Экспертное заключение подготовлено по итогам сессии ФБТ-2025 «Конструкционные и функциональные материалы для транспортного машиностроения».
Развитие транспортного машиностроения сегодня неразрывно связано с созданием и внедрением новейших высокотехнологичных материалов. В мировой практике композиты уже во многом вытесняют традиционный металл — как сталь, так и алюминиевые сплавы
[1]. Корпуса многих современных автомобилей, включая грузовую технику, изготавливаются из легких и прочных углепластиков, а в судостроении и авиастроении полимерные композитные материалы стали одним из основных конструкционных решений. Без новых материалов отечественному транспортному машиностроению сложно совершить технологический рывок и обеспечить конкурентоспособность продукции на мировых рынках. Этот приоритет отражается и на государственном уровне: в Послании Федеральному Собранию 2024 года Президент Владимир Путин подчеркнул необходимость обновления парка техники (например, замены авиапарка отечественными самолетами, отвечающими современным требованиям по качеству и безопасности)
[2], что невозможно без применения передовых материалов и технологий.
Во-первых, композиционные материалы позволяют существенно повысить эффективность и технические характеристики транспортных средств. Благодаря высокому отношению прочности к массе композиты облегчают конструкции, снижая расход топлива и выбросы. В авиации доля композитов в новейших лайнерах достигает 50% массы конструкции, что дает снижение веса самолёта на 20–25%. Российский самолет МС-21 стал первым среднемагистральным лайнером с полностью композитным крылом, что обеспечило экономию топлива около 8% по сравнению с аналогами. Общая доля композитов в конструкции МС-21 достигает ~40% — рекордный показатель для самолётов данного класса, открывающий новые возможности для аэродинамики и комфорта пассажиров. В кораблестроении использование стеклопластиков делает суда легче и устойчивее к коррозии; такие корабли требуют реже доковых ремонтов и потребляют меньше горючего. Композитная «пластиковая броня» к тому же более стойка к повреждениям, чем сталь. Эти преимущества обусловливают расширение применения новых материалов: композиты уже составляют порядка 30% материалов, применяемых в транспортной отрасли мира, и их роль будет расти по мере развития электротранспорта и стремления к повышению энергоэффективности
[3]. Помимо конструкционных композитов, все более актуальны и функциональные материалы — специальные покрытия, смазочные материалы, клеевые соединения и др., которые повышают надежность и долговечность техники.
Во-вторых, инновационные материалы становятся основой перехода к следующему поколению транспортной техники. Эксперты отмечают, что уровень новизны продукта напрямую зависит от доли новых материалов в его составе. Высокотехнологичный продукт можно считать инновационным, если более 80% его компонентов созданы с использованием новых материалов. Каждое новое поколение летательных аппаратов характеризуется применением иных, более совершенных материалов. Например, современные алюминиевые сплавы значительно превосходят по свойствам сплавы 30-летней давности. Переход на новые технологические уклады (будь то авиация, двигателестроение, судостроение или автомобильная промышленность) сопровождается созданием специальных материалов под задачи отрасли. Так, для развития газотурбинных авиационных двигателей освоены технологии монокристаллического литья лопаток турбин, а к 2030–2035 годам планируется увеличить долю композиционных материалов в структуре авиационных двигателей до ~30% (с ~10% сегодня).
Все участники сессии согласились и с необходимостью развития аддитивных технологий (3D-печать) которые также рассматриваются как ключ к научно-техническому прогрессу в XXI веке. Однако их эффективность зависит от появления качественных материалов для печати — порошков, нитей и термопластичных композитов. На рынке уже востребованы изделия из современных термопластов, и предстоит наладить отечественное производство сырья для них, чтобы не отставать в глобальном технологическом соревновании.
Вызовы и проблемы внедрения новых материалов.
Широкое внедрение новых материалов сталкивается с серьезными вызовами. Одной из проблем является высокая себестоимость композитов по сравнению с традиционными материалами — особенно углеволокна и связующих, что удорожает конечный продукт [1], [3]. Многие заказчики оценивают лишь прямые затраты и могут отказаться от композитов из-за их большей начальной стоимости (на 10–15% выше, чем у стали в случае судовых конструкций), не учитывая выгоды на протяжении жизненного цикла.
Еще один вызов — технический и научный: поведение композитных конструкций сложнее прогнозировать. Этому вопросу было посвящено выступление директора Центра композитных конструкций Московского авиационного института Егора Назарова. В отличие от металлов, у композитов разрушение может происходить нетипичным образом: детали нередко выходят из строя не там и не так, как предполагалось расчетами. На их прочность влияет множество факторов (вплоть до характера крепежа), и стандартные методики прочностных и вибрационных расчетов требуют адаптации под новые материалы. Отсутствие развитой испытательной базы тоже тормозит прогресс: отмечалось, например, что в шинной отрасли разрушена стендовая база НИИ шинной промышленности, что затрудняет внедрение новых составов резиновых композитов. Наконец, зависимость от импорта функциональных материалов (специальных смазок, клеев, присадок) и оборудования для их производства создает риски для технологического суверенитета отрасли. Импортозамещение этих позиций стало насущной задачей, требующей внимания наряду с развитием собственно композитов.
Технологический барьер: работа с композитами требует новой производственной и испытательной инфраструктуры. Крупногабаритные детали (например, крыла самолетов) из углепластика изготавливаются по технологиям вакуумной инфузии или автоклавного формования, что требует значительных инвестиций. Хотя в России принята «дорожная карта» развития композитной отрасли (планировалось достичь объема производства 120 млрд руб. к 2020 г. и принять сотни новых стандартов и регламентов
[4], сохраняется дефицит испытательных и производственных мощностей. Существует проблема сертификации изделий из композитов. Кроме всего, как отметил в своем выступлении главный инженер АО «Центральное морское конструкторское бюро «Алмаз» Михаил Алешин, производственные предприятия вынуждены заниматься реинжинирингом, возрождением технологий еще советского времени. Между тем, на сегодняшний день АО «Алмаз» является лидером в области стеклопластикового судостроения в частности в методе вакуумной инфузии.
Научно-инженерный барьер: проектирование изделий из композитных материалов пока менее предсказуемо, чем из металлов. Кадровый и организационный барьер: успешное внедрение новых материалов требует тесной кооперации между материаловедами и инженерами-конструкторами. Исторически, в советском авиапроме требования к материалам формулировались самими разработчиками техники, после чего исследовательские лаборатории подключались к созданию материала под эти требования. Сейчас же часто наблюдается разрыв между разработкой материалов и их реальным применением в проектах. Необходимо преодолевать консерватизм проектных бюро — как отмечалось, многим проще использовать проверенные металл и сплавы, чем перестраивать расчеты и производство под композиты. Для этого нужны новые образовательные программы и обмен опытом между отраслями.
Перспективы и рекомендации по раскрытию потенциала композитов.
Участники сессии выразили уверенность, что преодоление перечисленных проблем позволит в полной мере раскрыть потенциал новых материалов в транспортном машиностроении. Во-первых, необходима системная государственная поддержка развития материаловедческой базы. Примером послужил проект композитного крыла МС-21: благодаря государственной программе был создан полный цикл производства отечественных углепластиков (разработкой занимались Росатом и МГУ) и инвестировано 4,4 млрд руб. в новые материалы
[5]. В результате санкционного давления удалось ответить технологическим прорывом — доказано, что российские предприятия способны производить композиты мирового уровня, что было отмечено Президентом России В.В. Путиным
[6]. Аналогично, для кораблестроения и автопрома требуются инвестиции в изготовление негорючих композитов (с эффективными антипиренами) и других специальных материалов, чтобы устранить зависимость от импорта. Во-вторых, следует развивать нормативную и испытательную базу. К 2025 году в России предприняты шаги по стандартизации: еще в 2014-м был запущен процесс создания сотен новых стандартов для композитной отрасли. Этот курс нужно продолжить, актуализируя нормативы под быстрое появление новых материалов и технологий (аддитивные методы, наномодифицированные композиты и др.). Необходимо восстановить и создавать новые центры испытаний — от лабораторий прочности композитных конструкций до стендов для климатических, вибрационных и ресурсных испытаний. В-третьих, важно внедрять интегрированные подходы к проектированию. Концепция «электронного паспорта» изделия, озвученная экспертами, предполагает сопровождение каждой критически важной детали (например, из композитного материала) цифровой моделью, в которой отражены особенности производства и эксплуатации. Такой цифровой двойник позволит отслеживать накопление повреждений и усталости в режиме реального времени и планировать профилактическое обслуживание. Кроме того, уже на стадии конструирования следует учитывать специфику новых материалов — их анизотропию, чувствительность к концентратам напряжений, необходимость специальных крепежных решений и т.д. Современные программные комплексы (CAE-системы) должны оснащаться модулями для точного моделирования композитов, обучению инженеров работе с ними следует уделять особое внимание. В-четвертых, стимулирование спроса и кооперации. Госзаказ и крупные индустриальные проекты могут послужить локомотивом спроса на новую материализацию. При постройке гражданских судов, поездов, инфраструктуры рекомендуется учитывать стоимость жизненного цикла, чтобы экономическая эффективность композитов была очевидна заказчику. Показательно, что даже в традиционных отраслях, таких как железнодорожное машиностроение, инновационные материалы нашли применение (вагоны с полимерными компонентами) — значит, существует успешный опыт, который можно расширять. Важна и конкуренция идей: развитие рынка производителей композитных изделий и проектных организаций, готовых работать с новыми материалами, преодолеет технологическую инерцию. Проведение специализированных форумов, обмен лучшими практиками и реализация пилотных проектов в транспортном машиностроении создают основу для формирования профессионального сообщества, продвигающего композиты.
Выводы
Конструкционные и функциональные материалы нового поколения способны стать одним из главных драйверов развития транспорта в ближайшие десятилетия. Их применение обеспечивает рост эффективности, безопасности и экологичности транспортных средств, а также укрепляет технологический суверенитет страны. Преодоление существующих барьеров — от высокой стоимости и недостатка стандартов до инженерных вызовов — требует совместных усилий государства, науки и бизнеса. Как показала сессия Форума будущих технологий 2025, в России уже накоплен значительный задел: есть примеры мирового уровня (композитное крыло самолета, лидерство в вакуумной инфузии для судостроения и др.), понимание проблем и конкретные планы по наращиванию доли инновационных материалов в отрасли. Реализация этих планов — будь то достижение 30% композитов в авиационных двигателях к 2035 году, создание новых материалов для аддитивных технологий или импортозамещение критических функциональных компонентов — станет залогом конкурентоспособности российского транспортного машиностроения на глобальной арене. По оценкам экспертов, успешная материализация транспортной отрасли обеспечит ей значительный технологический рывок, снижение зависимости от внешних факторов и переход в число мировых лидеров инновационного развития.
Источники и примечания:
1. Композитные материалы в мировом транспортном машиностроении и опыт России /Российская газета
https://rg.ru/2014/04/17/kompozit.html, 17.04.2017
2. В послании Федеральному Собранию Владимир Путин уделил особое внимание развитию транспортного комплекса/ Министерство транспорта Российской Федерации,
https://mintrans.gov.ru/press-center/news/11137, 29.02.2024.
3. Composites Market Overview: Trends, Growth, and Forecast (2025–2033)// Chemicals & Materials
https://www.globalgrowthinsights.com/market-reports/composites-market-107050, 11.02.2025
4. Распоряжение Правительства РФ от 24.07.2013 N 1307-р «Об утверждении плана мероприятий („дорожной карты“) „Развитие отрасли производства композитных материалов“»/ Распоряжение Правительства Российской Федерации от 24.07.2013 № 1307-р
http://publication.pravo.gov.ru/document/0001201307290011 29.07.2013.
5. Российские крылья: как создавались композитные материалы для лайнера МС-21/ RT на русском,
https://russian.rt.com/russia/article/942859-kompozity-ms-21-krylo-pervyi-polyot, 26.12.2021.
6. Путин рассказал об успехах России в создании композитных материалов/ Газета.ру,
https://www.gazeta.ru/tech/news/2024/07/09/23424265.shtml?refresh, 09.-7.2024.
Экспертные аналитические заключения по итогам сессий деловой программы Форума и любые рекомендации, предоставленные экспертами и опубликованные на сайте Фонда Росконгресс являются выражением мнения данных специалистов, основанном, среди прочего, на толковании ими действующего законодательства, по поводу которого дается заключение. Указанная точка зрения может не совпадать с точкой зрения руководства и/или специалистов Фонда Росконгресс, представителей налоговых, судебных, иных контролирующих органов, а равно и с мнением третьих лиц, включая иных специалистов. Фонд Росконгресс не несет ответственности за недостоверность публикуемых данных и любые возможные убытки, понесенные лицами в результате применения публикуемых заключений и следования таким рекомендациям.
