Перспективы развития сотрудничества между странами БРИКС в области фотоники

1

Ковш И.Б., Соколов С.Н. Ковш Иван Борисович - д.ф.-м.н., профессор, президент Лазерной ассоциации (Москва). E-mail: las@tsr.ru, las@cislaser.com.

Соколов Сергей Николаевич - заместитель генерального директора ООО «НПП «ИНЖЕКТ» (Саратов). E-mail: inject@overta.ru.

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ СОТРУДНИЧЕСТВА МЕЖДУ СТРАНАМИ БРИКС В ОБЛАСТИ ФОТОНИКИ

Ключевые слова: фотоника, лазеры, лазерные технологии.

Keywords: photonics, laser, laser technology.

Фотоника - область науки и техники, связанная с генерацией и распространением потоков фотонов, управлением ими, изучением и использованием их взаимодействия с веществом. Термин «фотоника» в современном понимании возник в конце XX века, он обобщает и заменяет собой термин «оптика», охватывая квантовую электронику, физику и технику лазеров, нелинейную, интегральную, волоконную и квантовую оптику, оптоэлектронику, оптоинформатику, фотоэлектронику, лазерные технологии и др. научно-технические направления, для которых базовым процессом является передача энергии потоком фотонов. Использование энергии в форме лазерного луча революционным образом обогатило технические возможности человечества.

По своей роли в развитии цивилизации освоение лазерной техники равнозначно электрификации в начале XX века.

Наиболее широко используемые сегодня лазерные технологии и методики:

- обработка промышленных материалов;

- технические измерения и диагностика;

- запись, хранение, обработка и передача информации;

- диагностика и лечение заболеваний человека и животных;

- задание направлений и управление движением;

- визуализация информации, световые шоу;

- голография, защитная маркировка документов;

- бесконтактная очистка поверхностей;

- биостимуляция в растениеводстве;

- дистанционное зондирование, картирование рельефов;

- оборона и безопасность.

Перспективные применения: лазерные нанотехнологии, лазерный термоядерный синтез, оптический компьютинг, лазерные реактивные движители и др.

К наиболее распространённым лазерным технологиям обработки материалов относятся:

- резка, раскрой листовых материалов;

- сверление, прошивка отверстий;

- точечная и шовная сварка, пайка;

- аддитивные технологии (быстрое прототипирование, 3D-печать, LAM);

- модифицирование поверхностного слоя материалов (в т.ч. упрочнение);

- гравировка и маркировка;

- скрайбирование полупроводников и диэлектриков;

- изготовление трафаретов печатных плат и интегральных схем;

-формирование и удаление тонких пленок;

- отжиг и легирование полупроводниковых подложек;

- очистка поверхностей, в т. ч. от радиоактивных загрязнений;

- лазерное разделение изотопов.

Достоинства лазерных технологий обработки материалов основаны на:

- локальности воздействия, отсутствии контакта с обрабатываемым изделием;

- возможности быстрой обработки нежёстких изделий;

- универсальности, возможности обработки различных материалов, в т.ч. особо твердых, хрупких, композиционных и т.д.;

- высокой скорости и точности обработки в различных геометриях;

- обеспечении высокой производительности;

- отсутствии финишных операций;

- сокращении сроков обработки и трудозатрат;

- высокой степени автоматизации, быстроте перенастройки ЛТО;

- обеспечении гибкости производства;

- энергосбережении, минимизации отходов;

- экономии материалов и энергии;

- экологической чистоте;

- возможности размещения ЛТО в любых районах;

- возможности комбинирования с другими видами обработки;

- большом разнообразии выбора технических решений;

- высокой экономической эффективности (при грамотном использовании ЛТО);

- обеспечении конкурентоспособности производства и выпускаемой продукции.

Лазерные методы технических измерений и диагностики обеспечивают:

- измерение линейных и угловых размеров и перемещений;

- дистанционный контроль форм сложных изделий;

- контроль скоростей и ускорений движения, вибраций, потоков масс (расходов);

- контроль состава и состояния поверхностного слоя;

- контроль состояния жидкостей и газов, параметров аэрозолей;

- анализ состава и структуры веществ;

- экологический мониторинг;

- контроль процессов в промышленности и на транспорте;

- неразрушающие испытания;

- пространственную ориентацию и задание направления движения объекта.

Лазеры в связи и информатике обеспечивают развитие:

- оптоволоконных телекоммуникаций с канальной скоростью в коммерческих сетях 100 Гбит/с, 25 Тбит/с через одно волокно, один пролет 500 км;

- магистральные ВОЛС, со скоростью передачи данных 1-10 Пбит/с;

- беспроводную оптическую связь- 20 Гбит/с на дальность 10 км в атмосфере, 3 Гбит/с для связи с ГСО (36 тыс. км);

- радиофотоники;

- запись информации с плотностью более 1 Тбит/см2 (10 Тбит/см2 - в ближайшем будущем);

- квантовые технологии передачи и защиты данных (квантовый ключ, криптография);

- оптический компьютинг;

- визуализацию информации, в т. ч. в формате 3D.

Применение лазеров в медицине существенно расширяет возможности врача, ускоряет и облегчает лечение многих травм и болезней, в целом ряде случаев они являются единственно возможными средствами лечения.

Лазерная терапия значительно повышает эффективность комплексного лечения воспалений, заболеваний обменной этиологии, повреждений костей и суставов, снижает дозировку медикаментозных препаратов, является мощным профилактическим средством.

Фотодинамическая и фототермическая терапия позволяет эффективно бороться со злокачественными опухолями.

Лазерная хирургия дает возможность проводить бескровные операции, использовать щадящие эндоскопические методы.

Лазерная диагностика обеспечивает экспресс-анализ крови и капиллярного кровотока, состава выдыхаемого воздуха, состояния тканей и др.

Лазерные хирургические и терапевтические методы эффективно используются в офтальмологии, кардиологии, гинекологии, лечении ожогов, проктологии, косметологии, стоматологии, неврологии, пульмонологии, эндокринологии - практически во всех областях современной медицины.

Значение лазерных технологий для сельского хозяйства (примеры из отечественного опыта):

- рост урожайности овощных (до 70% у огурцов, 40% у капусты, 20% - у свеклы) и зерновых культур (в среднем на 10 ц с гектара на 80 тыс. га в Краснодарском крае), повышение в несколько раз устойчивости ячменя к твердой головне и корневым гнилям, пшеницы - к пыльной головне, томатов - к черному бактериозу;

- продление в 2-3 раза допустимых сроков хранения яблок в типовом хранилище;

- увеличение на 15-30% грунтовой всхожести семян лесных культур, на 20% - укоренения саженцев;

- снижение заболеваемости крупного рогатого скота маститом и эндометритом с 25-30% до 1-2%;

- рост продуктивности птицефабрик на 5-15%, 100% - эффективность профилактики ящура у коров и лошадей;

- повышение в 3-4 раза износостойкости лемехов, дисков борон, культиваторных лап.

Тенденции мирового рынка фотоники таковы:

- наблюдается опережающий рост (темпы роста в 2011-2020 гг. минимум в 1,5 раза выше темпов роста ВНП) и появление приоритетов с еще более быстрым ростом;

- производственные технологии (реиндустриализация в развитых странах);

- медицинские применения, биофотоника (старение населения, необходимость улучшения медобслуживания);

- светодиодное освещение (урбанизация в Азии, необходимость энергосбережения);

- резкое увеличение роли Китая в мировом производстве продукции фотоники (по объему производства обогнал ЕС).

Развитие самой этой техники и обусловленное спросом наращивание объёмов её производства, растущее осознание важнейшей роли лазерного луча в технической инфраструктуре современного общества привели к формированию новой наукоёмкой отрасли - фотоники. Она развивается очень высокими темпами, став одной из приоритетных во всех развитых странах. На рис.1 приведены ключевые данные по мировому рынку фотоники. Сегодняшнее состояние фотоники как отрасли в сравнении с другими ключевыми отраслями хай-тека иллюстрирует рис.2 («ключевые» - key enabling technologies - определение, используемое Еврокомиссией для 6 важнейших сегодня, по мнению экспертов ЕС, технологических областей).

Рисунок 1 Динамика объёмов и структуры производства продукции фотоники в мире (данные Европейской технологической платформы (ТП) «Photonics21»).

1

Рисунок 2. Объёмы ожидаемого в 2015 г. мирового производства продукции, соответствующей ключевым технологическим областям (данные Европейского консорциума индустрии фотоники).

Россия имеет мощный научно-технический потенциал в фотонике, о чем свидетельствует, в частности, успех международной специализированной выставки «Фотоника. Мир лазеров и оптики», ежегодно проводимой Лазерной Ассоциацией (ЛАС) совместно с Экспоцентром. В России создана отраслевая технологическая платформа «Фотоника». Правительство РФ своим распоряжением №1305-р от 24 июля 2013 г. утвердило план мероприятий («дорожную карту») по развитию фотоники на период до 2018 г. Руководителям федеральных органов исполнительной власти, ответственных за выполнение этого плана, предписано обеспечить его реализацию, Минпромторгу России поручено осуществлять мониторинг и контроль реализации плана, ежеквартально представляя доклад в Правительство о ходе его реализации.

Президиум Совета при Президенте Российской Федерации по модернизации экономики и инновационному развитию России на своем заседании 9 июля 2014 г. под председательством Д.А. Медведева отметил стратегическое значение фотоники для страны и принял решение, обязывающее ФОИВ и институты развития содействовать развитию этой отрасли.

Российская лазерно-оптическая отрасль. Отечественная лазерно-оптическая отрасль произвела в 2014 г. продукции фотоники на 60-70 млрд. руб. (оценка ЛАС).

Структуру и географию отрасли иллюстрирует табл.1.

Таблица 1

Организации в РФ, специализирующиеся в сфере фотоники (по состоянию на август 2015 г. на основе базы данных (БД) ЛАС).

Профильные организации
Всего	Гос. академии наук	вузы и вузовские НИИ, НТЦ	Отрасл. НИИ, КБ, НПО	ПО, заводы	Медуч- реж-дения (вкл. мед вузы)	Малые пред- приятия	Дру гие
837	83	147	95	59	126	318	9

В качестве организаций, работающих в области фотоники, в эту БД сведены организации, которые либо 1) проводят научные исследования по профильной тематике и публикуют научные результаты, либо 2) производят соответствующее оборудование и его важнейшие комплектующие изделия, либо 3) готовят кадры создателей и пользователей лазерно-оптических приборов, либо 4) разрабатывают новые технологии фотоники, либо 5) предлагают услуги в части монтажа и сервиса профильного оборудования.

Подчеркнём, что организации-пользователи стандартного оборудования фотоники, например, лазерных станков или лазерных медицинских аппаратов, а также дилеры компаний-производителей в указанной БД ЛАС в качестве производителей продукции фотоники не учитываются. Анализ «активности» в отрасли ведётся ЛАС по данным последних трёх лет. Принимается во внимание участие в профильных выставках, реклама предлагаемого оборудования и технологий, сервисных услуг, появление публикаций в научных журналах, объявления о наборе студентов (слушателей) на соответствующие специальности и т.д. Если в течение трёх лет информации о такой деятельности не было, организация исключается из БД ЛАС.

Полное количество работающих в отрасли фотоники в РФ определить затруднительно, т.к. на вопросы о числе занятых специалистов анкетируемые организации отвечают по-разному. Некоторые руководители учитывают только специалистов с профильным образованием, некоторые - весь штат, включая вахтёров, а многие - вообще не отвечают на такие вопросы.

Исследования и разработки в области фотоники, производство этой техники и подготовку кадров по "лазерно-оптическим" специальностям осуществляет около 837 организаций, расположенных в 59 регионах России. Государственными являются 40% этих организаций, частными (ООО, ЗАО) - 46%, остальные ОАО или НП. По оценке ЛАС полное число занятых работами в области фотоники в России - около 55 тыс. чел., в т. ч. 34 тыс. чел. - специалисты с профильным высшим образованием.

Табл.2 иллюстрирует производство в России наиболее массовой продукции фотоники - лазерного оборудования.

Таблица 2

Производство в России лазерного оборудования.

	Число организаций-производителей
	Источники излучения	Технологические установки	Аппаратура для измерений и диагностики	Медицинская аппаратура	Лазерная оптика
1995	60	36	39	85	54
2006	62	50	53	72	55
2014	56	52	51	55	62

В 2014 г. 165 российских организаций-производителей конечной продукции производили:

~ 1000 моделей источников лазерного излучения;

~ 230 моделей лазерного технологического оборудования;

~ 180 моделей измерительно-диагностической техники;

~ 280 моделей лазерных медицинской техники;

~ 60 моделей приборов контроля характеристик лазерного излучения.

Темпы обновления номенклатуры этой продукции составляют до 20-30% в год (в зависимости от вида аппаратуры).

Проведённый ЛАС весной-летом 2015 г. опрос участников отечественного рынка фотоники позволил сделать следующие выводы:

Средняя производительность в отрасли - 2,7 млн. руб./чел. год (для коллективов, занятых производством техники, в т.ч.:

На малых предприятиях - 2,9 млн. руб., у лидеров - около 14 млн. руб.

На крупных предприятиях - 2,7 млн. руб., у лидеров - более 4 млн. руб.

В НИИ, НТЦ, университетах - 1,8 млн. руб., у лидеров - около 3 млн. руб.

ЛАС координирует также работу отечественной ТП "Инновационные лазерные, оптические и оптоэлектронные технологии - фотоника". ТП - это коммуникационный инструмент, используемый для активизации усилий по созданию перспективных коммерческих технологий, новых продуктов (услуг), для привлечения дополнительных ресурсов на проведение перспективных НИОКР, для организации взаимодействия бизнеса, науки и государства в интересах развития технологий. ТП объединяет 12 рабочих групп:

1. Элементная база фотоники (координатор - ОАО «ГОИ им. С.И.Вавилова»)

2. Оптическая метрология (координатор - ФГУП "ВНИИОФИ")

3. Лазерные технологии и методики в промышленности (координатор - ОАО «ЦТСС»)

4. Фотоника в медицине и науках о жизни (координатор - ИОФ им. А.М.Прохорова РАН)

5. Фотоника в сельском хозяйстве и природопользовании (координатор - МичГАУ)

6. Лазерные информационные системы (координатор - ОАО «НИИ «Полюс» им. М.Ф.Стельмаха»)

7. Оптическая связь и телекоммуникации (координатор - ОАО «Т8»)

8. Применения оптико-электронных технологий (координатор - МИИГАиК)

9. Фотоника в навигации и геодезии (координатор - ОАО «НПК «СПП»)

10. Нанофотоника (координатор - ФТИ им. А.Ф.Иоффе РАН)

11. Фотоника в научном приборостроении (координатор - НТЦ УП РАН)

12. Фотоэлектроника (координатор - ОАО «НПО «Орион»).

Организационный состав участников ТП «ФОТОНИКА»:

НИИ, НТЦ - 46; университеты - 36; предприятия, ПО, НПО, КБ - 42; малые предприятия - 72, в т. ч. 190 из 36 регионов РФ, 6 - зарубежных.

Орган оперативного взаимодействия ТП - Секретариат. Имеется экспертный совет. В стратегической программе ТП (2015г.) - около 150 проектов. В 2012-2014 гг. подано в ФЦП "ИиР" - около 150 заявок, в РФТР - 11 проектов. Ежегодно проводятся: Конгресс ТП «Фотоника», общеотраслевая выставка "Фотоника", не менее 3 презентаций ТП на крупных форумах. Работает сайт, выходит журнал "Фотоника".

Фотоника является сегодня одним из локомотивов инновационного развития мировой экономики. Эта отрасль имеет мощную господдержку в Китае и Индии, технологии фотоники активно осваиваются в ЮАР и Бразилии. Активное государственное управление развитием фотоники (госзаказ, налоговая политика, поддержка экспорта, поддержка отечественного производителя стимулирование инвестиций в отрасль и др.) проводится во всех странах - лидерах по производству и освоению изделий и технологий фотоники. Многолетнее сотрудничество Лазерной ассоциации с китайскими коллегами свидетельствует, что КНР поддерживает предлагаемое сотрудничество в сфере фотоники. Учитывая общемировые тенденции экономического развития, можно полагать, что и другие страны БРИКС будут заинтересованы в ускоренном освоении высокоэффективных лазерно-оптических технологий. Развитие деловых связей и взаимовыгодного сотрудничества в высокотехнологичной сфере, представляется важным для целей БРИКС, а предлагаемая тематика - одна из очень немногих, активно развиваемых во всех странах этого объединения.

В качестве первоочередных тем сотрудничества по фотонике в рамках БРИКС могут быть предложены следующие научно-технические направления:

фотоника в медицине и науках о жизни;

фотоника в сельском хозяйстве и природопользовании;

фотоника в энергетике (солнечные батареи и энергоэффективное освещение);

фотоника в топливно-энергетическом и горнодобывающем комплексе (прогрессивные лазерные технологии в производстве труб, узлов, машин и оборудования для разведки, добычи и переработки нефти и газа);

фотоника в экологическом мониторинге и контроле техногенной сферы.

Сегодня могут быть предложены также некоторые мероприятия для быстрой реализации:

- приглашение делегаций из Индии, Бразилии и ЮАР на 11-ю выставку «Фотоника. Мир лазеров и оптики» в Московском Экспоцентре в марте 2016 г. (активное китайское участие имеет место ежегодно);

- организация бизнес-миссии российских производителей продукции фотоники под эгидой ТПП РФ в страны БРИКС к потенциальным партнерам, которые могут определиться по итогам приезда делегаций на нашу выставку. Также могут быть организованы посещения некоторых российских компаний и институтов;

- участие российских представителей в профильных выставках и конференциях в странах БРИКС, определение взаимных интересов в плане научного и образовательного сотрудничества.

Для реального планирования и организации международного сотрудничества принципиальным является вопрос - возможно ли получение в РФ господдержки необходимых поездок в указанные страны или все нужно делать за счет участников? Ответ на этот вопрос сразу определяет размеры круга возможных российских участников сотрудничества в рамках БРИКС. В КНР имеются различные программы поддержки визитов зарубежных научных специалистов и льготы на участие в выставках.

Имеются хорошие перспективы развития научного сотрудничества (Китай, Индия и Бразилия очень активно развивают науку - судя по росту числа научных публикаций из этих стран) и создание совместных производств на основе российских разработок в этих странах. России есть, что предложить на рынках стран БРИКС.

Имеются широкие возможности и различные возможные формы для взаимовыгодного сотрудничества для различных организаций и предприятий стран БРИКС:

- производственные соглашения и кооперация;

- научное сотрудничество - проведение фундаментальных исследований;

- научно-техническое сотрудничество в проведении НИОКР;

- лицензионные соглашения;

- создание совместных предприятий;

- торговые соглашения;

- взаимное инвестирование научно-технических и производственных проектов.

Для отечественных высокотехнологичных предприятий стратегически важно налаживание взаимовыгодного программ научно-технического сотрудничества и производственной кооперации с ведущими производителями и научно-исследовательскими организациями стран БРИКС в сфере фотоники.

Во-первых, это дает возможность отечественным предприятиям заместить различные виды дорогостоящего промышленного оборудования, комплектующих, материалов, импортируемых с Запада, альтернативными (независимыми от режимов санкций) поставками товаров по умеренным ценам, и в результате как снижение себестоимости, так и лучшее конкурентное положение отечественной продукции на быстроизменяющемся мировом рынке.

Во-вторых, имеются широкие перспективы как проведения совместных НИОКР в высокотехнологических областях - лазерной технике, нанотехнологиях, биотехнологиях, информационных технологий и др. активно развивающихся, например, в КНР, так и взаимного трансфера передовых производственных технологий. Особенно перспективно научно-техническое сотрудничество между вузами и научными исследовательскими институтами Академий наук РФ и других стран:

- совместные исследования в области фотоники, оптических, лазерных технологий, биофотоники и лазерной медицине;

- совместная подготовка специалистов и кадров ИТР, разработка и выпуск новых учебных программ, спецкурсов, учебно-методических пособий, приборов и др.;

- создание специальной программы интенсификации изучения иностранных языков стран БРИКС в регионах РФ и, соответственно, русского языка в вузах, колледжах и школах стран БРИКС, обмен методиками и пособиями преподавания, и преподавателями-носителями языка;

- разработка программ обменов и стажировок студентов и аспирантов, преподавателей вузов и научно-технических специалистов в области естественных наук;

- организация производственно-технологической практики студентов (магистров) и аспирантов, в учебно-методических центрах по лазерным технологиям и фотонике.

Выступая на Гайдаровском форуме в 2015 г., Дмитрий Медведев отметил, что новое направление интеграции - состоит в создании «благоприятных условий для участия российских фирм в международных цепочках добавленной стоимости. Речь идёт о трансфере технологий, ноу-хау, передаче принципов менеджмента. Однако такой подход требует иного взгляда на задачи экономической политики, на проблемы таможенного режима, на проблемы тарифного регулирования, налогового администрирования, на развитие инфраструктуры и на другие процессы. Необходимо выходить за рамки сложившегося у нас в стране и, во всяком случае, очень часто пропагандируемого отраслевого подхода. Прицельное внимание нужно уделить компаниям, которые встраиваются именно в международные цепочки. И это даст, может быть, бульший эффект, чем тотальная поддержка тех или иных отраслей».

«Организация крупных, общенациональных по масштабу межотраслевых корпораций равнозначна организации единых вертикально-интегрированных технологических цепочек, охватывающих полный цикл воспроизводства конкретных видов конечной наукоемкой продукции с высокой долей добавленной стоимости» Губанов С.С. Державный прорыв. Неоиндустриализация России и вертикальная интеграция. - М.: Книжный Мир, 2012. - С.60. Анализ имеющегося потенциала развития в сфере фотоники убедительно показывает широкие возможности отечественных корпораций для формирования таких вертикально-интегрированных комплексов, нацеленных на мировую экспансию, во вновь формирующихся секторах рынка, необходимых для создания нового технологического базиса и проведения неоиндустриализации России.

Сотрудничество и развитие фотоники обеспечит в перспективе корпорациям из стран БРИКС не только создание новых технологий и товаров, но и формирование новых секторов и товарных рынков, первоначально, в странах БРИКС, с последующей перспективой занятия лидирующих позиций на мировом рынке.

Таким образом, фотоника является одним из стратегических направлений промышленной модернизации и научно-технического прогресса, которое имеет значительный инновационный, научно-технический потенциал для плодотворного взаимовыгодного международного сотрудничества стран БРИКС.

Необходимо создание в рамках комиссий по экономическому сотрудничеству между Российской Федерацией и Индией, КНР, ЮАР, Бразилией подкомиссий-рабочих групп по модернизации и сотрудничеству в области промышленности, работающих под эгидой Минпромторга России, включающих специальные программы сотрудничества в сфере фотоники.

Первостепенными практическими задачами для развития делового сотрудничества между странами БРИКС сегодня являются:

- развитие и совершенствование системы финансовых расчетов в национальных валютах;

- развитие и совершенствование логистических и транспортных процедур;

- расширения спектра услуг уровня сервиса межгосударственной почтовой связи, прежде всего, системы международной почтовой экспресс-доставки EMS;

- устранение барьеров и совершенствование процедур внешнеэкономической деятельности в целях ускоренного развития производственной кооперации и научно-технического сотрудничества.

Успешная реализация программы сотрудничества между странами БРИКС в области фотоники будет способствовать ускорению экономического развития стран, развитию разноплановых межгосударственных отношений: экономических, научно-технических, культурных и дружественных связей.

...