“선박에 레이저를 설치하면 북해 항로와 북극 선반 개발에 따른 운송 비용이 절감됩니다. 카라 해에서의 운송을 위해서는 북극의 3 개의 핵 동력 쇄빙선과 2 개의 Taimyr 유형 대신 레이저 복합기를 갖춘 3 개의 쇄빙선으로 충분할 것입니다.올해 11 월, Dikson 쇄빙선은 북극 및 미국의 과학자들과 함께 Astrophysics National Center for Laser Systems and Complexes (NCLSC) (Rostec 주 법인 Shvabe 보유의 일부)에서 개발 된 얼음 파괴 용 레이저 시스템의 해상 시험을 시작합니다. 상트 페테르부르크의 남극 연구소.
스티브 잡스와 그의 아이폰은 러시아에서 개발 된 레이저 기술과 어떤 관련이 있으며,이 레이저의 제작자들은 레이저로 쇄빙의 가능성을 믿지 않는 회의론자들을 어떻게 설득했으며,이 기술들이 어떻게 사람들을 홍수 나 기름 유출로부터 구할 수 있는지를 설득했습니다. Shvabe Holding 공학 박사, 부교수 Sergey Popov의 R & D 및 혁신 개발 부국장
질문 : 얼음을 자르기위한 레이저 장치를 만드는 아이디어는 어떻게 시작 되었습니까?
세르게이 포포프 (Sergey Popov) : 2011에서 시작된이 TV 쇼는 북극에서 가장 강력한 쇄빙선 두 대의 빙판에서 배를 해방시키는 작전을 보여주었습니다. 과학 및 기술 연구를위한 천체 물리학 과학 센터의 과학자 및 레이저 엔지니어와 함께, 우리는 레이저를 사용하여 북극 탐사를보다 효율적으로 만드는 방법에 대해 생각했습니다. 북극해의 혹독한 기후 조건에서 광물을 중단없이 운송하고 추출을위한 장비를 공급하는 방법은 무엇입니까?
레이저로 얼음을 자르는 아이디어의 프로토 타입은 우리가 이전에 개발 한 기술이라고 할 수 있으며 현재 거의 모든 사람들이 사용하고 있습니다. 그러나 이것이 국내 기술이라는 것을 아는 사람은 거의 없습니다. 이 발명을 처음 발견하고 특허를 취득한 사람은 Steve Jobs입니다. 자
iPhone 및 iPad의 모든 화면은 방법과 장비를 사용하여 잘립니다. 우리는 산업에 본 발명을 사용하고 대중 소비자를 위해 Steve Jobs를 사용합니다.
우리는 취성 재료의 레이저 열 균열을 제어하는 방법 인 열 공학 연구소와 함께 사파이어 기업 (현재 Schwabe-Photo Systems)의 발명에 대해 이야기하고 있습니다. 이전에는 스마트 폰과 휴대폰의 화면을 다이아몬드 휠로 잘라 냈지만이 방법으로 이음새가 생겼고 화면의 경계가 연마되어야했으며 이는 다소 힘든 작업이었습니다.
그러나 우리는 또 다른 기술을 개발했습니다. 로컬 포인트는 레이저로 가열되고 유리에 작은 선이 형성 된 다음 냉매 (예 : 수 공기 혼합물 또는 질소)가 가열 된 표면에 적용됩니다. 급격한 가열 및 급랭의 결과 작은 균열이 나타납니다. 이 방법을 사용하면 유리 절단 과정을 제어하고 스마트 폰을위한 완벽한 화면을 얻을 수 있습니다. 또한 0,5 mm 이하를 제거 할 수있어 절단 유리의 내구성이 향상됩니다. 그리고 그것은 스마트 폰의 화면 일뿐만 아니라 사파이어 또는 다른 깨지기 쉬운 물질 일 수 있습니다.
LOOK : 얼음을자를 때이 기술은 어떻게 작동합니까? 아마도 얼음 중 하나를 절단 할 때 레이저 시스템이 작동 할 수있는 엄청난 힘이 필요 할까?
SP : 많은 사람들은 얼음의 열전도율이 낮고 물이 증기로 변환되고 다른 요인으로 인해 레이저로 얼음을 자르는 것이 불가능하다고 생각합니다. 오히려 가능하지만 20 cm의 두께로 얼음을 자르려면 두 발전소가 생산하는만큼 많은 전력을 소비해야합니다. 실제로 이것은 쇠톱으로 유리를 보는 방법입니다. 많은 노력이 소비되었지만 거의 사용되지 않습니다. 평범한 가정에서 유리는 어떻게 자르나요? 유리 표면을 통과하는 다이아몬드 또는 유리 절단기 디스크는 균열이 발생하는 흠집을 남깁니다. 5 mm 두께의 유리를 자르려면 0,05 mm의 균열로 충분합니다. 얼음 분해 기술은 유리 절단 기술과 유사합니다.예를 들어, 레이저 열 크래킹을 사용하여 스마트 폰 화면의 사파이어 또는 유리를 자르려면 레이저 방사선 출력은 20 – 200 와트 여야합니다. 이것은 일반적인 전구입니다. 따라서 얼음을 자르려면 많은 힘이 필요하지 않습니다.
기술 이해를위한 또 다른 중요한 점. 현재 발생하는 얼음 장애물 극복 방법은 무엇입니까? 쇄빙선은 쐐기 모양의 활을 고려하여 속도가 빨라지고 중력에 따라 얼음이 부서지고 퍼집니다.
본 발명의 본질은
얼음은 얼음이 부서지는 응력 집중 점이 발생하는 장소에서 유리 절단기와 같은 레이저 빔으로 절단됩니다.
이렇게하려면 쇠톱으로 유리와 같은 모든 얼음을자를 필요가 없으며 유리 절단기처럼 얼음 두께의 10 분의 1로 자르면됩니다. 따라서 레이저 설치에는 더 많은 전력이 필요하지 않습니다. 광학 계산 및 레이저 헤드 제조는 예술입니다. 우리의 노하우는 쇄빙선으로부터 주어진 거리에서 얼음을 자르는 광선을 형성하는 것입니다.
LOOK : 11 월에 실시 될 북극 조건에서 최초의 오픈 워터 테스트에서 어떤 테스트가 이미 수행되었으며 어떤 어려움이 발생 했습니까?
S.P .: 먼저,이 방법을 수학적으로 모델링했습니다. 그런 다음 냉장고에서 일반 물로 얼린 얼음으로 실험했습니다. 그는 문제없이 pri니다. 그러나 많은 과학자들이 우리에게 반대했습니다. 북해에서 바닷물이 얼어 얼음에 산수가 있습니다. 이것은 소위 팩 (이종) 얼음입니다.
따라서 우리는 그 효과를 입증하기 위해 20 이상의 조직에서 과학자와 실무자를 초대하고 바닷물에서 팩 아이스를 사용한 비디오 실험을 수행했습니다. 우리는 저전력 레이저 방사선이 미터 두께의 얼음을 깨뜨릴 수 있음을 모두에게 보여주었습니다.
6 개월 후, 우리는 St. Petersburg Central Research Institute에서이 기술을 개발했습니다. 학사 A.N. Krylov. 얼음 환경을 만들 수있는 최대 3 미터 길이의 선박 모델의 유체 역학적 특성을 결정하기위한 대규모 풀이 있습니다. 그리고 쇄빙선의 스케일 모델에 레이저 설치로 실험을 수행했습니다. 결과도 긍정적이었습니다.
LOOK : 얼음이 얼마나 깊이 깨졌습니까?
S. P .: 용기에서 10 미터 거리에 미터 두께의 얼음을 포장합니다. 아직 시도하지 않았습니다.
LOOK : 선박의 레이저 설치 위치는 어디입니까?
SP : 어떤 이유로 든 모든 사람들은 레이저 시스템이 선박의 뱃머리에 있어야한다고 생각합니다. 실제로, 그것은 어디에나있을 수 있습니다. 상부 데크 또는 내부에 장착 할 수 있습니다. 그리고 레이저 방사선은 큰 직경의 광섬유 케이블을 통해 전송됩니다.
LOOK : 11 월에는 겨울철 내내 Dikson 쇄빙선을 레이저 시스템으로 테스트 할 계획입니다. 참된 시련은 어떤 문제를 야기합니까?
S. P .: 많은 것들이 있으며,이를 위해서는 본격적인 실험이 필요합니다. 예를 들어 진동은 쇄빙선에서 나옵니다. 이상적으로는 레이저 빔이 직선으로 진행되지만 실제로 레이저가 장착 된 소스가 진동하면 다른 그림을 얻을 수 있습니다. 우리는 수학적으로 진동을 고려하여 레이저 헤드의 자이로 안정화를 생각해 냈습니다. 자이로 안정화는 일반적으로 우리의 장점입니다. 실제로 모든 것이 이론 에서처럼 일대일 일 것이라는 사실이 아니다. 따라서 내일은 효과가 있다고 말할 수 없습니다. 그러나 이것이 효과가 있다고 확신합니다. 실제로 시도하고 개선하기 만하면됩니다. LOOK : 레이저 설치의 실질적인 중요성은 무엇입니까? 그것은 얼음 침투와 쇄빙선의 등급을 증가시킬 것이라고 언급되어 있습니까?
S. P .: 쇄빙선 "Arctic"은 강력한 발전소와 거대한 질량을 가지고 있기 때문에 깊이 3,5 미터로 얼음을 가로 질러 갈 수 있습니다. 그리고 1 미터 이하의 깊이로 얼음을 통과시킬 수있는 작은 용기가 있습니다. 그러나 레이저 설치 덕분에 특별한 하중없이 이미 1,5-2 미터 깊이까지 얼음을 극복 할 수 있습니다. 공식적으로 선박 등급이 증가하고 있습니다. 쇄빙선은 이것으로 더 무겁고 강력 해지지 않지만 빙원을 극복하는 능력은 증가 할 것입니다.
LOOK : 북극 개발을위한 주 프로그램의 틀 안에서, 주정부는 비싸고 강력한 쇄빙선 건설에 막대한 금액의 돈을 투자하고 있습니다. 그러나 레이저 시스템이 쇄빙선의 등급을 높일 수 있다면, 비싸고 더 이상 필요하지 않은 소규모 쇄빙선으로는 충분할까요?
SP : 흥미로운 질문입니다. 나는 북극 계급의 큰 선박이 여전히 필요하다고 생각합니다. 높은 수준의 과학적 예측에도 불구하고 항상 빙원의 깊이와 움직임을 계산하는 것이 항상 가능한 것은 아닙니다. 때때로 얼음은 여전히 선박을 고정시킵니다. 예를 들어, 최대 1,5 미터 깊이의 얼음 개통과 함께 짙은 얼음이 쇄빙선 경로에 나타났습니다. 아이스 포로에서 벗어나려면 값 비싼 구조 원정대를 구성해야합니다. 그리고 그러한 레이저 시스템의 존재는 기상 학자들이 계산 한 것보다 더 혹독한 기상 조건에서 쇄빙선이 개통 성을 유지하는 데 도움이 될 것이며, 이는 구조 작업의 수를 줄입니다.
경제적 인 계산에 따르면, 선박에 설치된 레이저 설비는 북해 항로와 북극 선반 개발에 따른 운송 비용을 절감 할 것입니다. 예를 들어, 북극의 3 개의 원자 쇄빙선과 Taimyr 유형의 2 개의 원자 쇄빙선 대신에 카라 해에서의 운송에는 레이저 콤플렉스가있는 3 개의 쇄빙선으로 충분할 것으로 생각되었습니다. 즉, 거대한 쇄빙선 대신 소규모 쇄빙선으로 충분합니다. 우리의 기술은 주정부가 정한 과제를 신속하게 실현하는 데 도움이 될 것입니다 : 북해 항로를 따라 배를 운송하는 계절을 늘리고 연중 내내화물을 바꾸는 것.
LOOK :이 기술을 적용 할 다른 방법이 있습니까?
S.P .: 우리는 또 다른 "개발"을 동일한 레이저에서 직접 압착했습니다. 동일한 레이저를 기반으로 새로운 개발에 대한 또 다른 아이디어가 나타났습니다. 그것은 물에 기름 유출을 신속하게 처리하는 데 도움이됩니다. 유막은 이제 특수 장비로 수집됩니다. 멕시코만에서 유출 된 기름을 오랫동안 다양한 방법으로 모 으려고했지만 자연에 큰 피해를 입히고 많은 물고기, 해양 동물 및 새가 죽었습니다. 레이저 설치를 통해이 문제를 훨씬 빠르게 해결할 수 있습니다.
우리는 소량의 기름 유출에서 파일럿 테스트를 수행했습니다. 시간당 수백 평방 미터의 기름 오염을 청소할 수 있습니다.
레이저 빔은 스폿을 향하고 수면 바로 아래에 초점을 맞춘 다음 오일 스폿이 켜지고 증기와 함께 상승합니다. 증기-물 혼합물은 잔류 물없이 거의 연소된다. 연소 제품은 최소입니다. 생태 학적으로 안전합니다. 수면에서는 아무 일도 일어나지 않습니다. 이 기술은 테스트 및 특허를 받았습니다.
유출 된 기름의 넓은 영역이 이런 식으로 찌그러지면 기름 구름이 생길 것이라고 믿는 비관론자들이 있습니다. 그러나 물 위의 기름이 통제 된 방식으로 연소되도록 중간 정도의 땅을 찾으면됩니다. 그리고이를 위해서는 실용적인 테스트가 필요합니다.
우리는 석유 산업 종사자에게 이러한 발전을 보여주었습니다. 그들은 완제품을 요구합니다. 그러나 완제품에는 투자가 필요하며 이는 단지 개발에 불과합니다.
우리의 또 다른 발명품은 홍수 통제를 도울 수 있습니다. 러시아에는 많은 북부 강이 있으며, 매년 봄에는 얼음이 해수면에서 남쪽 위도보다 늦게 입에서 튀어 나옵니다. 이를 방지하기 위해 응급 상황은 항공이 분야의 전문가뿐만 아니라 빙원을 분쇄하고 수위를 높이십시오. 이들은 해양 환경을위한 가장 환경 친화적이고 안전한 제어 방법이 아닙니다.
LOOK : 이미 레이저 시스템의 잠재 고객이 있습니까?S. P .: 2 명 이상의 고객이 있습니다. 이 곳은 북부 해운 회사 (이 조직은 11 월에 본격적인 테스트를위한 쇄빙선을 제공 할 것임)와 비상 사태입니다.
홍수 통제 회의에서 레이저 시스템을 발표 한 후, 야쿠 츠크 지역 정부뿐만 아니라 비상 사태 대표자들도이 개발에 관심을 표명했다. 현재, 세 가지 발명에 대한 과학적 연구 단계가 완료되었지만, 연속 생산은 아직 불가능합니다. 개발 작업 단계를 완료해야합니다.
확인 : 수출 잠재력이 있습니까?
S.P .: Academician A.P.의 이름을 딴 연구소에서 실험을 수행 한 후 Krylov의 프로젝트는 2013에서 제네바에서 경쟁을 위해 제정되어 Inventions Geneva International Innovation Salon의 금메달을 수상했습니다. 같은 행사에서 캐나다 회사의 대표자들이 개발에 관심을 갖게되었습니다. 캐나다에서는 얼음 상태가 매우 비슷합니다. 그러나 제재가 부과 된 후 상호 작용은 중단되었다.
2017에서는 중화 인민 공화국 대표들도이 프로젝트에 관심을 갖게되었습니다.
LOOK : 아이디어의 시작부터 얼마가 이미 지나갔습니까?
S. P .:이 아이디어는 2011 연도에 발생했으며 2012 연도에 당사의 NTsLSK 천체 물리학에 의해 특허를 받았습니다. 그 이후로 우리는이 혁신적인 프로젝트를 점진적으로 구현해 왔습니다.
LOOK : 자금이 충분하지 않습니까? 주 프로그램의 일환으로 기금이 할당되었습니다 ...
S. P .: 과학 개발에 할당 된 자금으로는 충분하지 않습니다. 그리고이 프로젝트의 성공은 많은 사람들에게 의심 스러웠 기 때문에 할당 된 자금은 모델링에만 충분했습니다.
봐 : 그리고 지금 그들은 믿는가?
SP : 그들은 믿었습니다. 그러나 지금 우리는 실험적인 설계 작업, 새로운 도구가 필요한 실제 테스트에 대해 이야기하고 있습니다. 우리는 다른 출처에서 돈을 찾으려고 노력하고 있습니다. 자금이 서로 다른 채널에서 할당 되었기 때문에이 모든 것을 즉시 수행 할 수는 없습니다. 이제 우리는 2030 연도까지 해상 운송 개발 프로그램에 참여하고 별도의 세그먼트로 북극 개발 프로그램에 참여하려고합니다.
LOOK : 쇄빙선 용 레이저 설치 프로젝트와 다른 두 개의 레이저 프로젝트를 대량 생산하는 데 얼마나 많은 비용이 듭니까?
SP : 이것은 비싼 즐거움이지만 그 금액은 하늘 높이와는 거리가 멀습니다. 우리는 쇄빙 프로젝트를 위해 수억 루블에 대해 이야기하고 있으며 물의 기름 얼룩을 제거하고 홍수의 위험을 줄이기 위해 북부 강 어귀에서 얼음을 파괴하는 두 가지 다른 프로젝트에 대해 동일한 양이 필요합니다. 그리고 1 년 또는 2 년 안에 우리는 세 가지 프로젝트를 모두 마케팅 가능한 제품으로 가져올 수있었습니다.
확인 : 완제품 비용은 얼마입니까?
S. P .: 말할 준비가되지 않았습니다. 그러나 아마도 수천만 루블이 될 것입니다. 얼음 등급을 올릴 쇄빙선 용 레이저 시스템은 쇄빙선 비용의 5 %에 불과합니다.