Владимир Викулин

Валерий Темных

Олег Просовский

ФГУП «Обнинское НПП «Технология» широко известно в мире высокими результатами инновационных разработок в области создания новых материалов, конструкций, технологий, а также уникальной серийной наукоемкой продукцией из полимерных композитов, керамических и стеклообразных материалов для космонавтики, авиации, обороны, наземного и водного транспорта, энергетики, и других отраслей. В № 3, 2006 г. журнала «Авиапанорама» сообщалось о его награждении премией «Серебряный Георгий» VII-го Международного форума «Высокие технологии XXI века» за разработку и внедрение головных обтекателей модернизированных ракет-носителей «Протон-М» и «Рокот». Новая разработка ОНПП «Технология» обеспечивает защиту экипажа самолета от вредных воздействий окружающей среды и не только. Она вновь демонстрирует мировой уровень ученых и производственников из наукограда Обнинска.

Реализация летно-тактических характеристик самолетов и вертолетов, эффективность их применения, безопасность полетов, а также обеспечение нормального летного долголетия членов экипажа в значительной мере зависят от условий обитания в кабине летательного аппарата. Так, вследствие физических принципов и технических особенностей работы радиолокационного и навигационного оборудования самолета, персонал подвергается мощному воздействию электромагнитного излучения, превышающему допустимые санитарные нормы. Возможность снижения этого воздействия в наибольшей степени определяется техническим уровнем применяемого остекления кабины экипажа. Остекление не в полной мере отвечает современным требованиям к защите от проникновения тепловой составляющей солнечной радиации. Проблема ослабления теплового излучения особенно актуальна при эксплуатации авиатехники в условиях тропического или жаркого климата. Летный персонал воспринимает мощные тепловые нагрузки, приводящие к замедлению реакции летчиков и их повышенной восприимчивости к окружающей обстановке.
Для военной авиации все более актуальной задачей становится снижение радиолокационной заметности летательных аппаратов, в частности кабины пилотов, находящейся под остеклением. Поэтому ведущими авиационными конструкторскими бюро России – РСК «МиГ» и «ОКБ «Сухого» – была поставлена задача, получить изделия конструкционной оптики из органического стекла, обеспечивающего ослабление потока высокочастотного электромагнитного излучения, проникающего в кабину пилота, более чем на 20 дБ; снижение тепловой составляющей солнечной радиации в диапазоне длин волн 900-2500 нм – на 40%; снижение коэффициента отражения (блики) от поверхности стекла – до 6%, сохраняя при этом достаточно высокое светопропускание – более 65%.
Для выполнения столь противоречивых требований, необходимо было выбрать такие материалы и их композицию, которые позволили бы получить прозрачные токопроводящие пленки минимальной толщины.
Такие многофункциональные задачи могут решаться применением покрытий на основе специальных материалов. Особый интерес здесь вызывали металлодиэлектрические покрытия, содержащие в своей конструкции пленки металла толщиной 5-10 нм (пленки с высокой концентрацией свободных носителей заряда), наличие которых позволяет получить кроме оптических свойств еще и электрические — такие, как токопроводность, защитные свойства от электромагнитного излучения. Первоначально рассматривался вариант конструкции покрытия, в котором функции слоя с высокой концентрацией свободных носителей заряда выполняла пленка оксида индия-олова (ITO). Однако одиночная пленка ITO, полученная на органическом стекле, имеет большое интегральное отражение в видимом диапазоне. Увеличение ее толщины обеспечивало необходимое препятствие прохождению электромагнитного излучения, но никак не позволяло получить достаточное снижение пропускания солнечного тепла. Кроме того, было выявлено растрескивание толстого слоя ITO при циклических температурных нагрузках.
Как вариант конструкции покрытия исследовалась тонкая одиночная пленка золота. Одиночная пленка золота хорошо ослабляет и солнечное тепло, и электромагнитное излучение, однако создает недопустимое интегральное отражение в видимом диапазоне.
В результате проведения тщательных расчетов и экспериментов, применения специальных технологий было получено композиционное многофункциональное покрытие, состоящее из нескольких слоев ITO-Au наноразмерной толщины. При этом удалось оптимизировать толщины слоев и последовательность их нанесения таким образом, что при достаточном пропускании в видимом диапазоне покрытие имеет высокие защитные свойства от электромагнитного излучения и солнечного тепла, а также сравнительно низкий коэффициент отражения (блики) от поверхности остекления.
Ниже приведена спектральная зависимость пропускания покрытия, полученного на подложке из полиметилметакрилата (ПММА) толщиной 8 мм.
Для реализации технологии была создана вакуумная магнетронная установка, обеспечивающая нанесение покрытий на крупногабаритные сложнопрофильные изделия. Для получения воспроизводимых результатов установку укомплектовали системой регулирования подачи реактивного газа и анализатором цвета плазменного разряда.
Ключевым моментом в технологии нанесения наноразмерных покрытий является постоянный контроль параметров получаемых покрытий и корректировка толщины их слоев, в зависимости от получаемых результатов. Для контроля толщины наносимых покрытий был разработан быстродействующий спектрофотометр позволяющий наблюдать изменение спектральной зависимости пропускания или отражения непосредственно на изделии. При этом регистрация спектра проводится в диапазоне 400-850 нм за несколько миллисекунд, что позволяет с высокой стабильностью получать наноразмерные пленки металлов и их оксидов.
Создание и реализация технологии могли быть невозможны без использования специальной математической вычислительной программы для расчета тонкопленочных покрытий и для проведения анализа уже изготовленных покрытий. Благодаря тесному сотрудничеству со специалистами из НИВЦ Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова, был внедрен в производственный процесс программный продукт OPTYLAYER. Полученные на ОНПП «Технология» экспериментальные данные позволили специалистам НИВЦ усовершенствовать расчетный блок программы – OPTY-RE, значительно расширивший возможности анализа уже изготовленных металлодиэлектрических покрытий.
Тонкопленочное покрытие в процессе эксплуатации подвергается различным внешним воздействующим факторам – абразив, влага, соляной туман и другие. Это обусловливает необходимость защиты покрытия с сохранением при этом его оптических характеристик. Был исследован ряд органических материалов на предмет адгезии к покрытию и подложке, абразивостойкости, стойкости к циклическим изменениям температуры и другим воздействующим факторам. За основу выбраны оптически прозрачные лаки на основе органосиликатных полимерных микросфер. Разработанная технология нанесения подобных защитных лаков на криволинейные поверхности изделий и последующие испытания показали существенное (в 5-6 раз) увеличение абразиво-влагостойкости поверхности изделий из органического стекла.
Разработанная композиция тонкопленочного наноразмерного покрытия, технология его нанесения и защиты от внешних воздействующих факторов позволили получить изделия, обеспечивающие ослабление электромагнитного излучения – на 20-25 дБ, ослабление солнечного теплового потока на 50%. При этом, характеристики покрытия превосходят аналог на остеклении самолета F-16 по таким показателям, как коэффициент отражения (в 3 раза), интегральное светопропускание (на 5%). Приведенные показатели подтверждены измерениями нашего предприятия, а также Государственным научно-исследовательским центром авиационной и космической медицины. Созданный комплекс уникального промышленного оборудования, оснастки, контрольно-измерительных и испытательных систем позволяет, в настоящее время, производить серийные поставки остекления с многофункциональными тонкопленочными покрытиями.
В рамках договоров с ФГУП «РСК «МИГ» и ОАО «ОКБ Сухого» нами изготовлены и проставлены первые комплекты опытных изделий с ТМФП для проведения летных испытаний на самолетах «МиГ» и «Су». Несомненно, что новый тип изделий авиационного остекления создаст более комфортные, соответствующие санитарным нормам и правилам, условия для экипажей самолетов и вертолетов, повысит безопасность полетов и импортную привлекательность отечественной авиационной техники на международном рынке. Не требуется особого воображения, чтобы увидеть перспективы применения этих разработок в других областях деятельности.
ФГУП «ОНПП «Технология» готово к взаимовыгодному сотрудничеству с российскими и зарубежными фирмами в области создания остекления с многофункциональным покрытием для любого вида техники.

ФГУП «ОНПП «Технология»
249035, Калужская обл., г. Обнинск, Киевское шоссе, 15
Тел.: (48439) 9-67-63, (495) 255-23-94
Факс: (48439) 6-45-75
E-mail: info@technologiya.ru, onpptechn@kaluga.ru
http://www.technologiya.ru