С 2008 года в петербургском ФГУП ЦНИИ конструкционных материалов «Прометей» работает наноцентр. Тогда началась работа по созданию изделий сложной формы из металлических порошков с помощью лазера, которая сегодня успешно продолжается, составляя основу сотрудничества со многими предприятиями страны. Специалисты центра также трудятся над созданием магнитных экранов, которые призваны защитить человека от магнитных и электромагнитных полей. Проект ведется на средства, предоставляемые федеральной целевой программой (ФЦП) «Развитие инфраструктуры наноиндустрии в Российской Федерации на 2008 – 2010 годы», которая была продлена до конца 2011 года. О том, какие результаты достигнуты за это время и какие сложности испытывают в своей работе исследователи, нашему корреспонденту Галине Назаровой рассказал заместитель начальника отдела наноматериалов и нанотехнологий института Павел Кузнецов.

Пусковые нанокомплексы

Павел Алексеевич, наноцентр на Шпалерной улице в главном здании «Прометея» – это лишь часть общего инновационного проекта. Как продвигается работа на других его площадках?

Действительно, в Петербурге находится объект первой очереди, а пусковые комплексы строятся в Отрадном и Мариенбурге (Гатчина). Сейчас там продолжается реконструкция административных зданий (целевая программа не позволяет строить новые объекты), идут поставки оборудования. К концу года работы должны завершиться. Кроме того, с 2009 года у нас работает аккредитованная Росстандартом испытательная лаборатория «Прометей-нанотест», в которой можно проверить, относится та или иная разработка к конструкционному материалу или нет.

С какими проблемами вы столкнулись?

Поскольку наш центр работает в рамках целевой программы, мы должны соблюдать ее требования. Однако в документе не учтены некоторые важные технические моменты. К примеру, мы покупаем дорогостоящее и сложное в эксплуатации оборудование за рубежом – а для того чтобы на нем работать, нужно обучить персонал. Для этого из Германии, Финляндии, США и других стран мы приглашаем представителей компаний-производителей. Иностранцы с легкостью соглашаются приехать к нам и все объяснить.

Но в целевой программе это не предусмотрено: считается, что начать работать с оборудованием и приборами наши исследователи смогут незамедлительно, прочитав лишь инструкцию. Логика такова: покупают люди без технического диплома автомобили и сразу садятся за руль. Но для нашего случая, по-моему, подобная логика неприменима: специфика другая.

Как вам удалось выжить в наши кризисные времена?

Если честно, то с трудом, поскольку федеральное финансирование по развитию инфраструктуры существенно урезали. Особенно тяжко было в 2009-м и даже 2010 годах. Только с этого года все начало налаживаться. С 2007 года (тогда программа была принята) наш центр суммарно получил 1,6 млрд рублей.

На что расходуются эти средства?

На закупку измерительного и технологического оборудования, а также на реконструкцию помещений и коммуникаций.

Умный порошок

Можете ли вы привести какие-нибудь примеры реализации ваших разработок?

Мы активно взаимодействуем с различными предприятиями. Например, недавно изготовили для ОАО «Климов» детали сложной геометрии. Они использовались в агрегатах, с которыми компания участвовала в минувшем Международном авиационно-космическом салоне (МАКС-2011) в подмосковном Жуковском. А в прошлом году для ОАО «Калужский турбинный завод» мы сделали партию турбинных колес.

Работаем и в сфере медицины. Так, наш институт изготовил образцы микротурбин для аппарата по переливанию крови. Другой пример: до недавних пор только за рубежом у посетителей дантиста была возможность с помощью лазерного сканера сделать трехмерную модель полости рта. На ее основе можно создать зубной имплантат. Мы выращиваем его из титана и кобальт-хромовых сплавов для столичного ЦНИИ стоматологии и челюстно-лицевой хирургии.

В Петербурге мы сотрудничаем с компанией «Хирургические инновации», главным образом в области челюстно-лицевой хирургии. Изготовляем те же зубные протезы и восстанавливаем поврежденные части черепной кости. Во всех этих деталях используется технология лазерного спекания.

В чем она заключается?

В нашей лаборатории установлена специальная платформа. Это планшет размером 25 на 25 см, помещенный в короб, здесь мы и «выращиваем» различные элементы. Сырьем в нашем случае выступает специальный металлический или полимерный (пластиковый) порошок, он насыпан на планшет. Предварительно модель будущего изделия мы создаем на соединенном с платформой компьютере со специальным программным обеспечением. На нем «рассекаем» предмет на плоскости и получаем сотни тысяч слоев, которые потом наносим на планшет.

В металлургии при создании некой детали из цельного куска металла с помощью станков с числовым программным управлением (ЧПУ) из сырья фактически вырезается предмет. В нашем случае идет обратный процесс – сплавление частиц порошка. И из него, как феникс из пепла, по заданным компьютерной программой параметрам слой за слоем формируется изделие. Правда, это не всегда быстрый процесс. «Спечь» из металла предмет в форме обычной чашки можно часов за десять.

А вот для изготовления колес для Калуги нам понадобилось 180 часов. При механической обработке материала коэффициент его использования может достигать 10%. Особенно это характерно для авиации и машиностроения. То есть почти все идет на мусорку или в лучшем случае на переплавку. Преимущество же лазерной технологии заключается не только в том, что в итоге проявляются иные свойства материи (она становится более прочной). Здесь практически нет отходов, весь неспеченный порошок можно использовать вновь.

Откуда вы берете этот чудо-порошок?

Пока привозим из-за границы (Германия), но в ближайшем будущем надеемся, что это сырье будет отечественное. Дело в том, что при пересечении границы этот товар значительно дорожает, поэтому осваивать все производство как минимум дешевле.

Со Шпалерной – к Марсу!

Институт медико-биологических проблем (ИМБП) РАН под эгидой Роскосмоса и РАН с 2007 года реализует проект «Марс-500» – имитацию полета человека на Красную планету продолжительностью 500 дней. Он состоит из экспериментов, моделирующих различные аспекты межпланетного пилотируемого полета. В ноябре все должно завершиться. Как ваш центр участвует в этой инициативе?

Мы находимся в самом начале пути. Проблема в том, что на Земле есть магнитное поле, которое защищает нас от космического излучения, а на Марсе – нет. Вся эволюция происходит в присутствии магнитного поля Земли. Можно сказать, что мы к нему «привыкли». Космический аппарат, удаляясь на внушительное расстояние от Земли, выходит из зоны действия ее магнитного поля.

В связи с этим учеными ставится вопрос о том, как будет влиять гипомагнитное, или «нулевое», магнитное поле на состояние человека. Есть основания полагать, что это воздействие может быть неприятным: изменяется вязкость крови и, следовательно, артериальное давление, появляется раздражительность и т. д.

Если это так, то магнитное поле Земли нужно просто «взять с собой». Не в том смысле, что взять кусочек Земли, а внутри космического аппарата создать искусственное магнитное поле, по своим параметрам близкое к земному. Но, чтобы с этим разобраться, необходимо провести эксперименты по изучению влияния гипомагнитного поля на биологические объекты.

Нужны легкие и высокоэффективные магнитные экраны. Мы научились создавать их из аморфных (в таких металлах отсутствует кристаллическая структура) и нанокристаллических магнитомягких сплавов. Экран представляет собой рулон шириной 50 см и длиной до 150 метров из сплава с высокой магнитной проницаемостью. Он состоит из узких и длинных полос, соединенных между собой. Сейчас в НИИ ядерной физики им. Д. В. Скобельцына МГУ совместно с ИМБП РАН проводят подготовительные работы по проведению экспериментов.

Раз уж зашла речь об электромагнитных полях, то сможете ли вы решить более «приземленную» проблему? Например, в центре Петербурга в 500 домах находятся трансформаторные подстанции. Можно минимизировать их влияние на горожан?

Безусловно, можем. Нормы магнитных полей промышленной частоты в жилых помещениях сейчас ужесточаются: 5 микротесла вместо 100, как это было в СССР. Следовательно, необходимо провести расчеты и определить, где именно следует поставить такой нанокристаллический экран. Но без участия энергетиков всей проблемы не решить: возможно, им проще перенести часть трансформаторов в другое место.

Сейчас решение «электромагнитной» проблемы – головная боль застройщика, дополнительная строка расходов в их смете. Оно и понятно: стоимость проведения такой процедуры составляет миллионы рублей. Быть может, поэтому петербургские строители и энергетики к нам не очень-то идут. Зато есть заявки из Ростова-на-Дону и Хабаровска, где инициаторами проекта выступили сами жильцы.