Производство

Как делают оптоволокно: фоторепортаж из Саранска

В Саранске находится единственный в России завод по выпуску оптоволокна — основы всех нынешних телекоммуникаций, без которой трудно было бы представить современный мир. Мы расскажем об истории завода, технологии производства волокна и преформ. И чуть-чуть об экономике — куда без неё.

Поводом для экскурсии по заводу стал выпуск четырёхмиллионного километра оптического волокна. Ускорение производства произошло благодаря обновлению оборудования, средства на которое были получены в том числе от Фонда развития промышленности (ФРП), организовавшего это мероприятие.

История завода

Попытки организовать массовое производство оптоволокна на территории страны предпринимались неоднократно: на рубеже веков дошло даже до закупок оборудования, но дальше дело не двинулось. Саранский завод тоже не сразу строился. Компания «Оптиковолоконные системы» была основана в 2008 году, ещё несколько лет ушло на переговоры относительно инвестиций с Газпромбанком, Роснано и Республикой Мордовия. В 2011 году был подписан договор с финской Nextrom (когда-то бывшей частью Nokia) о поставках оборудования, но только через два года началось строительство завода, который заработал в 2015 году. А первая продукция попала на рынок только в 2016 году. Впоследствии ФРП выдало предприятию заём на модернизацию производства — обновлённые линии как раз и были продемонстрированы в ходе экскурсии.

Сейчас на заводе работают около 130 человек. Практически все они местные, за исключением некоторых руководителей. В основном на работу берут выпускников локальных университетов, обучавшихся по техническим специальностям в области физики и химии, — и потом их ещё два месяца доучивают. У многих из них научными руководителями были сотрудники НЦВО РАН и ИХВВ РАН. Впрочем, так было не всегда. Первый состав местных специалистов нужной квалификации пришлось искать с трудом, так как мало кто из них работал по специальности: кто-то занимался починкой компьютеров, кто-то продавал мобильные телефоны в одном из известных салонов связи.

Как бы то ни было, производство работает. Сейчас оно состоит из двух частей: собственно вытяжки волокна и небольшого цеха по изготовлению преформ.

Изготовление преформ

На преформу или, говоря по-русски, заготовку, приходится более половины себестоимости продукции. Именно от неё во многом зависят качество и характеристики будущего оптоволокна. Сейчас заготовки закупаются у японской компании Sumitomo Electric — на данном этапе это экономически выгодно. Переход на полный цикл производства с собственным изготовлением преформ имеет смысл только при отгрузке более 10 млн км волокна ежегодно, тогда как сейчас спрос в России и Белоруссии (они рассматриваются как единый рынок) составляет только 9 млн км в год. Впрочем, про экономику мы ещё поговорим. Сейчас собственное опытное производство заготовок на заводе тоже имеется. Оно нужно для отработки технологического процесса и для изготовления преформ под особые нужды некоторых заказчиков.

Сама преформа — это большой массивный цилиндр из кварцевого стекла. Конусообразный на одном конце и с тонкой «ручкой» на другом. Заготовка состоит из чистого — примесей не более одной частицы на миллиард — кварца с небольшим легированием германием в сердцевине. Это не единственный материал для создания оптоволокна, но самый распространённый. Конкретных способов изготовления тоже несколько. Это, например, спекание кварцевой крупки внутри полой стеклянной тубы или же парофазное осаждение. В последнем случае газовая смесь из тетрахлоридов кремния и германия вкупе с кислородом нагревается, реагирует и осаждается в виде оксидов на небольшую заготовку или на стенки полой трубы. На последнем этапе преформа спекается.

Тетрахлориды нужной чистоты производятся в Дзержинске и Нижнем Новгороде, но пока в малых объёмах. Для маленьких преформ под спецзаказы на волокна с особыми характеристиками хватает. Другие газы, используемые в производстве — аргон, гелий, азот, углекислый, дейтерий, — закупаются в России. Защитное покрытие заказывается в Голландии, но пробуют и продукцию отечественных заводов. Вся прочая мелочёвка переведена на местное производство. Также на заводе есть опытный участок изготовления тестовых преформ для многомодового оптоволокна методом FCVD.

Под все эти задачи есть отдельная небольшая линия производства, седьмая по счёту. Остальные шесть линий работают с обычными покупными заготовками. На заводе после модернизации используются типовые преформы диаметром 150 мм (возможна модернизация до Ø230 мм) и длиной чуть больше полутора метров, которые позволяют получить около 2000 км волокна. Ранее использовался стандарт 115 мм на 1000 км волокна.

Производство оптоволокна

Если описывать процесс производства совсем уж упрощённо, то он сводится к плавлению заготовки и вытягиванию из неё ниточки. Кажется, что всё довольно просто, но на практике есть масса нюансов.

Каждая производственная линия вытянута по вертикали и занимает восемь этажей. На последнем этаже находятся печи. В них и помещается преформа, которая подвешивается за «ручку» и аккуратно центруется, а в процессе её положение дополнительно корректируется. По мере расхода материала заготовка постепенно опускается всё глубже и глубже в печь, хотя заметить это невооружённым глазом затруднительно, так как скорость погружения на полной мощности составляет около одного миллиметра в минуту.

Внутри печи находятся графитовые элементы, повторяющие форму заготовки. Они нагреваются от высокочастотного индуктора и передают тепло преформе в нужных местах, а она, в свою очередь, постепенно плавится. Температура держится около 2000 °C, и лишь во время смены преформы «на горячую» — то есть без полного цикла охлаждения и последующего разогрева длительностью несколько часов — опускается примерно до 1200 °C. Под внешней обшивкой печи проходят трубы охлаждения, по которым постоянно циркулирует вода. Однако находиться около работающей установки даже на расстоянии пары метров уже не очень комфортно — от неё буквально пышет жаром.

Верхняя часть печи закрыта кварцевыми створками, а снизу из неё выходит стеклянная труба, которая заканчивается в дли-и-инном шкафу высотой в несколько этажей. Сделано это не просто так — до определённого момента весь рабочий материал находится в изолированной среде. Внутри печи циркулирует аргон, который защищает нагретый графит от контакта с кислородом воздуха. В самой башне воздух соответствует классу чистоты ИСО 7, а внутри вышеупомянутого шкафа классу ИСО 6.

На первом этапе после начального разогрева заготовки формируется довольно крупная капля, которая отрезается на уровне 7-го этажа, а оставшийся кончик толщиной 3-4 мм уходит вниз и стягивается, постепенно утончаясь. Больше половины пути будущее волокно, по сути, равномерно остывает. Попутно несколько раз лазерными датчиками измеряется его положение в пространстве, уровень натяжения (по длине стоячей волны) и диаметр. На уровне третьего этажа его температура падает с почти 2000 °C до примерно 350 °C и оно попадает в трубу охлаждения. Труба омывается водой из чиллера, а внутри неё находится гелий, изолированный азотными затворами. На выходе из трубы температура волокна равна примерно 60 °C.

Последний этап — нанесение полимерного слоя. Волокно проходит через блок цилиндров с фильерами, куда подаётся акрилатное покрытие, предварительно очищенное и разогретое до температуры 55-57 °C: первичное, а сразу за ним и вторичное. Далее оно проходит в азотной среде мимо пяти УФ-ламп для полимеризации покрытия, которое в итоге значительно улучшает механические свойства оптоволокна. «Голое» волокно не получится согнуть с диаметром изгиба менее 10-15 сантиметров, а с покрытием его можно свернуть в колечко радиусом несколько миллиметров.

В конце концов уже на первом этаже волокно попадает в протяжный механизм, который автоматически регулирует натяжение для сохранения толщины и формы нити в соответствии с данными измерений вышестоящих лазерных датчиков. После этого оно наматывается на катушки, способные вместить до 250 км волокна. Рабочая скорость намотки составляет 1700-1800 метров в минуту. В тестовом режиме одна из линий работает на скорости 2100 м/мин. Её можно разогнать до 2500 м/мин. А вообще это не предел — на зарубежных заводах скорость приближаются к порогу в 3000 м/мин., но там и объёмы другие. Ускорение процесса зависит в первую очередь от эффективности охлаждения и числа УФ-ламп, а также приёмников волокна.

На этом путь оптоволокна вовсе не заканчивается. Впереди ещё перемотка с большой катушки на малые (обычно на них умещается 25-50 км волокна) с дополнительным натяжением и тестированием на дефекты порядка одного микрона. Далее идут тесты, связанные с оптическими и механическими параметрами продукции: длиной волокна в катушке; коэффициентом затухания; диаметром/некруглостью/концентричностью сердцевины, оболочки и обоих слоёв защитного покрытия; длиной волны отсечки; диаметром модового поля; хроматической дисперсией и так далее. Всего тестируется полтора десятка различных параметров.

Но и это ещё не всё! После всех тестов катушки с волокном на четверо суток отправляются принимать азотно-дейтериевые ванны. Дейтерий образует OD-группы, препятствуя появлению OH-групп. Так что волокно, проще говоря, не мутнеет со временем и сохраняет свои свойства на протяжении 25 лет — именно такую гарантию даёт завод на свою продукцию. Правда, производители кабелей, которые и закупают волокно, дают уже существенно меньший гарантийный срок на изделия — это могут быть и 5 лет.

Продукция

Готовое одномодовое оптоволокно состоит из нескольких частей. В центре находится кварцевая сердцевина диаметром 8-10 мкм, именно она легирована германием. Вокруг неё — кварцевая же оболочка на 125 мкм. Всё это покрыто защитным слоем, так что итоговая толщина составляет 242 мкм. Опционально внешняя оболочка может быть окрашена в разные цвета: предлагается 8 вариантов, в том числе с рисунком. Окрашивание нужно лишь для удобства — при последующей сварке так гораздо проще отличить одно волокно от другого.

Сейчас основная продукция завода — это волокна стандарта G.652D и его изгибостойкого варианта G.657A1. Помимо упомянутых выше многомодовых версий и вариантов специального назначения, есть и опытные образцы волокон толщиной 200 мкм (требования к ним те же, что и для 242-мкм). Они актуальны для европейских заказчиков — в Европе в канализации уже просто не хватает места, поэтому большее число волокон при том же сечении кабеля крайне важно.

©
Хочешь всегда знать и никогда не пропускать лучшие новости о развитии России? У проекта «Сделано у нас» есть Телеграм-канал @sdelanounas_ru. Подпишись, и у тебя всегда будет повод для гордости за Россию.

Источник: https://servernews.ru/989756

Вступай в наши группы и добавляй нас в друзья :)

Поделись позитивом в своих соцсетях

Другие публикации по теме

оптоволокно, Саранск

4
HappyRed
12.07.1916:03:14

Спасибо,интересно. Сейчас,как раз,мы с финами и с китайцами оптоволоконный кабель тянуть с европы в азию по северному океану будем.Интересно,мордва будет принимать в этом участие?

Отредактировано: HappyRed~16:03 12.07.19

#1143163 ↑

3
vlTepes
12.07.1917:08:16

Одномод со смещенной дисперсией обещают начать производить в этом году.
Так что может и успеют.
Но кабели они насколько я понял не производят, соответственно какой-нибудь условный москабельмет должен будет закупить волокно у них и упаковать в кабель.

#1143179 ↑

5
slm976
13.07.1907:55:05

МКФ, насколько я знаю, не работает с волокном ОВС, они ориентироааны на японское влокно.
Сарансккабель-Оптика, Инкаб, ОКС-01, да еще ряд крупных заводов, ориентирующихся на работу с Ростелекомом, заключили контракты с ОВС на отечественное волокно.
Да и в международных проектах скорее всё-таки будут пока использовать импортное волокно, традиционных, зарекомендовавших себя на рынке производителей — Corning, Fujikura.
ОВС же на данный момент будет полностью загружен производством волокна на внутренний рынок. В этом году по Ростелекому спущено жёсткое распоряжение принимать кабель только с отечественным волокном, а это основные новые стройки по нашей стране. Кроме того под МО, насколько я знаю, тоже будут приниматься кабели только с отечественным волокном.
А вообще, при общей положительной динамике в работе ОВС (увеличивается объём производства, повышается качество), всё равно надо переходить к полному циклу производстаа оптического волокна и запускать свое производство заготовок.
Да экономически это пока не выгодно, но стратегически, мы не должны зависеть от японских поставок!

#1143275 ↑

0
Рыбак
14.07.1901:08:40

Все работают с волокном ОВС, точнее — делают вид. Цена нашего волокна выше чем у американцев на 40% пока… А самое главное, что пока не могут войти на рынок китайцы, но это дело времени. Ну, а морской кабель у нас делает только один завод.

#1143410 ↑

0
slm976
14.07.1908:08:19

Ваша информация устарела. В прошлом году были введены ввозные пошлины в размере 30% на волокно американского производства, что сделало цену волокна ОВС, вполне конкурентной. В прошлом году волокно ОВС было рекомендовано для использования в сетях Ростелекома, да еще и на рынке имортного волокна наступил очередной диффицит, так что объёмы продаж ОВС в прошлом году были весьма высокие, по сравнению с прошлвми периодами.
В этом же году, как я писал выше, спускаются распоряжения по госкомпаниям, брать кабель только с отечественным волокном, что дополнительно должно поддержать продажи ОВС.
Что касается китайцев, то до прошлого года, они сами скупали все излишки волокна по всему миру, в том числе и в Саранске .
В прошлом году, во второй половине, насколько я знаю, Corning построил в Китае завод по производству оптического волокна, что позволит насытить китайский рынок и начинать экспортировать волокно китайского производства.
Хорошо это или плохо, тут могут быть разные точки зрения, с одной стороны еще один возможный конкурент для ОВС на нашем рынке, с другой стороны еще один поставщик оптического волокна, неподконтрольный американцам…

#1143428 ↑

0
Рыбак
15.07.1923:33:53

В теории все так, а на практике…
Дефицит волокна, например. при любом дефиците волокна Китай готов завалить наш рынок СВОИМ волокном т.к. это будет очень маленький объем.
Пошлины 30%. все заводы в России положили на склад очень много волокна и ждут, что эту пошлину отменят. например эту пошлину сложно провести по линии ЕАЭС.
Ростелеком… тут грустно будет. кабель для Ростелекома будут делать на импортном волокне и выдавать его за ОВС.
При всем этом, завод в Саранске нужно развивать, но рассчитывать на то что это будет прибыльный проект не нужно. Тут важны компетенции и вообще потенциальное импортозамещение.
По итогу — нужно найти компромисс между развитием Наших технологий и удорожанием волокна на 40%.

#1143828 ↑

0
slm976
16.07.1919:46:39

Никакой теории, всё что я Вам написал, это именно практика 2018 года.
Диффицит волокна был в прошлом году, причем именно из-за Китая, который под свой рынок скупил всё свободное волокно.
И никакого запаса американского волокна наши заводы, до введения пошлин не сделали, просто по той причине, что волокно им поставлялось Corning’ом только согласно квот, согласованных по началу 2018 г., и ни одного км. волокна, сверх квот, американцы никому не дали. С мая прошлого года, основные крупные заводы по производству оптического кабеля, были вынуждены покупать волокно ОВС, причем к июлю, до 50% оптического кабеля производилось уже на отечественном волокне.
Причем 70% этого кабеля шло под Ростелеком.
Что будет в этом году, мы увидим чуть позже, но уж точно пошлины на американское волокно отменять никто не будет, лобиррование отечественного волокна только усиливается, причем на самом высоком уровне.
Что касается китайского волокна, то в этом году, после постройки нового завода, у китайцев появились излишки волокна, и их волокно уже присутствует на нашем рынке, вот только его появление, на данный момент бьёт не по ОВС, а по поставкам американского и японского волокна, а также поставкам дешёвого импортного (китайского же) кабеля.
Так что если не будет резкого падения спроса на оптический кабель, перспективы у ОВС весьма неплохие.

#1144015 ↑

11
cheri
12.07.1916:24:12

По больше бы таких новостей и репортажей!
(шумеры просто дичают, когда их читают)

#1143170 ↑

17
Захарка
12.07.1917:22:03

К сожалению, таких «шумеров» и в России хватает, на том же 3DNews, откуда, собственно, и был взят данный репортаж. Там как в комментарии н заглянешь — сплошь одни свидетели секты Илона Маска и священного синода «Рашкафсё». К счастью, сюда они нечасто заходят.

#1143181 ↑

2
~~MusclePump~~
12.07.1921:16:22

Интересно было почитать и посмотреть. Надеюсь со временем мы полностью избавимся от импорта оптоволокна и будем сами делать кварцевые заготовки.

#1143231 ↑
0
Александр Лебедев
12.07.1923:34:11

То, что построили завод оптоволокна в Саранске, на котором работают 130 человек, отлично.
Но тогда хотелось бы знать, на чьём оптоволокне 60 лет развивалась отечественная оптическая многоканальная связь? Или он единственный завод данного профиля, который входит в «империю Чубайса»?
Ещё в начале 70-х на Лыткаринском заводе оптического стекла приходилось «шлюзоваться», прежде чем попадали в цех оптического волокна. И он был на тот момент уже не единственным в стране.

Отредактировано: Александр Лебедев~23:40 12.07.19

#1143250 ↑

6
mmx
13.07.1907:14:32

Какие еще «60 лет»? Не надо путать туризм с эмиграцией. Первую линию ВОЛС (Ленинград-Минск) в СССР тянуть начали в конце 80-х годов. Все что было до этого не более чем лабораторные да выставочные образцы. Потому и завод это первый, что он радикально отличается объемами от всех бывших ранее опытных производств.

#1143270 ↑

0
Александр Лебедев
13.07.1912:07:43

Первая отечественная оптическая линия связи начала работать в 1977 г. в Зеленограде между тогдашним горисполкомом и предприятиями Северной промзоны. Разработчик кабеля ОКБ кабельной промышленности, ныне входящий в КРЭТ Ростеха.
Однако в настоящее время отечественный рынок оптоволокна практически на 100% захвачен американцами и японцами. Причём они сильно демпингуют по ценам. Из 20 предприятий, производящих волоконно-оптические кабели, 15 используют оптоволокно производства фирмы Corning. Сегодня Саранску выгоднее гнать продукцию на экспорт, чем продавать внутри страны. Как результат — внутри страны продаётся около 10% производимой продукции.

Отредактировано: Александр Лебедев~12:17 13.07.19

#1143308 ↑

6
mmx
13.07.1912:31:42

Первые оптические телеграфы еще в 18 веке начали работать. Но надо отделять мух от котлет. Что мы понимаем под ВОЛС? Некую опытно-показушную инсталляцию или промышленную линию которой миллионы человек будут пользоваться даже не зная где и как их сигнал ходит? Да, волокно «варили» и куда-то там тянули едва ли не со времени изобретения лазеров. А вот первая междугородняя ВОЛС для миллионов абонентов была Ленинград-Минск в конце 80-х. А первый завод (не лабораторное или опытное производство) выпускающий оптоволокно миллионами километров появился в Саранске.

#1143313 ↑

Написать комментарий

Отмена

Для комментирования вам необходимо зарегистрироваться и войти на сайт,