Рубрика: Ⅱ квартал

27 апреля исполнилось 110 лет со дня рождения Виктора Ивановича Кузнецова, одного из лидеров отечественной гироскопии, академика, дважды Героя Социалистического Труда, члена знаменитого Совета главных конструкторов космической техники, организованного Сергеем Павловичем Королёвым.

В этой связи в 4-ом выпуске газеты «Электроприбор» вышел интересный материал научного руководителя АО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор» В. Г. Пешехонова, посвящённый советскому учёному и конструктору в области прикладной механики и автоматического управления Виктору Ивановичу Кузнецову.

Виктор Кузнецов учился в Ленинградском индустриальном институте (ныне Политехнический университет), но специальность «паровые машины и котлы» его не устраивала, и он добился перевода на вновь организованную специальность «динамика машин». Вопрос о переводе решался после собеседования, которое провёл с Кузнецовым выдающийся профессор-механик Евгений Леопольдович Николаи, в тот период активно работавший в новой области – механике гироскопов. Это и стало специализацией Кузнецова.

На преддипломную практику В. Кузнецов был направлен в единственное гироскопическое подразделение страны и города – морскую часть завода «Электроприбор», к Н.Н. Острякову, который в ходе первой же беседы определил тему дипломной работы и взялся ею руководить. Дальнейший профессиональный рост В. Кузнецова был стремительным: через месяц он был зачислен на штатную должность инженера, затем ему была поручена сдача гировертикали «Газон» на крейсере «Киров». Он не только справился с этой задачей, но, проанализировав работу системы управления стрельбой, предложил её усовершенствование, значительно повысившее точность стрельбы. В 1943 г. за это усовершенствование он в составе авторского коллектива получил свою первую Государственную премию.

В 1938 г. закончился первый год работы В. Кузнецова в гироскопии, очень успешный год. Крейсер «Киров» был включён в состав Балтийского флота, В. Кузнецов блестяще защитил дипломный проект «Корабельная гировертикаль», и ему была присвоена квалификация инженера-исследователя. Он заслужил большой авторитет у коллег в «Электроприборе» и среди флотских командиров.

Следующий год был посвящён напряжённому труду над гировертикалью «Шар». Дефицит времени был таким, что Кузнецова на три месяца перевели на казарменный режим без права выхода с завода. Успешные испытания гировертикали на крейсере «Максим Горький» стали результатом этой работы. Сороковой год принёс новые важные планы, но жизнь сложилась иначе.

Было принято решение о формировании в Москве второго центра по разработке гироскопической техники, и Виктору Ивановичу предложили возглавить это подразделение. Он отказывался, хотя настаивал нарком судостроительной промышленности И.Ф. Тевосян, а затем и председатель правительства В.М. Молотов. Дело решил приказ.

Кузнецов ещё толком не освоился на новом месте, как был командирован в Германию принимать приборы управления артиллерийским и торпедным вооружением для строившегося по заказу СССР крейсера «Чапаев». Здесь его застала война, он в составе группы советских специалистов был интернирован, за месяц прошёл полицейский участок, тюрьму «Моабит», пересыльный лагерь и был выслан в СССР.

В 1942 г., когда морская часть завода «Электроприбор» была эвакуирована из осаждённого Ленинграда в Москву, Виктор Иванович воссоединился с ленинградскими коллегами. Совместно была разработана гировертикаль «Компонент» (вторая Государственная премия В.И. Кузнецова).

В 1945 г. завершилась ещё одна разработка Виктора Ивановича – одноосный силовой стабилизатор танкового орудия «Таран». Сравнительные полевые испытания с американским танком «Шерман» выявили преимущества схемы, предложенной Кузнецовым. Но в производство она не пошла, и ещё долго наши танки для прицельной стрельбы вынуждены были останавливаться.

После окончания войны Кузнецов был командирован, как и многие специалисты, в Германию для отбора техники и документации в качестве репарации. На заводе, на котором он принимал раньше приборы для крейсера, обнаружил гиростабилизаторы для немецких ракет. Это, а также случайная встреча в самолёте с С.П. Королёвым привели Виктора Ивановича в зарождавшуюся ракетно-космическую промышленность.

Как известно, разработка советских ракет началась с воспроизведения немецкой ракеты «Фау-2». Но уже через год Кузнецов разработал модернизированные приборы управления ракетой, превзошедшей по дальности и точности немецкий прототип. Так началась чрезвычайно плодотворная деятельность Виктора Ивановича в ракетной технике. Особое внимание он обращал на тщательную отработку надёжности аппаратуры.

Вспоминает ближайший сотрудник Кузнецова Иларий Николаевич Сапожников: «И если половина немецких ракет, выпущенных во время войны, сбивалась с курса и терпела аварию, то в отечественной ракетной технике отказы по вине гироприборов, разработанных под руководством Кузнецова, стали чрезвычайной редкостью».

Это дело стало основным в жизни Виктора Ивановича. В гироскопе для него не было мелочей, он тщательно отрабатывал каждое техническое решение. Он сформировал гироскопический институт и был его главным конструктором, но не директором – административная работа его не прельщала. В институте Кузнецова (сейчас НИИ прикладной механики имени В.И. Кузнецова) был разработан поплавковый гироскоп с газодинамической опорой ротора, но гироприборы строились на менее точных «сухих» гироскопах до тех пор, пока поплавковые гироскопы не подтвердили уникальный ресурс – 150 000 часов. Кстати, на базе модификации поплавковых гироскопов космического применения ЦНИИ «Дельфин» создал морские инерциальные навигационные системы, отличавшиеся высокой надёжностью.

Ключевой была роль академика Кузнецова в создании гироскопической подотрасли в приборостроении. По его инициативе были построены специализированные гироскопические заводы, крупнейший из них – Саратовский завод, где Виктор Иванович месяцами работал над освоением гироскопических технологий, а всего таких заводов для ракетной техники было построено семь. Один из них – Барнаульский завод «Ротор» – отошёл в судостроение.

Академик А.Ю. Ишлинский, много десятилетий работавший с Виктором Ивановичем, охарактеризовал его так: «Виктор Иванович – крупный учёный, выдающийся инженер. Я бы переставил эти слова местами. Это крупнейший инженер нашего времени. А хорошим инженером быть труднее, чем хорошим учёным. Конечно, Виктор Иванович был учёным, и математические трудности им легко преодолевались. Но это не было главной задачей. Главной задачей было изготовление и доведение инженерного труда до конца, когда гироскопический прибор действительно мог быть поставлен на соответствующее изделие и хорошо работать».

Таким был Виктор Иванович Кузнецов. Я довольно часто встречался с ним в Академии наук в последние годы его жизни и могу только добавить очень тёплое отношение к «Электроприбору», где впервые проявился его инженерный талант.

Фото: пресс-служба АО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор», Государственный музея истории космонавтики им. К. Э. Циолковского, объединенный мемориальный музей-заповедник Ю.А. Гагарина

Подготовлено: пресс-служба АО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор»

Вышел очередной номер корпоративной газеты «Электроприбор» (логотип газеты в шапке новости). Одним из самых интересных материалов стало интервью начальника лаборатории волоконной оптики к.т.н. Александра Унтилова о достижениях АО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор», современном состоянии и перспективах применения одного из разрабатываемых в концерне видов гироскопов – волоконно-оптического (ВОГ).

– Александр Алексеевич, напомните, пожалуйста, историю создания волоконно-оптических гироскопов в ЦНИИ «Электроприбор». Как давно концерн начал работать в этом направлении?

– В начале 2000-х гг. стало понятно, что назрела замена инерциальных навигационных систем на основе привычных нам механических гироскопов и настало время заняться созданием бесплатформенных инерциальных навигационных систем (БИНС) на основе перспективного волоконно-оптического гироскопа. Начали мы с создания БИНС на базе покупных ВОГ фирмы «Физоптика».

В 2001–2005 гг. под руководством д.т.н., проф. Л.П. Несенюка в «Электроприборе» были разработаны первые приборы на ВОГ для кораблей и наземного транспорта. Были созданы миниатюрная интегрированная инерциальная и спутниковая система навигации и ориентации «Мининавигация-1» и первая БИНС с применением автокомпенсационного вращения «Мининавигация-К», на основе которой в дальнейшем был создан ряд малогабаритных систем гироскопической стабилизации «Зенит-СК», ТКУ, «Бекар-Э».

Но для морских систем нужны значительно более точные гироскопы, и стало понятно, что необходимо заняться разработкой собственных высокоточных ВОГ. К этой работе был привлечён соисполнитель – научно-исследовательский центр световодной фотоники Университета ИТМО во главе с профессором И.К. Мешковским, у которых был опыт применения современной оптики и электроники при разработке устройств подобных тем, что необходимы в ВОГ.

В 2012 г. были созданы первые БИНС семейства «Бемоль», построенные уже на базе ВОГ собственного производства.

– В 2015 году в концерне была открыта «башня» для вытяжки оптического волокна. Расскажите, с какой целью это было сделано?

– Сначала концерн закупал волокно для изготовления своих ВОГ, но так как точность прибора напрямую зависит от качества исходных компонентов, то было решено наладить собственное производство. Производить своё волокно не только выгоднее, но и безопаснее – компетенции сотрудников лаборатории являются гарантией качества продукции, которая после станет основой гироскопа.

К этому моменту коллектив лаборатории значительно укрепился, к нам пришла группа специалистов во главе с д.т.н. М.А. Ероньяном, который имеет огромный опыт по созданию оптоволокна.

– Какие задачи в области волоконной оптики решаются в концерне сегодня?

– В концерне работает центр волоконно-оптических технологий. Оборудованы специальные чистые производственные помещения со строго контролируемой степенью очистки воздуха. Помимо оборудования для производства волокна центр оснащён современным технологическим и контрольным оборудованием для изготовления и всесторонних испытаний волоконно-оптических гироскопов.

Таким образом, обеспечен полный цикл от производства специализированного оптического волокна до создания высокоточных систем на ВОГ собственной разработки и производства серийных БИНС на ВОГ.

Разработаны и выпускаются ВОГ навигационного класса точности с диаметром катушки чувствительного элемента 150 и 200 мм. Результаты испытаний ВОГ показывают, что его основные точностные характеристики сопоставимы с зарубежными и отечественными аналогами.

На сегодняшний день созданы и серийно поставляются 7 типов бесплатформенных инерциальных систем на ВОГ различного назначения, ещё несколько находятся в разработке, заказчикам уже отгружено около 100 приборов.

ЭТО ИНТЕРЕСНО

Производство оптического волокна методом MCVD состоит из двух основных этапов. На первом производится преформа – заготовка, в которой методом химического осаждения создаётся структура будущего волокна и в дальнейшем получается само волокно. Такое производство создано в филиале №1. Для изготовления преформы на внутреннюю поверхность трубки из чистого синтетического кварца наносится требуемое количество слоёв особого состава, которое станет сердцевиной волокна.

Затем трубка схлопывается и получается стержень с нужной сердцевиной. Вторая стадия реализуется в лаборатории на центральной площадке. Здесь расположена линия по изготовлению волокна с необходимыми для дальнейших применений характеристиками. Вытяжка волокна из преформы производится на специализированном оборудовании, смонтированном на «башне» высотой в 12 м. Скорость вытяжки может достигать 200 м в минуту (фактическая скорость определяется конкретным режимом вытяжки). Стержень ставится на подающее устройство башни, разогревается до температуры около 2000 градусов, после чего размягчившееся стекло преформы вытягивается в тонкое волокно, по внешнему виду похожее на леску. Из стержня получается несколько километров оптического волокна.

– Какие ещё применения может иметь выпускаемое концерном оптоволокно?

– Запуск собственного производства оптического волокна позволяет активнее развивать и некоторые другие направления деятельности. В частности, в тесном сотрудничестве с научно-исследовательским центром «Интегрированные системы освещения обстановки» активно проводятся исследования и разработки в области гидроакустики. Наиболее перспективно создание волоконно-оптических гидроакустических датчиков буксируемых и покровных антенн.

– Какие достижения в области волоконной оптики вы относите к наиболее значимым?

– На сегодняшний день по ключевым параметрам производимые в АО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор» световоды зачастую превосходят представленные на рынке аналоги. Во-первых, в созданных концерном световодах достигнуто высокое значение h-параметра (основная характеристика для сохранения состояния поляризации в световоде). Во-вторых, в изгибостойких световодах удалось получить сочетание минимальных оптических потерь при изгибах и потерь в местах сварки. Разработано несколько типов специальных оптических волокон, в том числе радиационно-стойкое, предназначенное для использования в сложных условиях эксплуатации.

Изначально мы производили оптоволокно исключительно для нужд концерна. С 2020 г. начались поставки продукции по коммерческим заказам.

– На развитии каких направлений будет сделан акцент в ближайшей перспективе?

– Главное направление будущих исследований – дальнейшее повышение точностных характеристик ВОГ. При кажущейся простоте прибора он в то же время чрезвычайно подвержен различным внешним воздействиям, таким как изменения температуры окружающей среды, акустические шумы и вибрации, магнитные поля и т.д. Ключевым вопросом сейчас является компенсация дрейфов, вызванных изменением температуры. Кроме того, перед нами стоит задача уменьшить габариты гироскопа при сохранении или улучшении точности и снижении стоимости. Активно ведутся исследования по поиску оптимальных параметров чувствительного элемента ВОГ, например, по уменьшению габаритов катушки, сокращению длины оптического волокна, изменению профиля намотки.

Как отметил академик В.Г. Пешехонов на одном из недавних заседаний Учёного совета, «у нас теперь есть подразделение, которое разбирается в волоконно-оптических гироскопах». Это значит, что у концерна имеются конкретные перспективы дальнейшего расширения тематики и номенклатуры приборов, и мы понимаем, как достичь этого.

Длительное время гироскоп представлял собой исключительно механическое устройство. На основе механических гироскопов были созданы первые навигационные системы. Однако сложность и трудоёмкость изготовления, значительные габариты, вес и энергопотребление и, как следствие, высокая стоимость ограничивали их применение.

На замену механическим в конце прошлого века пришли оптические устройства. В частности, активное развитие элементной базы волоконной и интегральной оптики привело к появлению нового типа инерциальных датчиков угловых скоростей – волоконно-оптических гироскопов.

Ещё в 1913 г. Жоржем Саньяком был открыт эффект, который получил его имя и лёг в основу принципа работы всех современных оптических гироскопов, таких, например, как ВОГ и лазерный гироскоп. ВОГ, как следует из названия, представляет собой плотно намотанное оптическое волокно большой длины, по которому в противоположных направлениях распространяются лучи света. Чем длиннее волокно, тем более точный гироскоп можно получить.

Волоконно-оптические гироскопы обладают большим количеством несомненных преимуществ: простотой конструкции, технологичностью, малыми габаритами, небольшим временем готовности, значительной устойчивостью к ускорениям и вибрациям, низким энергопотреблением, высокой надёжностью, длительным сроком службы (десятки лет) и меньшей стоимостью при сравнимой с другими типами гироскопов точностью.

Дальнейшая информация: по материалам пресс-службы АО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор»