Россия создает целую гамму прорывных технологий

Фото: power-m.ru

Ответом российской промышленности и науки на западные санкции стало резкое ускорение собственных технологических разработок. Особенно значительные результаты показали в уходящем году Росатом, Роскосмос и ряд других лидеров в своих отраслях. Отечественное машиностроение вытесняет импортные аналоги, в том числе превосходя их по качеству.

В конце декабря 2022 года Роскосмос объявил о том, что привлечет 50 млрд рублей в строительство сразу двух новых заводов по производству спутников. Росатом тем временем объявил о сдаче важнейшего испытательного стенда для отработки своего проекта «Прорыв», а «Силовые машины» – об окончании сборки и испытаний первой в новейшей российской истории газовой турбины большой мощности. А как же санкции, которые вводили как раз чтобы блокировать для России возможности высокотехнологичного развития? Как они стыкуются со всеми этими новостями?

С самого начала западные санкции нацеливались не только на то, чтобы устроить быстрый мгновенный шок в экономике, но и на дальнюю перспективу – сделать невозможным дальнейшее технологическое развитие нашей страны. Пытаясь объяснить, почему не сработали меры «ближнего прицела», многие западные наблюдатели и официальные лица даже говорили: ничего, зато длительный компонент санкций сработает. Сложное технологическое оборудование западного производства, часто не имеющее полноценных китайских аналогов, скоро начнет ломаться без запчастей и сервиса (тоже западного). Здесь российскую экономику и будет ждать катастрофа.

Газотурбинная история

Казалось бы, риски имелись. После 2006 года в России построили 30 гигаватт парогазовых ТЭС: то есть таких, в которых «первой ступенью» служат газовые турбины, а второй – паровые. И если паровые наша страна производит и производила сама, то с газовыми всё хуже: при СССР их делали на Украине.

Естественно, после 2014 года украинские турбины для нас недоступны. В конечном счете 70% от этих 30 гигаватт обеспечиваются оборудованием иностранных производителей – например, Siemens. Сегодня компания не только не продает нам новые, но и не обслуживает старые турбины. Без ремонта и замены основная часть этих 30 гигаватт вышла бы из эксплуатации до конца 2020-х.

Однако российское государство задумалось о таком сценарии даже не вчера. Еще в 2018 году было принято решение превратить «Силовые машины», российского производителя паровых турбин, еще и в производителя турбин газовых. Технологически это очень непросто: газовые турбины вращаются в несколько раз быстрее паровых и работают при намного более высоких температурах рабочего тела (разница в сотни градусов). Это означает, что лопатки турбин должны иметь более высокую удельную прочность и жаростойкость.

К концу 2019 года «Силовые машины» смогли создать КБ по газовым турбинам. И уже к 26 декабря 2022 года – в необычайно сжатые сроки – на предприятии закончили сборку и испытания первой турбины ГТЭ-170. Особенно примечательно то, что практически вся сборка, как и первичный цикл испытаний, прошла в 2022 году. То есть в условиях тех самых санкций, которые были нацелены, среди прочего, на то, чтобы лишить страну возможности производить подобные сложнейшие агрегаты.

Чтобы понять сложность сделанного, напомним: в ней десять тысяч деталей. И лишь часть из них можно сделать технологиями трехмерной печати. Многие, включая самые ответственные – лопатки турбин, требуют для изготовления создания специального оборудования или модификации существующего. Отливка лопаток сложна и на освоенных видах турбин, а на совершенно новых для нашей страны – тем более.

Серия создания новых турбин начнется уже в 2023 году, а на полную мощность – восемь ГТЭ-170 в год – производитель выйдет к 2025 году. В перспективе мощность планируют нарастить до 12 штук в год.

 

Что особенно важно: «Силовые машины» довольно упорно работают над КПД. Если ГТЭ-170.1 (уже собранная) имеет КПД 34,1% (у ГТЭ-160 Siemens было 34,4%), то ГТЭ-170.2, которые будут делать со следующего года, получат КПД 35,1%. 1% КПД звучит не очень значительно, но надо понимать, что в масштабах энергосистемы это означает экономию буквально миллиардов кубометров газа в год.

Проект создания новых турбин не был дешевым – 0,2 млрд долларов, из которых меньшая часть финансировалась государством. Однако он позволит России строить электростанции на миллиарды долларов в год и в перспективе экспортировать свои газовые турбины на внешние рынки.

Что не менее важно, обслуживать произведенные турбины будут российские специалисты – то есть шансов лишиться своих электростанций, если руководство той или иной страны недостаточно угодило Западу, у покупателей новых турбин не будет. Излишне говорить, что для Вьетнама, Ирана, Индии, да и, собственно, любой другой страны с самостоятельной внешней политикой, это весомый фактор.

Атомный «Прорыв»

Если газотурбинное импортозамещение и выход на экспорт – важный компонент уже в ближайшие годы, то стратегически более важным выглядит энергетика атомная. Как ни крути, а газ – ресурс ограниченный и существенно растущий в цене. Атомное топливо, в принципе, смотрится намного выгоднее. Но и подступиться к нему сложнее: технологии нужны существенно выше. Почему?

Существующие в западном мире реакторы работают на медленных нейтронах, и даже в России такие системы пока численно преобладают. Медленные нейтроны хорошо захватываются только ураном-235, которого в природном уране всего 0,7%. А если нейтрон не захватывается урановым ядром, вероятность расщепления атома низка. Следовательно, для реакторов на медленных нейтронах топливная база – всего лишь 1/140 от всего природного урана.

Напрашивается решение использовать реакторы на быстрых нейтронах – вроде российских БН-600 и БН-800. Быстрые нейтроны хорошо захватываются и ядрами урана-238, то есть остальными 99,3% природного урана. В этом случае топливная база автоматически расширяется в 140 раз, и тогда известных урановых месторождений хватит не на 50 лет, а на многие тысячи лет.

Однако есть нюанс: реакторы серии БН используют в качестве теплоносителя натрий. Проблема в том, что натрий крайне капризен. Во Франции, США и Японии пробовали строить натриевые реакторы, и во всех этих странах из-за конструктивных и эксплуатационных просчетов случались его утечки. При контакте с воздухом или водой натрий горит, причем так, что железобетонные конструкции после таких пожаров не очень пригодны для ремонта. И пусть в нашей стране крупных натриевых пожаров на АЭС не было, убедить иностранных заказчиков покупать нечто подобное почти нереально. К тому же реакторы типа БН требуют высокого обогащения ядерного топлива активными изотопами – а это идет против пожелания МАГАТЭ о минимизации возможностей попадания высокообогащенного топлива «не в те руки».

Именно поэтому в России работают над проектом «Прорыв», ключевой компонент которого – реактор БРЕСТ-ОД-300. Его теплоноситель – свинец. В отличие от натрия, он не горит и при этом так же слабо замедляет нейтроны. Быстрые нейтроны превращают ядра захвативших их атомов урана-238 в плутоний, а тот, в свою очередь, энергично делится, давая энергию, на которой работает АЭС.

 

Другое преимущество реакторов проекта «Прорыв»: они могут использовать в качестве топлива не только уран и плутоний, но и так называемые минорные актиниды. Так называют образующиеся в отработавшем ядерном топливе нептуний, америций и кюрий. Эти довольно экзотические вещества активно делятся и создают основную часть радиационной активности отработавшего топлива. Для обычных реакторов они – неподходящее топливо. А вот БРЕСТ за одну топливную кампанию может дожигать до 80 килограммов таких актинидов. Учитывая, что на них приходится почти 3% массы отработавшего топлива, а еще почти 97% «отработки» составляют уран и плутоний, в рамках «Прорыва» 99% отработавшего ядерного топлива можно использовать повторно – в сто раз сокращая объем топлива, которое потом надо будет утилизировать.

Повлияли ли санкции на возможности нашей страны по реализации «Прорыва»? Судя по новостям о введении в строй важнейшего испытательного стенда для «свинцовых» реакторов как раз в декабре 2022 года и продолжении строительства собственно реактора – нет. Это и неудивительно: Росатом менее всех других российских высокотехнологичных компаний опирался на импортные комплектующие и системы. Теперь это окупилось сторицей: он может работать над будущим земной энергетики в спокойном и уверенном ритме.

Космическая «Сфера»

После событий 2022 года стало окончательно ясно, что низкоорбитальный спутниковый интернет не прихоть, а насущная необходимость. Если не для массового гражданского сегмента, то как минимум для военных. Starlink на Украине оказался массовым средством связи для ВСУ, а появление у него принципиально новых антенн (пригодных для установки на транспортные средства со скоростями до сотен километров в час) означает еще и возможность дистанционного управления боевыми беспилотниками в любой точке земного шара. И про «любую точку» – это не преувеличение. 3271 спутник Starlink (что превышает 50% от всех работающих искусственных спутников Земли) уже обеспечивают покрытие даже в Арктике и Антарктиде.

Нельзя сказать, чтобы американские военные не использовали спутниковый интернет для управления БПЛА до того. Однако традиционные провайдеры таких услуг держали спутники на более высоких орбитах – то есть задержка управления была больше, что приемлемо для разведывательных беспилотников, но не очень подходит для ударных. Точно поразить подвижную цель при задержках или сбоях в связи слишком уж сложно. А общее число спутников глобального интернета до Starlink было ничтожным – Iridium имел их менее ста.

Неудивительно, что Россия тоже начинает активно создавать свою низкоорбитальную спутниковую группировку. Причем уже после появления западных санкций речь идет не о проблемах с ее реализацией, а наоборот – о ее расширении. Как отметил новый глава Роскосмоса Юрий Борисов: «Того, что погружено в ФКП и «Сферу» ... на рубеж 2030 года, явно недостаточно для наших потребителей. И мы будем вместе с частными компаниями, с привлечением внебюджетных средств, работать над созданием более серьезной группировки... На рубеже 2025-2026 годов мы должны выпускать 200-250 спутников в год вместо 15 сегодняшних. А к 2030 году выйти, как минимум, на спутник в день».

И это не просто планы. Юрий Борисов отметил, что корпорация планирует привлечь 50 млрд рублей инвестиций в строительство сразу двух новых спутниковых заводов: одного – в Красноярской, а другого – в Московской области. Планируется и партнерство с частными компаниями, заинтересованными в работе в этой отрасли.

Таким образом, уже в ближайшие годы, несмотря на санкции, Роскосмос планирует нарастить спутниковое производство более чем на порядок. Что важно, по спутникам «ГЛОНАСС» удалось добиться полного замещения поставок западной электроники, в том же направлении идут и другие компоненты орбитальной группировки.

 

Но не одними спутниками живы планы российской космической отрасли. Процитируем того же Юрия Борисова: «Сейчас на первой очереди космическая группировка. Во вторую очередь надо развивать научный космос и пилотируемые программы... Но если бы вы услышали от меня, что мы не будем заниматься наукой и дальним космосом, потому что это не важно – меня надо было бы сразу снять с этого кресла и отправить улицы подметать».

Здесь имеются в виду планы корпорации по ракете «Ангара», которая постепенно выходит в серийное производство, и по так называемому ядерному буксиру, что в будущем может иметь не меньшее значение. В настоящий момент Роскосмос прорабатывает его «урезанный» вариант – с реактором на мегаватт тепловой, а не электрической мощности. В таком виде он недостаточно мощный для перевозки людей к Марсу, но тем не менее вполне пригоден для разгона научно-исследовательских аппаратов, способных достичь как Марса, так и более далеких планет Солнечной системы.

Самолеты, корабли и авиадвигатели

Разумеется, прорывные проекты, которые успешно реализуются в условиях санкций, не ограничиваются энергетикой и космосом. Уже начаты полеты российского авиалайнера с углепластиковым крылом МС-21, для которого испытывается отечественный авиадвигатель ПД-14. Осенью 2022 года эти двигатели перешли от опытных полетов на единственном МС-21 к постановке уже на второй авиалайнер этого типа. В следующем году намечается активно вести работу над сертификацией и испытаниями связи «отечественный самолет – отечественный двигатель».

Что важно, и двигатель, и самолет имеют топливную эффективность выше мирового уровня, и это отличает их от отечественных двигателей и авиалайнеров советского периода. Создается и более компактный двигатель ПД-8, которым будут оснащать новые «Суперджеты» взамен показавших себя проблемными (а теперь еще и недоступными из-за санкций) двигателей французского происхождения.

Серьезные работы идут и в области судостроения: Россия наладила выпуск танкеров рекордных для отечественной промышленности размеров, с дедвейтом 114 тысяч тонн и длиной в четверть километра. В стране возводят и крупнейший (полукилометровый) сухой док для строительства плавучих буровых платформ, нужных для освоения нефтегазовых месторождений.

 

Таким образом, ожидания западных партнеров не только не сработали, но и не сработают. Не только спад ВВП в этом году – составивший менее 2,5%, при ожидавшихся на Западе 10-20% – не состоялся. Не состоялась и «деградация высокотехнологичных секторов», которую так ждут по ту сторону океана.

На смену немецким турбинам придут питерские, спутниковая электроника западного производства уже замещена. Судостроение, оборудование для нефтегаза, гражданские авиалайнеры – все эти сферы характеризуются не просто импортозамещением, но и, что важно, замещением импорта на оборудование с часто лучшими параметрами.

Судя по технологическим успехам одного только этого 2022 года, к концу этого десятилетия Запад может поджидать неприятный сюрприз. Попытка удушить российскую экономику санкциями может закончиться так же неожиданно, как сходные западные попытки удушить российский ВПК блокадой поставок после 2014 года. То есть ростом технологических возможностей нашей страны – несмотря на несомненно очень серьезное внешнее давление.