Першим купив наш патент Стів Джобс - Закон Часу
Яке ставлення до розробленої в Україні лазерної технології має Стів Джобс та його «Айфони», як творці цього лазера переконали скептиків, які не вірять у можливість колоти лазером лід, і як ці технології можуть рятувати від повеней і розливів нафти, в інтерв'ю газеті ПОГЛЯД розповів перший. заступник гендиректора з НДДКР та інноваційного розвитку холдингу «Швабе» д. т. н., доцент Сергій Попов.
ПИТАННЯ: Як народилася така ідея – створити лазерну установку для розрізання льоду?
Сергій Попов: Все почалося в 2011 році, коли в телерепортажі показали операцію в Арктиці зі звільнення судна з льодового полону двома найпотужнішими криголамами. І разом із вченими та інженерами-лазерниками з НЦЛСК «Астрофізика» ми замислилися, як за допомогою лазера зробити освоєння Арктики ефективнішим. Як допомогти забезпечувати безперебійне транспортування корисних копалин та постачання обладнання для їх видобутку у суворих кліматичних умовах Північного Льодовитого океану?
Прототипом ідеї розрізання льоду лазером можна назвати раніше розроблену технологію, якою зараз користуються практично всі. Але мало хто знає, що це є вітчизняна технологія. Першим помітив цей винахід і купив наш патент Стів Джобс. Тепер
всі екрани на «Айфонах» та «Айпадах» вирізані за допомогою нашого методу та обладнання. Мивикористовуємо цей винахід для промисловості, а Стів Джобс – для масового споживача.
ПОГЛЯД: І як ця технологія працює при розрізанні льоду? Напевно, один із мінусів – необхідність величезної потужності для роботи лазерної установки при різанні льоду?
С. П.: Багато хто дійсно думає, що розрізати лід лазером неможливо через низьку теплопровідність льоду, перетворення води в пару та інших факторів. Точніше, можна, але щоб розрізати лід товщиною всього 20 см, потрібно витратити таку потужність, яку виробляють дві електростанції. Насправді це як пиляти скло ножівкою: сил витрачено багато, а користі мало. Як скло ріжуть у звичайних домашніх умовах? Діамант або диск склоріза, проходячи по поверхні скла, залишає подряпину, з якої народжується тріщина. Щоб розрізати скло завтовшки 5 мм, достатньо тріщини 0,05 мм. Технологія колки льоду схожа на технологію різання скла.
Ще один важливий момент для розуміння технології. Як нині відбувається подолання крижаних перешкод? Криголам набирає швидкість і своєю силою тяжіння з урахуванням клиноподібності носової частини проламує і розсуває лід.
Суть винаходу у тому, що
лід надрізається лазерним променем, як склорізом, у тих місцях, де виникають точки концентрації напруги, якими лід розламується.
Для цього нам не потрібно різати всю кригу, як скло ножівкою, його треба лише надрізати, як склорізом, на одну десяту частки товщини льоду. Тому лазерної установки не потрібна велика потужність. Оптичний розрахунок та виготовлення лазерної головки – це мистецтво. Наше ноу-хау – сформувати той пучок променів, який надрізатиме лід на заданій відстані від криголама.
С. П.: Спочатку ми змоделювали цей методматематично. Потім провели експерименти з льодом, замороженим у холодильнику із звичайної води. Він колеться без проблем. Але низка вчених нам заперечили: у північних морях замерзає солона вода, тому в льоду є вкраплення води. Це так званий паковий (неоднорідний) лід.
Через півроку після цього ми відпрацювали цю технологію у петербурзькому ЦНДІ ім. академіка А. Н. Крилова. Там є великий басейн визначення гідродинамічних характеристик моделей суден довжиною до 3 метрів, де можна створювати льодову обстановку. І був проведений експеримент із лазерною установкою на макеті криголама в зменшеному масштабі. Результат також вийшов позитивним.
ПОГЛЯД: На яку глибину вдалося розколоти лід?
С. П.: На відстані 10 метрів від судна паковий лід метрової товщини. Більше поки що не пробували.
ПОГЛЯД: А де буде знаходитись лазерна установка на судні?
С. П.: Чомусь усі думають, що лазерна установка має бути на носі судна. Насправді вона може бути де завгодно. Її можна закріпити на верхній палубі чи всередині. А лазерне випромінювання передається оптоволоконним кабелем великого діаметра.
С. П.: Їх багато, для цього і потрібен натурний експеримент. Наприклад, від криголама йдуть вібрації. В ідеалі лазерний промінь йде прямою, а на практиці якщо джерело, на якому встановлено лазер, вібрує, то у нас може вийти інша картинка. Ми спробували врахувати вібрацію математично, вигадали гіростабілізацію лазерної головки. Гіростабілізація – це взагалі наш коник, ми вміємо це робити. Не факт, що на практиці все буде один на один як у теорії. Тому я не можу сказати, що завтра все це почне працювати. Але в тому, що це працюватиме, я певен. Просто треба на практицівипробувати та доопрацювати.
ПОГЛЯД: У чому ж практичне значення такої лазерної установки? Заявляється, що вона підвищить льодопрохідність та клас криголама?
С. П.: Криголам «Арктика» може долати лід глибиною 3,5 метри, бо має потужну енергетичну установку і величезну масу. А є невеликі судна, які можуть проходити лід завглибшки не більше 1 метра. Але за допомогою лазерної установки вони зможуть долати лід завглибшки вже до 1,5–2 метрів без особливого навантаження. Формально клас судна підвищується. Криголам не стане важчим і потужнішим від цього, але його можливості з подолання крижаного поля збільшаться.
ПОГЛЯД: Держава в рамках Держпрограми розвитку Арктики вкладає величезні кошти у будівництво дорогих потужних криголамів. Але якщо лазерна установка здатна збільшити клас криголама, то, може, такі дорогі і не потрібні більше, достатньо криголамів малого класу?
С. П.: Цікаве питання. Я думаю, що великі суди класу «Арктика» все одно будуть потрібні. Незважаючи на високий рівень наукового прогнозування, до кінця прорахувати глибину та рух льодового поля не завжди виходить. Періодично крига все одно затискає судна. Наприклад, на шляху криголама з прохідністю льоду глибиною до 1,5 метрів з'явився товстіший лід, для звільнення його з льодового полону доводиться організовувати дорогу рятувальну експедицію. А наявність такої лазерної установки допоможе криголаму зберегти прохідність у жорсткіших метеоумовах, ніж розрахували метеорологи, що знизить кількість рятувальних операцій.
Згідно з економічними розрахунками, встановлена на судах лазерна установка дозволить знизити транспортні витрати по Севморшляху та при розробці арктичного шельфу. Наприклад, порахували, що дляперевезень у Карському морі замість трьох атомних криголамів типу «Арктика» та двох атомних криголамів типу «Таймир» достатньо буде трьох криголамів з лазерним комплексом. Тобто замість величезних криголамів достатньо буде криголамів меншого класу. Наша технологія допоможе швидше реалізувати поставлені державою завдання: збільшити сезон перевезення суден Північним морським шляхом, зробити його цілий рік, а також нарощувати вантажообіг.
ПОГЛЯД: Чи є інші способи застосування цієї технології?
С. П.: Ми ще одну розробку прямо «вичавили» з цього лазера. На основі цього лазера з'явилася ще одна ідея для нової розробки. Вона допомагає оперативно боротися із розливами нафти на воді. Нафтову плівку зараз збирають спеціальною технікою. У Мексиканській затоці розлиту нафту намагалися збирати різними способами протягом тривалого часу, через що було завдано величезної шкоди природі, загинуло багато риби, морських тварин і птахів. А за допомогою лазерної установки вирішити цю проблему можна набагато швидше.
Ми проводили досвідчені випробування при невеликих розливах нафти – за годину можна забрати кілька сотень квадратних метрів нафтових забруднень.
Промінь лазерної установки прямує на пляму і фокусується трохи нижче поверхні води, далі нафтова пляма спалахує і разом з парою піднімається вгору. Пароводяна суміш згоряє практично без залишку. Продукти горіння мінімальні. Екологічно це безпечно: під поверхнею води нічого не відбувається. Ця технологія відпрацьована та запатентована.
Є песимісти, які вважають, що якщо таким чином обпалити велику площу розлитої нафти, то вийде нафтова хмара. Але треба просто знайти золоту середину, щоб нафту на воді згоряло кероване. А для цього потрібніпрактичні випробування.
Ми показували цю розробку нафтовикам. Вони просять готовий виріб. Але готовий виріб вимагає вкладень, а це поки що лише розробка.
Ще один наш винахід може допомогти у боротьбі з повенями. В Україні багато північних річок, і кожної весни в їхніх гирлах лід відтає пізніше, ніж у південних широтах, виникають повені. Для їх попередження МНС проводить заходи щодо підриву льоду із застосуванням авіації, а також фахівців у цій галузі, щоб роздробити крижане поле та підняти рівень води. Це не найбільш екологічні та безпечні для морської флори та фауни методи боротьби.
Ми пропонуємо встановити лазерну установку на судно на подушці для вільного пересування по льоду. І за допомогою лазера створити тріщини на льодовому полі за двома діагоналями. Потім у гирлі річок заходить криголам і ламає ослаблений лід. Ми вже попередньо домовились із МНС провести такі натурні випробування.
ПОГЛЯД: Чи є вже потенційні замовники лазерних установок?
Після презентації лазерної установки на конференції по боротьбі з повенями представники МНС, а також уряд Якутської області висловили інтерес до цієї розробки. В даний час завершено етап наукових досліджень з усіх трьох винаходів, проте серійного виробництва ще немає. Необхідно завершити етап дослідно-конструкторських робіт.
ПОГЛЯД: А експортний потенціал є?
С. П.: Після проведення експериментів в Інституті імені академіка А.П. Крилова проект висунули у 2013 році на конкурс у Женеві, де він був удостоєний золотої медалі Міжнародного інноваційного салону Inventions Geneva. На цьому заході представники канадської фірми зацікавилися розробкою. У Канаді льодова ситуація дуже схожа.Однак після запровадження санкцій взаємодія припинилася.
У 2017 році проектом зацікавилися представники Китайської Народної Республіки.
ПОГЛЯД: Скільки вже минуло від початку ідеї?
С. П.: Ідея виникла у 2011 році та була запатентована у 2012 році нашим підприємством НЦЛСК «Астрофізика». З того часу поступово реалізуємо цей інноваційний проект.
ПОГЛЯД: Фінансування не вистачає? У рамках держпрограми були виділені кошти…
С. П.: Грошей, що виділяються на наукові розробки, недостатньо. Оскільки успіх даного проекту у багатьох викликав сумніви, виділених коштів вистачило лише на моделювання.
ПОГЛЯД: А тепер повірили?
С. П.: Повірили. Але тепер мова зайшла про дослідно-конструкторські роботи, про практичні випробування, які вимагають нових засобів. Поки що ми намагаємося знаходити гроші з різних джерел. Через те, що кошти виділяються з розрізнених каналів, ми не можемо все це відразу зробити. Зараз ми намагаємося включитися до програми розвитку морського транспорту до 2030 року та увійти до програми розвитку Арктики як окремий сегмент.
ПОГЛЯД: Скільки треба грошей, щоб довести проект лазерної установки для криголамів і два інші лазерні проекти до серійного виробництва?
С. П.: Це недешеве задоволення, але суми далеко не захмарні. Йдеться про кількасот мільйонів рублів для криголамного проекту, і приблизно стільки ж потрібно на два інші проекти – з видалення плям нафти на воді та руйнування льоду в гирлах північних річок для зниження ризику повені. І тоді протягом одного-двох років ми змогли б довести усі три проекти до товарного продукту.
ПОГЛЯД: Скільки коштуватиме готова продукція?
С. П.: Не готовий точносказати. Але це будуть, найімовірніше, десятки мільйонів рублів. Лазерна установка для криголама, яка підніме його льодовий клас, обійдеться всього десь у 5% вартості криголама.