Как защититься от климата

В преддверии Международной выставки «ГИДРОАВИАСАЛОН-2018» Генеральный директор ВИАМ, академик РАН Евгений  Николаевич Каблов рассказал журналу «Редкие земли» о том, как климат влияет на материалы и почему так важно незамедлительно заняться подготовкой специалистов по защите материалов от коррозии, старения и биоповреждений.

***

Климат и присущие ему факторы воздействия – солнечная радиация, температура, влажность воздуха, ветер – приводят к разрушению и коррозии конструкционных материалов, изделий и даже сложных технических систем. Что нужно сделать, чтобы не обрушались мосты и не обваливались крыши зданий, не ржавели корабли и не старели раньше времени самолеты? Как защитить экологию регионов и население от последствий аварий и катастроф, вызванных коррозией, старением и биоповреждением материалов? Каким образом спрогнозировать ресурс изделия, чтобы из-за коррозии и поломки крошечной детали не выходил из строя сложный механизм? Это не праздные вопросы, а задачи для специалистов по решению проблем обеспечения безопасности эксплуатации сложных технических систем.

Актуальность решения этих задач растет с каждым годом. По оценкам американских экспертов (в нашей стране подобные исследования не проводились), потери от разрушения материалов под действием климатических факторов в Российской Федерации составляют около 4% ВВП. Другие экономические расчеты показывают, что предупреждение разрушений, аварий и катастроф обходится значительно дешевле, чем их ликвидация. По данным авторитетной лаборатории G2MT Labs, только в 2016 году в США экономические потери от коррозии металлов составили 1,1 трлн долларов, что соответствует 3% ВВП (подобные показатели зарегистрированы в Великобритании и Германии). В то же время в Японии, благодаря целому комплексу эффективных профилактических мер, эта цифра в два раза меньше ? 1,5% ВВП.

Учеными установлено, что коррозия металлов, старение полимеров и лакокрасочных покрытий, биоповреждение материалов и технических изделий являются, в основном, естественными процессами, скорость протекания которых зависит от силы воздействия природных климатических факторов.

В технологически развитых странах особое внимание уделяется процессам квалификации и оценки климатического воздействия на материалы, мониторингу состояния конструкций и оборудования в условиях активного естественного природного развития процессов коррозии, старения и биоповреждения. При этом берется в расчет тот факт, что эффективность выполнения этих задач зависит от уровня подготовки соответствующих кадров – инженеров-коррозионистов.

В ВИАМ хорошо понимают, что для обеспечения безопасности эксплуатации воздушных судов необходимо максимально точное прогнозирование сроков службы авиационных материалов и конструкций, поэтому большое внимание в институте уделяется вопросам оценки их климатической стойкости.

Разрабатываемый класс материалов необходимо обеспечить комплексной системой защиты от процессов коррозии, старения и биоповреждений. Например, полимерные композиты, преимущество которых еще недавно было очевидно: они не подвергаются гниению, не корродируют под действием атмосферы и имеют высокие потребительские свойства и механические характеристики. Однако, как показали исследования биологов и материаловедов, появление новых классов бактерий привело к тому, что срок службы материалов, используемых без дополнительных средств защиты, с каждым годом снижается. Поэтому без учета микробиологических факторов в настоящее время невозможно прогнозирование сроков безопасной эксплуатации зданий, сооружений, городской и промышленной инфраструктуры, отдельных технических изделий. При этом следует учитывать не только существующий уровень эколого-биологического воздействия на сложные технические системы, но и тенденции, связанные с глобальным изменением климата.

Сейчас в России активно развивается строительная индустрия – возводится большое количество зданий, сооружений и объектов транспортной инфраструктуры, развитие добывающей отрасли стремительно перемещается в зону шельфа, трубопроводы прокладываются по морскому дну. Происходит интеграция промышленного производства с другими странами-производителями, при этом за качество мероприятий по защите от коррозии, старения и биоповреждения отвечают отдельные компании, гарантирующие не более 10 лет эксплуатации объектов инфраструктуры. Но очевидно, что на практике строительные сооружения эксплуатируются гораздо дольше. Возникает вопрос: каким образом и с какой точностью можно прогнозировать сроки эксплуатации сложных технических систем?

Анализ состояния дел в вопросах обеспечения сохраняемости свойств на примере материалов авиационной техники показал, что самым важным вектором усилий материаловедов и инженеров должно стать не только изучение и разработка способов противодействия процессам коррозии, старения и биоповреждения материалов и технических изделий, но и формирование государственной политики по борьбе с коррозией. В СССР для получения полных и достоверных данных о коррозии в условиях теплого влажного климата (где она наиболее разрушительна) в г. Батуми была создана первая в стране климатическая станция. Позднее сформировали целую систему подобных станций, расположенных в разных климатических зонах, по всей стране и за рубежом. К сожалению, после распада Советского Союза работы по климатике были свернуты.

В 2009 году вместо Батумской станции ВИАМ построил на побережье Черного моря в г. Геленджике уникальный по технической оснащенности и географическому расположению центр климатических испытаний им. Г.В. Акимова, включенный в Международную сеть станций климатических испытаний ATLAS. Работы центра обеспечивают проведение натурных климатических испытаний материалов, средств защиты, ответственных элементов конструкций, приборов и радиоэлектронной аппаратуры для оценки их работоспособности в климатических условиях.

Понимая необходимость эксплуатации сложных технических систем в различных климатических районах земного шара, ВИАМ инициировал вопрос о создании климатической станции на территории Республики Куба. При поддержке Минобрнауки России, Минпромторга России и Министерства науки, технологии и окружающей среды Республики Куба в июле 2016 года подписано Соглашение о сотрудничестве между ВИАМ и Центром экологических исследований в г. Сьенфуэгосе, куда направлены первые образцы для проведения климатических испытаний. Достигнута также договоренность между ВИАМ и Государственным унитарным предприятием Республики Узбекистан «ФАН ВА ТАРАККИЁТ» об экспонировании типового набора образцов в условиях жаркой пустыни в районе г. Термеза. Мы заинтересованы в создании совместных климатических станций в Китае, Индии и других странах с «экстремальным» климатом.

Для реализации вышеперечисленных задач необходима самая серьезная подготовка и переподготовка инженерных кадров по направлению «Защита от коррозии, старения и биоповреждения» в рамках государственных программ.

Опыт создания центров по подготовке инженеров-коррозионистов в ряде вузов (УГНТУ, РХТУ, МИСИС, МВТУ им. Н.Э. Баумана и др.) в 1980-е годы показал, что недостаточно просто подготовить специалистов: необходимо создать для их работы отлаженную систему с соответствующими профессиональными стандартами, правами, обязанностями и полномочиями.

Сейчас ситуация с подготовкой инженеров-коррозионистов оставляет желать лучшего. Во-первых, большинство учебных заведений разрабатывают образовательные программы самостоятельно, вовлеченность академических и отраслевых научных организаций крайне низка. Во-вторых, почти не проводятся практики на предприятиях реального сектора экономики. В-третьих, существует всего 11 программ дополнительного профессионального образования для специалистов нефтегазовой отрасли, в других же отраслях отдельные программы отсутствуют. Кроме того, содержание образовательных программ базируется на научно-технических работах, проведенных в СССР в 1960?1980-х годах, которые не включают в себя крайне важные модули дисциплин по старению полимеров и биодеградации материалов.

Для реализации системного решения кадрового вопроса ВИАМ на базе ГЦКИ планирует создать Научно-образовательный центр «Защита от коррозии, старения и биоповреждений», в задачи которого войдет, в том числе, подготовка специалистов по защите материалов и конструкций от коррозии, старения и биоповреждения. В НОЦ будут реализованы образовательный кластер, объединяющий результаты поисковых, фундаментально-ориентированных исследований в разработке образовательных программ, межведомственный координационный Совет по предоставлению лицензионных электронных ресурсов научным организациям, единая электронно-библиотечная система. Кроме того, для увеличения степени цифровизации учебного процесса мы планируем развивать систему электронного оборота научной и учебной литературы, организовать дистанционные консультации, оборудовать залы для видеоконференций и создать систему электронного тестирования

С учетом вышеперечисленных задач приоритетными направлениями можно считать создание научно-образовательного центра «Защита от коррозии, старения и биоповреждений», образование и дальнейшее развитие сети центров климатических испытаний материалов и элементов конструкций, а также формирование единой системы подготовки и переподготовки кадров.

Сегодня Россия имеет необходимые ресурсы для нового технологического рывка, развития социально-экономической базы уже на основе материалов нового поколения. И защита этих материалов от коррозии, старения и биоповреждений для многих может стать ориентиром активной творческой жизни на ближайшие десятилетия.