Военный технополис «Эра»: попытка наверстать упущенное в микроэлектронике
Как мы все потеряли
Импортозамещение – это ключевой тренд последних времен, который, похоже, останется таким на ближайшие годы, если не десятилетия. Особенно это критично для оборонной промышленности и в первую очередь для микроэлектроники.
По самым скромным подсчетам, отставание России от ключевых игроков рынка из США и Южной Кореи составляет не менее 25 лет. По многим позициям даже в оборонной отрасли мы вынуждены были закупать иностранные комплектующие второсортного стандарта Industry, которые, в частности, работают в температурном диапазоне от минус 40 градусов до плюс 85 градусов. Технику уровня Military, у которой и радиационная стойкость выше, и температурный диапазон гораздо шире, нам если и продавали, то с большими оговорками. Тем не менее, только оборонные предприятия РФ закупали еще в 2011 году не самые современные электронные компоненты за рубежом на внушительные 10 миллиардов рублей. Знаменитый «Глонасс-М» на 75-80% состоит из зарубежных комплектующих. Как оказалось, корни этого печального тренда были заложены еще в Советском Союзе.
Радиоприемник "Микро".
В 60-70-е годы СССР был если не мировым лидером, то входил в тройку главных производителей электронных компонентов как для оборонного сектора, так и для гражданского потребления. При этом итоговая стоимость компонентов был гораздо ниже общемировой. К примеру, объединение «Электронприбор» в начале 70-х годов выпускало мощные транзисторы мирового уровня по цене всего 1 доллар, при том, что на Западе подобная техника была кратно дороже. Во многом это достигалось полной самодостаточностью отечественных производителей: если и закупались иностранные компоненты, то они быстро и эффективно замещались советскими аналогами.
Показателен пример разработанного в 60-х годах зелененоградскими инженерами радиоприемника «Микро», аналогов которому по миниатюрности в мире на тот момент не было. «Микро» стал неплохим экспортным товаром и имиджевым продуктом – Никита Хрущев нередко дарил его первым лицам зарубежных государств. А однокристалльные 16-разрядные микро-ЭВМ от Ленинградского научно-технологического бюро также были единственные в своём роде: в США тогда только зарождались соответствующие конкуренты. Полупроводниковая промышленность курировалась и спонсировалась множеством ведомств: Министерством оборонной промышленности, Министерством промышленности средств связи, Министерством электронной промышленности и другими. В стране воспитывались научные и производственные кадры. Только под эгидой зеленоградского НПО «Научный центр» к 1976 году в 39 предприятиях работало более 80 тыс. человек. В чем же причина нынешнего плачевного состояния нашей электронной промышленности? Во-первых, до 95% всей продукции всей советской электроники высшего уровня потребляли военные вместе с космическим сектором. Такая зацикленность на оборонных заказах и фактическая монополия Министерства обороны сыграла злую шутку с отраслью.
Радиоприемник "Микро" и современный "аналог".
Примерно с начала 80-х годов появилась полубредовая идея о бездумном копировании зарубежных комплектующих для радиоэлектроники. Это было вызвано неверием как политиков, так и военных в потенциал советских ученых, в их способность создать что-то новое. В армии боялись, что если сейчас мы не скопируем, то не факт, что завтра у нас будет что-то, хотя бы аналогичное западному. А это уже напрямую скажется на боеспособности. Так, методом «обратной инженерии», и была подавлена инициативность в развитии собственных идей в профильных НИИ и НПО. При этом Минэлектронпром судорожно пытался в 80-е годы наверстать упущенное и насытить внутренний гражданский рынок высокотехнологичной продукцией: ЭВМ, видео- и аудиомагнитофонами. Это, безусловно, правильное решение позволило бы отойти наконец от диктата Министерства обороны и получить ресурсы для дальнейшего развития отрасли. Но вот производственных мощностей совсем не хватало, хотя они первоначально и обеспечивали рост производства в 1985-1987 годах в районе 25% в год. Это далось дорогой ценой – отвлечением массы специалистов от инновационных разработок элементной базы, что резко затормозило дальнейшее развитие микроэлектроники в стране.
После развала Советского Союза ситуация усугубилась безразличием руководства страны к проблемам отечественной микроэлектроники, а также фактическим открытием границ для конкурентной иностранной техники. Собрать разрушенное удалось только в 2000-х годах, когда были созданы профильные холдинги «Радиоэлектронные технологии» и «Росэлектроника». Они объединили под собой множество полуживых предприятий, ранее производивших электронные компоненты для Советского Союза. Однако и они наступают на старые грабли – до 75% всех заказов приходят от госструктур и военных. Гражданские предпочитают более дешевую зарубежную технику, даже если она в чем-то и уступает в потребительских качествах. Сложная ситуация сложилась с импортозамещением электронных составляющих отечественного оружия после введения западных санкций. Оказалось, что многие образцы вооружения просто не рассчитаны под более крупные и энергетически "прожорливые" российские микросхемы – пришлось перерабатывать конструкторскую документацию. И, конечно, отечественные высокотехнологичные комплектующие серьезно поднимали итоговую стоимость образцов вооружения. Все-таки единичная сборка гораздо дороже конвейерной.
Надежда есть на зеленоградскую группу компаний «Микрон», которая является частной и контролируется АФК «Система». Именно в «Микроне» первые в России смогли освоить производство микросхем с топологией 180 нм (купили у STM), позже разобрались с 90 нм, а шесть лет назад самостоятельно разработали технологию на 65-нанометровую топологию. Пока единственную серийную в СНГ. При этом на Западе уже вовсю работают над топологией в 5-7 нм. Парадоксально, но в России не оказалось достаточного широкого рынка для такой отечественной техники – почти все предпочитают покупать зарубежные аналоги у производителей, которых знают не один десяток лет. По этой причине российские разработчики не могут предложить низкие цены – объемы производства не позволяют выйти на большие тиражи. А искусственно демпинговать не дает материальное состояние. Яркий пример с российским компьютером «Эльбрус-401», работающим на российском 4-ядерном микропроцессоре «Эльбрус-4К» с тактовой частотой 800 МГц и пиковой производительностью в 50 Гфлопс, который стоил в 2015 году… 229 тысяч рублей! А теперь сравните это с процессором Intel Core i5-2500K производительностью в 118 Гфлопс и стоимостью в 25 тыс. рублей в том же году.
В дело вмешивается «Эра»
Всем известный военный инновационный технопарк «Эра» в ближайшее время предпримет попытку хотя бы частично нивелировать отставание, которые с каждым годом становится все более критичным. Создается Центр технологических компетенций, в задачи которого будет входить разработка электронных компонентов военного и двойного назначения. Заместитель начальника технополиса по инновационному развитию Наиль Хабибулин утверждает, что к 2026 году в России в результате работы Центра появятся технологии производства микропроцессоров с топологией до 28 нм. Сравните это с западным уровнем микроэлектроники в настоящее время, и вы поймете, что работа Центра позволит лишь сохранить существующее статус-кво, в котором мы вечно догоняющие.
Среди инноваций Центра компетенций выделяют так называемую вертикализацию, объединяющую под собой компании, занимающиеся разработкой элементной микроэлектронной базы, создателей алгоритмов и подразделения технополиса «Эра». Собственно, это очень похоже на советские модели совместного проектирования интегральных микросхем, которые предложили в Министерстве электронной промышленности еще в 80-х годах. Тогда схемотехнический этап создания интегральной схемы выполнял заказчик (в современности, технополис «Эра»), а этап разработки топологии и конструкции уже возлагался на предприятия Министерства. Это, кстати, позже переняли на Западе многие частные корпорации, что и обеспечило прорывные темпы роста в электротехнике.
Далее Хабибулин объясняет, что все участники проекта получат преимущества от реализации независимого канала трансфера зарубежных технологий для выбора наиболее прорывных в аспекте применения для отечественных оружейных систем. За этой завуалированной формулировкой скрывается очень простая мысль – мы настолько уже отстали, что приходится собирать специальные центры только лишь для мифического трансфера технологии в микроэлектронике. Как это собираются делать? Никто сейчас из ведущих держав нам напрямую технику класса Military не продаст, даже Китай. В открытых источниках печати о самых современных технологиях микроэлектроники оборонного значения материалы публиковать не будут. А остальная информация и так доступна чуть ли не любому, у кого есть подписка и Интернет. В технополисе «Эра» этому приему даже название дали – реверс-инжиниринг для решения специализированных задач. Очень похоже на «обратную инженерию», которая фактически похоронила микроэлектронику СССР в 80-е годы. Тогда инициатива также исходила от военных и чиновников.
В данной ситуации сложно сказать, что необходимо сделать. Однако исторический опыт подсказывает, чего не нужно делать, дабы избежать глобальных проблем. Простое «творческое переосмысление» западного опыта, во-первых, никогда не даст нам преимущества в гонке, а лишь позволит сократить отставание, а во-вторых, воспитает целое поколение инженеров и ученых, которые ничего, кроме копирования, делать не способны. Между тем возможным выходом из сложной создавшейся ситуации может быть обращение к фундаментальной науке, которая у нас всегда была на высоте. Все-таки именно в этой плоскости лежат самые современные разработки, которые еще не вышли за пределы лабораторий и с которых еще не сняли грифы секретности. Это проекты по замене кремния, к примеру, графеном, силиценом и фосфореном. Конечно, стимулирование работ по этим направлениям будет выглядеть не так помпезно, как организация технопарка «Эра», но, по крайней мере, даст нам шанс «перешагнуть через поколения» в отрасли мировой микроэлектроники.
Кумулятивно-фугасные торпеды: весомый аргумент в подводной войне
Кумулятивно-фугасная торпеда Stingray.
Трудная мишень
Что нужно сделать, чтобы уничтожить современную двухкорпусную подводную лодку? Прежде всего придется пробить до 50 мм внешнего акустического слоя резины, далее следует порядка 10 мм стали легкого корпуса, слой балластной воды до полутора метров толщиной и, наконец, около 8 см высокопрочной стали основного корпуса. Для гарантированного поражения такой «брони» требуется доставить к лодке не менее 200 килограммов взрывчатки, а для этого носитель, то есть торпеда или ракета, должен быть очень габаритным. В качестве одного из выходов инженеры-оружейники предлагают использовать для атаки несколько небольших торпед (требуется, чтобы они еще и попали приблизительно в одну часть подводной лодки), что ненамного эффективнее применения одной крупной 400-мм торпеды.
Малогабаритная Mk-46.
Возникает потребность в разработке новых схем подводных боеприпасов, конструкция которых отходит от традиционных фугасных боевых зарядных отделений с контактными и неконтактными взрывателями. Как вариант рассматривается использование пластизольных и алюминизированных взрывчатых веществ, обеспечивающих отличное фугасное действие в сочетании с низкой ударно-волновой чувствительностью. Для увеличения эффективного воздействия фугасной торпеды на корпус подводной лодки применяют многоточечное инициирование заряда, позволяющее направлять большую часть энергии детонационной волны в нужное направление. Также эффективно выглядит наложение ударных волн от синхронного взрыва при воздействии на корпус субмарины – для этого могут задействоваться несколько малогабаритных торпед. Наконец, самым перспективным является разработка кумулятивных торпед по аналогии с «сухопутными» приемами борьбы с тяжелобронированными объектами.
Малогабаритные противолодочные торпеды с кумулятивно-фугасными боевыми зарядными отделениями: а — торпеда МU-90 Umpact; б — торпеда Stingray»; в — торпеда ТТ-4. 1 — носовой отсек; 2 — боевое зарядное отделение; 3 — приборный отсек; 4 — отсек силовой установки; 5 — кормовой отсек; 6 — система торможения и стабилизации. Источник: "Известия РАРАН"
На первый взгляд, кумулятивная торпеда – это просто находка для охотников за подводными лодками. Размеры таких боеприпасов могут быть гораздо меньше традиционных торпед, что позволяет монтировать их сразу по несколько штук даже на противолодочном вертолете. Кроме этого, субмарины пока не оснастились специфической защитой от таких торпед по аналогии сухопутными бронированными машинами, что делает их особенно уязвимыми перед узконаправленными газокумулятивными потоками детонирующего боеприпаса. Среди специфических условий применения кумулятивных торпед выделяется требование соблюдения направленности оси кумулятивного заряда с наименьшим отклонением от нормали. Проще говоря, если фугасному снаряду нет особой разницы, с какого угла подходить в цели, то кумулятивную торпеду важно вовремя сориентировать относительно корпуса субмарины. В полной аналогии с современными противотанковыми крышебойными боеприпасами разработчики отечественного противолодочного оружия предлагают уйти от осевого расположения кумулятивного заряда. Можно располагать заряды либо наклонно оси торпеды, либо вообще поперечно – это позволяет бить по цели на «промахе». Поперечное расположение кумулятивного заряда несет преимущество в отсутствии на пути поражающего потока массивной головной части торпеды (не надо пробивать приборный отсек боеприпаса) и позволяет увеличивать диаметр кумулятивной воронки, не особо увеличивая габариты боеприпаса. Новым сложностями в конструкции являются торпеды будет чуткий неконтактный взрыватель, учитывающий положение боеприпаса относительно обшивки субмарины – требование о наименьшем отклонении от нормали никто не отменял.
Результаты экспериментальных исследований в лабораториях МГТУ им. Н. Э. Баумана. Общий вид разрушения преграды при действии кумулятивного и фугасного зарядов в зависимости от расстояния центра массы заряда ВВ до преграды: а – расстояние в 13,6 приведенных к сферическому радиусов заряда ВВ, б – 3,8 радиуса ВВ, в – 1,6 радиуса ВВ и г – 1,1 радиуса ВВ. Источник: "Известия РАРАН"
Исследователи, занимающиеся в МГТУ им. Н. Э. Баумана проблемами кумулятивного оружия, указывают еще на один потенциальный недостаток подобных торпед – малый диаметр пробоины. В случае использования большого фугасного заряда образуется прогиб на обшивке, которая в дальнейшем разрывается с образованием продолговатых трещин. Это происходит преимущественно в зонах наибольшего напряжения в районах шпангоутов. Кумулятивная струя оставляет после себя сквозное отверстие, не превышающее в ширину 0,2-0,3 диаметра внутренней кумулятивной облицовки боеприпаса. Именно по этой причине сейчас наиболее перспективным направлением является разработка боеприпасов фугасно-кумулятивного эффекта, сочетающих высокую пробивную способность и разрушение обшивки субмарины по механизму трещинообразования.
324 миллиметра
Математические расчеты показали, что потопить такую сложную цель, как субмарина типа «Лос-Анджелес», на половине предельной глубины можно, сделав в обшивке «дырку» диаметром от 180 мм, а на небольшой 50-метровой глубине ширина пробоины должна быть уже не менее 350 мм. То есть диаметр кумулятивного заряда в этом случае расширяется до 500 мм – и это минимально возможный вариант. Только такой торпедой, которую уже нельзя назвать малогабаритной, можно гарантированно потопить атомный подводный ракетоносец. Только вот малогабаритные торпеды с кумулятивным зарядом сейчас имеют диаметр всего в 324 мм, что даже в самом удачном исходе атаки сформирует у «Лос-Анджелеса» сквозную пробоину диаметром всего в 75 мм.
Среди отечественных разработок в 324-мм форм-факторе особенно выделяется малогабаритная противолодочная авиационная торпеда ТТ-4 с массой ВВ в 34 килограммов. В отечественных кумулятивных торпедах применяются в качестве заряда литьевые взрывчатые составы типа «тротил-гексоген» и «тротил-октоген» с порошкообразным алюминием: смеси МС-2, МС-2Ц, ТГ-40, ТГФА-30 и ТОКФАЛ-37. Такие ВВ обладают относительно низкими параметрами детонации и плотности, но высокой теплотворной способностью и пожаровзрывобезопасностью.
Кумулятивно-фугасные боевые зарядные отделения малогабаритных противолодочных торпед: а — торпеда МV-90 Umpact (Франция, Германия, Италия); б — проект торпеды SeaPike (Германия). Источник: "Известия РАРАН"
В странах НАТО широкое распространение получили аналогичные торпеды Mk-46 модификации 5А, содержащие 44,5 килограмма мощной бризантно-фугасной взрывчатки PBXN-103 или PBXN-105, а также дорогостоящую медную коническую кумулятивную облицовку. Торпеда позволяет при сближении с корпусом субмарины ориентировать головную часть по нормали, либо близко к перпендикулярному направлению. С 1997 года осуществляется серийное совместное франко-германско-итальянское производство малогабаритной кумулятивной торпеды MU-90 Umpact диаметром 324 мм. В этом боеприпасе хранится, по разным данным, от 32,8 до 59 кг взрывчатого вещества, как предполагается, сделанного на основе триаминотринитробензола. Следующей в полку 324-мм торпед выступает усовершенствованная Stingray c 45 килограммами ВВ типа РВХ-104 и традиционной уже медной конической облицовкой кумулятивной боевой части. Эта торпеда также оснащается системой позиционирования головной части, обеспечивающей вывод боеприпаса на курс, перпендикулярный поверхности корпуса подлодки.
324-мм малогабаритная торпеда MU-90 Umpact.
Однако у всех представленных кумулятивных торпед есть один общий недостаток – наличие головного приборного отсека, который вносит свой вклад в рассевание кумулятивной струи. Именно поэтому особое значение имеет развитие торпед с поперечным расположением кумулятивного заряда, о чем было сказано выше. Естественно, инженеры пытаются усилить мощность кумулятивного заряда дополнительным фугасным эффектов. Это позволяет дополнительно к узкому сквозному отверстию формировать на поверхности подлодки вмятины с обширными разрывами стали, которые могут быть фатальными для субмарины. Еще одним выходом из ситуации может стать усиление запреградного действия кумулятивных торпед, когда в пробоину заносится взрывчатка, либо другие, как их называют, «активные материалы». Однако сейчас этот подход больше концептуальный и реального воплощения пока не получил. Частично эту задачу решают, придавая кумулятивной облицовке форму мениска, что позволяет формировать при подрыв ударное ядро. Как известно, дыру в обшивке субмарины такое ядро оставит серьезную и сразит многое внутри корпуса, но глубина пробития оставляет желать лучшего. Как вариант, в российской торпеде ТТ-4 используется комбинированная облицовка из конуса и сферы, что позволяет получать гибридную струю с большой глубиной пробития и небольшим фокусным расстоянием, а также с относительно большим диаметром пробоины.
По материалам периодического издания "Известия РАРАН".
Свежие комментарии