Композиты, необходимые и в космосе, и в беспилотниках, особенности их производства и зависимость от зарубежных поставщиков — об этом информационной службе Хабра на проектно-образовательном интенсиве «Архипелаг 2022» рассказал Вадим Микрин @purecarbon, заместитель генерального директора компании ИТЕКМА.

Для начала расскажите, пожалуйста, чем вы занимаетесь. 

Производством композитов высокотехнологичного сегмента, углепластиков от армирующих наполнителей (углеродных тканей и лент, в том числе для автоматизированной выкладки) до связующих (эпоксидные, бисмалеимидные и высокотемпературные фталонитрильные связующие). Большая часть наших проектов реализуется в сферах авиации и космоса. Это, например, импортозамещение материалов в крыле и хвостовой части самолёта МС-21 — той части, что сделана из углеродных композитов. Вторые по значимости проекты приходятся на сотрудничество с компаниями-производителями беспилотников. Мы также часто выступаем инициаторами инфраструктурных проектов в области материалов, в том числе при существенной поддержке Национальной технологической инициативы.

Углепластик активно используется в строительстве беспилотников?

Самые большие потребители композитов в этой сфере — это беспилотные летательные аппараты, или БПЛА, самолётного типа, в них композиты особенно хорошо проявляют свои качества. Например, чем длиннее конструкция крыла в беспилотниках самолётного типа, тем выше преимущество использования композитов. У БПЛА вертолётного типа ситуация иная. Использование углеродных композитов в БВС вертолётного типа не все производители признают целесообразным, так как им может быть необходимо не только максимально снизить массу, но и получить устойчивую к ударам и деформациям конструкцию при оптимальной цене. И здесь углепластик может проиграть, например, стеклопластику.

А что касается мультикоптеров?

Конструкция таких летательных аппаратов (для малых беспилотников), как правило, имеет вид штанг с двигателями-пропеллерами. Компании-производители коптеров для изготовления штанг зачастую пользуются готовыми изделиями — трубами. Производители этих труб, в свою очередь, закупают связующие у нас. Если говорить о крупных беспилотниках-мультикоптерах, которые используются, например, в проектах типа «аэротакси», то там использование углеродных композитов, как правило, полностью оправдано.

Расскажите, пожалуйста, о ваших главных партнёрах в космической сфере. 

Например, российская ракетно-космическая корпорация «Энергия» в настоящее время занимается созданием нового космического корабля многоразового использования «Орёл». И для его высокотемпературного лобового теплозащитного экрана мы фактически специально разработали линейку композиционных материалов.

О каком диапазоне температур идёт речь?

Композиты по возможной температуре применения делятся на разные категории в зависимости от их химического состава. Первая категория, куда входят эпоксидные связующие, ограничивается максимальной температурой 80 °С, это самая базовая категория. Вторая — примерно до 180 °С. Есть эпоксидные связующие, работающие при температуре до 200-210 °С, но это уже экзотика. Следующая группа — бисмалеимидные связующие (выдерживающие температуру до 250 °С), а за ними следует область высокотемпературных связующих, у нас такие связующие основаны на фталонитрилах.

Их особенность заключается в неклассическом поведении при приближении к температуре стеклования. Когда композит достигает температуры стеклования связующего, его механические характеристики резко падают, деталь теряет механические свойства. Фталонитрилы при достижении критической температуры не расстекловываются резко, а «выгорают» с образованием высокого коксового остатка. В результате деталь может какое-то время нести нагрузку. Например, в бескислородной среде эти материалы могут выдерживать температуру до 430-450 °С довольно длительное время.

Есть и композиты, способные выдерживать экстремально высокие температуры, выше 1000 °С. Это углерод-углеродные композиты, где и матрица, и армирующий наполнитель — это углерод. Такой композит получают методом карбонизации: нагревают полимер и выжигают из него все составляющие, кроме углерода. Такие композиты используются для изготовления тормозных дисков в самолётах и автомобилях. А для полимерных связующих 400-450 °С — критичный уровень.

При этом мы, например, сделали образец тормозного диска для велосипеда, нагрели его кратковременно до 450 °С, и он не рассыпался. Но это деталь, которая не будет подвергаться температуре 450 °С на постоянной основе. Постоянная температура, которую может выдержать композит с фталонитрильным связующим в кислородной среде, существенно ниже, около 330 °С.

Строительство корабля «Орёл» уже несколько раз переносилось. В июле Дмитрий Рогозин и РКК «Энергия» заявили, что корабль будет готов к испытаниям в 2024 году. Как вы считаете, это реальные цифры и сроки, если судить по заявкам и услугам, которые вы выполняете?

Могу сказать о том, что происходит с композитами. Длительные процессы, которые были в этой части, связаны с необходимостью технологического перевооружения предприятий. Это непростой процесс, он подразумевает закупку и освоение нового оборудования. Сейчас по части композитов всё идёт по графику.

Какие ещё продукты, которые производит ваша компания, входят в линейку поставок для «Роскосмоса»?

Наш базовый продукт — композиционные материалы и сопутствующие материалы, например клей. Кроме того, мы оказываем услуги, связанные с внедрением композитов на производство, куда входят проектирование, расчёт, прототипирование деталей. Ещё один сложный сегмент — изготовление технологической оснастки для производства деталей из композитов. Технологическая оснастка — это форма, в которой выкладывается и отверждается деталь.

В чём здесь заключается сложность: если отверждение композитов происходит при 180 °С, то требуется оснастка, которая способна выдержать эту температуру и в идеале иметь такой же коэффициент линейного температурного расширения. Если оснастку выполнить из алюминия, он при нагревании будет расширяться с одной скоростью, а деталь из  композита —  с другой. Есть ещё один подходящий материал для оснастки — инвар. Однако это довольно дорогой и тяжёлый сплав. Поэтому современный способ — это оснастка из композита.

Затронем тему импортозамещения. Насколько изменился запрос от рынка на отечественные материалы после введения санкций? 

Сфера материалов и композитов характеризуется некоторой консервативностью. Не бывает так, чтобы сегодня ввели санкции, а завтра на предприятиях всё поменялось. Работа по импортозамещению в сфере отечественных материалов особенно активно начала вестись ещё с 2014 года: были определённые заказчики, которым важно, чтобы материалы были российскими. Как правило, это государственные заказы. 

Когда были наложены санкции на «Аэрокомпозит-Ульяновск», предприятие-изготовитель крыльев для МС-21, был шок. Сертификация материала для пассажирских воздушных судов — очень дорогостоящий и длительный процесс, он начинается с испытаний пластин. Затем испытываются конструктивно подобные образцы, потом непосредственно само изделие. Всё это может занять несколько лет и будет стоить сотни миллионов рублей. Если предприятие выбрало какой-то материал, оно должно быть уверено в том, что оно этот материал будет покупать ближайшие 20-30 лет.

Решение предприятий авиационной промышленности использовать американские композиты было несколько лет назад принято по понятной причине: хотели использовать современную технологию автоматической выкладки, которой на тот момент в России не было. Кроме того, роботизированное производство обеспечивает постоянный уровень качества. Коммерчески доступного материала для автоматизированной выкладки тогда в России тоже не было. И когда стало понятно, что американское производство больше не будет доступно, у всех случился поворот в мышлении: предприятия поняли, что нужно как можно активнее локализовать производство.

То есть даже если сейчас США снимут часть наложенных ограничений, партнёры, с которыми вы работаете, всё равно будут стараться активнее привлекать местные производства и ресурсы? Опыт научил?

Разумеется. И этот процесс происходит везде, в том числе и в экономике. Мы видим, что валюта другой страны — это потенциальное экономическое оружие. Другие страны могут использовать любые свои технологии, включая финансовые, как инструмент давления, нерыночной конкуренции. Если вам один раз показали, что рубильник могут выключить, вы будете держать это в голове при принятии решений.

А что касается безопасности — насколько ваше предприятие было системно зависимо от зарубежных программных решений, например, облачных? И как уход зарубежных компаний с российского рынка повлиял на работу вашей?

Использование ключевых облачных решений у нас полностью не отменилось. Да, наложены санкции на ПО для конструкторов, для расчёта, но приобретённые программы у нас остались. Их нельзя обновить, но это пока не критично. Что касается систем ERP, систем управления предприятием, то мы используем 1С, поэтому нас ограничения в этой сфере не особенно задели.

Каковы перспективы по возможности полного перехода на отечественное ПО?

В России есть решения, которые заменяют или пытаются заменить зарубежных производителей и разработчиков не только в такой области, как офисное ПО, но и в более специализированных. Например, над этим работает компания «Фидесис», которая создаёт продукты для прочностных и смежных с ними расчётов. Стоит отметить, что они разрабатывают ПО в сфере, где отраслевые стандарты и требования потребителя существуют уже много лет.

И тем не менее, пока отечественное ПО не соответствует вашим требованиям?

Мы коммерческая организация. Для того, чтобы предприятиям были доступны эксперименты с ПО, нужно «выращивать» компании на таком уровне, чтоб они могли позволить себе эти эксперименты. Например, выручка нашего европейского конкурента Solvay достигает порядка 10 млрд евро в год, и он может позволить себе 5% от выручки потратить на НИОКР и эксперименты, а это 500 млн евро. Мы, даже когда будет запущен в серийное производство самолёт МС-21, не сможем вложить такие суммы в абсолютном выражении. Необходимо развивать наши технологические компании, чтобы они могли инвестировать по-настоящему значительные суммы в разработки, в эксперименты, в том числе и с ПО. Тогда по цепочке производители отечественного ПО будут зарабатывать больше и, соответственно, иметь возможность быстро развивать свои продукты.

Повлияли ли санкции на несистемные продукты: оборудование, компоненты для производства, комплектующие для ремонта?

В производстве мы стараемся использовать российских поставщиков или материалы, которые доступны на широком рынке. Есть классы отвердителей, которые не производятся в России, но, если их можно купить, например, в Китае и Индии, то это уже диверсификация. Что касается оборудования, то, например, оборудование для производства углеродной ленты для МС-21 было спроектировано с нуля и собрано из комплектующих. У нас есть планы по дальнейшему расширению производства, но и в этом случае мы так же хотим сделать оборудование самостоятельно, а не покупать готовое.

Был ли зарубежный поставщик, с которым прекращение сотрудничества далось особенно тяжело?

Пока процесс, к счастью, идёт хорошо. Мы, конечно, работали с зарубежными поставщиками, и нам пришлось переориентироваться. Никто нас не предупреждал, что это придётся делать так быстро, но пока удаётся найти заменители в Китае.

От Китая в отрасли многое зависит?

Обстановка в химической отрасли непростая. Даже СССР не производил всё у себя, и Россия тоже не производит. Тем не менее, хорошо, что не складывается ситуации, когда, например, в отрасли был единственный поставщик из Европы, он попрощался с нами, и мы встали. Такого нет.