Мобильные лазерные технологические комплексы разработки ГНЦ РФ ТРИНИТИ

В последние годы в разных странах идут активные работы по созданию боевых лазеров. Перспективное оружие этого класса, как ожидается, будет иметь высокие характеристики и сможет оказать серьезное влияние на облик вооруженных конфликтов будущего. В области боевых лазерных систем достигнуты некоторые успехи, однако такое оружие пока далеко от практического применения. Ученым и конструкторам только предстоит решить ряд важных проблем, которые мешают лазерному оружию попасть в армию. Тем временем в нашей стране созданы несколько проектов лазерных систем, которые, будучи в некоторой мере похожими на оружие, уже применяются на практике.

В начале девяностых годов Троицкий институт инновационных и термоядерных исследований (ГНЦ РФ ТРИНИТИ) начал научные работы, целью которых было создание перспективного технологического комплекса на основе лазера. Предполагалось, что мобильный лазерный технологический комплекс (МЛТК) можно будет быстро доставить в нужное место, развернуть и подготовить к работе, после чего он сможет вести резку различных объектов и конструкций. Такая система, по задумке авторов проекта, могла бы применяться для решения широкого круга задач, возникающих перед различными предприятиями. В первую очередь, комплексы МЛТК предполагалось применять для ликвидации различных аварий и т.п. работ. К концу девяностых годов ГНЦ РФ ТРИНИТИ завершил работу над первыми двумя проектами. В проектах МЛТК-5 и МЛТК-50 использовались некоторые общие идеи и наработки, однако эти комплексы отличались по ряду параметров. Главное их отличие заключалось в типе и мощности лазера. Лазер комплекса МЛТК-5 развивал мощность 5 киловатт, МЛТК-50 – 50 кВт. На первых двух мобильных лазерных технологических комплексах использовались лазеры различных систем. Менее мощный комплекс оснастили непрерывным газовым лазером (рабочее тело – смесь из углекислого газа, неона и гелия) замкнутого контура с накачкой самостоятельным разрядом. Комплекс МЛТК-50, в свою очередь, получил импульсно-периодический электроионизационный лазер, использующий в качестве рабочего тела смесь воздуха и углекислого газа.

• 
• Мобильный лазерный технологическийкомплекс "МЛТК-50"

• 
• Полигонные испытания МЛТК-50 на огневом стенде по дистанционной резке металлоконструкций

Мобильный лазерный комплекс МЛТК-5 был выполнен в виде нескольких блоков, установленных на автомобильном полуприцепе (общий вес около 11 тонн) и пригодных для сравнительно простой перевозки к месту использования. При необходимости компоненты комплекса могут быть быстро доставлены в нужное место и подготовлены к работе. Обслуживающий персонал из 2-3 человек может подготовить установку к работе за полтора-два часа. Возможности МЛТК-5 позволяют генерировать лазерное излучение мощностью от 0,5 до 5 кВт с длиной волны 10,6 мкм. Потребляя порядка 150 кВт электроэнергии (380 В, 50 Гц), комплекс МЛТК-5 может воздействовать на объекты на расстоянии около 30 метров. Допустимое время непрерывной работы лазера достигает 8-10 часов.

Основная задача комплекса МЛТК-5 – дистанционная резка и сварка различных конструкций. Мощность используемого лазера позволяет на расстоянии в несколько десятков метров оказывать разрушающее воздействие на различные объекты. Однако исследования показали, что МЛТК-5 и подобные ему системы могут использоваться и для выполнения других задач. Так, исследована возможность очистки поверхностей от разнообразных загрязнений: технологических отложений, краски и т.д. с помощью т.н. лазерного шелушения. Эта же технология позволяет очищать водную поверхность от нефтяной пленки. Таким образом, фактический спектр задач, которые могут решаться при помощи мобильных лазерных комплексов, гораздо шире, чем может показаться на первый взгляд.

Разработка комплекса МЛТК-50 осуществлялась Троицким институтом инновационных и термоядерных исследований в сотрудничестве с компанией «Газпром». Главной задачей при разработке этого проекта было создание мобильного лазерного комплекса, способного резать металлические и железобетонные конструкции. Техника, способная разрезать разнообразные конструкции на удалении от них, предлагалась для использования в аварийных работах на фонтанирующих газовых или нефтяных скважинах.

В качестве основы для установки МЛТК-50 был избран импульсно-периодический электроионизационный лазер, использующий в качестве рабочего тела газовую смесь. Смесь состоит из атмосферного воздуха с пятипроцентной добавкой углекислого газа. Газовая смесь прокачивается через рабочую камеру со скоростью порядка 8 кг в секунду. При этом газовый поток развивает скорость до 50 м/с. Для перекачки газовой смеси с такой скоростью понадобилось создать насос на основе серийного авиационного двигателя. Газотурбинный агрегат располагается таким образом, что рабочая камера лазера оказывается в его воздухозаборном устройстве. 50-киловаттный лазер и сопряженное с ним оборудование были помещены на два автомобильных полуприцепа. Первый является базой для собственно лазера и телескопа системы наведения луча. Второй полуприцеп, в свою очередь, несет систему прокачки и ряд других вспомогательных компонентов комплекса. Общий вес двух полуприцепов комплекса МЛТК-50 приближается к 50 тоннам. Мобильный комплекс может перевозиться по железной дороге в специальных контейнерах.

По прибытии на место работы обслуживающий персонал из трех человек в течение нескольких часов может подготовить комплекс МЛТК-50 к работе. Во время работы установка требует электропитание мощностью около 750 кВт. 50-киловаттный лазерный луч может фокусироваться на расстоянии от 20 до 80 метров от комплекса. Лазер комплекса может непрерывно работать не более 10 минут, после чего требуется 20-минутный перерыв. В таком режиме установка может разрезать металлические и железобетонные конструкции, выполняя поставленную задачу. Компания «Газпром» получила несколько комплектов системы МЛТК-50.

Следующий мобильный лазерный технологический комплекс создавался в интересах госкорпорации «Росатом». Установка МЛТК-2 разрабатывалась не только для дистанционной резки различных конструкций, но и для дезактивации поверхностей. Комплекс МЛТК-2 состоит из двух модулей размером 2х2х2 метра, которые вместе весят не более 2 тонн. Волоконный лазер мощностью 2 кВт, применяемый в этом комплексе, может разрезать металлические детали толщиной до 20 мм на расстоянии около 6 метров от выходной оптической головки. Имеется возможность вынести последнюю на расстояние в несколько десятков метров от основных модулей комплекса.

• 
• Блок-схема лазерного технологического комплекса МЛТК-20

Мобильный комплекс МЛТК-2 используется не только «Росатомом», но и ГНЦ РФ ТРИНИТИ. Предприятие-изготовитель, доработав исходный комплекс, создало участок коммерческой резки металлов. По желанию заказчика новая установка способна резать листы из черных или цветных металлов толщиной не более 14 мм.

Дальнейшим развитием модульных мобильных лазерных комплексов стала система МЛТК-3. В ее составе имеются сразу три источника излучения мощностью по 1 кВт. Каждый из этих источников излучения оснащается собственной системой охлаждения. Генерируемое излучение трех источников по оптоволоконным кабелям передается в систему формирования и позиционирования луча. Этот блок отвечает за объединение нескольких лучей в один и наведение его на необходимый объект. Характерной особенностью комплекса МЛТК-3 является его архитектура. Он разделен на семь модулей, каждый из которых весит не более 100 кг. Благодаря этому облегчается перевозка и использование всего комплекса.

Последним на данный момент мобильным лазерным комплексом, созданным в Троицком институте инновационных и термоядерных исследований, стал МЛТК-20, разработанный по заказу «Газпрома». По своей архитектуре он напоминает описанный выше МЛТК-3. МЛТК-20 состоит из четырех контейнеров размером 2х2х2 метра весом порядка двух тонн каждый. Три блока из четырех оснащаются иттербиевыми волоконными лазерами с регулируемой мощностью (от 0,5 до 8 кВт) и системами их охлаждения. Эти три блока связаны с четвертым при помощи оптоволоконного тракта. В четвертом блоке располагается формирующий телескоп, системы наведения луча и рабочее место оператора.

• 
• Лазерный технологический комплекс МЛТК-2

На развертывание комплекса МЛТК-20 после доставки на место работы требуется не более получаса. За это время обслуживающий персонал должен подключить все кабели и запустить оборудование. Оптоволоконные кабели, используемые в комплексе МЛТК-20, позволяют размещать блоки с источниками излучения на удалении до 90 метров от блока с формирующим телескопом. Телескоп способен фокусировать лазерный луч на дистанциях от 20 до 70 метров. На максимальной мощности комплекс МЛТК-20 способен разрезать металлические конструкции толщиной более 50 мм. В зависимости от толщины разрезаемого металла скорость резки может достигать двух метров в час. Модульная архитектура позволяет использовать комплекс МЛТК-20 в различной комплектации. Определенные задачи могут выполняться при помощи одного блока с источником излучения и одного с формирующим телескопом. Кроме того, возможно наращивание мощности за счет использования дополнительных блоков с лазерным оборудованием.

В 2011 году комплекс МЛТК-20 несколько раз показал свои «умения». Так, в мае в учебно-тренировочном центре «Досанг» (Астраханская область), принадлежащем компании «Газпром», прошли испытания новой лазерной установки. В программу испытаний входила дистанционная разделительная резка газовой арматуры с толщиной стенки 50 мм. С расстояния 40 метров лазерный комплекс успешно разрезал трубу условной скважины. Кроме того, эти испытания показали возможность эксплуатации лазерного комплекса после транспортировки на большие расстояния.

МЛТК-20. Лазерные блоки 1,2,3

В июле 2011 года комплекс МЛТК-20 был опробован в условиях реальной ремонтной операции. Установку было решено отправить в Ямало-Ненецкий автономный округ, где произошла авария на скважине №506 Западно-Таркосалинского газового месторождения. После пути длиной свыше 4000 километров лазерный комплекс был смонтирован возле аварийной скважины и вскоре начал свою работу. Для продолжения работ по ликвидации аварии необходимо было демонтировать металлические конструкции общим весом около 240 тонн, которые мешали газовикам работать с использованием штатных средств. Мощное тепловое излучение от газового факела не позволило установить формирующий телескоп на рекомендованном расстоянии не более 50 метров от поврежденных конструкций. По этой причине основные работы велись с дистанции 70 метров. За 30 часов комплекс МЛТК-20 разрезал все необходимые конструкции, после чего началось тушение пожара.

Газовая арматура после разделительной лазерной резки (толщина стенки 50 мм)

Блок телескопов, выдвинутый на дистанцию 50 метров от объекта

Ребро несущей опоры вышки, разрезанное лазером

Срезанный фланец фонтанной трубы скважины

Автор Рябов Кирилл

Кстати, а вы знали, что на «Сделано у нас» статьи публикуют посетители, такие же как и вы? И никакой премодерации, согласований и разрешений! Любой может добавить новость. А лучшие попадут в телеграмм @sdelanounas_ru. Подробнее о том как работает наш сайт здесь👈