У Перми достаточно значимых символов, а между тем логотипом 300-летия стало… число 300! Решение во многом спорное и не всеми принятое. Мы предлагаем увидеть наконец в округлых нулях всё родное: это и раковины пермского парагастриоцераса, и мотовилихинские пушки, и многое другое, в частности гироскопы.
«Упрямый» вращающийся датчик
«Шар, висящий на долгой нити, опущенной с вольты хора, в изохронном величии описывал колебания. Я знал, но и всякий ощутил бы под чарами мерной пульсации, что период колебаний определен отношением квадратного корня длины нити к числу „пи“, которое, иррациональное для подлунных умов, пред лицом божественной Рацио неукоснительно сопрягает окружности с диаметрами всех существующих кругов, как и время перемещения шара от одного полюса к противоположному представляет результат тайной соотнесенности наиболее вневременных мер: единственности точки крепления – двойственности абстрактного измерения – троичности числа „пи“ – скрытой четверичности квадратного корня – совершенства круга». Так описывает гироскоп в романе «Маятник Фуко» итальянский философ Умберто Эко. Эксперимент, о котором идет речь в романе, провел под куполом Пантеона в 1852 году французский физик и астроном, член Парижской академии наук Жан Леон Фуко. Он хотел, чтобы современники поняли, как происходит инерциальное вращение Земли. Фуко назвал устройство гироскопом: «гирос» по-гречески – вращение, «скопео» – наблюдаю.
Самый простой гироскоп – это волчок или юла. Если ее раскрутить точно под прямым углом к направлению вращения, юла будет упрямо вращаться вокруг своей оси, сопротивляясь силе тяжести. Если же попытаться сдвинуть вращающуюся юлу вдоль поверхности, она вернется на место.
«Упрямство» гироскопа – свойство удерживать направление несмотря ни на что – было востребовано в эпоху бурного промышленного развития. Немец Герман Аншютц-Кемпфе создал первый морской гирокомпас, в котором два гироскопа в особом растворе приводились в движение электрическим током. К этому изобретению причастен и Альберт Эйнштейн, принявший участие в разработке гироскопического двухроторного прибора и придумавший, как центрировать гиросферу при помощи магнитного поля.
В 1909 году Петр Шиловский (в то время губернатор Костромы) получил патент на «Устройство для сохранения равновесия повозок или других находящихся в неустойчивом положении тел» в России, Англии, Германии, Франции и США. В 1912 году Шиловский спроектировал четырехместный автомобиль на двух колесах, так называемый гирокар. Он не только удерживался в равновесии, но и перемещался по дорогам благодаря гироскопическому эффекту, который производили метровый маховик с электромотором и два маятника общим весом 100 кг. В годы Первой мировой войны Шиловский разработал проект стабилизации корабельного орудия. Действующая модель гироскопического успокоителя качки корабля – «ортоскоп» (гироскопический курсоуказатель) – была установлена на яхте и на самолете «Илья Муромец».
Сегодня гироскопы в автомобилях измеряют угловую скорость и корректируют высоту и стабильность подвески. Ни один современный самолет или корабль не может обойтись без навигационной системы на гироскопах.
На суше, в небе и в воде
Ротор в кардановом подвесе – двух круглых рамках, вращающихся независимо друг от друга, – символ Пермской научно-производственной приборостроительной компании. Увидеть его можно у главного здания компании на улице 25-го Октября.
Ставшая крупным промышленным центром во время войны, Пермь в 1950-е годы развивала основы своего благосостояния: именно тогда возводятся нефтеперерабатывающий завод (будущий «ЛУКОЙЛ-Пермнефтеоргсинтез»), завод аппаратуры дальней связи (нынешний «Морион») и часовой завод. На самом деле «часовой завод» (впоследствии Пермская научно-производственная приборостроительная компания), он же – завод №125, он же – «почтовый ящик №601», никогда не производил часы. Такое бытовое назначение было легендой-прикрытием секретного завода, ведь, в отличие от большинства оборонных предприятий, у него еще не было гражданской продукции.
Новое производство было необходимо пермскому авиационному кластеру, поэтому его решили разместить неподалеку от моторостроительного завода №19. Первоначально он работал на авиацию, серийно воплощая разработки КБ из Москвы, Раменского, Ленинграда: Перми доверили производить сельсины – самосинхронизирующиеся электрические микромашины-трансформаторы для межконтинентальных ракет. Их можно увидеть в музее науки и техники в Кванториуме «Фотоника».
Время гироскопов для приборостроительного завода настало в 1962 году. Тогда серийно-конструкторский отдел из двадцати инженеров мгновенно вырос в целое бюро с несколькими КБ и лабораториями. Разрабатывались и базовые элементы – гиромоторы, а через четыре года в Перми сделали первый динамически настраиваемый гироскоп. Директор завода Петр Николаевич Попов был уверен, что стабильное производство должно быть самостоятельным и уметь не только исполнять решения по чертежам, но и воплощать собственные разработки. И этим изменил стратегию развития предприятия – оно всегда было умелыми «руками», а теперь обзавелось и «головой», и «голова» умнела год от года. В 1970 году инженеры опытно-конструкторского бюро освоили и выпустили в серию инерциальную курсовертикаль для средне- и дальнемагистральных самолетов (Ил-18, Ил-62). Сейчас в Научно-техническом центре ПНППК трудится более трехсот специалистов.
История компании связана не только с гироскопами. Инженеры создавали и товары народного потребления: лодочные моторы «Кама», легендарную электродрель с двойной изоляцией БЭС-1, электропилу и токарный станок. А еще газонокосилку, электромолотки и невероятно популярные магнитофоны «Ритм» и «Весна». В конце 1980-х и в 1990-е по объемам производства электроинструмента ПНППК занимает первое место в стране! Это было объяснимо, ведь произошла конверсия, объем военных заказов резко сократился, а товары народного потребления позволили сохранить завод и профессиональный коллектив.
Покорив две стихии, воздушную и земную, Пермская приборостроительная компания, прошедшая через акционирование в 1993 году, решается освоить третью – водную. Решение применить авиационные датчики в морской навигации было конкурентным преимуществом и позволило компании быстро выйти на международные рынки. Дело в том, что авиационные датчики меньше и легче морских, и в то же время гораздо точнее.
Датчане из компании «Скан Стиринг» предложили продавать гирокомпасы под своим брендом.
Гироскопы становятся всё меньше, легче и компактнее – под разные задачи, условия и сферы применения. ПНППК успешно осваивает тренд на миниатюризацию. Сборка механического гироскопа вызывает восхищение своей виртуозностью, и чаще всего это – дело умелых и более привычных к тонкой работе женских рук.
Через оптоволокно к инновационным технологиям
В 2000-е годы в ПНППК выбрали волоконно-оптическую технологию как перспективную для дальнейшего развития. Для того чтобы освоить ее, необходимо было собственное оптическое волокно. И его стали производить в Перми. Сейчас ПНППК – единственная в России компания, обладающая полным циклом производства волоконно-оптического гироскопа, начиная с заготовок из особо чистого кварца для вытяжки волокна.
На базе оптических волокон можно создавать не только гироскопы, акселерометры, сейсмодатчики, но и целые системы телеметрии, мониторинга для любых объектов. Настоящее и будущее компании связано с развитием этого направления как в области навигационных систем и комплексов для любых движущихся объектов, так и в других областях, где есть необходимость в точных и надежных измерениях с помощью волокна. Переход на оптоволоконную технологию позволил привлечь в компанию других производителей, связанных с оптическим волокном (ООО «Инкаб» – производство связного волоконного кабеля, ООО «Инверсия-Сенсор» – волоконно-оптические датчики на брэгговских решетках), а также тесно взаимодействовать с академическими институтами и научно-исследовательскими центрами, такими как НЦВО РАН имени академика Е. М. Дианова и другие, в исследованиях и производстве инновационных приборов.
Среди давних партнеров ПНППК и два ведущих вуза Прикамья – ПНИПУ и ПГНИУ. Кстати, второй пермский гироскоп, как символ постоянного движения мысли, инновационного потенциала и сохранения традиций, находится в Пермском национальном исследовательском университете, и, похоже, не случайно. ПГНИУ вместе с ПНППК входит в консорциум научно-технической инициативы «Фотоника», перенявший эстафету у кластера волоконно-оптических технологий «Фотоника», созданного на ПНППК. Как рассказывает старший научный сотрудник центра компетенций НТИ «Фотоника», заведующий лабораторией интегральной фотоники ПГНИУ Роман Пономарёв, сейчас в Перми, помимо стандартных волоконно-оптических гироскопов, использующих в качестве среды для распространения света специальные оптические волокна, совместно со специалистами МГУ имени М. В. Ломоносова разрабатываются чувствительные элементы навигационных систем следующего поколения.
«Эти навигационные системы работают на основе объемного дискового микрорезонатора. Это кристаллик или кусочек стекла, внешне очень похожий на чечевицу, диаметром несколько миллиметров и с боковой поверхностью, которая отполирована до максимально возможного качества. Световой луч, входя в такой диск, многократно отражается от боковых граней, то есть его движение похоже на то, как это происходит в волоконно-оптическом гироскопе. Этот эффект называется эффектом «шепчущей» галереи, и он позволяет сделать чувствительную часть гироскопа в 500 раз меньше по площади при той же потенциальной чувствительности к угловой скорости», – поясняет Роман Пономарёв. Пермские физики и инженеры ведут разработки гироскопов, выполненных полностью на одной кристаллической подложке, аналогично устройствам микроэлектроники. В основе этих устройств – кольцевые оптические резонаторы. Они могут быть еще компактнее и дешевле, чем волоконно-оптические гироскопы и гироскопы на объемных резонаторах, что позволит применять принципы инерциальной навигации не только для самолетов и кораблей, но и для автомобилей и роботов.
Сформулированный однажды, точный и неукоснительно соблюдаемый слоган ПАО «Пермская научно-производственная приборостроительная компания»: «Наука – практика – прогресс» – стал путеводной звездой и символом постоянного развития компании.