Ведущий материаловедческий центр нашей страны – Всероссийский научно–исследовательский институт авиационных материалов – был создан как самостоятельное предприятие Приказом наркома тяжелой промышленности Г.К. Орджоникидзе от 28 июня 1932 года. Перед специалистами института были поставлены задачи исключительно широкого диапазона, успешное решение которых позволило занять и сохранить передовые позиции в мировом аэрокосмическом сообществе.
С момента своего основания институт разрабатывает материалы для авиационно-космической промышленности. Более того, сегодня материалы ВИАМ востребованы и во многих других отраслях российской экономики – машиностроении, энергетике, строительстве, медицине. Именно благодаря применению материалов нового поколения и современных технологий удается реализовать прорывные проекты в данных областях.
Многие работы института, задавшие основной вектор его развития его деятельности и определившие ключевые задачи ОПК, берут начало еще с довоенных лет. В предвоенные годы были созданы основы теории многоэлектродной структурной коррозии металлов (1933–1950 гг.), прочности и надежности металлических сплавов (1937–1950 гг.). В тот же период (1937 г.) в ВИАМ организована лаборатория авиационной брони, имевшей решающее значение для советской авиации в период Великой Отечественной войны.
В частности, были разработаны высокопроизводительная технология комбинированной сварки элементов конструкции самолетов Ил-2 и Як-7 из закаленной стали; «прозрачная броня» для самолетов Ил-2, Як-1, Як-9, Ла-5, Ла-7, при создании которой впервые была выдвинута и реализована идея композиционной брони. Эти и другие достижения ВИАМ не только были высоко оценены руководством страны (институт в 1945 году был удостоен высшей государственной наградой СССР – Ордена Ленина), но и стали основой многих перспективных разработок в послевоенное время.
В 1950–1970-е гг. в ВИАМ разработаны первые бериллиевые сплавы, освоены технологии плавки и литья сплавов, разработан комплекс полиэтилсилоксановых жидкостей для авиационных двигателей, созданы высокопрочные коррозионностойкие свариваемые стали для «стального» истребителя МиГ-25, специальные кислотостойкие стали.
Используя свой большой научный потенциал и богатую исследовательскую практику, институт принял участие в атомном проекте. Был разработан специальный сплав циркония с ниобием для тепловыделяющих элементов атомных реакторов (ТВЭЛ); предложены конструкции и технологии производства ТВЭЛ для атомного реактора двигательной установки атомного ледокола «Ленин» и первого промышленного атомного реактора Нововоронежской АЭС; созданы алюминиевый деформируемый сплав для высоконагруженных конструкций и полимерные композиционные материалы для комбинированной оболочки центрифуг с увеличенной производительностью для получения ядерного топлива.
Разработки ВИАМ позволили советским специалистам в области космической техники в предельно сжатые сроки создать ракету-носитель Р-7 с двигателями РД-107 и РД-108, спускаемый космический аппарат «Восток», а также – орбитальные станции «Салют», «Алмаз» и «Мир», межпланетные космические станции и спутники серий «Космос», «Молния» и «Метеор».
В производстве ракетной и космической техники нашли применение созданные в институте сплавы на основе тугоплавких металлов, технологии производства и защитные покрытия. Эти достижения также высоко были оценены руководством страны: в 1982 году ВИАМ награжден орденом Октябрьской Революции.
Большим шагом вперед в развитии отечественного производства авиадвигателей стала разработанная в ВИАМ технология поверхностного модифицирования сплавов при литье лопаток ГТД методом добавления в керамическую форму синтезированного (впервые) алюмината кобальта. Введение этой добавки позволило получить отливки лопаток ГТД с однородной мелкозернистой макроструктурой.
Основные структурные составляющие такой отливки имели более тонкое строение и высокую степень однородности распределения легирующих элементов. В результате использования этой технологии предел выносливости и термостойкости сплавов существенно повышался и стабилизировался, а следовательно, увеличивалась надежность и ресурс эксплуатации лопаток.
Впервые этот метод был освоен на Московском моторостроительном заводе «Салют», а затем по инициативе академика А.М. Люльки – на возглавляемом им ОКБ «Сатурн». По приказу министра авиационной промышленности П.В. Дементьева технология стала внедряться на всех моторных заводах СССР. Она до настоящего времени лежит в основе производства литых рабочих лопаток турбины на серийных заводах во многих отраслях промышленности.
Создание первого отечественного титанового сплава, разработка основ технологии плавки, литья и термомеханической обработки полуфабрикатов из титановых сплавов для применения в объектах авиационной и космической техники явились значимым вкладом ВИАМ в развитие ОПК и укрепление обороноспособности СССР. Коллективом института решены важные задачи по созданию жаропрочных литейных магниевых сплавов для деталей ГТД, разработке высокопрочных и коррозионностойких сплавов для авиаколес и нагруженных деталей самолетов и вертолетов, эксплуатирующихся во всеклиматических условиях, новых теплозащитных покрытий для изделий ракетной техники.
Многолетний опыт исследований по самому широкому спектру направлений в области разработки и внедрения защитных покрытий стали основанием для определения ВИАМ координирующей организации СССР в этой сфере (1970-е гг.). В общей сложности разработанные институтом покрытия и технологии были внедрены в производство на 120 заводах в 23 отраслях промышленности СССР.
Бурное развитие науки и техники, появление новых форм и методов производства поставили перед учеными ВИАМ новые материаловедческие задачи. Так, в составе Научного совета АН СССР по конструкционным материалам, работой которого руководил выдающийся ученый-материаловед, академик РАН С.Т. Кишкин, была образована секция «Композиционные материалы» (руководитель – А.Т. Туманов).
Наиболее активно новые полимерные композиционные материалы внедрял в изделия своего конструкторского бюро авиаконструктор О.К. Антонов. Впоследствии этот класс конструкционных материалов прочно занял свое место в изделиях практически всех ведущих авиационных КБ страны.
Особое значение разработки ВИАМ приобрели при реализации важнейших космических проектов. Например, для выхода экипажа корабля в открытый космос требовалось снабдить скафандры оптически прозрачными светофильтрами, одновременно защищавшими глаза от жесткого солнечного излучения. Министр авиационной промышленности обязал ВИАМ создать участок для производства таких светофильтров, на котором в короткие сроки специалисты ВИАМ разработали и изготовили более ста светофильтров для скафандров «Ястреб», «Орлан-Д». Благодаря этому была обеспечена возможность работы в условиях открытого космоса для космонавтов А.А. Леонова, Е.В. Хрунова, А.С. Елисеева, Г.М. Гречко, В.В. Рюмина и др.
Результатом научно-производственной деятельности коллектива института по направлению «Конструкционные композиционные материалы» стала разработка более 300 марок материалов, которые в сотрудничестве с конструкторскими бюро авиационной отрасли, институтами РАН, ЦАГИ, ЦИАМ, НИАТ, ОНПП «Технология» и другими предприятиями были внедрены в конструкцию самолетов различных семейств: Ан-70, Ан-124, Ан-225, МиГ-29, Су-27 и их модификаций, Бе-200, Ил-96-300, Ту-204, Су-26, Су-31М, Су-47, Т-50, SSJ 100 и др.; вертолетов: Ка-26, Ка-50, Ка-52, Ка-60, Ми-26, Ми-28, Ми-38 и др.; газотурбинных двигателей: Д18, Д36, ПС-90А, ПС-90А2, ПД-14.
Одной из самых ярких страниц в истории ВИАМ стало активное участие в проекте МКС «Энергия–Буран». Эта грандиозная программа, в реализации которой приняли участие 1206 предприятий практически всех отраслей промышленности СССР, стала определяющей вехой в развитии советской космонавтики и произвела фурор в мировом сообществе.
Особая роль отводилась ученым ВИАМ, внесшим определяющий вклад в разработку теплозащиты космического корабля «Буран». В начале февраля 1976 года вышло Постановление ЦК КПСС и Совета Министров СССР о разработке многоразовой авиационно-космической системы. Решением министра авиационной промышленности П.В. Дементьева на ВИАМ была возложена роль координатора проекта по созданию комплекса теплозащитных материалов для космического орбитального корабля. Данное решение было обусловлено тем, что по количеству разработанных марок отечественных авиакосмических материалов институт был лидером в стране.
На институт была возложена огромная ответственность: предстояло создать принципиально новые теплозащитные материалы многоразового использования. Главный конструктор НПО «Молния» Г.Е. Лозино-Лозинский на научно-техническом совете в ВИАМ четко обрисовал задачу: создать сверхпрочные материалы с минимальной теплопроводностью, работоспособные в диапазоне температур от -130 до +1650 °C. В первую очередь – для теплозащиты, способной не только сохранить форму, но и геометрические характеристики.
Покрытие должно было обеспечить надежную защиту всех составляющих корабля от перегрева, вызываемого колоссальными тепловыми потоками. Иначе не исключена угроза взрыва или прожигание обшивки корпуса плазмой при возвращении его на Землю.
По разработанной специалистами программе теплозащиту орбитального корабля предполагалось выполнить из отдельных элементов – плиток, состоящих из особо чистых кварцевых волокон с наружным стекловидным покрытием. Они крепились к обшивке через демпфирующую фетровую подложку, приклеиваемую к плитке сверхпрочным эластичным клеем. Все слои должны были выдерживать критические перепады температур и напряжений, не поглощать влагу. И специалисты института справились с этой задачей.
Специалистами ВИАМ создано 39 принципиально новых материалов и 230 технологий. В первую очередь – вся номенклатура теплозащитных материалов, значительно превосходивших зарубежные аналоги по своим характеристикам. Были созданы легкая керамическая плитка из материала ТЗМК-10, демпфирующая подложка АТМ-15, гибкая теплозащита АТМ-19, покрывающая основную поверхность корабля; клеи-герметики для крепления теплозащиты.
Необходимо подчеркнуть, что исследования и разработки в рамках программы «Энергия–Буран» проводились в четко отлаженной кооперации со многими ведущими коллективами – институтами АН СССР, отраслевыми институтами и промышленными предприятиями страны.
В 1990-е годы российский авиапром, как и вся отечественная экономика, находился в тяжелейшем системном кризисе. Всероссийский институт авиационных материалов оказался банкротом: при огромной задолженности в федеральный, региональный бюджет не хватало средств на выплату даже мизерной зарплаты сотрудникам. Объем заказов составлял 15 миллионов рублей: это – ничто, если учесть, что на оплату долгов только по коммунальным услугам требовалось почти в три раза больше. А всего сумма долгов составляла 81 миллион рублем.
Положение было отчаянное. Весь коллектив ВИАМ – а это без малого 2400 человек – остался без средств к существованию. Институт практически прекратил свою деятельность, началась процедура банкротства. И только преданность делу значительной части сотрудников и активная работа руководства ВИАМ спасали институт от полного развала и уничтожения.
Стояла сложная задача: спасти то, что осталось. И создать нечто новое применительно к новым экономическим реалиям – работе в условиях рыночной экономики. В первую очередь ВИАМу требовалась стратегия выхода из кризиса. Она заключалась, во-первых, в выработке программы финансового оздоровления института. Во-вторых, была пересмотрена научная направленность лабораторий и закрыты те, результаты которых в рыночных условиях не были востребованы.
Пришлось заняться и достаточно болезненным кадровым вопросом. Выяснилось, что около семисот человек рассматривали институт как «камеру хранения» для своих трудовых книжек. Были также ликвидированы все созданные вокруг института сторонние коммерческие структуры, а таких ООО и ЗАО было больше ста. И все они паразитировали на ВИАМ.
Чтобы добиться прозрачности процесса отчетности и повысить уровень ответственности за материальные ресурсы, в институте была оставлена лишь одна финансовая подпись – генерального директора.
Было также принято решение организовать научно-технологические комплексы, чтобы не только создавать необходимые материалы со всей нормативной документацией, но и обеспечивать выпуск опытно-промышленных партий для поставок непосредственно на заводы. Эта идея стала импульсом развития института.
Возрождение ВИАМ не только как предприятия-разработчика, но и изготовителя началось с городского заказа Москвы на разработку и выпуск… изоляторов для контактной сети троллейбусов и трамваев. Старые изоляторы были изготовлены из прессованного текстолита, который не выдерживал высокой агрессивности климата столицы. Специалисты же института, опираясь на свои разработки по полимерным композиционным материалам для лопастей вертолетов, создали из стеклопластика обрезиненные натяжные подвесные изоляторы и стрелки для трамвайных и троллейбусных сетей.
При этом удалось существенно снизить их массу. Изоляторы успешно прошли высоковольтные тестовые испытания во Всероссийском электротехническом институте имени В.И. Ленина. Было организовано массовое производство изоляторов. В институте их изготовили свыше 30 тысяч штук. Так ВИАМ заработал свои первые деньги – более трех миллионов рублей.
Пристальный интерес к разработкам института в области литейных жаропрочных сплавов и технологий литья лопаток газотурбинных двигателей (ГТД) начали проявлять зарубежные компании, в первую очередь – китайская «Дун-Ан» (г. Харбин). В итоге специалисты ВИАМ в сотрудничестве с коллегами по ОПК – Московским моторостроительным предприятием «Салют» – подписали с этой компанией выгодный контракт на изготовление 50 моторокомплектов ГТД и заработали уже более солидную сумму в три миллиона долларов США. Однако вновь не было возможности вложить полученные деньги в развитие научно-производственной базы, так как у ВИАМа по-прежнему был счет недоимщика.
Вместе с тем параллельно с финансовым оздоровлением следовало пересмотреть кадровую политику. На тот момент сотрудников в возрасте до 33 лет на весь коллектив было не больше 30 человек. Средний возраст работников составлял более 62 лет. Для привлечения перспективных молодых специалистов требовалось прежде всего обновить производственную и исследовательскую инфраструктуру.
За несколько лет в ВИАМ удалось выстроить систему непрерывного образования, которая позволяет подготовить высокопрофессиональных специалистов как для института, так и отраслевой науки в целом. Образовательная деятельность в ВИАМ направлена на увеличение индивидуальных практических занятий и производственных практик при существенном повышении их качества. Все это способствует становлению молодого специалиста как ученого, развитию у него системного мышления, умения анализировать многочисленные факты и делать верные выводы.
Для подготовки специалистов в ВИАМ успешно работают различные схемы социальной поддержки молодежи. И это принесло ощутимые результаты – средний возраст сотрудников института снизился с 61 года до 43 лет. Ключевую роль в становлении кадрового резерва играют действующие в ВИАМ система подготовки специалистов и институт наставничества.
В профессиональной подготовке молодых специалистов важную функцию выполняет Учебный центр, благодаря которому представители смежных предприятий отрасли могут повышать свою квалификацию, осваивать новые теоретические знания и получать практический опыт работы на современном оборудовании. Благодаря поддержке Минобрнауки России Учебный центр стал одной из первых научных организаций в России, осуществляющих образовательную деятельность по программам магистратуры с выдачей диплома государственного образца.
Еще одна важная начальная ступень целевой профессиональной подготовки – ежегодный конкурс «Материаловед будущего», который ВИАМ проводит среди учащихся 11-х классов при поддержке Департамента науки, промышленной политики и предпринимательства города Москвы. Это помогает на ранней стадии отобрать талантливых ребят и точечно фокусировать подготовку будущих специалистов. Финалисты этого конкурса получают льготы при поступлении в ведущие технические вузы страны.
В 2002 году на совещании у главы государства по вопросам импортозамещения и обеспечения предприятий ОПК определенными компонентами и материалами Президент России В.В. Путин поддержал идею о создании высокотехнологичных малотоннажных производств на базе института. Это решение обеспечило модернизацию технологической инфраструктуры, позволило наладить выпуск необходимых материалов в требуемом объеме, а также организовать подготовку специалистов, что стало новым этапом развития ВИАМ.
В институте функционирует 25 высокотехнологичных малотоннажных производств по материалам нового поколения, которые выпускают более 230 наименований продукции.
ВИАМ имеет три филиала: Геленджикский центр климатических испытаний ВИАМ им. Г.В. Акимова, Воскресенский экспериментально-технологический центр по специальным материалам и Ульяновский научно-технологический центр по производству полуфабрикатов и изделий из полимерных композиционных материалов.
ГЦКИ ВИАМ им. Г.В. Акимова – это уникальный центр, аккредитованный Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии и Авиационным регистром Межгосударственного авиационного комитета.
В XXI веке основополагающей для научно-исследовательской деятельности института стала программа «Стратегические направления развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года». В данном документе, разработанном ВИАМ при участии РАН, государственных научных центров, вузов и одобренном многими министерствами и ведомствами, а в дальнейшем – утвержденном Научно-техническим советом Военно-промышленной комиссии РФ, был проанализирован отечественный и мировой опыт научно-исследовательских работ по созданию материалов и технологий нового поколения, обобщена практика применения и спрогнозированы перспективы их производства во всех отраслях нашей экономики. Сформулированы также принципы создания и последующей переработки материалов нового поколения.
В основе разработки и производства этих материалов лежат четыре принципа. Во-первых, фундаментальные и фундаментально-ориентированные исследования институтов РАН, необходимые для создания научно-технического задела. Во-вторых, применение зеленых технологий в процессе разработки и производства материалов и комплексных систем защиты. В-третьих, реализация с использованием информационных технологий полного жизненного цикла «разработка материала – эксплуатация – ремонт – утилизация». В-четвертых, неразрывность цепочки «материал – технология – конструкция – оборудование».
Результатом реализации Стратегии стал не только переход на качественно новый научно-технический уровень, но и развитие современных производственных технологий, финансовых инструментов, организационных структур, повышение роли знаний, информации и цифровых технологий в производственных процессах.
Для решения задач современного авиационного материаловедения институт использует фундаментальные теоретические и практические заделы, а также ведет разработку новых направлений.
Невозможно создать новый самолет без новых, совершенных двигателей. В гражданской авиации требуется увеличить ресурс моторов, повысить их экономичность, добиться существенного снижения эмиссии вредных веществ и уровня шума, вдвое снизить трудоемкость технического обслуживания газотурбинных двигателей. В военном секторе задачи не менее сложные: нужно добиться увеличения лобовой тяги двигателей, повышения боевой живучести, сокращения расхода топлива при форсировании.
Решить эти задачи можно только при использовании новых жаростойких материалов. К ним относятся монокристаллические и интерметаллидные сплавы, высокоградиентные теплозащитные покрытия лопаток турбин, конструкционные композиционные материалы, способные работать при температурах до 2200 К. В этом направлении специалисты ВИАМ активно ведут научно-исследовательские работы.
Все активнее и в гражданском, и в военном авиастроении используются полимерные композиционные материалы (ПКМ). ВИАМ является общепризнанным в России лидером в разработке состава и технологии производства ПКМ. Новые поколения композитов, разработанные в институте, находят применение при создании новых образцов авиационной и ракетной техники. А также в судостроении, строительной индустрии, энергетике, машиностроении. Они не уступают зарубежным аналогам, а по ряду показателей превосходят их.
Большая работа проводится в направлении так называемых «умных» конструкций. Материалы для их создания обладают памятью формы, способностью к самовосстановлению и обратимому изменению внутренней структуры. Сейчас этими качествами обладают некоторые металлы. Но в ближайшей перспективе – разработка сходных по свойствам полимеров и композиционных материалов.
Специалисты ВИАМ ведут исследования по разработке специальных стекол, коэффициент пропускания которых меняется в зависимости от приложенного электрического напряжения. Такие стекла способны изменять прозрачность и отражающую способность в различных диапазонах.
Отдельное направление работы института – лаки и краски. Эти материалы должны обеспечивать защиту материала от коррозии, эрозии, даже от наведенных зарядов статического электричества. Специалисты института работают также над созданием многослойных, термо-, износо-, эрозионностойких и наномодифицированных лакокрасочных покрытий.
В связи с возрастанием коррозионной агрессивности природной среды за счет увеличения объемов промышленных выбросов, специалисты института проводят исследования в области защиты от коррозии, старения и биоповреждений материалов. Одна из актуальных задач – прогнозировать уровень изменения служебных характеристик материалов, конструкций и сложных технических систем с учетом воздействия климатических и эксплуатационных факторов.
Коллектив ВИАМ внес большой вклад в создание материалов и технологий для нового самолета МС-21 и двигателя ПД-14. Для МС-21 разработано 11 новых конструкционных металлических материалов и полуфабрикатов из них. Для ПД-14 было разработано 20 новых и доработано более 50 марок материалов, организован выпуск полуфабрикатов этих материалов на металлургических заводах, а также выпущена вся необходимая нормативная техническая документация для производства деталей ПД-14.
Впервые в отечественной практике сконструирована и изготовлена мотогондола ПД-14 из полимерных композиционных материалов. Для ее деталей и агрегатов в ВИАМ были созданы препреги, угле- и стеклопластики, которые по характеристикам не уступают лучшим мировым аналогам и производятся в институте.
Методом аддитивных технологий из отечественной металлопорошковой композиции в ВИАМ была изготовлена «боевая» деталь двигателя ПД-14 – завихритель фронтового устройства камеры сгорания. Необходимо отметить, что технологический цикл составил всего шесть дней при стопроцентном выходе годного продукта, тогда как традиционный технологический цикл – литье по выплавляемым моделям – составляет 60 дней при выходе годного 40%. При этом производительность труда была увеличена в 10 раз.
Комплексные исследования по разработке и применению новых материалов и технологий институт проводит в рамках долгосрочных соглашений о сотрудничестве с 14 регионами России – республиками Мордовия, Саха (Якутия), Башкортостан и Татарстан; Саратовской, Самарской, Московской, Томской и Ульяновской областями; Хабаровским и Пермским краями и другими, сотрудничая при этом с 12 национальными исследовательскими университетами и 17 ведущими техническими университетами и вузами, 37 институтами РАН, а также более чем со 150 научными организациями и промышленными предприятиями.
За большой вклад в разработку материалов нового поколения и технологий их переработки для авиационно-космического и оборонно-промышленного комплексов ВИАМу трижды объявлялась Благодарность Президента Российской Федерации (2002, 2007, 2012 гг.).
Коллектив ВИАМ с уверенностью смотрит в будущее, активно работая над реализацией научных достижений и руководствуясь комплексным подходом к решению задач. Институт ставит перед собой большие цели, а мощный научно-технический задел, созданный за 85 лет, служит надежным фундаментом для их реализации.