Для развития авиации и космонавтики требуются редкие и редкоземельные металлы

Г.Шибанов

Спустя 18 лет после безукоризненной автоматической посадки воздушно-космического корабля «Буран» в США продемонстрирована столь же безукоризненная посадка в автоматическом режиме воздушно-космического самолёта Х-37, который до этого около полутора лет находился на орбите Земли.

Обращает на себя внимание тот факт, что масса и размеры Х-37 оказались почти на порядок меньше того, что было характерно для посадочной ступени Space Shuttle и корабля «Буран». Это говорит о том, что специалисты США в значительной мере продвинулись в области совершенствования гиперзвуковых технологий и, в частности, в создании многорежимных газотурбинных двигателей, способных работать как на дозвуковых, так и  гиперзвуковых скоростях полёта, в удачной для гиперзвуковых скоростей интеграции планера с силовой установкой, в обеспечении теплового баланса как снаружи, так и внутри Х-37, и , наконец, в вопросах минимизации массогабаритных характеристик всех компонентов системы управления. Все эти успехи являются следствием колоссальных достижений в области материаловедения и электроники.

Анализ показывает, что такого рода достижения получены за счёт интенсивного использования различного типа сплавов, в которых применяются редкие и редкоземельные металлы.

Проблема редких и редкоземельных металлов носит критический характер. Без них, в частности, по мнению В. Гутенева (журнал «Редкие земли», №1, www/rareeath.ru), невозможно внедрение 14 из 27 критических технологий, перечисленных в Указе Президента РФ (http://www.kremlin.ru/ref_notes/988).

Российская промышленность (в основном оборонно-промышленный комплекс) потребляет редкоземельных металлов доли процента от того, что используется другими высокоразвитыми странами мира, и лишь таких как рений, висмут и ряд других, которые у нас не производятся. Вместе с тем, рений, например, является незаменимым компонентом жаропрочных никелевых сплавов, способных работать в экстремальных условиях реактивных двигателей и при температурах порядка 12000С. Сплавы рения с тугоплавкими металлами – вольфрамом, молибденом, танталом – работают при температурах порядка 2200-30000С, что позволяет использовать их для изготовления ракетных сопел, носовых насадок воздушно-космических аппаратов и их теплозащитных экранов. Покрытие рением лопаток компрессоров и турбин авиационных газотурбинных двигателей позволяет поднять рабочие температуры до 2300-26000С, и при той же тяге существенно уменьшить массогабаритные характеристики двигателей. В силовых элементах электроавтоматики использование добавок тория в медь позволяет на порядок увеличить их прочность и при этом сохранить присущую меди хорошую электропроводность. Добавка же ниобия обеспечивает увеличение в разы электропроводности и снижение в несколько раз массы конструкции при сохранении той же прочности. Конструкционные материалы на основе стали при добавлении в них ниобия оказываются морозостойкими и не теряют своих характеристик прочности в условиях колебаний температур в пределах нескольких сотен градусов.

Для снижения массы конструкции внутренних силовых элементов воздушно-космических аппаратов в разы специалисты США, по-видимому, использовали лёгкие сплавы на основе бериллия. Представляется также, что все высоконадёжные пружины и пружинящие контакты бортовой автоматики выполнены из бериллиевой бронзы, которая имеет исключительно высокую электропроводность и стабильную упругость в условиях колебаний температур.

Дальнейшее повышение качества бортовой электроники и её миниатюризации невозможно без таких редкоземельных элементов как диспрозий, тербий, неодим, иттрий, празеодим и европий.

Все это говорит о том, что без массового использования редких и редкоземельных металлов дальнейший прогресс в авиационно-космической отрасли практически невозможен.

Однако после распада СССР, который по добыче редкоземельных элементов занимал одно из ведущих мест в мире, редкоземельная промышленность практически прекратила своё существование, поскольку основные мощности по добыче, обогащению руды и получению конечных продуктов оказались в Казахстане, Таджикистане, Киргизии, Армении и Эстонии. Основными поставщиками редкоземельных элементов стали Китай и Казахстан, а основными потребителями – Китай (54%), Южная Корея (24%), Германия и Франция (13%), США (8%). Кстати, Китай в настоящее время использует рений лишь для внутреннего потребления и перестал поставлять его на экспорт во все страны, в том числе и в Россию.

Поэтому мы вынуждены импортировать редкоземельные элементы (далеко не все, которые нам необходимы для развития авиационно-космической отрасли) из Казахстана, что является фактором риска для успешного развития авиационно-космической отрасли и национальной безопасности России. Этот риск обусловлен в первую очередь тем, что предприятия редкоземельной промышленности Казахстана стали совместными с компаниями Японии, Китая, а основным месторождением Киргизии владеет одна из компаний Канады.

России не остаётся другого пути, как только развивать собственное производство промышленности редких и редкоземельных металлов и продолжать сотрудничество в этой области со странами Таможенного союза. Тем более что в России имеется, по меньшей мере, шесть разведанных месторождений таких металлов (Ловозёрское, Катугинское,  Зашихинское, Белозиминское, Томторское и Чуктуконское) и такой перспективный источник рения, как вулкан Кудрявый на острове Итуруп Курильской гряды. Парогазовые выбросы данного вулкана ежегодно позволяют получить до 20 тонн рения. Рений также содержится в вулканических породах, покрывающих склон вулкана, где он конденсируется в виде паров сульфида рения. Из шести перечисленных выше месторождений в настоящее время функционирует лишь одно – Ловозёрское, годовая производительность которого составляет 6 тысяч тонн рудных (лопаритовых) концентратов. Переработка их осуществляется на Соликамском магниевом заводе, после которой получается порядка 1,5 тысяч тонн концентрата редкоземельных металлов. Дальнейшая его переработка до разделения оксидов редкоземельных металлов осуществляется ТОО «Иртышская редкоземельная компания» (Казахстан) и до недавнего времени осуществлялась также АО «Сидмет» (Эстония). Однако эстонское предприятие в 2013 году куплено одной из компаний США.

В России, к сожалению, производство разделённых редкоземельных металлов отсутствует. И как бы мы ни старались производить большие объёмы концентрата редкоземельных металлов, без создания современных разделительных мощностей редкоземельная отрасль не получит дальнейшего развития, а без неё, как это отмечалось выше, невозможно развитие и авиационно-космической отрасли.

Учитывая большую затратность работ по восстановлению в стране редкоземельной отрасли промышленности и её низкую рентабельность в первые годы освоения месторождений, надеяться на частных инвесторов не приходится. Необходимо, чтобы отрасль возрождалась под эгидой государства со строжайшим контролем со стороны военно-промышленной комиссии Правительства.

Георгий ШИБАНОВ, доктор технических наук профессор, заслуженный деятель науки и техники РФ

1 Комментарий для Для развития авиации и космонавтики требуются редкие и редкоземельные металлы

1 Trackbacks & Pingbacks

  1. Для развития авиации и космонавтики требуются редкие и редкоземельные металлы | Авиапанорама

Написать ответ

Выш Mail не будет опубликован


*


Рейтинг@Mail.ru Яндекс.Метрика