Определено судьбой
Можно сказать, что заниматься центрифугами мне было предопределено судьбой. Мой отец Владимир Семенович Беспалов посвятил центрифугам 40 лет жизни. Он всю жизнь проработал в Коврове. Начинал электриком, заканчивал заместителем начальника производства. А я оказался на этом же заводе в конце 1980‑х, после окончания института.
Когда я в первый раз попал на разделительное производство, первое, что меня поразило, — безлюдье и тишина. Слышно было только, как где-то далеко-далеко работает трансформатор. И эта тишина сочетается с бесконечными просторами, исчисляемыми километрами, где ярусы до потолка заполнены центрифугами, которые тихо делают свое дело. Сейчас бы я сравнил это с дата-центрами: там тоже нет людей и машины бесшумно трудятся, обрабатывая информацию.
Правда, в отличие от отца, я не пошел по производственному направлению: отработав восемь лет, решил поменять сферу деятельности и из производства ушел в конструирование. Мне хотелось не просто делать что-то, а придумывать новые решения. Переехал в Нижний Новгород и начал работать в Опытном конструкторском бюро Горьковского автозавода (ОКБ ГАЗ). На Горьковском автозаводе до начала 90‑х работало крупнейшее в Советском Союзе производство газовых центрифуг (там изготавливали половину всех центрифуг в стране), было и собственное конструкторское подразделение. Затем я работал в «ОКБ — Нижний Новгород», УЗГЦ, в НПО «Центротех». Я поспособствовал, в меру своих сил, созданию двух поколений центрифуг: 9 и 9+. Мне кажется, это хорошее дело. Все, что мог, я отдал этому делу и полностью доволен результатом своей работы.
Парадокс заключается в том, что надкритические центрифуги — это не шаг вперед, а возвращение к истокам. Первая центрифуга, которая разрабатывалась учеными до 1953 года, была надкритической, достаточно длинной и с гибким ротором. Однако в апреле 1953 года главный конструктор ОКБ Ленинградского Кировского завода (ЛКЗ) Н. М. Синев и директор ЛКЗ Н. И. Смирнов направили на имя министра среднего машиностроения В. А. Малышева и его первого заместителя А. П. Завенягина письмо, в котором предложили прекратить разработки надкритической центрифуги и сосредоточиться на разработке центрифуги с жестким ротором, предложенной ОКБ ЛКЗ. Вскоре был получен положительный ответ. Отечественная разделительная промышленность на долгие годы пошла по пути коротких подкритических ГЦ, пока не исчерпала их возможности в ГЦ‑8. Но до сих пор все центрифуги — и подкритические, и надкритические — изготавливаются с жестким ротором.
У того судьбоносного решения было много разных причин. Главная, наверное, заключалась в том, что надкритическая центрифуга и технологически, и технически сложнее подкритической, а в 1953 году необходимо было срочно создавать разделительное производство. В первом поколении центрифуг был реализован целый ряд оригинальных решений, которые позволили нашим подкритическим центрифугам успешно конкурировать со всеми зарубежными соперниками в течение десятилетий — и технически, и экономически. Сейчас пришло время, когда мы должны обеспечить такую же успешную конкуренцию, только уже в надкритической области. Наверное, поэтому мы не пошли по пути Запада (в США, например, сделали десятиметровую центрифугу): у нас свой путь, позволяющий сохранять наши преимущества.
«Девятка» (9‑е поколение) стала первой серийной надкритической центрифугой. Ее проектирование начиналось как продолжение работ, которые велись в ОКБ ГАЗ с конца 1980‑х. Уже тогда было понятно, что возможности подкритических центрифуг близки к исчерпанию и единственный путь — переход к надкритическим центрифугам. Но для этого необходимо было решить достаточно много сложных проблем, связанных прежде всего с обеспечением работоспособности центрифуги.
Уже в 1980‑е годы на нашем заводе в Нижнем Новгороде были изготовлены первые опытные партии надкритических центрифуг, которые прошли испытания на разделительном комбинате. Единственная причина, почему они не были внедрены в производство в конце 1990‑х годов, заключается в том, что эти центрифуги плохо вписывались в существующую структуру разделительных предприятий: были слишком длинными.
В начале 2000‑х годов разработкой «девятки» занимались три конструкторских бюро. КБ в Санкт-Петербурге разрабатывало принципиально новую центрифугу с так называемым гибким ротором. Наше нижегородское ОКБ и Новоуральский научно-конструкторский центр (ООО «ННКЦ») разрабатывали центрифугу с жестким ротором — с небольшими вариациями. ННКЦ включился в эту гонку несколько позднее, потому что конструкторы были заняты разработкой и внедрением в производство и эксплуатацию «восьмерки». Поэтому мы в нижегородском ОКБ продвинулись дальше коллег.
В 2008 году состоялось большое совещание под руководством С. В. Кириенко, и наиболее проработанный на тот момент вариант конструкции — проект нижегородского ОКБ — был принят к дальнейшей разработке. Перед остальными двумя предприятиями поставили другую задачу: работать над перспективными изделиями. Поэтому мы занялись дальнейшей проработкой ГЦ‑9, но петербургское и уральское КБ все равно принимали большое участие в этой работе. В частности, уральский ННКЦ очень помог нам с отработкой так называемой проточной части центрифуги.
В техническом задании на «девятку» в итоге была прописана такая цель: разработать центрифуги следующего поколения, которые вписались бы в те же технологические места. Цель была достигнута, что позволило в конечном счете существенно снизить затраты на переоснащение и ускорить этот процесс: не нужно было заменять строительные конструкции, посадочные места новых центрифуг, газовые, водяные и другие трассы, достаточно было только поменять вспомогательное оборудование. На первых этапах работы над «девяткой» привлекалось большое количество внеотраслевых исследовательских организаций как из Нижнего Новгорода, так и из Москвы, потому что НИР требовали научного подхода. И конечно, в работах участвовал широкий круг организаций атомной отрасли: каждая на своем этапе решала определенный комплекс проблем, относящихся к конструкции, технологии изготовления, вопросам эксплуатации и т. д. В результате «девятка» по эффективности превзошла подкритические центрифуги предыдущих поколений.
«Девятка» по своему поведению кардинально отличается от подкритической центрифуги необходимостью обеспечения ее работоспособности в зоне критических частот, что потребовало очень глубокой научной, расчетной, технологической проработки узла, который называется «демпфер перехода критики». Это была большая работа, которой занимались в конце 1990‑х — начале 2000‑х годов. Здесь и материаловедческие проблемы, и проблемы изучения и описания поведения всей системы в условиях сильных нестационарных режимов. И самое главное — поиск способов управляемости в этих режимах, причем управлять нужно автоматически, без участия человека. Эта задача была успешно решена. Сейчас десятки тысяч надкритических центрифуг успешно преодолевают при разгоне этот самый сложный и напряженный нестационарный режим работы практически без вмешательства людей. Люди только следят за процессом. Также в рамках работы над «девяткой» отрабатывались вопросы перехода на другие материалы для обеспечения устойчивости работы в закритической области: для этого был разработан еще один специальный демпфер. Для решения этих вопросов потребовалось большое количество времени, сотни расчетных работ, вариантов конструкции, экспериментов. И до сих пор процесс совершенствования продолжается — уже на стадии серийного изготовления. А вообще-то все элементы центрифуги — достаточно простые по устройству, но сложные в работе: ведь они должны функционировать в автоматическом режиме 30 лет без остановки.
Работа над центрифугами поколения 9+ была комплексной: в ней активно участвовали производства. Часть наработок по 9+ с нашей помощью они использовали при серийном производстве «девяток», что позволило уменьшить себестоимость этих машин. При разработке поколения 9+ ставилась цель прежде всего существенно уменьшить затраты на изготовление и эксплуатацию центрифуги, снизить ее удельную себестоимость, при этом сохранив все необходимые параметры работы. Это нужно было для того, чтобы не потерять и даже усилить преимущества Росатома в экспортном кластере. И цель была достигнута. По основным параметрам (удельная себестоимость изготовления, удельное энергопотребление на единицу работы разделения) новая ГЦ‑9+ значительно превосходит лучшую зарубежную центрифугу, являющуюся основным конкурентом РФ на мировом рынке обогащения. За 2017–2018 годы было поставлено центрифуг поколения 9+ на общую сумму в 6,5 млрд рублей. При этом подсчитанная экономия на монтаже 9+ только за эти два года по сравнению с «девяткой» составила 1,5 млрд рублей в год. И это не считая выгоды, получаемой в процессе эксплуатации в течение последующих 30 лет.
Важная вещь в процессе разработки новых поколений центрифуг — унификация. Изделие, которое придумал конструктор, помимо всего прочего, должно еще быть легко реализуемо в промышленных масштабах. Чем меньше затрат на освоение изделия, тем быстрее оно получит путевку в жизнь, тем проще, надежнее и быстрее будет пройден первый этап освоения.
Персонал, который изготавливает центрифуги, фактически проходит непрерывное обучение. В процессе разработки «девятки» мы опробовали новые центрифуги на серийном производстве — в основном на КМЗ. Поэтому переход к изготовлению как опытно-промышленных партий, так и установочной серии произошел довольно быстро. Без каких-либо трудностей было освоено и серийное производство 9+.
Что касается персонала эксплуатирующего предприятия, был непростой момент при переходе на надкритические центрифуги. В 2010 году мы поставили на предприятия Топливной компании первую опытно-промышленную партию «девяток». Запускали мы ее практически своими силами и вместе с персоналом отрабатывали основные алгоритмы и принципы контроля. Рассказывали о нюансах, о том, на что нужно обращать внимание в первую очередь, чтобы прогнозировать работоспособность оборудования. В общем, передавали им весь свой опыт, накопленный на экспериментальных участках, в лабораториях ресурсных испытаний в ОКБ. К моменту монтажа первого блока центрифуг персонал уже был подготовлен, обучен на опытных секциях. Обязательно нужно сказать, что технологические службы комбинатов очень ответственно относятся к своей работе и неукоснительно соблюдают все наши требования. Сейчас персонал эксплуатирующих предприятий уверенно обращается с надкритическими газовыми центрифугами.
Специалист по проектированию центрифуги — это «штучный товар». Конструктор следит за судьбой изделия на всем жизненном цикле, от его разработки до утилизации. Для того, чтобы воспитать инженера-конструктора, который «чувствует» центрифугу, требуется пять-шесть лет.
Во время работ над центрифугами поколений 9 и 9+ в отрасли происходили масштабные структурные преобразования. Нужно понимать, что решения о таких преобразованиях основываются на ситуации, которая складывается на рынке. На рубеже 2010‑х и 2020‑х годов рыночная цена единицы работы разделения резко упала (практически в четыре раза), поэтому изменения были необходимы. В результате четыре завода по производству центрифуг слились в два; вместо трех конструкторских подразделений, занимавшихся центрифугами, стали работать головное подразделение на Урале и дочернее общество в Санкт-Петербурге. Все эти структурные изменения, естественно, не лучшим образом влияли на процесс проектирования. К счастью, нам удалось преодолеть эти сложности — в том числе и за счет того, что мы набирали и готовили много молодых специалистов. Если какие-то сотрудники уходили, у нас были подготовленные ребята, которые приходили им на смену. В результате мы смогли осуществить переход конструирования от поколения 9 к поколению 9+ без разрывов по времени и успешно довели эту работу до конца.
Возникает закономерный вопрос: а зачем вообще было переходить на «надкритику», если нам хорошо жилось и с подкритическими машинами? Такой подход ведет к стагнации. Нельзя стоять на месте, нужно постоянно развиваться. «Восьмерка» практически полностью выбрала все возможности подкритических центрифуг по скоростям, производительности и т. д. Поэтому были необходимы новые решения.
Росатом всегда живет по плану. В этом плане есть определенный раздел, посвященный перспективным разработкам, в которых возможны прорывные открытия (прежде всего в применении материалов, но и в других областях тоже). При этом, если вдуматься, центрифуга — это достаточно примитивная вещь: стоит волчок и крутится. Вопрос в том, как заставить его крутиться с нужными нам параметрами, — здесь и наступает момент, когда требуются передовые конструкторские и материаловедческие решения. Этим необходимо заниматься заранее: планировать постановку, проработку этих задач и их решение. Поэтому разработка следующих поколений центрифуг идет в плановом порядке, непрерывно. Когда внедрялось поколение 9+, конструкторы в рамках мультизадачной стратегии работы уже вели наработки по десятой машине. Сейчас, когда «десятка» в разработке, наши специалисты уже прорабатывают возможность создания следующего поколения центрифуги: ищут «тонкие» места, намечают направления НИР, которые, естественно, будут идти также с привлечением ведущих институтов.
Есть два ключевых параметра, которые влияют на основные характеристики газовой центрифуги: скорость вращения и длина рабочей камеры. Поэтому в рамках развития газоцентрифужной технологии ученые и инженеры работают в первую очередь над улучшением этих параметров. В эту работу включены многие предприятия. Материаловеды разрабатывают новые нитевидные материалы с более высокими характеристиками, математики работают над созданием математической модели газовой центрифуги. Это сложная задача, она решается уже лет десять. Конечно, в будущем возможен переход к каким-то принципиально иным машинам. Я рассказывал выше, что переход к «надкритике» совершился, когда подкритическая центрифуга подошла к физическому и технологическому пределу. Надкритическая центрифуга пока не исчерпала своих возможностей, поэтому мы сосредотачиваем все усилия именно в этом направлении.
Применить знания, накопленные за время наших работ по центрифугам, можно в разных сферах. Однако для разделения урана на данный момент наиболее эффективным является газоцентрифужный метод. Его надо продолжать совершенствовать, чтобы обеспечивать энергией будущие поколения. Если говорить о возможном использовании технологий, связанных с центрифугами, в других областях, то здесь есть разные направления. Например, для многих стран актуальная проблема сейчас — пульсирующий режим работы альтернативных источников энергии. Если использовать накопители энергии достаточно большой емкости, эти пульсации снижаются, сглаживается неравномерная выработка электроэнергии. В качестве таких накопителей могут выступать центрифуги. При разгоне центрифуги электрическая энергия преобразуется в кинетическую, при последующем торможении происходит обратная трансформация.