«Заражение» светом. Журналист Properm.ru за три часа превратился в фаната «Фотоники»

«Вы еще на работу туда проситься будете, — посмеиваясь, «мотивировал» вице-премьер Алексей Чибисов корреспондента Properm.ru, — То, что сделал Алексей Гурьевич (Андреев, генеральный директор ПНППК, создатель кластера «Фотоника» — Porperm.ru) заразно. Я тоже заразился». Вызов журналистскому скепсису и цинизму — рискованная штука. Риск оправдался.

«Мы пройдемся всего по шести предприятиям, — поясняет нам Вячеслав Баранцев, руководитель проекта координации кластера «Фотоника». — Покажем вам немного производства, ну и лаборатории». Слово «всего» оправданно. На сегодняшний день в кластер «Фотоника» входят 21 предприятие, 12 научных и образовательных учреждений, 15 сервисных предприятий. Понятно, что география не только Пермь, но ядро — у нас. Кстати, журналист и корреспондент «сдались» после четвертого предприятия — неподготовленный гуманитарный мозг не выдержал интенсивной нагрузки.

Необходимый ликбез

Обычное оптоволокно знает сегодня большинство пермяков. Это тот самый тонкий белый проводок, по которому в квартиру идет интернет и телевидение. До промышленного применения оптики все делалось через медные провода и передачу электрических сигналов. Современному миру тесны рамки электричества: ограниченный объем информации, быстрое затухание сигнала, помехи. Вы помните хрип в телефоне или классический звук первых интернет-модемов. Оптическое волокно замена проводам и кабелям, там где электроника становится не нужна или там где она может наносить вред (оптика — диэлектрик). Применительно к ПНППК: видели обычный гироскоп? Пусть даже в виде памятника у входа. Это традиционный вариант. В его оптической версии вместо вращающихся колец, навстречу друг друг «бегают» по волокнам две световые волны. Все то же самое, но движущихся частей нет.

Оптическое волокно — это провод, сделанный из пластика или стекла, внутри которого перемещают свет, на основе технологий полного внутреннего отражения. На основе стекловолокна изготавливаются специальные кабели. Обьем и скорость передачи данных в разы и сотни раз превосходит таковую в обычной проводной связи.

За производство вот такого, «обычного» оптоволоконного кабеля в «Фотонике» отвечает завод «Инкаб». В принципе, на этом производстве Алексей Андреев гендиректор ПНППК и создатель «Фотоники» мог бы и остановиться. Но не захотел. Появилась «Фотоника». Рассказывают байку: мол, когда Андреев, сам для себя осознавал идею создания научно-производственного кластера, кто-то подсказал сравнение: «Алексей Гурьевич, так это как советский ВПК». Может байка, но что-то эффективное от советской схемы явно взяли. Например, под космос выстраивали производственные цепочки, для разработки технологий — делали НИИ и КБ, чтобы получить кадры — открывали вузы и специальности. В «Фотонике» мы видим похожее. Есть направление — волоконно-оптические технологии. Для производства — 21 предприятие, для науки — восемь подразделений НИОКР, для кадров — четыре специальности разных вузах, несколько лабораторий, школа, детская академия робототехники и «Кванториум». Вот так выглядит приблизительная схема кооперации «Фотоники»

Кабель как леска

Завод оптических компонентов вырос из «Инкаба». Это наша первая остановка в кластере, поэтому инженерные чудеса воздействуют не хуже бокала хорошего шампанского.

«Все любят это потрогать, — Ирина Азанова из управления волоконно-оптических компонентов, показывает на тончайший медный (на вид) проводок,- Это волокно доставки мощного лазерного излучения в медном покрытии. Кварцевый стержень с фторированной кварцевой оболочкой. Сверху углеродный подслой, а совсем сверху чистая медь. Диаметр? Разный: 80 микрон, 125 микрон».

Журналист уважительно трогает и напряженно пересчитывает в калькуляторе микроны. Получается восемь сотых миллиметра. Прикосновения к волокну становятся еще нежнее, хотя на самом деле его можно в узел завязать — ничего не случится.

«Сначала мы делали только один вид спец волокна, который применяется для волоконных оптических гироскопов, — объясняет Ирина Сергеевна. — А потом передали его в серию и стали пробовать делать другие изделия».

Сейчас небольшой по площади завод специальных волокон выпускает около 40 видов продукции и разрабатывает еще три десятка. Разные волокна разрабатываются под конкретные виды излучения, ну и под задачи изделий.
— Для одного нужны минимальные потери на расстоянии, для другого — большая оптическая мощность. Если например эту мощность запустить в обычное домашнее волокно оно сгорит. Связное волокно стоит около 10 центов за метр, наши специальные — от 4 долларов за метр.
— Куда вы его продаете?
— В гироскопы, станки лазерной резки, в оптические датчики в скважины и мосты. Могут быть бортовые кабели на космическом корабле.

Чтобы получить волокно с нужными характеристиками, нужно сделать специальную преформу. Основная часть — труба из сверхчистого кварца, из которой, после ряда физико-химических реакций, получают кварцевый стержень. Внутри стержня свет преломляется нужным образом. А уже потом — через несколько операций — эти же характеристики передаются на производимое волокно. Затем волокно покрывают нужной оболочкой.

Завод оптических компонентов по словам его руководителей конкурирует в основном с зарубежными производителями. Лаборатории в России есть, а вот специализированное производство с таким разнообразием и уровнем качества только в Перми. В 2015 году на ЗОК делали один тип волокна, в 2019 — три, сейчас — около 40.

— Ваша последняя и лучшая разработка?
Ирина Азанова задумывается, потом несколько смущенно смеется, мотает головой.
— Нельзя говорить?
— Нельзя. Так скажу: есть и космос, и «атомка».

Гравировка в стиле Левши

О том, что еще можно сделать с оптическим волокном нам наглядно демонстрируют в соседнем корпусе. Илья Сергеев, директор предприятия «Инверсия-Сенсор» держит в руках металлический брусок, тяжелый даже на вид: «Это компактный оптический датчик давления для скважин». При слове «компактный», сложно сдержать иронию на лице.

— Компактный-компактный, — уверяет профессионал, — условия функционирования и квалификация персонала требуют защиты. Дать хрупкую вещь — уничтожить прибор.
Внутри бруска с сантиметровыми стенками — небольшая плата и тонюсенький волосок оптического волокна. Сам датчик в приборе занимает доли процента веса, все остальное — герметизация и защита.

— Мы берем волокно и лазером делаем на нем своего рода засечки, неровности. От них луч отражается и возвращается назад. Мы точно знаем какая длина волны вернется. Это как поставить призму под луч света, чтобы он рассыпался на разные цвета. Здесь то же самое, отправляем свет, благодаря сделанным неровностям часть света получаем обратно.

Фактически специалисты «Инверсии» гравируют волокно диаметром 80–125 микрон. В секундном молчании в лаборатории явственно слышно, как где-то завистливо вздохнул призраки Левши и Кулибина.

— Если у нас меняется давление вот на эту мембрану, то по факту деформации щупа из волокна меняется получаемая нами длина волны. Мы понимаем как меняется давление на конкретном участке. Другие датчики работают по тому же принципу
— Чем они лучше стандартных? Электрических?

— Давайте возьмем для примера нефтяные скважины или платформы. Для компаний при использовании оптических датчиков снимаются вопросы пожарной и взрывной опасности. У нас же нет электрического сигнала. Нет вариантов «закоротило», «заискрило», не нужно дополнительной защиты.

Сейчас предприятие делает очередной комплект датчиков для очередной нефтяной платформы в Обской губе. Северные широты, есть ледовая нагрузка, отсюда важность оперативного получения соответствующих данных. Объемы производства «Инверсии» пока сравнительно небольшие — около 1,5 тыс. датчиков в год. Ограничения объективны: технология только отрабатывается, все оборудование — самодельное, потому что аналогов в мире нет. Главная задача сейчас — сделать производство автоматизированным: «Будущее? Знаете ведь 3D-принтеры? Грубо говоря, вокруг готовой нитки волокна мы должны выращивать на принтере корпус датчика нужной формы и параметров. Если мы этого добьемся — сделаем небольшую революцию».

— А вот пример того, что вы увидите в НИИ радиофотоники. Вот обычное опросное устройство сделанное на электрических принципах, — Илья Сергеев показывает ящик 50×40 см, — А вот то самое устройство, только на фотонных интегральных схемах — 10-сантиметровый параллелепипед. По функциям: один в один. Это будущее к которому мы идем

А еще волокно с датчиками можно вплетать сразу в изделие и получать «умный материал». Илья Сергеев показывает обычную стеклопластиковую трубу: «Это по сути «умная труба». Вплетенное волокно с датчиками дает возможность сразу видеть место прорыва: «Вся ценность волокна понимается, когда мы перестаем думать о нем как об аналоге электрического датчика, когда мы должны его защищать. Мы должны включить его в конструкцию, и тогда сама конструкция будет защитой датчиков. И тогда все начинает жить по-другому. Волокно — промежуточный шаг перехода к категории «умные материалы».

Нам показывают макет Мурманского моста, который смыло паводком в прошлом году. Его выстроили заново в сумасшедше короткие сроки — за 105 дней. До конца апреля 2021 года «Инверсия-Сенсор» должна полностью укомплектовать датчиками сооружение. Это будет первый «умный мост» на Октябрьской железной дороге. Если «проверка боем» пройдет успешно, то под мониторинг попадут десятки железнодорожных мостов, тоннелей страны. Показатели с датчиков считывает программное обеспечение. Его разрабатывают… да, вы уже догадались — в соседнем корпусе кластера — в компании «Квантек».

Завод с органами зрения

Про «Квантек» рассказывать, пожалуй проще всего. Вы слышали про «Умный дом»? Ну так это предприятие делает готовые решения: программные платформы и датчики, которые условно можно назвать «Умный завод» или «Умный мост» или «Умный тоннель» в зависимости от цели. Директор «Квантека» Николай Хлебников: «Мы контролируем не технологический процесс, а инфраструктуру: температуру, воду, чистоту воздуха, энергию, тепло. Да все что угодно».

«Квантек» делает беспроводные решения на стандарте связи «Lora». В отличие от вайфая и блютуса у этого стандарта большая дальность и экономичность. Обычный датчик температуры (коробочка с пачку сигарет размером) добивает до базовой станции примерно в двух километрах, двух батареек хватает на 2–3 года.

— Почти инопланетная технология, что ли? Бьет далеко, требует минимум энергии. Так же не бывает?
— Мы еще и собственную сеть можем построить. Это вообще гигантский плюс технологии, особенно для предприятий. Вы недорого и быстро можете сделать собственную сеть. К ней никто не имеет доступа. Она ваша и только ваша.
Конечно, есть у «Лоры» и специфика. Голос и видео не передашь. Стандарт предназначен именно для небольших пакетов данных, которые передаются на невысокой скорости.

Мы в состоянии сейчас любому предприятию приделать органы чувств внутри собственной территории. Сделали органы зрения, зрительный нерв и слуховой нерв. Дальше будем добавлять отделы головного мозга как у людей. Добавим центр принятия решений, какие-то двигательные центры… Сейчас мы готовы дать собственнику предприятия объективную точную картину, что происходит с его объектом.

— Мосты входят?
— Конечно. Что нужно знать РЖД? Постоянное состояние моста и вовремя получить сигнал при проблемах. Мы можем это дать. Люди, сидя в Санкт-Петербурге, будут видеть то, что происходит с объектом в Мурманской области. У РЖД появится орган зрения, который позволит в реальном времени следить за огромной инфраструктурой.

Интересно, что «Р-телеком» таким промышленным стандартом связи закрыл уже не только Пермь, но и пару десятков городов по стране. Де-факто — это сложившийся стандарт связи для интернета вещей. ПНППК сейчас закрыли своим решением не только собственные производства, но и подшефный детский сад.

Гонка за чипами

Сочтя, что журналисты изрядно впечатлены уже существующими достижениями, руководители «Фотоники» решили окончательно добить будущим. НИИ Радиофотоники и оптоэлектроники — то самое место. Здесь не делают деньги, здесь делают науку. Головная компания вкладывает в НИИ около 1 млрд рублей ежегодно, еще примерно 200 млн рублей через гранты и субсидии выделяет государство.

Первое, чем хвастается профессор Виктор Криштоп — молодежью: «Вон там у нас студенты с двух специальностей, магистров и аспирантов пять человек, Антон Журавлев недавно защитил диссертацию, еще 3–4 человека на подходе». Илья Сергеев подхватывает: «Мы планомерно на протяжении нескольких лет принимали огромное количество молодёжи. Поэтому в подразделении разработки в НТЦ — средний возраст 25–26 лет. Все новые направления, которые у нас есть — все сформированы из молодых специалистов».

НИИ РФ — самое сложное место. Непонятно примерно все. Виктор Криштоп тоже между двух огней. Ему надо показать что-то простое, чтобы поняли. Но это простое должно быть прорывным и желательно иметь эффект «вау!»

Для начала уже сложившимся адептам фотоники демонстрируют аппарат для сварки оптических волокон. Срастить 80 микрон так, чтобы внутренняя структура полностью совпадала — инженерное чудо, но пресыщенные прошлыми чудесами журналист и фотокор реагируют вяло. Даже собранный здесь прибор, который лучше и дешевле корейского не заставляет гостей подпрыгнуть от радости.

Профессор Криштоп выкладывает следующую карту — поперечный срез волокна на экране электронного микроскопа: «На лицо панды похоже, видите?» Лицо на экране выглядит умнее ошарашенных лиц гостей, но они согласно кивают головой.

А вот оптические интегральные схемы. Световые чипы. Понятно, что пока это не готовый процессор который можно вставить в компьютер, но большой к ним шаг. Чип уже используют в специальных оптических модуляторах в телекоммуникациях для высокоскоростного интернета. Пермь единственный город в России, где их делают серийно.

9 марта 2021 года в мире наступила эра «квантового превосходства». Устройства на квантовых и фотонных принципах обошли по производительности знакомые нам устройства на кремниевых чипах. Да, пока они больше. Но как известно, каждые пять лет подобные устройства уменьшаются в два раза. Фактически сейчас речь идет о мировой гонке по созданию оптических чипов. Это дорого, сложно, но необходимо.

Напомним, СССР когда-то безнадежно упустил собственную компьютерную индустрию и теперь России вынужденно пользуется исключительно чужими технологиями. Одна из задач сейчас — не отстать в гонке за оптикой. Шансы есть.

Фактически нам показали один из фрагментов сегодняшней научной мировой гонки, не менее ожесточенной, чем битва за вакцины, просто более скрытой. Пермская «Фотоника» одна пока из немногих точек в России, чьи разработки двигают вперед не только российскую, но и мировую наку. Понимает ли это государство? Получается — да. С 2016 по 2019 год предприятиям «Фотоники» были выделили субсидии на 145,8 млн рублей, а также займы федерального и регионального Фондов развития промышленности на 450 млн рублей.

Но как кажется, не менее важно чем прорывы в науке атмосфера, которую сумели создать в «Фотонике». Много молодых увлеченных людей делают прорывы в настоящем и проектируют будущее. Ведь мы же все этого хотели, когда говорили о возрождении советской науки. Чтобы как в ранних повестях Стругацких и фильмах. Чтобы все вместе делали однозначно правильное дело. И этим болели.

И заражали бы даже скептиков — журналистов. У «Фотоники» получается.