Александр Мурыгин: «Мы решаем технологические проблемы ведущего предприятия России по созданию космических аппаратов»

19 июля 2019

От достижений в сфере освоения космоса зависят новые возможности для деятельности на Земле. Космические технологии подарили нам спутниковую связь, интернет, радиовещание, а также дистанционное зондирование земли, с помощью которого можно прогнозировать чрезвычайные ситуации, изучать нашу планету и происходящие на ней природные процессы. Космическая деятельность сегодня во многом определяет уровень национальной безопасности и влияния России в современном мире, ее статус в качестве высокоразвитой в научном, техническом и экономическом отношениях державы.

Александр Владимирович Мурыгин

Доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой информационно-управляющих систем Сибирского государственного университета науки и технологий имени академика М.Ф. Решетнева (СибГУ), неоднократный победитель собственных и совместных с Российским фондом фундаментальных исследований конкурсов Красноярского краевого фонда науки Александр Владимирович Мурыгин рассказал о тенденциях космической отрасли и без чего невозможно ее успешное развитие, где в Красноярске готовят высококвалифицированных специалистов в области ракетно-космической промышленности, а также как научная деятельность ученых СибГУ поможет в решении технологических проблем ведущего предприятия России по созданию космических аппаратов.

— Александр Владимирович, расскажите об области Ваших научных интересов.

— Главное научное направление, которое мы развиваем на нашей кафедре в течение последних 30 лет – это автоматизация такого технологического процесса в производстве, богатого на содержание малоизученных физических явлений, как электронно-лучевая сварка металлов (ЭЛС). На основе результатов исследования ЭЛС мы разрабатываем новые технологии, оборудование и системы управления.

— Как происходит процесс ЭЛС? Чем ЭЛС отличается от традиционных методов сварки?

— ЭЛС – это метод создания неразрывно-монолитных металлических соединений воздействием на их стыки высокоэнергетического луча, генерируемого специальным устройством – электронной пушкой. Луч представляет собой плотно сжатый поток быстро движущихся электронов, которым сообщается большая кинетическая энергия. При столкновении с металлической поверхностью энергия переходит в теплоту, вызывая расплавление металлов.

Технологический процесс ЭЛС имеет две характерные особенности: осуществление сварки в вакууме и крайне высокая интенсивность нагрева. Вакуумная среда защищает обрабатываемую поверхность от внешних воздействий, снижает потерю кинетической энергии и исключает вероятность появления оксидной пленки, а интенсивность нагрева обеспечивает быстрое плавление и затвердевание металла. При ЭЛС шов получается очень узкий, практически незаметный и при этом очень глубокий с высокими механическими свойствами. Такое проплавление называют кинжальным.

Главным преимуществом ЭЛС, по сравнению с распространенными методами сварки, является возможность соединения тугоплавких и активных металлических изделий толщиной от 0,1 до 300 мм при минимальном уровне деформации и крайне высокой прочности соединения. Также стоит отметить, что это относительно безопасный и экологически чистый метод, почти не подвергающий опасности здоровье сварщика.

— Где преимущественно применяются технологии ЭЛС?

 Применение ЭЛС получило распространение в автомобильной промышленности, судостроении, ядерной энергетике и энергетическом машиностроении, в том числе турбостроении, приборном и релейном производстве. В особенности данный метод актуален для ракетно-космической отрасли, основной тенденцией которой сегодня является миниатюризация спутников. Если заменить методы соединения с помощью болтовых, шурупочных и гаечных «привертов» методами соединений с помощью пайки или сварки, то можно значительно уменьшить габариты и вес космических аппаратов.

— Есть ли у ЭЛС ограничения? Насколько эти технологии распространены за рубежом и в России?

 Методы ЭЛС широко используются за рубежом. В России электронно-лучевая сварка, несмотря на то, что она имеет самый высокий КПД среди других методов сварки – около 95% – применяется только ведущими высокотехнологичными предприятиями. Среди них: предприятия ГК «Роскосмос», АО «ИСС имени академика М.Ф. Решетнева», АО «Красмаш».

Оборудование ЭЛС – очень дорогостоящее. Чтобы использовать в деятельности предприятия электронно-лучевые технологии, нужно приобрести установку за 20 млн рублей, пушку за 3 млн рублей, большую вакуумную камеру за 3 млн рублей. Некоторые виды оборудования стоят больше 100 млн рублей. Более того, срок жизни некоторых комплектующих, например, электронно-лучевой пушки, измеряется часами. Каждые несколько часов эту пушку нужно ремонтировать, менять в ней катодные узлы, потому что все, что связано с высокими энергиями – долго «не живет». Также, поскольку соединение деталей происходит в закрытой камере, ЭЛС возможна только при полной автоматизации всех процессов, что требует специально разработанной системы управления.

Нельзя не отметить, что для эксплуатации и обслуживания оборудования ЭЛС необходимо наличие целого штата высококвалифицированных специалистов, которых сегодня не так просто найти и, конечно, для производства – это очень дорого. Нужны и программисты, и инженеры, и технологи, и сварщики.

— Как Ваша научная деятельность помогает решать эти проблемы?

— Уже на протяжении многих лет по заказу предприятий России и нашего региона как в рамках выигранных грантов Красноярского краевого фонда науки, так и самостоятельно мы выполняем работы, связанные с модернизацией оборудования в области различных технологических процессов. Все началось с создания на базе АО «Красмаш» лаборатории для исследований в области электронно-лучевых технологий. Так, проводя научно-изыскательные работы, во-первых, мы сами научились пользоваться этими технологиями, во-вторых, помогли предприятию освоить электронно-лучевое оборудование и наладить производственные процессы.

В рамках моего первого гранта Краевого фонда науки, который я получил в 2013 году, мы разрабатывали технологию сварки алюминиевых сплавов для индустриального партнера «Красноярские машиностроительные компоненты», деятельность которого связана с созданием вагонов из алюминия. Для АО «ИСС им. М.Ф. Решетнева» были сделаны генераторы и автоматизированные системы пайки, источники питания для дуговой и диффузионной сварок. Оборудование, которое разрабатывается нами для предприятий, достаточно сложное и наукоемкое, и мы рады, что имеем возможность помогать таким крупным производственным компаниям в решении серьезных проблем.

— Какие проекты Вы реализуете в настоящее время? На решение задач какого предприятия они направлены?

— При поддержке Красноярского краевого фонда науки для нашей лаборатории был создан собственный электронно-лучевой комплекс, позволяющий проводить те исследования, которые мы считаем важными и интересными. Сейчас нашим главным заказчиком и партнером является АО «ИСС им. М.Ф. Решетнева». В частности, актуальная задача ИСС им. М.Ф. Решетнева — освоение технологии изготовления с помощью ЭЛС волноводов – специальных устройств, предназначенных для передачи радиоволн по спутнику.

Стойка системы управления электронно-лучевой установки и лабораторный макет электронно-лучевой установки

Нами уже разработана и находится на активной стадии производственных испытаний и внедрения в их действующий технологический процесс изготовления волноводов система управления ЭЛС. Наша система управления – это промышленно-рабочая станция, оснащенная специальными датчиками, которая защищена от воздействия электромагнитных помех. С ее помощью сварщик, фактически просто нажимая на кнопки клавиатуры, может полностью управлять процессом сварки и направлять луч с точностью до 0,1 мм в нужное место. Зажгли луч, навели его на стык, нажали кнопку – процесс сварки запущен.

Также в прошлом году в рамках завершившегося двухгодичного проекта мы разработали оборудование нового поколения ­– электронно-лучевую пушку, являющуюся неотъемлемой частью электронно-лучевого комплекса, благодаря которой формируется необходимый для соединения металлов пучок энергии диаметром всего в несколько миллиметров. Если этот пучок направить на детали, то он автоматически сфокусируется на них и сожмется до нужных размеров и при этом будет действовать с очень высокой концентрацией энергии – около 60 тысяч Вольт. Созданное оборудование предназначено для прецизионной сварки узлов и деталей космических аппаратов в диапазоне толщин от 0,05 мм до 5 мм, в том числе с возможностью импульсного формирования сварного шва. Преимущество нашей установки в том, что мы можем управлять энергетическим пучком: разворачивать, закручивать и перемещать его так, как нам нужно. В настоящее время мы продолжаем работы по совершенствованию этого оборудования.

Детали узлов электронно-лучевой пушки

— Привлекаете ли Вы к проведению научных исследований молодежь?

— Конечно. Деятельность нашей кафедры ориентирована на подготовку специалистов в области информационных технологий. Если на бакалавриате студенты получают общие знания, то в рамках магистратуры у них есть возможность найти свое призвание и получить более конкретные «железячные» навыки.

Благодаря тому, что мы привлекаем магистров в проектную деятельность кафедры, некоторые студенты в процессе реализации проектов обнаруживают, что кому-то больше нравится заниматься программированием, другим обрабатывать полученные научные результаты, а третьим заниматься непосредственно производством оборудования. Часть из них поступает в аспирантуру, а затем работает ведущими специалистами на высокотехнологичных предприятиях края. Например, наш выпускник Александр Владимирович Шуринов является техническим директором красноярского завода холодильников, выпускники нашей кафедры составляют основу информационной службы предприятия АО «Красмаш», а наши многие аспиранты – это инженеры АО «ИСС им. М.Ф. Решетнева», чем мы очень гордимся.

— Какова роль поддержки Красноярского краевого фонда науки в реализации Ваших проектов?

— Несомненно, без поддержки Краевого фонда науки мы бы не разработали наш электронно-лучевой комплекс и не провели те исследования, которые позволили создать новые технологии для АО «ИСС им. М.Ф. Решетнева». Также, благодаря реализации научных проектов, сегодня мы имеем порядка 25-30 серьезных научных статей, опубликованных в изданиях, входящих в международные базы цитирования, и регулярно получаем предложения от зарубежных партнеров принять участие в конференциях и войти в число редакторов ведущих научных журналов мира. Это помогает значительно продвинуться в наших исследованиях.