Датчики «Элпы» работают на опережение

ОАО «НИИ «Элпа» – ведущий российский производитель уникальных изделий из пьезокерамики, кварца, ниобата и танталата лития. О преимуществах российских гироскопов на пьезоэффекте и решениях для измерения уровня нефти в интервью «Военно-промышленному курьеру» рассказал генеральный директор института Сергей Нерсесов.

– Сергей Суренович, в этом году ваше предприятие празднует юбилей. С чего начиналась история «Элпы» и какие цели стояли перед институтом изначально?

– Идея создания специализированного института в области пьезотехники возникла в конце 1950-х – начале 1960-х годов, когда в СССР появилась острая потребность в собственном производстве пьезокерамики и устройств на ее основе. Правительством была поставлена задача обеспечить подводный флот современными гидроакустическими комплексами, для которых пьезокерамические элементы были незаменимы. В рамках НПО «Фонон» группе специалистов выделили лабораторию и производственные площади для исследований и опытного выпуска первой отечественной пьезокерамики. Успешные результаты привели к решению организовать полноценное производство, с чего и ведет отсчет история НИИ «Элпа». Первоначально мы были филиалом НПО «Фонон», но затем стали самостоятельным предприятием.

Производство начиналось в недействующей котельной деревни Крюково, позже были построены новые корпуса. Сегодня общая площадь наших производственных помещений составляет 25 тысяч квадратных метров. Примечательно, что первый корпус в котельной сохранен и сейчас там размещены современные высокотехнологичные линии по выпуску пьезокерамики.

– Что представляет собой пьезокерамика и где она применяется, кроме гидроакустики?

– Пьезокерамика – это сегнетоэлектрический материал, обладающий пьезоэлектрическими свойствами. Чаще всего ее создают на основе оксидов циркония, титана и свинца (ЦТС). В процессе поляризации под действием электрического поля диполи в материале ориентируются в заданном направлении и сохраняют эту ориентацию, «запоминая» ее. В результате керамика приобретает способность преобразовывать механическую деформацию в электрический заряд (прямой пьезоэффект) и менять свои размеры под действием напряжения (обратный пьезоэффект).

Практическое применение пьезокерамики очень широко: от атомной промышленности и оборонных систем до нефтегазового сектора. Ее используют для каротажа скважин, ультразвуковой диагностики трубопроводов и мониторинга нефтехранилищ.

Производство пьезокерамики и датчиков на ее основе сосредоточено лишь в нескольких странах. Сильные научные школы есть в США, Германии, Японии, а в последнее время значительных результатов достигли китайские специалисты. Мы внимательно следим за мировыми тенденциями. После посещения выставки в Ганновере могу уверенно сказать: наши изделия не только соответствуют мировому уровню, но по ряду параметров превосходят зарубежные аналоги. Следует понимать, что эта сфера достаточно закрыта, и компании редко раскрывают детали технологий.

– Что вы можете рассказать о конкретных разработках «Элпы»?

– Наши стандартные материалы работают при температурах до 360 градусов. Однако, отслеживая запросы рынка, мы начали эксперименты с новыми составами, например, с использованием диоксида скандия. Это позволило создать пьезоэлементы, функционирующие в диапазоне 450–500 градусов, а в перспективе – до 700. Такие элементы востребованы в двигателестроении и ракетостроении для систем управления соплами, датчиков вибрации и давления. Разработка велась, в том числе, по заказу Росатома для датчиков в активных зонах реакторов.

Особой гордостью института является тонкослойная пьезокерамика. Мы производим слои толщиной от 10 до 100 микрон, из которых формируются пьезопакеты толщиной от 2 до 100 миллиметров. Такие пакеты способны совершать значительные перемещения – до 100 микрон. Важно, что для управления тонкослойной керамикой требуется напряжение всего 90–150 вольт, против киловольта для традиционной. Это снижает потери и повышает защищенность систем.

Работы в этом направлении мы начали в 2007 году. Столкнулись с отказом зарубежных поставщиков продать нам необходимое оборудование. Помогли словенские партнеры из компании «КЕКО», которые поставили технику, но не технологию. За три года мы самостоятельно разработали и внедрили полный цикл производства. Сегодня «Элпа» – единственный в России производитель тонкопленочной пьезокерамики и создаваемых на ее основе актюаторов, которые поставляем с 2011 года.

– Где применяются эти актюаторы?

– В первую очередь, в прецизионных системах для точных перемещений: манипуляторах для адаптивной оптики, системах юстировки в литографии, авионике. В мощных лазерных установках для термоядерного синтеза актюаторы корректируют искажения луча с помощью адаптивных зеркал, обеспечивая перемещения с точностью до 0,01%.

Мы также нашли применение в гражданской сфере – в системах впрыска топлива для дизельных двигателей. Наше решение использует пьезоэффект для точного дозирования топлива. Аналоги выпускает лишь немецкий концерн «Бош». После сравнительного анализа выяснилось, что наши изделия ничуть не уступают немецким. Сейчас ведутся работы по внедрению с двигателестроителями Барнаула.

Основными заказчиками остаются предприятия Росатома и Роскосмоса. Кроме того, наши актюаторы используются в авиационных оптико-локационных станциях и подвесных прицельных контейнерах. После прекращения поставок от немецкой «Физик инструментс» мы в сжатые сроки разработали отечественные аналоги и с 2016–2017 годов обеспечиваем ими отечественные самолеты. Совместно с КБ-1 создается пьезосервоконтроллер для управления такими платформами.

Еще одно ключевое направление – датчики угловых скоростей (гироскопы). Они отличаются малыми габаритами, радиационной стойкостью и устойчивостью к перегрузкам. Эти гироскопы применяются в системах наведения авиационных ракет, торпедном оружии, спутниковых антеннах. Ими заинтересовался Научно-производственный центр имени М.В. Хруничева. Работы по созданию гироскопов для ракетоносителей планируем завершить в течение трех с половиной – четырех лет.

Мы часто сами выступаем инициаторами, предлагая конструкторам новые решения и образцы для испытаний, чтобы ускорить их внедрение.

– Остается ли изготовление элементов для гидроакустики одним из главных направлений?

– Безусловно. С 1960-х годов мы сотрудничаем с ведущими предприятиями отрасли, такими как «Океанприбор», «Гидроприбор», «Аквамарин», «НИИ «Атолл». Наши пьезокерамические элементы используются в системах наведения минно-торпедного оружия, гидроакустических станциях кораблей и системах дальнего обнаружения.

Сейчас завершена разработка нового класса материалов – композитов для стелс-технологий подводных лодок. Они позволяют создавать «покровные антенны», способные искажать информацию от гидролокаторов противника, делая лодку практически невидимой. Фонд перспективных исследований поддержал эту работу. Совместно с «Океанприбором» и ЦНИИ им. академика Крылова мы ведем НИР «Корсар», которую планируем завершить к 2017 году.

– Вы упомянули о работе с нефтяной отраслью.

– Да, мы производим пьезокерамические элементы для каротажа скважин, где они используются для разрушения парафиновых пробок ультразвуковым воздействием.

Активно сотрудничаем с «Транснефтью». После введения санкций компания обратилась к российским производителям