Мочалов Павел Вениаминович

Неслучайная случайность

В 1988 году я закон­чил учебу на физико-тех­ни­че­ском факуль­тете Горь­ков­ского поли­тех­ни­че­ского инсти­тута по спе­ци­аль­но­сти «атом­ные элек­тро­станции и уста­новки». Рас­пре­де­лился на ГАЗ в цех № 4 про­из­вод­ства нестан­дарт­ного обо­ру­до­ва­ния (ПНО ГАЗ), при этом до послед­него не знал, чем буду заниматься. Знал только, что ПНО ГАЗ отно­сится к Мин­сред­машу и выпус­кает для него круп­но­се­рий­ную про­дукцию, а цех № 4 — это КБ при ПНО. В КБ тре­бо­вался рас­чет­чик, и я решил, что это может быть хорошим нача­лом моей тру­до­вой биографии, поскольку я все­гда питал инте­рес к рас­че­там.

Только после тру­до­устройства выяс­ни­лось, что круп­но­се­рий­ная про­дукция — это газо­вые цен­три­фуги. Так что можно ска­зать, что я при­шел к цен­три­фугам чисто слу­чайно, но про­должаю ими заниматься. Я не пред­став­ляю, как можно не попасть под оча­ро­ва­ние ГЦ-тех­но­логии. ГЦ — это самые высо­копроч­ные мате­ри­алы, самые высо­ко­мо­дуль­ные мате­ри­алы, самые изно­со­стойкие мате­ри­алы и еще много всего «самого». Это уди­ви­тель­ный сплав зна­ний по газо­ди­намике, гид­ро­ди­намике, ротор­ной динамике, проч­но­сти, меха­нике компо­зици­он­ных мате­ри­а­лов, ваку­ум­ной и крио­ген­ной тех­нике, три­бо­логии, маг­не­тизму, теп­ло­обмену, элек­тро­тех­нике, тео­рии надеж­но­сти, тео­рии коле­ба­ний и многих других дис­ци­плин. Это источ­ник мощ­нейшего цен­тро­беж­ного поля, потенциал при­ме­не­ния кото­рого еще пол­но­стью не рас­крыт. И это в высшей степени тех­ни­че­ски элегант­ное устройство. Пред­ставьте себе километ­ро­вые цеха, сотни тысяч одно­временно рабо­тающих машин. Они рабо­тают прак­ти­че­ски без­от­казно более 30 лет. Без обслужи­ва­ния. Цен­тро­беж­ное поле таково, что в нем раз­де­ляются моле­кулы с раз­ницей масс в три нейтрона.

Для меня ГЦ — это еще и незримая прон­зи­тель­ная связь с вете­ра­нами-пер­вопро­ход­цами, кото­рым было в сто раз слож­нее, чем нам сей­час, но они умели доби­ваться успеха — и своим интел­лек­том, и силой духа, и несги­ба­емо­стью воли. Ниж­ний Новго­род — один из восьми горо­дов, имеющих прямое отноше­ние к созда­нию и раз­ви­тию ГЦ-тех­но­логии. В Ново­уральске есть «Гале­рея славы», где в том числе можно уви­деть пред­ста­ви­те­лей Ниж­него Новго­рода, внесших свой вклад в слав­ную летопись газоцен­три­фуж­ной тех­но­логии.

Нижего­род­ское (горь­ков­ское) ОКБ было создано в струк­туре Мин­сред­маша рас­по­ряже­нием Совета Мини­стров РСФСР № 1246 от 24.03.1961 с целью раз­ра­ботки новых поко­ле­ний газо­вых цен­три­фуг для атом­ной отрасли при про­из­вод­стве нестан­дарт­ного обо­ру­до­ва­ния Горь­ков­ского автомо­биль­ного завода (ПНО ГАЗ). Науч­ным руко­во­ди­те­лем газоцен­три­фуж­ной тема­тики в те времена был Исаак Кон­стан­ти­но­вич Кикоин из Кур­ча­тов­ского инсти­тута. Созда­ние КБ при ПНО ГАЗ — это его иници­а­тива. Нижего­род­ское кон­струк­тор­ское бюро было одним из трех КБ по ГЦ (наряду с питер­ским и уральским), а ПНО ГАЗ было в свое время голов­ным заво­дом — изго­то­ви­те­лем ГЦ в три­аде Горький — Ков­ров — Вла­ди­мир.

Отец-осно­ва­тель «ОКБ — Ниж­ний Новго­род» — док­тор тех­ни­че­ских наук Юрий Пет­ро­вич Заозер­ский, кото­рый с самого начала и до 2009 года возглав­лял орга­ни­за­цию. Это леген­дар­ный чело­век, сто­явший у исто­ков созда­ния оте­че­ствен­ной раз­де­ли­тель­ной промыш­лен­но­сти. Насто­ящий рус­ский инже­нер ста­рой школы. Ста­тус ОКБ менялся в раз­ные годы: цех № 4 ПНО ГАЗ — ОКБ ГАЗ — ОКБ ЭХЗ как филиал ФГУП «ПО «ЭХЗ» (с 2003 года) — «ОКБ — Ниж­ний Новго­род» в кон­туре управ­ле­ния «Тех­сна­бэкс­порта» (с 2007 года) — «ОКБ — Ниж­ний Новго­род» в кон­туре управ­ле­ния ОАО «ИЦ «РГЦ» — «ОКБ — Ниж­ний Новго­род» в кон­туре управ­ле­ния «ТВЭЛ».

Опи­ра­ясь на свой опыт, могу ска­зать, что лучший вари­ант для небольшого КБ по ГЦ — рабо­тать при изго­то­ви­теле или при экс­плу­а­танте цен­три­фуг. После вхож­де­ния «ОКБ — Ниж­ний Новго­род» в струк­туру Топ­лив­ной компа­нии «ТВЭЛ» стало больше внима­ния уде­ляться таким вопро­сам, как циф­ро­ви­за­ция НИОКР; при­о­ри­тет корот­ким НИОКР с быст­рым сро­ком окупа­емо­сти; береж­ли­вая система раз­ра­ботки нового про­дукта; при­ме­не­ние ТРИЗ в работе кон­струк­тора; вли­я­ние кон­струк­тор­ских реше­ний на себе­сто­и­мость про­из­вод­ства ГЦ и ЕРР (еди­ницы работы раз­де­ле­ния); учет пол­ного жиз­нен­ного цикла ГЦ; целе­вые пока­за­тели для кон­струк­то­ров ГЦ; срав­ни­тель­ный ана­лиз (бенчмар­кинг) с лучшими миро­выми прак­ти­ками, для чего Топ­лив­ная компа­ния орга­ни­зо­вала нашу поездку на заводы Urenco; аль­тер­на­тив­ные методы раз­де­ле­ния изо­топов урана; учет сто­рон­него опыта кон­стру­и­ро­ва­ния быст­ро­вращающихся ротор­ных машин.

В слож­ные 1990‑е годы в рам­ках работ по дивер­сифи­кации силами ОКБ-НН была создана промыш­лен­ная кон­струкция медико-био­логи­че­ской ультрацен­три­фуги К‑32, опыт­ный обра­зец леви­ти­рующей (без­опор­ной) цен­три­фуги для полу­че­ния особо чистых газов в инте­ре­сах мик­роэлек­трон­ной промыш­лен­но­сти, лабо­ра­тор­ная настоль­ная мик­роцен­три­фуга МЦ‑1 для ана­лиза крови, белье­вая цен­три­фуга «Астра». Думаю, что если бы можно было совершить ска­чок во времени, то наша настоль­ная «кро­вя­ная» мик­роцен­ти­рифуга МЦ‑1 была бы вполне вос­тре­бо­ван­ным лабо­ра­тор­ным инструмен­том для диагно­стики коро­на­ви­рус­ной инфекции мето­дом ПЦР. Благо­даря заим­ство­ва­нию опор от газо­вой цен­три­фуги медико-био­логи­че­ская ультрацен­три­фуга К‑32 для сво­его времени была очень прогрес­сив­ной маши­ной, имела рекорд­ные харак­те­ри­стики по ско­ро­сти и ресурсу. Машина К‑32 выпус­ка­лась серийно Экс­пе­римен­таль­ным заво­дом науч­ного при­бо­ро­стро­е­ния в г. Чер­ного­ловке. В 1980 году за созда­ние ультрацен­три­фуги К‑32 кол­лек­тиву авто­ров ОКБ (Т. В. Попов, Ю. П. Заозер­ский, В. В. Зозин, А. Е. Ермишин, А. Г. Сухов, Г. И. Вол­ков) была при­суж­дена Госу­дар­ствен­ная премия СССР.

В 1989 году в Мини­стер­стве атом­ной энерге­тики была при­нята Отрас­ле­вая целе­вая комплекс­ная программа созда­ния мик­роэлек­тро­ники, вычис­ли­тель­ной тех­ники и авто­ма­ти­за­ции, и ОКБ стало актив­ным участ­ни­ком этой программы. Раз­ра­ботка без­опор­ной цен­три­фуги в элек­тро­маг­нит­ном под­весе для нара­ботки особо чистых веществ в инте­ре­сах мик­роэлек­трон­ной промыш­лен­но­сти выпол­ня­лась ОКБ по дого­во­рам с НИИИС (Н. Новго­род), ВНИ­ИХТ (Москва), ЭХЗ (Зеле­ногорск). В леви­ти­рующей ГЦ не было тре­ния, не было орга­ники. Отсюда уни­каль­ная чистота про­дукта, кото­рая изме­ря­лась большим коли­че­ством девя­ток после запя­той. Принци­пи­аль­ное отли­чие ГЦ‑9 от пред­ше­ствующих поко­ле­ний в том, что это пер­вая оте­че­ствен­ная серий­ная цен­три­фуга над­кри­ти­че­ского типа. Над­кри­ти­че­ская ГЦ (НГЦ) при разгоне от нуля до рабо­чей ско­ро­сти пре­одо­ле­вает один или несколько изгиб­ных резо­нан­сов, а под­кри­ти­че­ская — нет. Если отноше­ние длины ротора к диаметру L/D > 5, то ГЦ над­кри­ти­че­ская, а если меньше, то под­кри­ти­че­ская. Про­из­во­ди­тель­ность ГЦ зави­сит от ско­ро­сти и длины. Повыше­ние ско­ро­сти лими­ти­ру­ется проч­но­стью суще­ствующих мате­ри­а­лов, и тут все резервы принци­пи­ально исчерпа­емы, при­чем доста­точно быстро. Путь в длину не имеет принци­пи­аль­ных огра­ни­че­ний, если научиться пре­одо­ле­вать резо­нансы.

Если гово­рить о том, насколько в ГЦ‑9 исполь­зо­ван опыт преды­дущих раз­ра­бо­ток, я бы оце­нил степень унифи­кации в 60–65%. В основ­ном это преж­ние кон­струкци­он­ные мате­ри­алы ротора и осво­ен­ные ранее техпроцессы их пере­ра­ботки. При­ме­ча­тельно, что в ГЦ‑9 были исполь­зо­ваны только оте­че­ствен­ные мате­ри­алы. Про­ект ГЦ‑9 стар­то­вал в 2000-м году. В 2012 году при­емоч­ная комис­сия дала рекомен­дацию о серий­ном про­из­вод­стве. Чтобы дойти до серии, пона­до­би­лось 12 лет, шесть опыт­ных пар­тий, одна опытно-промыш­лен­ная пар­тия, одна уста­но­воч­ная серия. ГЦ‑9 — это не модифи­кация, а доста­точно ради­каль­ная инно­вация. В опыт­ных пар­тиях выяви­лось много про­блем: трещины, размотки, расцен­тровки и др. В ТЗ есть пока­за­тель надеж­но­сти — интен­сив­ность отка­зов. Для его под­твер­жде­ния надо, чтобы довольно большое коли­че­ство ГЦ про­ра­бо­тало довольно большое коли­че­ство времени. Тут никак не уско­ришься. В этом спе­ци­фика и слож­ность раз­ра­ботки ГЦ. Над­кри­ти­че­ская ГЦ отли­ча­ется от под­кри­ти­че­ской, как сверх­зву­ко­вой само­лет от дозву­ко­вого, но при этом кон­струк­тору нужно добиться и про­де­мон­стри­ро­вать при­емоч­ной комис­сии, что сверх­зву­ко­вой само­лет так же надежен, как дозву­ко­вой. Слож­но­сти были еще и в том, что нужно было понимать при­чину отказа, отде­лять кон­струк­тор­ские недо­четы от недо­че­тов изго­то­ви­теля. Напри­мер, раз­ру­ши­лась ГЦ. Кто вино­ват? У меня даже мысли воз­ни­кали, что надо орга­ни­зо­вать обу­чающий курс для подго­товки спе­ци­а­ли­стов по рас­сле­до­ва­нию при­чин ава­рий ГЦ. 

НИОКР по ГЦ‑9 несколько затя­ну­лись еще и потому, что мы сами внутри своей раз­де­ли­тель­ной подо­т­расли долго не могли при­нять реше­ние, какую ГЦ выбрать для серии. Раз­ра­ботка шла в кон­ку­рент­ной среде. У каж­дого из трех КБ (горь­ков­ского, питер­ского, уральского) был свой вари­ант ГЦ‑9 и свое финан­си­ро­ва­ние. И это всех устра­и­вало. Навер­ное, так же неспешно раз­ра­ба­ты­вали бы и дальше, но пре­дел терпе­ния «наверху» закон­чился. Наша нереши­тель­ность при­вела к тому, что в 2008 году был созван НТС Роса­тома, на кото­ром рас­смот­рели ход вари­ант­ной раз­ра­ботки ГЦ‑9, заслушали мне­ния заво­дов-изго­то­ви­те­лей и ВНИПИЭТ по выбору вари­анта ГЦ‑9. Все ука­зали на нашу горь­ков­скую «девятку». Вскоре после НТС назна­чили адми­ни­стра­тив­ное совеща­ние под пред­се­да­тельством С. В. Кири­енко и зафик­си­ро­вали выбор в пользу горь­ковцев, поста­вили задачу изго­то­вить в 2008 году опытно-промыш­лен­ную пар­тию и начать ее испыта­ния в 2009 году.

После этого «пинка» всё резко интен­сифици­ро­ва­лось. Запом­нился эпи­зод, свя­зан­ный с раз­ра­бот­кой ГЦ-9. Испыта­ния оче­ред­ной опыт­ной пар­тии дали отказы. Пер­вопри­чина непо­нятна. Собрали совеща­ние для «раз­бора поле­тов». Все участ­ники пытаются отве­сти вину от себя: кон­струк­торы винят кри­во­ру­ких изго­то­ви­те­лей, изго­то­ви­тели винят ску­до­ум­ных кон­струк­то­ров. Пред­ста­ви­тель управ­ляющей компа­нии, пред­се­да­тельствующий на совеща­нии, при­нимает реше­ние — рас­ста­вить кон­струк­то­ров по всей тех­но­логи­че­ской цепочке и изго­то­вить 32 «кон­троль­ных» агрегата под мак­симально возмож­ным автор­ским над­зо­ром объеди­нен­ными силами всех трех КБ. Если после этого опять будут отказы, то вино­ваты кон­струк­торы, а если не будет отка­зов, то вино­ваты изго­то­ви­тели. Винов­ные будут уво­лены, неви­нов­ные полу­чат награды. После этого пред­ста­ви­тель управ­ляющей компа­нии берет листок, пишет с одной его сто­роны заго­ло­вок «Спи­сок на уволь­не­ние» и впи­сы­вает всех основ­ных действующих лиц, при­част­ных к раз­ра­ботке ГЦ-9. Потом пере­во­ра­чи­вает листок на другую сто­рону, пишет заго­ло­вок «Пред­став­ле­ние на награж­де­ние» и впи­сы­вает те же фами­лии. Изго­то­вили 32 агрегата под уси­лен­ным автор­ским над­зо­ром. Отказы нуле­вые. Кон­струк­торы ходили гор­дые, изго­то­ви­тели — пону­рые. Никого не уво­лили. Никого не награ­дили.

Газо­вые цен­три­фуги для обогаще­ния урана начали раз­ра­ба­ты­ваться в нашей стране 70 лет назад. За это время появи­лось 10 поко­ле­ний ГЦ, то есть в сред­нем на раз­ра­ботку нового поко­ле­ния ГЦ тре­бу­ется 7 лет. Сокраща­ется ли время раз­ра­ботки от поко­ле­ния к поко­ле­нию? Такая тен­денция есть. Раз­ра­ботка ГЦ‑9 заняла 12 лет (с 2000 по 2012 год). Раз­ра­ботка ГЦ‑9+ дли­лась 5 лет (с 2012 по 2017 год). Есть планы еще более уско­рить цикл раз­ра­ботки. Для этого предпо­лага­ется внед­рить новую мето­до­логию НИОКР с исполь­зо­ва­нием циф­ро­вых двой­ни­ков ГЦ. Поясню, о чем идет речь. Тра­дици­он­ный под­ход к раз­ра­ботке нового про­дукта, в част­но­сти ГЦ, таков: ТЗ — стар­то­вая кон­струкция — рас­чет — изго­тов­ле­ние образца № 1 — натур­ные испыта­ния образца № 1 — изме­не­ния кон­струкции — изго­тов­ле­ние образца № 2 — натур­ные испыта­ния образца № 2 — изме­не­ния кон­струкции и т. д., пока ТЗ не будет выпол­нено. Недо­ста­ток тра­дици­он­ного под­хода в том, что основ­ная ставка дела­ется на натур­ные испыта­ния. Соот­вет­ственно, необ­хо­димость в изме­не­ниях выяв­ля­ется на этапах опыт­ного про­из­вод­ства и испыта­ний, а это наи­бо­лее дорого­сто­ящие изме­не­ния. Поэтому вывод на рынок нового про­дукта при таком под­ходе про­ис­хо­дит долго и стоит дорого. Раз­ра­ботка с исполь­зо­ва­нием новой мето­до­логии циф­ро­вых двой­ни­ков (ЦД) и вир­ту­аль­ных испыта­ний поз­во­ляет на ран­ней ста­дии рас­чет­ным обра­зом иссле­до­вать все аль­тер­на­тивы раз­ра­ба­ты­ва­емого изде­лия с помощью высо­ко­адек­ват­ных циф­ро­вых моде­лей и тем самым сэко­номить время, деньги, пройти при­емоч­ные испыта­ния с пер­вого раза.

Все компа­нии уде­ляют большое внима­ние уско­рен­ному выводу на рынок нового про­дукта и постепенно при­хо­дят к циф­ро­вым двой­ни­кам, исполь­зуя ту или иную программ­ную платформу. При этом оциф­ро­вы­ваются процессы на всех этапах жиз­нен­ного цикла про­дукта, вклю­чая про­из­вод­ствен­ные, — это и есть циф­ро­вой двой­ник тех­но­логии. Обя­за­тель­ная верифи­кация и вали­дация циф­ро­вых моде­лей гаран­ти­рует высо­кую адек­ват­ность моде­ли­ро­ва­ния с точ­но­стью ±5% от натур­ного экс­пе­римента. В исполь­зо­ва­нии ЦД для уско­рен­ной раз­ра­ботки нового про­дукта пре­успела команда А. И. Боров­кова из СПбПУ. Мы сей­час активно с ними сотруд­ни­чаем по созда­нию циф­ро­вого двой­ника газо­вой цен­три­фуги на их программ­ной платформе CML-Bench. При­ня­тый в 2021 году ГОСТ по циф­ро­вым двой­ни­кам должен помочь пере­ходу на новую мето­до­логию НИОКР. Время покажет, насколько циф­ро­вой двой­ник ГЦ сокра­тит этап раз­ра­ботки.

Я думаю, что при­ме­ни­тельно к ГЦ даже при внед­ре­нии циф­ро­вого двой­ника оста­нется некий несжима­емый срок раз­ра­ботки, свя­зан­ный с необ­хо­димо­стью демон­стри­ро­вать надеж­ность ГЦ в ходе натур­ного экс­пе­римента согласно тре­бо­ва­ниям ТЗ. Если гово­рить о том, тре­бу­ется ли замена обо­ру­до­ва­ния для про­из­вод­ства ГЦ при внед­ре­нии новых поко­ле­ний, то бывает по-раз­ному. Если у ротора изме­ни­лась длина или диаметр, то, конечно, потре­бу­ется замена обо­ру­до­ва­ния и оснастки. Потре­буются инве­стиции в подго­товку к про­из­вод­ству такой ГЦ. Если габа­риты внед­ря­емой ГЦ оста­лись преж­ними, а изме­ни­лась лишь ско­рость, то нет нужды менять обо­ру­до­ва­ние. Напри­мер, внед­ре­ние ГЦ‑9+ не потре­бо­вало изме­не­ний суще­ствующей инфра­струк­туры изго­то­ви­те­лей и экс­плу­а­таци­он­ни­ков.

В интер­нете можно найти видео­ин­тер­вью с Гер­но­том Циппе, пат­ри­ар­хом и пра­ро­ди­те­лем европе­йской ГЦ. Он гово­рит, что будущие ГЦ видит леви­ти­рующими в опо­рах из высо­ко­темпе­ра­тур­ных сверхпро­вод­ни­ков (ВТСП-опо­рах). Я соглашусь с ним. Появ­ле­ние ВТСП вто­рого поко­ле­ния, энергоэффек­тив­ных и очень надеж­ных крио­ку­ле­ров, серия успеш­ных демон­страци­он­ных про­ек­тов с накопи­те­лями кине­ти­че­ской энергии на ВТСП-опо­рах — все это хорошие предпо­сылки для ГЦ с ВТСП-опо­рами.

Конечно же, на базе любой серий­ной ура­но­вой ГЦ созда­ется неура­но­вая ГЦ. Глупо было бы огра­ни­чи­ваться лишь изо­топами урана и ГФУ в каче­стве рабо­чего газа. Таб­лица Мен­де­ле­ева большая, и есть спрос на многие неура­но­вые изо­топы. Иногда неура­но­вая ГЦ похожа на сво­его «старшего брата», иногда не очень. Все зави­сит от рабо­чего газа в неура­но­вой ГЦ. Напри­мер, часто тре­бу­ется кру­тить лег­кий газ, кото­рый на поря­док легче, чем гек­сафто­рид урана. Бывает нао­бо­рот — моле­кула рабо­чего газа очень тяже­лая и неста­биль­ная, раз­ва­ли­ва­ется при небольшом нагреве. При­хо­дится при­нимать меры, чтобы такая моле­кула не перегре­лась внутри газо­вой цен­три­фуги. Бывает, что рабо­чий газ в неура­но­вой газо­вой цен­три­фуге — очень агрес­сив­ное веще­ство. Напри­мер, какая-нибудь метал­ло­орга­ника. При­хо­дится при­нимать меры, чтобы мате­риал ротора был стойким в таком газе. При­чем речь идет не о про­стой кор­ро­зии, а кор­ро­зии под напряже­нием. Иногда тре­бу­ется «горя­чая» ГЦ. Дело в том, что газоцен­три­фуж­ная тех­но­логия (ура­но­вая или неура­но­вая) тре­бует, чтобы рабо­чее веще­ство было лету­чим, с доста­точ­ной упруго­стью пара. В про­тив­ном слу­чае воз­ни­кают слож­но­сти с кас­ка­ди­ро­ва­нием машин. Неко­то­рые коммер­че­ски при­вле­ка­тель­ные хими­че­ские элементы не имеют лету­чих соеди­не­ний при ком­нат­ной темпе­ра­туре, но могут «поле­теть» при повышен­ных темпе­ра­ту­рах. Отсюда инте­рес к «горя­чей» ГЦ. 

Часто упо­треб­ля­емое выраже­ние «неура­но­вая ГЦ для нара­ботки ста­биль­ных изо­топов» не все­гда верно. У меня в памяти есть несколько слу­чаев, когда кон­струк­торы ГЦ выпол­няли заказ на раз­ра­ботку неура­но­вой ГЦ для выде­ле­ния радио­ак­тив­ных изо­топов. Такие ГЦ имеют довольно при­лич­ную био­логи­че­скую защиту. Что каса­ется ГЦ‑9, то так полу­чи­лось, что над­кри­ти­че­ская ГЦ для неура­но­вых изо­топов под назва­нием К38 стала экс­плу­а­ти­ро­ваться намного раньше сво­его ура­но­вого собрата.