Първият, който купи нашия патент, беше Стив Джобс - Законът на времето
Какво общо имат Стив Джобс и неговите айфони с лазерната технология, разработена в България, как създателите на този лазер убедиха скептиците, които не вярват във възможността за пробиване на лед с лазер, и как тези технологии могат да спасят от наводнения и нефтени разливи, в интервю за в. ВЗГЛЯД първи заместник генерален директор по научноизследователска и развойна дейност и иновативно развитие на холдинга Швабе, д-р на техническите науки, гл. каза проф. Сергей Попов.
ВЪПРОС: Как се роди тази идея - да се създаде лазерна машина за рязане на лед?
Сергей Попов: Всичко започна през 2011 г., когато в телевизионен репортаж беше показана операция в Арктика за освобождаване на кораб от леден плен на два от най-мощните ледоразбивачи. И заедно с учени и лазерни инженери от Изследователския център по астрофизика помислихме как да направим развитието на Арктика по-ефективно с помощта на лазер. Как можем да помогнем за безпроблемното транспортиране на минерали и доставката на минно оборудване в суровия климат на Северния ледовит океан?
Прототипът на идеята за рязане на лед с лазер може да се нарече технология, която по-рано разработихме и която сега се използва от почти всички. Но малко хора знаят, че това е домашна технология. Стив Джобс беше първият, който забеляза това изобретение и купи нашия патент. Сега
всички екрани на iPhone и iPad се изрязват по нашия метод и оборудване. Ниение използваме това изобретение за индустрията, а Стив Джобс - за масовия потребител.
ИЗГЛЕД: И как работи тази технология при рязане на лед? Вероятно един от недостатъците е необходимостта от огромна мощност за работата на лазерната машина при рязане на лед?
S. P.: Много хора наистина смятат, че рязането на лед с лазер е невъзможно поради ниската топлопроводимост на леда, превръщането на водата в пара и други фактори. Или по-скоро е възможно, но за да изрежете лед с дебелина само 20 см, ще трябва да изразходвате мощността, която произвеждат две електроцентрали. Всъщност това е като да режете стъкло с ножовка: изразходвани са много усилия, но малко смисъл. Как се реже стъкло в нормални домашни условия? Диамантен или стъклорежещ диск, преминавайки по повърхността на стъклото, оставя драскотина, от която се ражда пукнатина. За рязане на стъкло с дебелина 5 mm е достатъчна пукнатина от 0,05 mm. Технологията за разбиване на лед е подобна на технологията за рязане на стъкло.
Друг важен момент за разбирането на технологията. Как в момента се преодоляват ледените препятствия? Ледоразбивачът набира скорост и със своята гравитация, отчитайки клиновидната носова част, пробива и разбутва леда.
Същността на изобретението е в това
ледът се нарязва с лазерен лъч, подобно на резачка за стъкло, в онези места, където се появяват точки на концентрация на напрежение, по които ледът се счупва.
За да направим това, не е нужно да режем целия лед, като стъкло с ножовка, трябва само да го отрежем, като резачка за стъкло, на една десета от дебелината на леда. Следователно лазерната инсталация не се нуждае от много мощност. Оптичното изчисляване и производството на лазерни глави е изкуство. Нашето ноу-хау е да формираме сноп от лъчи, които ще режат леда на дадено разстояние от ледоразбивача.
S. П.: Първо моделирахме този методматематически. След това те проведоха експерименти с лед, замразен в хладилник от обикновена вода. Боде без проблеми. Но редица учени ни възразиха: солената вода замръзва в северните морета, така че в леда има водни включвания. Това е така нареченият пакет (хетерогенен) лед.
Шест месеца след това разработихме тази технология в Централния изследователски институт в Санкт Петербург. Академик А. Н. Крилов. Има голям басейн за определяне на хидродинамичните характеристики на корабни модели с дължина до 3 метра, където могат да се създават ледови условия. И беше проведен експеримент с лазерна инсталация върху модел на ледоразбивач в умален мащаб. Резултатът също беше положителен.
ИЗГЛЕД: Колко дълбоко сте напукали леда?
S. П.: На разстояние 10 метра от кораба има пакетов лед с дебелина метър. Все още не съм опитвал повече.
ИЗГЛЕД: Къде ще бъде разположена лазерната система на кораба?
S. P.: По някаква причина всички смятат, че лазерната инсталация трябва да бъде на носа на кораба. Всъщност може да е навсякъде. Може да се фиксира на горната палуба или вътре. А лазерното лъчение се предава през оптичен кабел с голям диаметър.
S. П.: Има много от тях и за това се нуждаем от пълномащабен експеримент. Например, вибрациите идват от ледоразбивач. В идеалния случай лазерният лъч се движи по права линия, но на практика, ако източникът, върху който е инсталиран лазерът, вибрира, тогава можем да получим различна картина. Опитахме се да вземем предвид вибрациите математически, стигнахме до жиростабилизация на лазерната глава. Стабилизацията на жироскопа обикновено е нашата силна страна, знаем как да го направим. Не е фактът, че на практика всичко ще бъде едно към едно, както на теория. Затова не мога да кажа, че утре всичко ще работи. Но съм сигурен, че ще се получи. Просто трябва да практикувамтествайте и подобрявайте.
ВЗГЛЯД: Какво е практическото значение на такава лазерна инсталация? Посочено ли е, че това ще увеличи ледоразбиващия капацитет и класа на ледоразбивача?
S. P.: Ледоразбивачът Arktika може да пробие лед с дълбочина 3,5 метра, тъй като има мощна електроцентрала и огромна маса. И има малки плавателни съдове, които могат да преминат лед с дълбочина не повече от 1 метър. Но с помощта на лазерна система те ще могат без голямо натоварване да преодолеят леда с дълбочина вече до 1,5-2 метра. Формално класът на плавателния съд е повишен. От това ледоразбивачът няма да стане по-тежък и по-мощен, но способността му да преодолява леденото поле ще се увеличи.
ВЗГЛЯД: Държавата, в рамките на Държавната програма за развитие на Арктика, инвестира много в изграждането на скъпи мощни ледоразбивачи. Но ако една лазерна система е в състояние да повиши класа на ледоразбивач, тогава може би толкова скъпи вече не са необходими, достатъчни ли са ледоразбивачи от малък клас?
S. П: Интересен въпрос. Мисля, че големи кораби от клас Арктика все още ще са необходими. Въпреки високото ниво на научно прогнозиране, не винаги е възможно да се изчисли напълно дълбочината и движението на леденото поле. От време на време ледът все още стиска корабите. Например по пътя на ледоразбивач се е появил по-дебел лед с проникване на лед до 1,5 метра дълбочина и трябва да се организира скъпа спасителна експедиция, за да се освободи от ледения плен. А наличието на такава лазерна система ще помогне на ледоразбивача да поддържа проходимост при по-сурови метеорологични условия, отколкото са изчислили метеоролозите, което ще намали броя на спасителните операции.
Според икономически изчисления лазерната инсталация, монтирана на кораби, ще намали транспортните разходи по Северния морски път и при усвояването на арктическия шелф. Например, ние считаме, че затранспортиране в Карско море, вместо три атомни ледоразбивача тип „Арктика“ и два атомни ледоразбивача тип „Таймир“ ще са достатъчни три ледоразбивача с лазерен комплекс. Тоест вместо огромни ледоразбивачи ще са достатъчни ледоразбивачи от по-малък клас. Нашата технология ще помогне да се постигнат по-бързо поставените от държавата задачи: да се увеличи сезонът за превоз на кораби по Северния морски път, да се превърне в целогодишен, а също и да се увеличи товарооборотът.
ПРЕГЛЕД: Има ли други приложения на тази технология?
S. П.: Директно „изцедихме“ друга разработка от същия лазер. На базата на същия лазер се появи още една идея за нова разработка. Помага бързо да се справите с петролни разливи върху водата. Сега масленият филм се събира със специално оборудване. В Мексиканския залив те се опитаха да съберат разлят петрол по различни начини в продължение на дълъг период от време, поради което бяха нанесени огромни щети на природата, много риби, морски животни и птици умряха. А с помощта на лазерна инсталация този проблем може да се реши много по-бързо.
Проведохме експериментални тестове с малки петролни разливи - няколкостотин квадратни метра петролни замърсявания могат да бъдат отстранени на час.
Лъчът на лазерния модул се насочва към петното и се фокусира точно под повърхността на водата, след което масленото петно светва и се издига нагоре заедно с парата. Сместа пара-вода изгаря почти без остатък. Продуктите от горенето са минимални. Той е екологичен: нищо не се случва под повърхността на водата. Тази технология е разработена и патентована.
Има песимисти, които смятат, че ако по този начин се изгори голяма площ от разлят петрол, ще се получи нефтен облак. Но просто трябва да намерите средно положение, така че петролът върху водата да гори по контролиран начин. И за това трябвапрактически тестове.
Ние показахме тази разработка на маслоджиите. Те искат готовия продукт. Но готовият продукт изисква инвестиции и това все още е само развитие.
Друго наше изобретение може да помогне при контрола на наводненията. В България има много северни реки и всяка пролет при техните устия ледът се размразява по-късно, отколкото в южните ширини, стават наводнения. За да ги предотврати, Министерството на извънредните ситуации провежда мерки за подкопаване на леда с помощта на авиация, както и специалисти в тази област, за да смачка леденото поле и да повиши нивото на водата. Това не са най-екологичните и безопасни за морските обитатели методи за контрол.
Предлагаме да инсталираме лазерна система на кораб на въздушна възглавница за свободно движение по лед. И с помощта на лазер създайте пукнатини в леденото поле по два диагонала. След това ледоразбивач влиза в устието на реките и разбива отслабналия лед. Вече сме се разбрали предварително с Министерството на извънредните ситуации за провеждане на такива пълномащабни тестове.
ВЗГЛЯД: Има ли вече потенциални клиенти за лазерни системи?
След представянето на лазерната инсталация на конференцията за контрол на наводненията представители на Министерството на извънредните ситуации, както и правителството на Якутска област, изразиха интерес към тази разработка. Понастоящем етапът на научно изследване и на трите изобретения е завършен, но все още няма масово производство. Необходимо е да завършите фазата на разработка.
ВЗГЛЯД: Има ли експортен потенциал?
S. П.: След провеждане на експерименти в Института на името на академик А.П. Крилов, проектът беше представен през 2013 г. за конкурс в Женева, където беше награден със златен медал на Международния салон за иновации Inventions Geneva. На същото събитие представители на канадската фирма се заинтересуваха от разработката. Ледените условия в Канада са многоподобен. След налагането на санкциите обаче взаимодействието е прекратено.
През 2017 г. към проекта се заинтересуваха и представители на Китайската народна република.
ГЛЕД: Колко време мина от началото на идеята?
S. P.: Идеята се зароди през 2011 г. и беше патентована през 2012 г. от нашата компания NCLSC "Astrophysics". Оттогава постепенно прилагаме този иновативен проект.
ГЛЕД: Няма достатъчно финансиране? Като част от държавната програма бяха отпуснати средства ...
S. П.: Парите, отделени за научни изследвания, не достигат. И тъй като успехът на този проект беше съмнителен за мнозина, отпуснатите средства бяха достатъчни само за моделиране.
ВИЖТЕ: И сега го вярвате?
S. П.: Вярвам. Но сега говорим за развойна работа, за практически тестове, които изискват нови инструменти. Докато се опитваме да намерим пари от различни източници. Поради факта, че средствата се отделят от различни канали, не можем да направим всичко това наведнъж. Сега се опитваме да се включим в програмата за развитие на морския транспорт до 2030 г. и да влезем в програмата за развитие на Арктика като отделен сегмент.
ВЗГЛЯД: Колко пари са необходими, за да доведе до масово производство проекта за лазерна система за ледоразбивачи и още два лазерни проекта?
S. П.: Това не е евтино удоволствие, но сумите далеч не са космически. Говорим за няколкостотин милиона рубли за проекта за ледоразбиване и приблизително същата сума е необходима за други два проекта - за премахване на нефтени петна по водата и разбиване на лед в устията на северните реки, за да се намали рискът от наводнения. И тогава, в рамките на една или две години, бихме могли да доведем и трите проекта до търговски продукт.
ПРЕГЛЕД: Колко ще струва готовият продукт?
S. П.: Неготов да разкаже. Но най-вероятно ще бъдат десетки милиони рубли. Лазерна система за ледоразбивач, която ще повиши неговия леден клас, ще струва само около 5% от цената на ледоразбивач.