Лазерный мир

Молодые московские ученые разработали оптические системы, не уступающие лучшим импортным аналогам. Как им это удалось, рассказывает один из разработчиков лауреат премии Правительства Москвы Павел Носов.

О премии

Премии Правительства Москвы молодым ученым присуждаются с 2013 года на конкурсной основе.

Сейчас идет прием заявок на следующую премию молодым ученым. Более подробная информация есть на сайте молодыеученые.рф. Заявку можно подать до 10 ноября 2017 года.

Павел Носов и Роман Третьяков, лауреаты премии Правительства Москвы молодым ученым

Павел Носов и Роман Третьяков получили премию Правительства Москвы молодым ученым за разработку и внедрение отечественной силовой оптики для лазерного технологического оборудования. Они стали победителями в номинации «Приборостроение». Оба исследователя работают в Московском государственном техническом университете имени Н.Э. Баумана. Мы встретились с одним из лауреатов Павлом Носовым и поговорили о работе, удостоенной премии.

— Павел Анатольевич, расскажите о работе, за которую вы с Романом Третьяковым получили премию.

— Мы с коллегой Романом Сергеевичем Третьяковым разработали методику проектирования оптических систем технологического оборудования, в котором источником излучения являются мощные лазеры. Такое оборудование используется для различных видов лазерной обработки материалов. Например, резка, сварка, гравировка, 3D-печать (аддитивные технологии) и другие. Также мы рассчитали параметры оптической системы для резки и сварки и разработали рабочую конструкторскую документацию на изготовление оптики на заводе. Следующим этапом нашей работы было сопровождение производства оптики на предприятии и ее испытания.

— А для чего нужна оптика в лазерах?

— При выполнении качественной лазерной обработки важны характеристики узлов оборудования. Один из таких ключевых узлов — лазерная технологическая головка, которая фактически является главным инструментом обработки. Конструкция головок для различных лазерных технологий отличается, тем не менее она обязательно будет включать оптическую систему. Поэтому оптический блок — это неотъемлемая часть любой лазерной технологической установки. Его задача — формирование необходимых параметров пучка.

— Какой лазер использовался в вашей работе?

— В технологической установке, для которой мы рассчитывали оптику, используется мощный волоконный лазер. Это подразумевает ряд особенностей при разработке оптики. Например, она должна изготавливаться из особого стекла и по специальной технологии. Такую оптику еще называют силовой, так как она работает при высоких плотностях мощности лазерного излучения.

— Где изготавливали лазерную оптику, разработанную вами?

— Технология изготовления линз для нашей задачи есть не на каждом предприятии. Мы выбрали Красногорский завод имени С.А. Зверева, который располагается в Московской области.

— В описании вашей работы фигурирует слово «импортозамещение». Что и чем замещали?

— Сейчас на производствах в основном стоят лазерные установки зарубежных производителей с импортной оптикой. Мы разработали отечественную оптическую систему. Она из российского стекла и, как я сказал, изготовлена на подмосковном заводе.

Хотелось создать оптический блок не хуже импортного. И нам это удалось.

— Расскажите, пожалуйста, подробнее об этапах работы над проектом.

— Мы приступили к этой работе еще в 2011 году. Сначала занимались теоретическими исследованиями, то есть разработкой методики и программы расчета. Под определенную модель лазера, вид обработки и параметры пучка мы с помощью специальной компьютерной программы можем разрабатывать оптический блок лазерного оборудования.

Затем был экспериментальный этап. Мы исследовали параметры пучка мощного волоконного лазера на выходе оптической системы, проанализировали российские марки стекла и нашли то, которое удовлетворяет нашим требованиям. Затем на заводе из него изготовили оптику, и мы приступили к исследованиям на лучевую стойкость, то есть проверили, способна ли оптика выдерживать высокие лучевые нагрузки.

Испытания проводили в нашем университете, в лабораториях кафедры «лазерные и оптико-электронные системы» и ООО «Московский центр лазерных технологий» — это малое инновационное предприятие при МГТУ имени Н.Э. Баумана. Эти лаборатории оснащены современным оборудованием, которое необходимо для наших исследований.

— Испытания прошли удачно с первого раза?

— Небольшие сложности были. Сначала нам сделали оптику с покрытием, которое не подошло: оптические элементы слишком сильно нагревались. Мы обратились к заводу и заказали другое покрытие. Оно показало хорошие результаты.

— Какой этап был самым длительным?

— Теоретическая проработка задачи по проектированию лазерной оптики заняла несколько лет. На изготовление оптики ушло намного меньше времени.

— Вам помогало или, напротив, мешало, что вы с Романом Третьяковым с разных кафедр?

— Помогало, у нас получилась междисциплинарная кооперация. Я с кафедры «лазерные и оптико-электронные системы», моя стихия — расчет лазерной оптики. А Роман — с кафедры «лазерные технологии в машиностроении». Он разбирается в требованиях к оптике в зависимости от вида лазерной обработки.

Но несмотря на разные специализации, работали мы постоянно вместе, задачи были общими. Просто в некоторых моментах кто-то брал на себя чуть больше. Я думаю, как раз то, что мы занимаемся разными направлениями, позволило решить поставленную задачу.

— Какие-то предприятия уже применяют вашу разработку?

— Да. Если оптику для лазерной резки мы разрабатывали по собственной инициативе, то оптический блок с вариосистемой для лазерной сварки мы делали для предприятия, которое занимается производством лазерного технологического оборудования.

— В каких еще областях может быть использована ваша оптика и есть ли планы по расширению?

— В огромном количестве областей, где используют мощные технологические лазеры. Например, в промышленности для резки, сварки, наплавки и термообработки.

Насчет планов. Конечно, мы бы хотели довести нашу разработку хотя бы до мелкосерийного производства. Но мы ученые, продвижение не наша сфера. Мы занимаемся этим по мере возможностей — встречаемся с заинтересованными людьми, рассказываем о разработке.

— Вы учились на той же кафедре, на которой сейчас работаете. Почему вы поступили на это направление?

— Да, я учился на кафедре «лазерные и оптико-электронные системы» и сейчас на ней работаю.

В обыденном понимании оптика — это очки, лупа, фотоаппарат. На самом же деле это очень перспективная и высокотехнологичная область. Оптика и оптико-электронные приборы окружают нас повсеместно. Они нужны в медицине, научных исследованиях, промышленности, военной сфере, в освоении космического пространства и других отраслях, а также в быту. То есть это очень современное направление, которое обязательно будет развиваться и дальше.

Во время учебы в Бауманском университете я убедился, что сделал правильный выбор. В большой степени благодаря преподавателям. В 2011 году я защитил кандидатскую диссертацию под руководством профессора Ивана Ивановича Пахомова. Это основоположник направления расчета лазерной оптики в нашей стране, доктор технических наук, заслуженный деятель науки и техники России, автор книг в этой области.

— Что вам дала премия, помимо денежного вознаграждения?

— Участие в подобных мероприятиях очень полезно. Это помогает исследователям и разработчикам быть в тонусе и стремиться к новым результатам. Ведь здесь ты соревнуешься с самыми сильными, заявки должны быть очень высокого уровня.

Также полезно подготовить многолетнюю работу к конкурсу: все структурировать, доходчивым языком рассказать о результатах.

— Что со стороны города делается для молодых ученых?

— Проводятся различные конкурсы, премии и другие мероприятия, оказывается финансовая поддержка в различных формах. Очень важны гранты, которые выделяют на определенные исследования.

— Вы удивились, что выиграли премию, или были уверены в своей победе с самого начала?

— Нет, не могу сказать, что мы были уверены. Но когда подготовили заявку и посмотрели на нее со стороны, были очень довольны. Все-таки за сравнительно короткий период и вопреки возникавшим сложностям нам удалось добиться хороших результатов.

Источник: https://www.mos.ru/news/item/31240073/