2021 год объявлен в России Годом науки и технологий, а июнь, согласно его календарному плану, посвящен новым производственным технологиям и материалам. Через несколько дней свое 89-летие отметит ведущий российский центр материаловедения - Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов (ВИАМ был создан 28 июня 1932 г.).

Материалы ВИАМ применялись при создании первого отечественного цельнометаллического самолета и брони для советских штурмовиков, первого атомного котла и реактора первого в мире атомного ледокола "Ленин", первого в истории искусственного спутника Земли, легендарного советского лимузина ЗИС-101.

В преддверии дня рождения Института "Научная Россия" побывала на экскурсии в Музее ВИАМ.

"А мне летать охота!"

Возможность полета интересовала людей на протяжении многих веков. Можно вспомнить работы Леонардо да Винчи в XV веке. Именно он впервые сформулировал идею аэроплана, но его задумки настолько опережали свое время, что о реальном их воплощении не могло быть речи - во многом из-за отсутствия на тот момент легких и прочных материалов, из которых можно было сконструировать летательный аппарат. Леонардо да Винчи любил наблюдать за птицами и летучими мышами, он говорил: "Кто знает, тот может, только бы узнать, а крылья найдутся!". Однако материаловедение, особенно авиационное, начало развиваться гораздо позднее.

В начале 1900-х годов немецкий инженер-металлург Альфред Вильм создал уникальный сплав под названием дюралюминий (от названия города Дюрен в Германии). Новый материал стал основой для создания самолетов, началось его промышленное производство.

Первый в мире цельнометаллический самолет - Junkers J 1, был создан немецким конструктором Хуго Юнкерсом в 1915 году. Наша страна тоже не отставала, и в 1922 году в Центральном аэрогидродинамическом институте (ЦАГИ) сотрудники секции испытания материалов под руководством И.И. Сидорина (впоследствии - основатель ВИАМ) раскрыли секрет дуралюминия. Был создан его аналог - алюминиевый сплав с добавкой никеля, меди и марганца под названием кольчугалюминий (первые образцы были получены в г. Кольчугино Владимирской области). Благодаря новому материалу удалось впервые создать отечественный цельнометаллический самолет - АНТ-2. Работой руководил выдающийся советский конструктор А.Н. Туполев.

Позднее, 28 июня 1932 года, на базе ЦАГИ образован ВИАМ: было открыто два корпуса общей площадью в тысячу квадратных метров, создано 33 лаборатории по восьми научным направлениям. Причиной тому послужила все более возрастающая потребность в централизованной организации материаловедческих изысканий, нужен был институт, который бы разрабатывал уникальные материалы для авиации и контролировал их производство и применение в изделиях. Инициатором создания ВИАМ выступали выдающиеся советские ученые и конструкторы, в том числе сам А.Н. Туполев. План удался, и сегодня мы знаем, что 95% всех материалов, которые использовались при создании отечественной авиационной, ракетной, космической техники, - это материалы ВИАМ.

И на войну, и в космос

Едва ли найдется кто-то, не знакомый с легендарным штурмовиком Ил-2 - самым массовым советским самолетом в истории Великой Отечественной войны. В его создании ВИАМ принимал непосредственное участие. Главной задачей было получить цельнометаллическую броню, входящую в силовую конструкцию самолета.

Двухсоставная броня, разработанная в ВИАМ, позволяла защитить самолет и, самое главное, летчика. В итоге ИЛ-2 стал самым "неубиваемым" самолетом в истории Великой Отечественной войны. Всего таких самолетов было выпущено более 36 тысяч.

Броня, разработанная в ВИАМ, также применялась для знаменитого автомобиля ЗИС-101, который изготавливали на заводе им. И.В. Сталина в Москве. Эту машину называют первым советским лимузином.

Учеными ВИАМ была разработана и специальная маскирующая краска белого цвета для военных самолетов, в частности для Ил-2. Такая краска могла быть оперативно нанесена на самолет в полевых условиях, при температуре до -12 ˚C. Краска также легко удалялась теплой водой с помощью небольшого абразивного материала.

ВИАМ активно участвовал в покорении космоса. В 1957 году на орбиту был выведен первый искусственный спутник Земли "Спутник-1". Аппарат был изготовлен из разработанного в ВИАМ алюминиевого сплава. В 1961 году на корабле "Восток" совершил полет в космос Ю.А. Гагарин. При создании космического корабля "Восток" ВИАМ был определен исполнителем по жаропрочным материалам и теплозащитным покрытиям. В составе теплозащитной конструкции впервые использовались соты на основе стеклоткани, пропитанной полимерными связующими. Кроме того, в космическом корабле "Восток" были применены разработанные в ВИАМ металлические материалы.

В рамках космической программы ученые Института создали специальные гермошлемы и светофильтры иллюминаторов, которые защищали глаза космонавтов. Эта часть снаряжения входила в состав высотно-компенсирующего костюма и высотного скафандра. Использованные решения, в частности, позволили А.А. Леонову выйти в открытый космос.

Особое место в истории ВИАМ занимает участие в проекте "Энергия" - "Буран" - самой масштабной программе за всю историю советской космонавтики. Программа была нашим ответом на американские военные инициативы, в первую очередь на проект "Спейс Шаттл". Перед учеными стояла задача построения полноценной тепловой защиты многоразовой космической системы. В общей сложности ВИАМ создал 39 принципиально новых материалов и 230 технологий, но главное - это разработка теплозащитных материалов, которые по целому ряду характеристик превосходили американские аналоги, разработанные для системы "Спейс Шаттл".

Теплозащитное покрытие изготовлялось в виде отдельных элементов-плиток (38 800 штук), вырезанных из блоков, в которых только 10% объема занимали супертонкие кварцевые волокна, а до 90% - воздух.

Из материалов ВИАМ для "Бурана" были также созданы специальные тормозные диски на основе бериллия и рамки остекления.

Активно велись разработки и в области вертолетной техники. Для вертолета Ми-26 были созданы металлопластиковые лопасти, которые обеспечили снижение массы на 40%. Благодаря использованию новых материалов в 1978 году установлен абсолютный мировой рекорд скорости для вертолетов - 368,4 км/час, рекордсменом стал Ми-24.

Но вернемся к самолетам. Двигатель самолета - это его сердце. Изготовление материалов для двигателей по-прежнему остается одним из ключевых направлений Института. Между тем создание собственных газотурбинных двигателей - настолько сложная технология, что количество стран, которые ей владеют, можно буквально пересчитать по пальцам одной руки.

В ВИАМ впервые в нашей стране были созданы жаропрочные сплавы для лопаток газотурбинных двигателей самолетов. Такой сплав мог выдерживать колоссальную температуру в 1000 градусов Цельсия, а современные сплавы - и 1300 градусов.

Материалы и облик города

Материаловедение востребовано не только в авиационной и космической отрасли, но находит применение и в городской инфраструктуре, архитектуре.

Для защиты инфраструктуры московского метрополитена в ВИАМ разработаны специальные материалы и краски. Институт занимался и созданием материалов для троллейбусных изоляторов.

Из титановых сплавов ВИАМ был полностью создан знаменитый памятник Ю.А. Гагарину, находящийся на одноименной площади в столице. Памятник общей массой 12 тонн и высотой 42 метра был открыт 4 июля 1980 года. Институт разрабатывал не только материал, но и технологии соединения, штамповки деталей, чтобы они давали определенные очертания и определенный свет на фоне неба. Монумент "Покорителям космоса" на ВДНХ также выполнен из материалов ВИАМ.

Интересная история, связанная с памятниками, произошла в начале нулевых, когда возник вопрос о реконструкции монумента "Рабочий и колхозница" на ВДНХ. Памятник пришел в негодность, находясь в условиях агрессивной среды, утратил свой цвет и блеск, покрылся черной копотью. Что делать? Сначала монумент пытались очистить различными зарубежными пастами, но ничего не помогало, и внешний вид только ухудшался. Тогда за дело взялся ВИАМ и предложил свои разработки. В итоге памятник был успешно очищен и покрыт специальным защитным слоем, который позволит сохранить монумент в прекрасном виде еще не одно десятилетие. Открытие отреставрированного памятника состоялось в 2009 году.

В 2017 году в России появился уникальный объект инфраструктуры - первый автомобильный мост, построенный по технологии с использованием композитов нового поколения. Учеными ВИАМ были разработаны угле- и стеклопластики, огнестойкие покрытия для мостовых несущих конструкций моста. Мост выдерживает нагрузку до 100 тонн, долгое время не требует капитальных вложений и постоянно контролируется системой мониторинга с применением оптоволоконных датчиков деформации и температуры. Такой необычный мост - совместный проект ВИАМ и "НИИграфит".

Сегодня ВИАМ - ведущий материаловедческий центр Российской Федерации. Институт выполняет полный инновационный цикл - от фундаментальных и прикладных исследований до разработки материалов, технологий, оборудования, выпуска нормативной документации и организации малотоннажного производства. Разработки ученых находят свое применение в авиа- и машиностроении, космической отрасли, энергетике, строительстве, медицине и других сферах....