, на Ми-28Н пять композитных лопастей весят 500 килограмм, на Ми-26 вес не металлических лопастей — 3 тонны, на Ми-35М — 500 килограмм, Ка-226 — 212,4 килограмма, Ка-27 и Ка-32 — 480 килограмм, Ми-8 — 56 килограмм (четыре лопасти рулевого винта) и, наконец, Ка-52 из 7800 килограмм сухого веса на 3100 килограмм состоит из композиционных материалов. Лопасти на Ка-52 полностью композитные, также в конструкции вертолета практически вся «обшивка», капоты, лючки, хвостовая балка изготовлены из плотных слоев стеклоткани и проложенных между ними легких сотовых панелей.
Еще дальше в замещении металлических элементов конструкции на композиты пошел Ка-62, первый испытательный полет которого состоялся весной 2017 года. Их объем на вертолете доведен до 60 процентов по массе. Это позволило не только уменьшить массу пустого вертолета, но и увеличить его скорость до 310 километров в час, маневренность и грузоподъемность, а также снизить расход топлива.
Концепт модернизированного легкого вертолета «Ансат», представленный «Вертолетами России» на международном аэрокосмическом салоне Paris Air Show 2019, получил модифицированное оперение хвостовой балки из композитных материалов и обогреваемое птицестойкое остекление кабины. В будущем и другие части конструкции фюзеляжа «Ансата» будут выполняться из композитных материалов, что позволит снизить вес вертолета и стоимость эксплуатации.
В мировых лидерах
Насколько понятно, такой подход к делу обеспечивается созданием новых производств композитных материалов, что вкупе с сохраненной преемственностью в области разработки и использования синтетических изделий в авиации может обеспечить значительный рост эксплуатационных и коммерческих характеристик отечественных вертолетов.
В самом деле, композиционные материалы в оборонных отраслях промышленности СССР начали применяться еще в 1950-х годах. На рубеже 1960-1970-х в стране была создана промышленность композитов. В их разработке и применении Советский Союз делил первые места с США и Японией. Результат превосходной инженерной школы сказался на продукции авиапрома. Так, транспортный Ан-124 «Руслан» по объему применения композитов (около 5,5 тонн общей площадью более 1500 квадратных метров) превосходил все воздушные суда в мире. Для спортивно пилотажного Су-26М, была создана технология совмещенного формования трехслойных панелей крыла и неразрезного углепластикового лонжерона крыла интегрального типа. Позднее созданная научно-производственная база была использована при создании Су-29М, Су-31М, Су-49УТС, Су-33.
Последствия деиндустриального слалома
Сегодняшнему критическому отставанию России от лидеров отрасли мы обязаны не только постперестроечной альтернативно-гениальной идее процветания без технологий с переходом на сырьевую модель экономики. России так и не удалось преодолеть изоляцию в области технологического сотрудничества с мировыми лидерами хай-тека — ни в 1990-е, когда западные партнеры демонстрировали благосклонность и дружелюбие (а эффект от совместных проектов оказался околонулевым или отрицательным), ни, тем более, в «ограничительные» нулевые и «санкционные» десятые годы.
И сегодня область передовых технологий остается источником нарастающих рисков для будущего развития высокотехнологичных отраслей. Чем интенсивнее будет расти спрос на полимерную продукцию, равно как и на продукцию ключевых авиационных агрегатов с современными конкурентными качествами, тем выше будет опасность для машиностроителей попадания в технологические разрывы — ситуации неспособности решать актуальные производственные задачи.
Сегодня доля нашей страны в мировом производстве и потреблении композиционных материалов крайне незначительна и колеблется на уровне 0,5 процентов. В части «передовых композитов» положение еще хуже. Потребление углеродных волокон составляет всего 0,2 процента от мирового. В такой ситуации на первый план выходит задача импортозамещения и производства более качественного волокна, причем, в объемах, позволяющих удовлетворить не только военную, но и в основном гражданскую отрасль авиастроения, где ключевым показателем является рентабельность производства. А с этим в России пока не очень хорошо — цены российских производителей материалов для производства композитов являются неконкурентоспособными. По данным статистики электронных торговых площадок для проведения коммерческих и государственных закупок, стоимость отечественной продукции в 2015-2016 годах была на 150-180 процентов выше западных аналогов.
Решать эти проблемы можно несколькими способами, причем каждый из них имеет целую линейку плюсов и минусов. Один из них трансформирует импортозамещение в сложную кооперацию. Проще говоря, компоненты, технические решения и оборудование для производства композитных конструкций остаются в основном западными, зато конечный этап — спекание — происходит в России. Для отчетов — да, конечное изделие российское. Однако по факту — российского в нем ровным счетом все те же 0,2 процента, как и потребление Россией углеродистых волокон от общемирового. Мало того, патентные заявки зарубежных фирм составлены настолько тщательно, что обойти их за счет внесения в собственный способ, продукт, технологию каких-либо изменений практически невозможно. Широко применяются и так называемые «зонтичные» патенты, которыми перекрываются все возможные решения, в том числе и те, которые его авторами не изобретены. Таким образом, участие зарубежных компаний в отечественных проектах (использование материалов и изделий), приводит к их срыву и существенным материальным потерям российских производителей.
Только и критиковать существующее положение дел не очень-то логично. Хотя бы потому, что с огромным трудом сохраненная в постперестроечный период отрасль объективно не в состоянии встать на ноги за столь короткий период. Одни только испытания созданных композитов требуют огромных вложений и длительного времени. И это не говоря об организационных проблемах, а также попытках ухода от импорта, что в нынешних условиях само по себе дело архисложное. Ведь для полноценного развития отрасли необходим сбыт соответствующего объема конечной продукции, чего пока нет, особенно в гражданской отрасли. А раз так, то отсутствие потребителей высокотехнологичной продукции делает ее просто ненужной.
Новый бизнес для «Росатома»
Тем не менее, на государственном уровне проблемы признаны проблемами и, самое интересное — они решаются. Вводятся в строй новые предприятия. Так, на «ПМ-Композит», который заработал в особой экономической зоне «Тольятти», будет выпускаться композитная продукция для автомобильной, железнодорожной и энергетической отраслей, строительства, судостроения, авиа- и ракетостроения, а также потребительские товары.
Консолидирующую роль в отрасли производства композиционных материалов взяла на себя компания Umatex, входящая в госкорпорацию «Росатом» и являющаяся управляющей компанией его дивизиона «Перспективные материалы и технологии». Она собирает куст из 20 предприятий, которые должны в 10 раз поднять потребление в России композитов.
Для «Росатома» создание непрофильного «композитного» кластера не является чем-то из ряда вон выходящим. Дело в том, что в госкорпорации по долгосрочной стратегии развития поставлена цель — к 2030 году достичь во всей выручке доли в 30 процентов от новых видов бизнеса, не связанных со строительством АЭС и обеспечением их деятельности. Сегодня эта доля существенно ниже. И композиты включены в приоритетный перечень. В связи с этим было принято решение о строительстве в татарстанской особой экономической зоне сначала компании «Алабуга-Волокно», а теперь и завода по производству ПАН-прекурсора. Продукция предприятия уже успешно прошла испытания у производителей самолетов и кораблей. Теперь стартует процесс ее сертификации, после чего начнутся поставки.
Потенциальные возможности
Решение о массовой замене «классических» цельнометаллических лопастей несущих винтов на всех российских военных винтокрылах принималось на основе опыта применения боевой техники в сирийской кампании. Первой машиной, получившей «композитные» лопасти, стал модернизированный боевой Ми-28НМ. Технология изготовления лопастей из современных композиционных материалов на основе углеволокна была разработана и освоена на Московском вертолетном заводе им. М.Л. Миля.
Перевод в предметную плоскость технологической проблемы по военно-стратегическим соображениям не является исключительно российской практикой. Наиболее затратные инновации и в других странах отрабатываются на военном заказчике. При этом рынок не отходит на второй план, а непосредственно адаптирует наработки продукции двойного назначения для коммерческого использования. Военный и гражданский сегмент при правильной отраслевой настройке работают как сообщающиеся сосуды и между ними устанавливается продуктивное взаимодействие.
В свою очередь наукоемкие отрасли, смежные с авиастроением, продолжают удивлять способностью мобилизовать ресурсы для включения новых компетенций, что было бы невозможно без сохранения и воспроизводства на протяжении лет на предприятиях военно-промышленного комплекса не только квалифицированных кадров, но и самих исследовательских работ.
Герман Спирин
