Космическое приборостроение готово к мегапроектам
Российские компании сегодня создают новейшую микроэлектронику, аппаратуру и системы для космических аппаратов, ракет-носителей и наземного комплекса управления, а также вырабатывают новые подходы, стандарты и технологии для перехода на цифровое производство, исключающее возможность человеческой ошибки.
В 2011 году в России побывал Хайнц Кундерт, президент европейского отделения SEMI (Semiconductor Equipment & Materials International) –организации, объединяющей производителей изделий, оборудования и материалов электронной техники, разрабатывающих микро- и нанотехнологии. Он высоко отзывался об электронной промышленности, технологиях и науке СССР, талантливых советских ученых, с которыми много и успешно сотрудничал. Но, отмечал эксперт, после сумеречных 90-х случился провал, после которого в России нет четкой стратегии развития электронной отрасли. Хотя она одна из основ национальной безопасности и может стать драйвером развития промышленности, ориентированной на прибыльный экспорт отраслью.
“ В РКС внедряется полностью цифровая модель производства, в которой не остается места ошибке ”
Что ж, иностранцам свойственно недооценивать наши возможности. В "Российских космических системах" не оглядывались на тяжелые времена, а определив стратегию развития, двигались вперед.
Здесь разрабатывают и производят аппаратуру космического назначения: многозональные оптические сканирующие устройства, бортовые высокоскоростные системы сбора и передачи информации, запоминающие устройства большой емкости, ретрансляционные комплексы, телеметрическое оборудование и много чего еще. Есть изделия уникальные или, как говорят специалисты, штучные.
Пилотируемые и транспортные корабли, орбитальные станции, большинство космических аппаратов (КА) оборудованы бортовыми системами управления, телеметрии и радиосвязи, разработанными конструкторами РКС.
База для развития
В 2010 году заработала спутниковая навигационная система ГЛОНАСС, и это событие стало одним из главных не только в отрасли, но и в стране. Однако достаточно быстро встал вопрос о недостаточности отечественной элементной базы, требовалась новая электроника, устойчивая к жесткому космическому излучению.
В СССР с середины прошлого века разрабатывались компоненты, малочувствительные к электромагнитному излучению ядерных взрывов, поэтому спутники и межпланетные станции первых поколений надежно работали в космосе. Но теперь требовались компоненты уже для цифровой техники, промышленность нужного качества дать не могла. Вывести микроэлектронику космического назначения на новый уровень стало одной из важнейших задач коллектива РКС. Уже тогда в холдинге смогли создать и запустить в серию диод для солнечных батарей космических аппаратов с характеристиками, превосходящими американские и японские аналоги. Он работает от минус 180 до плюс 150 градусов, а "американец" – только при плюсовых температурах. И живучесть у него отменная – за 17 "космических" лет работы он деградирует на пять процентов, аналог, сделанный в США, – на десять. Диод охотно покупают многие иностранные заказчики.
Микросхемы, микросборки, гибридные схемы должны обеспечить потребности РКС и отрасли в целом. Для этого в компании два года назад создали специализированный центр микроэлектроники. Сегодня это едва ли не самое динамично развивающееся подразделение холдинга.
Дизайн-центр, отдел разработки технологических решений, цеха кристального и сборочного производства микроэлектронных изделий работают над обеспечением компании собственными микроэлектронными компонентами и по заказам других фирм.
Центр создан с прицелом на оснащение аппаратуры РКС современными микроэлектронными компонентами, которые расширяют ее функциональные возможности при одновременном снижении массогабаритных характеристик. Для сравнения: в 80-е бортовая командно-измерительная аппаратура в среднем весила больше центнера, в 90-е – 70 килограммов, а в 2015 году – всего 15. Но нет предела совершенству, и в РКС идет постоянный поиск в этом направлении.
Новые разработки центра – микропроцессоры, аналоговые коммутаторы, формирователи сигналов, фазовращатели, аттенюаторы, малошумящие усилители, СВЧ-фильтры, СВЧ-переключатели – находят применение в перспективных изделиях холдинга РКС и всей отрасли.
Производственные мощности цеха сборки микроэлектронных изделий позволяют учитывать потребности не только РКС и ракетно-космической индустрии в целом, но и других изготовителей продукции, эксплуатируемой в тяжелых, экстремальных условиях. К примеру, недавно успешно завершена сборка модулей гальванической развязки, разработанной компанией-резидентом фонда "Сколково". Для сторонних заказчиков серийно изготавливаются диоды для солнечных батарей КА (о чем уже сказано), малыми партиями производятся детали микроэлектромеханических систем (маятников).
С использованием исключительно отечественных электрорадиоизделий разработан макет бортового источника вторичного электропитания (ИВЭП). В планах – до конца года изготовить образец ИВЭП в корпусе, приближенный к конечному изделию, для проведения испытаний на стойкость к внешним воздействиям. Среди важных направлений на ближайшее будущее – разработка технологии изготовления стойких к радиации силовых транзисторов с вертикальным затвором.
Керамика никогда не устанет
В советское время микросхемы выпускались в металлокерамических корпусах, поскольку пластик того времени не выдерживал испытания по термоциклированию и, поскольку был достаточно пористым, набирал влагу, плохо переносил отрицательные температуры. Этой точки зрения принято придерживаться и теперь.
Холдинг "Российские космические системы" определен центром компетенций по разработке и производству приборов на основе технологии низкотемпературной совместно обжигаемой керамики (Low Temperature Co-fired Ceramic – LTCC). Печатные платы, созданные по LTCC-технологии, обеспечивают высокую теплопроводность и обладают коэффициентом расширения, близким к основным полупроводниковым материалам электроники. Они также отличаются хорошими электрическими характеристиками и герметичностью.
На одном из предприятий РКС в мае 2012 года началось создание участка низкотемпературной керамики. Сегодня это высокотехнологичное производство, соответствующее восьмому классу чистоты помещений.
Параллельно с созданием участка шел поиск сотрудников, поскольку в России специалистов по низкотемпературной керамике не готовят. Подбирали прежде всего профессионалов из смежных отраслей, готовых осваивать новые технологии. Сейчас технологические процессы отработаны, и уже невозможно представить развитие космического приборостроения без применения современных конструкторско-технологических решений, найденных и реализуемых в отраслевом центре компетенций по разработке и изготовлению аппаратуры космического назначения на основе технологии LTCC.
Производственные мощности РКС в год начала работы центра позволяли изготавливать 200 квадратных дециметров печатных керамических плат в год. Сейчас объемы выросли в несколько раз.
Космические сканеры
В рамках развития орбитальной группировки России РКС работает над увеличением производства многозональных сканирующих устройств для спутников дистанционного зондирования Земли. В ближайшие годы количество выпускаемых приборов вырастет в 3,5 раза. Это обеспечит космическую промышленность аппаратурой нового типа для развития российской орбитальной группировки ДЗЗ. Строительство инновационного производства уже началось, его запуск запланирован на 2020 год, а общая стоимость работ и оборудования составит около миллиарда рублей.
По оценкам экспертов, в ближайшие 20 лет объем рынка полезной нагрузки для космических аппаратов превысит 250 миллиардов долларов. Результатом запуска производства и внедрения новых отечественных технологий станут уникальные продукты, которые производят единицы компаний в мире. Уже подсчитано, что стоимость высококачественных российских изделий будет в десятки раз ниже зарубежных аналогов.
Многозональные сканирующие устройства представляют собой сложнейшие оптико-механические электронные комплексы для новейших отечественных спутников ДЗЗ. С их помощью космические аппараты получают изображения поверхности планеты сразу в нескольких спектрах, решая разнообразные задачи климатического и экологического мониторинга, – от гидрометеорологических наблюдений до контроля за распространением пожаров, состоянием почвы и водоемов.
КИС и БИТС для "Метеора"
Командно-измерительная и бортовая информационная телеметрическая системы для запущенного в этом году спутника "Метеор-М" № 2-2 созданы специалистами РКС. КИС организует канал передачи команд управления, а БИТС формирует и передает телеметрическую информацию о состоянии всех органов космического аппарата.
"Сейчас мы вместе с АО "Корпорация "ВНИИЭМ" проводим тестирование бортового оборудования. Это следующий из серии космических аппаратов "Метеор" нового поколения, выведенный на рабочую орбиту. Нам крайне важно оценить надежность и эффективность каждого технического решения, используемого при создании бортовой аппаратуры. Примененные на новом "Метеоре" решения должны не только пойти в серию для спутников этого класса, но также будут применяться и при создании других космических аппаратов", – поясняет генеральный директор РКС Андрей Тюлин.
Однако вклад специалистов "Российских космических систем" не ограничивается только КИС и БИТС. Кроме этой бортовой аппаратуры, созданы системы сбора и передачи информации: бортовая информационная система (БИС-М2), бортовая информационная система с радиолинией метрового диапазона (БИС-МВ-А), а также система сбора и передачи данных (ССПД).
Для решения целевых задач на борту "Метеора" № 2-2 установлены многозональное сканирующее устройство малого разрешения (МСУ-МР), модуль температурного и влажностного зондирования атмосферы (МТВЗА-ГЯ) и гелиогеофизический аппаратурный комплекс (ГГАК-М). Помимо этого, в составе КА работает созданный в РКС радиокомплекс спасения модернизированный (РК-СМ-МКА), который будет применяться для приема и ретрансляции сигналов аварийных радиобуев международной системы КОСПАС-САРСАТ.
К цифровому производству
Сегодня в РКС внедряется полностью цифровая модель производства, в которой не остается места ошибке человека. Планируется выход на совершенно новую ступень развития отечественной высокотехнологичной промышленности. В нем цифровой мир и физическое изделие сосуществуют параллельно на всех этапах создания и эксплуатации техники инженерного, технологического инструментария, который будет использован на этапах и разработки, и производства приборов. Для этого уже сегодня отрабатывается применение адаптивных манипуляторов, робототехнических комплексов, которые с помощью технического зрения позволяют обеспечивать монтаж и сборку элементов без участия человека.
Иван Драгомиров
Газета "Военно-промышленный курьер", опубликовано в выпуске № 32 (795) за 20 августа 2019 года
