Эти кадры будоражат воображение: американские военные доказывают всему миру, что лазерное оружие – это реальность. Вот так за несколько секунд сгорает несущаяся к цели баллистическая ракета.
Ее уничтожает военный гиперболоид, установленный на борту летящего Boeing. А вот последние мгновения жизни самолета-невидимки, решившего нанести удар по морскому кораблю, оснащенному сверхмощной лазерной пушкой. По мнению специалистов, через 10 лет подобные системы войдут в строй и смогут уничтожать цели в радиусе 500 км.
"Для решения определенных задач, безусловно, мощные лазеры могут быть эффективны, как для наземных служб, так и для летательных аппаратов. Сейчас возможности лазерной техники позволяют создать мощные лазеры с автономным питанием, поэтому многие проблемы могут быть решены", — считает Виктор Петровский, доцент, кандидат физико-математических наук, заведующий кафедрой лазерной физики НИЯЦ МИФИ.
Наши ученые тоже работают над совершенствованием гиперболоидов, но свои знания и опыт больше вкладывают не в боевые, а в мирные технологии. Лазерный хайтек полностью изменил наши представления о том, как можно не воевать, а спокойно жить в городе будущего.
"Это самый передний край науки и техники. Причем, его доля быстро расширяется. Лазерами сделаны от самых простейших изделий ширпотреба до самых сложных хайтековских изделий, работающих в космосе, микроэлектронике, энергетической промышленности, оборонке", — говорит Дмитрий Сапрыкин, генеральный директор НИИ "Электронного специального технологического оборудования".
Это подмосковный Зеленоград, производственная лаборатория центра "Лазеры и аппаратура". Вот так легко, словно ножом масло, лазерный станок режет титановую пластину — тугоплавкая деталь сложной формы рождается всего за несколько секунд. Подмосковным инноваторам удалось создать самые современные лазерные станки, не уступающие мировым аналогам. Этим установкам сегодня подвластно буквально все: от нанесения нестираемой гравировки на любую поверхность до микронной чистки стентов, расширяющих кровеносные сосуды.
"Вот эта машина — это постоянный источник прибыли и продукции на долгие годы. Вокруг этой машины можно создать малую фирму, причем высокотехнологичную. В США почти 100 тысяч таких компаний. В Китае их тоже десятки тысяч. На сегодня есть бум на создание предприятий такого типа, которые пользуются таким гибким оборудованием и занимают определенные ниши на рынке", — объясняет Дмитрий Сапрыкин, генеральный директор НИИ "Электронного специального технологического оборудования".
Главные компоненты современного лазерного роботизированного станка это не только сам источник мощного излучения, нужны еще быстродействующие программы, специальная оптика для фокусировки луча, а так же система, способная перемещать обрабатываемую заготовку в пространстве сразу в 5 координатах.
Все перемещения должны быть с точностью до микрон, что почти в сто раз меньше толщины человеческого волоса. Обеспечивают такие фантастические параметры так называемые линейные двигатели.
Упрощенно – это обычный электродвигатель, у которого обмотки неподвижного и круглого статора развернуты в линию. Вместо вращающегося ротора по его поверхности двигается плоский магнит, к которому сверху крепится каретка и устанавливается обрабатываемая заготовка. Для точного движения каретки на обмотки линейного статора подают серию коротких импульсов. Их число и полярность соответствуют расстоянию и направлению движения.
Главные компоненты линейных электродвигателей, от которых зависит точность перемещений, запатентованы российскими специалистами.
"Данная система не имеет механических передач. Движение осуществляется самим магнитным полем. Поэтому отсутствуют дефекты механики, и практически нет износа. Эта система работает вечно", — утверждает Олег Рокачевский, главный конструктор НПЦ "Лазеры и аппаратура ТМ".
Еще один высокотехнологичный компонент лазерного оборудования – система наведения, точнее, фокусировки лазерного луча. Сборка специальных объективов идет в Зеленограде с точностью достойной часовой промышленности.
"Это металлическая оправа, в которую заряжаем оптические компоненты – линзы. Их может быть 1, 2 и более штук. Каллимированный лазерный пучок, попадает на эти линзы, они фокусирую его в пятно минимальных размеров. Чем меньше диаметр пятна, тем больше плотность энергии соответственно в этом пятне", — поясняет Александр Рожков, заместитель генерального директора НПЦ "Лазеры и аппаратура ТМ".
Специалисты такие объективы называют силовыми. И в этом есть глубокий физический и практический смысл. Убедиться в удивительных возможностях оптики для лазеров можно в ходе простого, но очень эффектного эксперимента.
"Лазерный излучатель с мощностью порядка 100 Вт. Если его включить в несфокусированном состоянии, то в принципе он безопасен. Кратковременно можно даже руку внести, и он не вызовет никакого воздействия. Сейчас мы устанавливаем телескоп и простую фокусирующую линзу. Это нам позволит немного сфокусировать лазерное излучение. В данной оптической схеме каллиматор снижает расходимость лазера, а линза собирает в сфокусированный пучок. Давайте включим лазер еще раз. На этот раз под луч поставим обычный деревянный карандаш. Мы видим, что древесина начинает активно гореть. Это говорит о том, что луч в сфокусированном состоянии очень опасен, как и любой другой обрабатывающий инструмент", — демонстрирует Евгений Назаров, начальник сборочного цеха НПЦ "Лазеры и аппаратура ТМ".
Сегодня лазер, действительно, стал универсальным обрабатывающим инструментом почти во всех отраслях промышленности. Новейшие технологии его применения разрабатываются в научных центрах и лабораториях Москвы.
Это испытательная лаборатория лазерного центра университета МИФИ. Сейчас исследуется наплавка материала на поверхность поврежденной детали. Для наблюдения за процессом используется специальная видеокамера, снимающая со скоростью 10 тысяч кадров в секунду. При просмотре видно, как порошок с частицами наплавляемого материала влетает в луч лазера, мгновенно разогревается до температуры в 1000 градусов и тут же осаждается на поверхности детали.
"При воздействии лазерного луча минимальная зона термического влияния. То есть мы производим технологическую операцию только в месте дефекта. А основная часть детали остается при той же температуре, что и у исходного материала. Не нарушаем ни форму, ни размер детали", — поясняет Виктор Петровский, доцент, кандидат физико-математических наук, заведующий кафедры лазерной физики НИЯЦ МИФИ.
По мнению ученых, такая технология открывает самые широкие возможности для ремонта авиационных двигателей, турбин электростанций, а также нефте- и газопроводов. Теперь не надо перекрывать магистраль на время ремонта и терпеть многомиллионные убытки. Восстановление поверхности трубы идет прямо во время перекачки углеводородов.
А это сварка с помощью лазера. Без нее сейчас не обходится ни одно высокотехнологичное производство. Судостроение, авиастроение, автомобильная промышленность уже не представляют свое развитие без использования лазерного излучения. Ведь в результате получаются высокопрочные конструкции нового поколения.
Надо сказать, что сварочное оборудование сегодня можно непосредственно через Интернет, например, через Интернет-магазин сварочного оборудования "Циклон" - cyclony.ru
"С помощью хорошо сфокусированного луча лазера можно сварить изделие и обеспечить такую надежность сварного соединения, что при попытке деталь разрушить, она разрушится не в том месте, где сварили лучом лазера, а разрушится по основному металлу", — говорит Виктор Петровский.
Процесс рождения материалов нового поколения хорошо виден при высокоскоростной съемке. Посмотрите, под воздействием лазера образуется так называемый парогазовый канал. Внутри него металл разогревается до состояния плазмы и почти мгновенно осаждается на поверхности свариваемых материалов. Расстояние между ними не должно превышать толщины человеческого волоса – ста микрон. Только в этом случае образуется сверхпрочное соединение.
Это гордость инноваторов из Зеленограда и будущее их предприятия — Станок с так называемым фемто- или пикосекундным лазером способен проводить уже не микронную, а нанообработку деталей из почти всех доступных на сегодня человечеству материалов. Новый станок — это совместная разработка российских и французских специалистов. Французы поставляют лазеры, а Зеленоград обеспечивает станок точной мехатроникой, оптикой и программным интеллектом.
"Мы планируем создать установку, которая будет конкурентоспособной как на внутрироссийском рынке, так и на международном. По крайней мере, на рынках Восточной Европы, Юго-Восточной Азии, Южной Америки", — делится планами Дмитрий Сапрыкин, генеральный директор НИИ "Электронного специального технологического оборудования".
Этот международный проект осуществляется при поддержке правительства Москвы. Под его гарантии предприятие получило долгосрочный кредит, который идет на расширение производства лазерных станков и освоение в производстве новых технологий.
"В городе, где находится 40% научного потенциала страны, не заниматься этими вопросами – это значит терять этот потенциал, терять людей, которые не могут найти себе применение. Поэтому это наша история, это московская история. И город должен быть адекватен с точки зрения инфраструктуры, стен, с точки зрения более сложных механизмов поддержки, будь то субсидии или частичное гарантирование займов", — считает Андрей Шаронов, и.о. заместителя мэра Москвы по вопросам экономической политики.
"Мы должны бежать впереди других. Мы должны вести новые разработки, постоянно расширять производство. На сегодня рынок развивается быстрее возможностей российских компаний. В том числе, потому что не хватает основных средств. Без постоянного привлечения новых людей, квалифицированных кадров, без проведения научных исследований, закупки оборудования, это все практически невозможно", — уверен Дмитрий Сапрыкин, генеральный директор НИИ "Электронного специального технологического оборудования".
Исследования и разработка новых лазерных технологий продолжаются. Многие из них еще засекречены. И не только из соображений национальной безопасности, но и постоянно растущей технологической конкуренции. Мы, наверное, в числе первых расскажем о создании некоторых не военных, а гражданских гиперболоидов.
Пожары на месторождениях нефти и газа скоро будут гасить с помощью лазера. Сейчас проходит обкатку мощная установка, которая за считанные минуты сможет срезать искореженные огнем металлические конструкции буровых вышек. Раньше это было главным препятствием для быстрой борьбы со стихией.
"Установка состоит из трех мощных волоконных лазеров общей мощностью 24 КВт. С помощью такой установки в реальных условиях были разрезаны металлические конструкции на расстоянии порядка 100 м. Они уже созданы, есть заказчики. И вот такие "гиперболоиды инженера Гарина", которые работают для гражданских целей, могут быть использованы различными службами МЧС", — рассказывает Виктор Петровский, доцент, кандидат физико-математических наук, заведующий кафедры лазерной физики НИЯЦ МИФИ.
Начались испытания опытной установки для резки льда. Она необходима ледоколам, работающим на Северном морском пути и нефтедобытчикам для защиты морских платформ от обледенения. У ледоколов мощную лазерную пушку установят на носу корабля. Она будет резать, словно бритвой, лед толщиной до 2 метров.
"Первые испытания показали, что с помощью лазерного луча на большом расстоянии можно резать толщину льда порядка нескольких метров", — говорит Виктор Петровский.
Еще один гиперболоидный проект – бурение скважин с помощью лазера. Установка, смонтированная внутри бура, за несколько секунд разогревает твердую породу, приводит к ее растрескиванию, а дальше бурение идет обычным способом. Технология способна почти в 4 раза ускорить бурение, а износ самого бура снижается как минимум в 10 раз.
Будем надеяться, развитие лазерных технологий пойдет по мирному пути. Ведь даже сами военные признают: боевые гиперболоиды хороши только в ясную погоду и если на самолете или ракете нет элементарного отражающего покрытия. Зато для мирного применения у лазеров, похоже, нет ограничений. И о многих из них жители города будущего еще и не догадываются.
vesti.ru
