Преодолевая двадцатилетний разрыв

Александр Механик
обозреватель журнала «Эксперт»
28 ноября 2016, 00:00

Оказалось, что даже двадцатилетнее отставание можно преодолеть, владея теорией вопроса и развивая ее, опираясь на опыт и школу предыдущих поколений инженеров и «бирюзовые» настроения специалистов

Иллюстрация: КОНСТАНТИН БАТЫНКОВ

Инерциальная навигация — единственное на сегодняшний день автономное средство определения местоположения и ориентации объекта. В настоящее время автономные системы инерциальной навигации — неотъемлемая часть любого подвижного объекта: ракеты, самолета, вертолета, корабля, а сейчас уже и автомобилей, танков, БМП и даже отдельных бойцов, поскольку везде требуется информация о положении объекта в пространстве и везде присутствует инерциальная система. А сейчас отрасль переживает настоящий бум в связи с тем, что появляется управляемое оружие, беспилотные летательные аппараты, военные роботы — все эти объекты требуют управления с использованием информации о местоположении и углах ориентации. Ключевой элемент системы инерциальной навигации — это гироскоп, устройство, которое в сочетании с другим устройством — акселерометром* позволяет определять параметры, характеризующие движение (или положение) объекта, на котором оно установлено, а также осуществлять стабилизацию этого объекта.

На прошлой неделе информационные потоки сошлись таким образом, что все говорили о новой технологической революции, в которую должна «вписаться» Россия
Редакционная статья

В компании «Инерциальные технологии “Технокомплекса”» (ИТТ) занимаются несколькими типами гироскопов, в первую очередь для летательных аппаратов, ракет и для использования в космосе. Если говорить о технологиях вчерашнего дня, то это механические гироскопы. Технологии сегодняшнего дня — гироскопы лазерные. А технологии завтрашнего дня — это, во-первых, микроэлектромеханические системы (МЭМС), устройства, которые объединят в себе микроэлектронные и микромеханические компоненты, по сути, это микросхемы; во-вторых, в точной области — волновой твердотельный гироскоп (ВТГ), новый тип датчиков, на который делают ставку самые передовые компании мира. В мире такой техникой — инерциальными навигационными системами высокой точности — обладают только четыре страны помимо России: США, Франция, Израиль и Китай, который с нашей помощью овладел этой технологией в 90-е годы прошлого века.

Бирюзовые цвета будущего

По мнению генерального директора ИТТ Андрея Требухова (хотя он и делает оговорку, что, возможно, с такой оценкой согласятся не все специалисты в этой области), «еще недавно Россия отставала от развитых стран в области инерциальных систем лет на двадцать. И обусловлено это было практикой копирования иностранных образцов, принятой в СССР». Ситуация усугубилась в 1990-е.

Но за последние годы после создания ИТТ, по мнению Требухова и других сотрудников компании, ИТТ максимально приблизилась к мировым лидерам отрасли во всех ее направлениях: механических, лазерных системах, системах на ВТГ и МЭМС.

Это потребовало разработки многих очень сложных технологий. Отмечая важность разнообразных тонких технологий, которыми приходится заниматься специалистам ИТТ, Андрей Требухов подчеркивает, что в основе успехов компании в разработке приборов и технологий лежит то, что называют научно-технической школой: «Наши главные компетенции — сложнейшая математика и алгоритмы, которые долгие годы нарабатывались, несмотря на отставание технологий, и из поколения в поколение передавались, то есть опыт, накопленный десятилетиями, и люди, которые этим опытом владеют. А для успешного руководства такими людьми подходит не всякий тип управления. Я стремлюсь к тому, чтобы мы стали тем, что называют “бирюзовой”** организацией, то есть структурой, основанной на самоуправлении и взаимодействии равноправных коллег. К нам приходит после окончания институтов очень достойная молодежь, у нее большие амбиции, эти молодые люди чего-то хотят добиться, они не боятся решать серьезные задачи и у них “бирюзовые” настроения. Именно в этом я вижу причины и залог нашего успешного развития. И конечно, в той самостоятельности, которую нам предоставили акционеры».

Преодоление вызова

ЗАО «Инерциальные технологии “Технокомплекса”» в 2005 году было выделено из ОАО «Раменское приборостроительное конструкторское бюро» (РПКБ), которое является одним из основных акционеров ИТТ. Но в полную силу ИТТ заработала только в 2009 году.

История инерциальной тематики в РПКБ началась в 1957-м, когда там была начата разработка «автономной навигационной гироинерциальной системы» (АНИС). Разработка АНИС, претерпев множество модификаций, вошла не только в историю РПКБ, но и в историю советского авиаприборостроения благодаря системам АНИС-2 и «Шар» в качестве первых бортовых инерциальных навигационных систем.

В мировой политике есть магические слова, приводящие в трепет целые правительства стран
Сергей Тихонов

Однако к нашему времени направление инерциальных систем в РПКБ стало переживать явный застой. Новые технологии, как отмечают в ИТТ, не развивались, а старые достигли пика развития. Направление перестало окупаться. И тогда руководство предприятия и акционеры приняли решение выделить это направление в отдельное предприятие.

«Они посчитали, — рассказывает Андрей Требухов, который в то время был заместителем главного конструктора, — что отдельное существование, когда мы вынуждены будем сами себя позиционировать на рынке, сами будем зарабатывать деньги, сами считать свои деньги и самостоятельно эти деньги тратить, заставит нас думать не только о технике, но и об экономике. Ведь когда ты сам своим кошельком распоряжаешься, это, конечно, заставляет совсем по другому относиться к жизни».

Выделение в отдельную структуру послужило для всех специалистов ИТТ, как они сами рассказывают, вызовом, который породил желание доказать всем, но прежде всего самим себе, что они на самом деле чего-то стоят. «И долгое время именно эта мотивация работала, — продолжает Требухов. — Но сейчас, конечно, мотивация уже другая, сейчас нас мотивируют уже более высокие задачи — не просто что-то кому-то доказать и выжить, а стать полноправным лидером отрасли».

И стратегия сработала. За восемь лет, которые ИТТ функционирует самостоятельно, компания действительно стала одним из лидеров отрасли в России и начала выпуск продуктов, которые соответствуют мировому уровню. Показывая при этом исключительно высокие темпы роста.

Генеральный директор компании «Инерциальные технологии “Технокомплекса”» Андрей Требухов 36-03.jpg ДМИТРИЙ ЛЫКОВ
Генеральный директор компании «Инерциальные технологии “Технокомплекса”» Андрей Требухов
ДМИТРИЙ ЛЫКОВ

От копирования к самостоятельным решениям

«В девяностые годы выжить нам помогли наши наработки, которым мы обучали китайских специалистов, — объясняет первый заместитель генерального директора, главный конструктор Константин Бахонин. — Пекин в эти голодные годы получил доступ к нашим технологиям. Но за счет Китая мы выжили. Если бы не было Китая, то, думаю, не было бы и нас. Но для Китая мы были как манна небесная. Уровень наших разработок был гораздо выше, и они учились, учились, учились… Учились быстро и хорошо. А сейчас они уже достигли достаточно больших высот, запускают корабли в космос. Без навигационных систем этого не сделаешь».

В СССР в послевоенные годы тоже учились на чужих образцах. Привезенные после войны немецкие ракеты «Фау» тоже разбирались и копировались. Были скопированы и первые гироскопические устройства, хотя потом они, безусловно, совершенствовались. Потом в СССР научились делать ракеты самостоятельно. Но гироскопия, к сожалению, продолжала идти по пути копирования, в дальнейшем уже в основном американских образцов.

Справедливости ради заметим, что еще в 1937 году в СССР под руководством академика Алексея Крылова при участии профессора Бориса Кудревича был создан двухгироскопный гирокомпас на жидкостном подвесе. Были и другие разработки. А теория гироскопии в Советском Союзе, в России, безусловно, была и находится на самом высоком уровне. «Сами принципы построения гироскопических приборов мы понимали очень хорошо, — говорит главный конструктор направления ВТГ Дмитрий Меркушов, — В разработке математических моделей в физике процессов, я думаю, мы были на острие мировой науки и в Советском Союзе, и остаемся сейчас. Например, в Академии наук, с которой мы активно сотрудничаем, академиками РАН Климовым и Журавлевым и доктором физико-математических наук Жбановым широко развита теория самого современного волнового твердотельного гироскопа. И если посмотреть иностранную литературу, то на наших ученых активно ссылаются. Если мы и отстаем в чем-то до сих пор, то в технологиях».

Но, оговаривается Андрей Требухов, высокоинтеллектуальное изделие даже скопировать непросто. Для этого надо иметь соответствующую инженерную, физическую и математическую квалификацию. Надо детально разбираться и в теории, и в технологиях. И самостоятельно все технологии разработать — это не то, что купить лицензию. Но все равно такой подход порождал неверие в собственные силы и определенное иждивенчество. «Показательно, — рассказывает Требухов, — что, когда мы начали самостоятельную разработку волнового твердотельного гироскопа, один из наших очень опытных сотрудников спросил на заседании научно-технического совета: “А что является прототипом этого изделия?” И, услышав, что прототипа нет, сказал: “Тогда у вас ничего не получится”. Эти слова вызвали у аудитории смех, но в каждой шутке есть доля правды. Действительно, он всю жизнь здесь проработал, он знает, как все эти приборы создавались. А у нас получилось, мы действительно самостоятельно разработали ВТГ, но я эту фразу надолго запомнил».

Первый заместитель генерального директора, главный конструктор Константин Бахонин 36-04.jpg ДМИТРИЙ ЛЫКОВ
Первый заместитель генерального директора, главный конструктор Константин Бахонин
ДМИТРИЙ ЛЫКОВ

Три нетривиальных этапа

В своем развитии гироскопия за последние семьдесят пять лет прошла всего лишь три этапа. И это не случайно. Создание нового прибора — это длинный путь, двадцать, а то и тридцать лет. Не приходится ожидать, что вдруг кто-то придумает новый, никому неизвестный тип гироскопа, тут же запустит его в производство и всех опередит (см. «Принципы работы гироскопов»). Именно столь длительные циклы разработки и эксплуатации инерциальных систем — одна из причин, позволивших ИТТ догнать ушедшие вперед западные фирмы.

Первый этап — использование классических механических гироскопов. В ИТТ, как раньше в РПКБ, разрабатывали и продолжают разрабатывать такие гироскопы и системы на их основе: система ИНС-2000 в настоящее время практически единственная серийная система в России, которая широко используется в летательных аппаратах. Недавно в ИТТ закончили модернизацию этого изделия по замене импортной элементной базы на отечественную в рамках импортозамещения.

Механические системы применяются до сих пор. Во-первых, потому, что цикл жизни таких изделий очень длинный. «Так как затраты на их разработку очень велики, — объясняет Константин Бахонин, — то, соответственно, и жизнь на рынке этого продукта очень длинная, пока все отобьется, никто особо и не спешит что-то менять». Андрей Требухов вспоминает, что еще в институте им рассказывали, как компания Delco, которая несколько опередила рынок со своей технологией вибрационного гироскопа, была просто куплена конкурентами: «Новым приборам была выделена ниша космической техники, а на остальных направлениях эта технология была заблокирована для распространения на несколько лет».

Второй этап развития гироскопии — кольцевые лазерные гироскопы (КЛГ). В России их широкое серийное изготовление только начато. Хотя в нашей стране их начали разрабатывать примерно в 1970-е. К достоинствам лазерных гироскопов следует отнести прежде всего отсутствие вращающихся деталей, как в механических гироскопах, подверженных действию силы трения, вносящей в измерения погрешности.

В ИТТ самостоятельно разрабатывают и делают лазерные гироскопы, кроме того, используют гироскопы французской компании Sagem, с которой ИТТ организовала совместное предприятие «РС Альянс» (RS Alliance). В Sagem делают датчик, а в ИТТ — электронику и алгоритмы навигации.

По словам Андрея Требухова, «этот совместный продукт идет на экспортные машины и позволил нам серьезно продвинуться на экспортном рынке».

Необходимость создания совместного предприятия была связана с тем, что начиная с 1990-х годов все покупатели самолетов МиГ и «Сухой», в первую очередь индийцы и китайцы, потребовали, чтобы эти машины комплектовались лазерной навигационной системой, потому что это был уже мировой стандарт. В России на тот момент не было лазерной системы. Пришлось использовать для экспортной комплектации французскую систему компании Sagem «Сигма-95». Как только была разработана российско-французская система, стали устанавливать ее. Сейчас в ИТТ на выходе российская система, и теперь везде будет устанавливаться она. Но если требования мирового рынка изменятся и заказчик потребует систему на ВТГ, то ИТТ придется искать такую систему, пока компания не завершит разработку собственной.

«В гироскопии все задачи нетривиальные, — объясняет Дмитрий Меркушов. — Но если мы говорим о лазерных гироскопах, то пример проблем, которые нам пришлось решать, — изготовление уникальных зеркал, не имеющих аналогов в технике по уровню предъявляемых требований. Шероховатость их поверхности — пять ангстрем — это уже на уровне размера атома. А радиус кривизны такого зеркала составляет семь метров при размере два сантиметра». В ИТТ рассказывают как анекдот случай, произошедший с директором Раменского приборостроительного завода, который позвонил директору некоего оптического завода и попросил изготовить зеркало, соответствующее таким требованиям. А потом узнал, что тот приказал секретарю больше не соединять его «с этим сумасшедшим».

Третий этап развития гироскопии, которым сейчас занимаются и в ИТТ, — использование в системах навигации волновых твердотельных гироскопов и МЭМС.

Ключевая деталь ВТГ — резонатор, по форме напоминающий бокал, который изготавливается из сверхвысокочистого кварцевого стекла, помимо всего прочего обладает минимальным внутренним трением. Благодаря этому резонатор обладает очень высокой, порядка 20 млн, добротностью***, то есть свойством сохранять запасенную энергию. «Попросту говоря, — объясняет Дмитрий Меркушов, — это означает, что если этот “бокал” щелчком заставить звенеть, то звон будет продолжаться более часа».

Преимущество ВТГ в том, что по сравнению с лазерным гироскопом у него на порядок большая наработка на отказ при существенно меньших весе и габаритах и сопоставимых точностях.

Андрей Требухов поясняет: «Этим гироскопом мы занимаемся порядка тридцати лет. И мы все разрабатывали с нуля. Сейчас мы переходим к этапу его эксплуатации уже в составе системы. Окончание разработки этого гироскопа выведет нас в первый ряд разработчиков инерциальных систем в мире».

Длительность разработки ВТГ определяется в том числе сложностью технологий, которые требуются для производства «бокала» резонатора. Главная проблема — его балансировка, которой посвящены и многие теоретические работы.

«Бокал» вытачивается на специальных пятикоординатных станках из цельного куска кварцевого стекла. При этом отклонение резонатора от идеальной геометрии (например, разнотолщинность стенок) не должно превышать одного микрона. Но и этой точности для работы ВТГ недостаточно. Требуется произвести его дополнительную ионоплазменную балансировку. Как объясняет Дмитрий Меркушов, «в принципе, это такая же балансировка, как балансировка колес автомобиля, только ионоплазменным пучком снимаются миллиграммы. И это абсолютный эксклюзив. Нигде на рынке вы не найдете ни одной фирмы, у которой можно купить такое уникальное оборудование, которое разрабатывается нами».

В нишу «грубых» приборов, предназначенных в первую очередь для использования в управляемом оружии, роботах и других малогабаритных системах, ИТТ планирует войти с МЭМС, которые получили в мире очень широкое распространение. «Мы планируем, — поясняет Требухов, — что с помощью микромеханики со временем сумеем отбить часть рынка “грубых” систем у механических гироскопов, которые существенно дороже».

Главный конструктор направления ВТГ Дмитрий Меркушов с «бокалом»-резонатором ВТГ 36-05.jpg ДМИТРИЙ ЛЫКОВ
Главный конструктор направления ВТГ Дмитрий Меркушов с «бокалом»-резонатором ВТГ
ДМИТРИЙ ЛЫКОВ

На каком рынке работать

На российском рынке инерциальных систем и гироскопов царит олигополия: пять-шесть фирм на всю страну, которые делят 95% рынка. На долю ИТТ приходится более 90% авиационной тематики. Но сложившееся разделение рынка не останавливает компанию, и ИТТ время от времени делает вылазки в другие сегменты. Как объясняет Константин Бахонин, «если у нас появляется какой-то конкурентоспособный продукт для нового рынка, а коллеги его проспали, то мы пытаемся отхватить какую-то его часть. В частности, мы первые, кто создал полностью отечественную микромеханическую инерциальную систему для военного применения. То есть здесь мы на шаг впереди».

В мире точными системами на ВТГ занимаются две компании — американская корпорация Northrop Grumman и французская компания Sagem. В Northrop Grumman эти гироскопы уже производят в основном для космического применения (в частности, системами ВТГ этой компании оснащен знаменитый телескоп Hubble). Но дальше всех в этом направлении продвинулась Sagem. У нее очень широкая линейка систем на базе этого гироскопа — и для космического, и для морского применения. Сейчас французы анонсировали систему для авиации. Как отмечает Дмитрий Меркушов, в Sagem тоже занимаются этим направлением примерно тридцать лет.

В России волновыми твердотельными гироскопами помимо ИТТ занимаются две компании — завод «Купол» в Ижевске и компания «Медикон» в Миассе. Но их системы значительно более грубые.

«В своей работе над ВТГ, — рассказывает Андрей Требухов, — мы сразу взялись за разработку точных систем. Французы, например, пошли другим путем — они вначале сделали грубый датчик, потом средней точности, теперь идут к высокому. То есть у них стоит цель как можно раньше получить продукт, которым можно торговать. А мы все эти годы гнались сразу за топовыми характеристиками, задача считалась невыполненной до тех пор, пока мы не получили топ-прибор».

Такая стратегия ИТТ не случайна, ведь компания работает на рынке ВПК, где нужны высокие точности. А ВПК-рынок — один из самых выгодных. Требухов приводит пример: микромеханическая инерциальная система гражданского применения может стоить сто долларов, даже меньше, а такая же для нужд ВПК стоит на мировом рынке десять тысяч долларов. Понятно, что за такой рынок имеет смысл бороться.

Впрочем, и на гражданском рынке есть широкое поле для применения автономных инерциальных систем: гражданская авиация, судостроение, геодезия, картография, нефтеперерабатывающая отрасль, где гироскопические приборы используются в бурах для отслеживания направления скважины и контроля трубопроводов.

«Однако гражданский рынок принципиально отличается от рынка ВПК, на котором я вырос, и на нем надо по-другому конкурировать, — объясняет глава ИТТ. — У нас пока нет знаний, как там работать. А изделия, которые мы разрабатываем и производим для ВПК, России никогда не продадут. И я уверен, что эта изоляция будет только увеличиваться. Вот почему без работы мы не останемся».

Но государство, по мнению Требухова, должно поменять формы управления деньгами, которые оно дает ВПК как безвозвратные — на финансирование НИР, на федеральные программы по переоснащению и т. д. «Такие деньги, — объясняет Андрей Требухов, — очень плохие, потому что они не мотивируют предприятие правильно их использовать. Я считаю, что деньги нельзя просто раздавать. Можно давать беспроцентные кредиты, но деньги возвращать надо. Когда ты понимаешь, что деньги надо вернуть, ты по-другому относишься к ним, и предприятие по-другому будет их использовать».

Если же говорить о мировом рынке, то там, по мнению Требухова, торговать точными инерциальными системами крайне затруднительно по двум причинам. Во-первых, в России существует очень жесткая система контроля продажи систем двойного назначения; во-вторых, многие страны не склонны допускать их на свой рынок, боясь попасть в зависимость от России в таком чувствительном сегменте.

А на гражданском рынке систем низкой точности уже действует несколько американских компаний-лидеров, державших его под своим плотным контролем как за счет эффекта масштаба, так и потому, что они, успев раньше всех занять этот рынок, диктуют стандарты отрасли. «Грубо говоря, — поясняет Требухов, — сегодня они выпустили один стандарт и говорят: “Все ему должны соответствовать”. А завтра видят какую-то угрозу и могут переиграть формат рынка — и ты опять будешь в роли догоняющего». В результате всем остальным, включая даже такую мощную компанию, как Sagem, приходится работать в каких-то узких нишах мирового рынка.

«Но при всех проблемах нам было бы, конечно, интересно поработать на настоящем, гражданском, мировом рынке. И я думаю, что это еще впереди. Нам просто надо лучше подготовиться», — уверен Андрей Требухов.