В центре внимания: профессор МАИ удостоен медали «За заслуги в электротехнике»

Профессор кафедры № 310 «Электроэнергетические, электромеханические и биотехнические системы» Московского авиационного института (национального исследовательского университета) Владимир Пенкин награждён почётной медалью «За заслуги в электротехнике». Высокую награду Владимиру Тимофеевичу вручила Академия электротехнических наук Российской Федерации.

Разработка сверхпроводниковых электрических машин — вот то научное направление, которому Владимир Тимофеевич посвятил всю свою профессиональную жизнь. В его биографии — исследования и разработки нескольких серий криогенных электрических генераторов и двигателей с использованием эффекта сверхпроводимости.

Поворотное открытие

— После окончания МАИ в 1983 году я был оставлен на кафедре 310 как молодой специалист, — отмечает в беседе с mai.ru Владимир Тимофеевич. — Я был направлен в лабораторию сверхпроводниковых электрических машин, где занимались разработкой генератора со сверхпроводящим индуктором при охлаждении жидким гелием с температурой кипения 4,2К для самолёта на жидководородном топливе. Такая машина, разработанная и изготовленная в АКБ «Якорь» (сейчас входит в холдниг «Технодинамика» — ред.) совместно с кафедрой 310, была испытана на стенде МАИ в 1985г.

Однако потом грянула перестройка, и данное направление осталось невостребованным. В 1986 году в Швейцарии, в филиале фирмы IBM было открыто явление высокотемпературной сверхпроводимости в купратах лантана с критической температурой перехода 29К. Через несколько лет были обнаружены керамики с критической температурой 92...94К, что позволяет использовать для охлаждения жидкий азот с температурой кипения 77К. Это позволяет существенно упростить тепловую изоляцию для обеспечения сверхпроводящего состояния.

— В конце 1980-х такие материалы стали производится в СССР во ВНИИ неорганических материалов им. А. А. Бочвара, МГТУ им. Н. Э. Баумана, ВЭИ им. В. И.  Ленина и других организациях, — отмечает Владимир Тимофеевич. — На кафедре 310 возник интерес по их применению в бортовых электромеханических преобразователях. Однако такие материалы представляли собой хрупкую керамику, которая может быть получена в виде объемных элементов, таких как куб, цилиндр, диск. Но изготовить из них гнущийся сверхпроводящий провод, а значит катушку с нулевым сопротивлением, способную создавать сильное магнитное поле, не представлялось возможным.

Тогда в лаборатории МАИ родилась идея использовать такие свойства сверхпроводников, как перемагничивание в переменных магнитных полях и диамагнетизм, т.е. способность вытеснять внешнее магнитное поле из объёма материала в сверхпроводящем состоянии.

— На основе этих свойств были разработаны новые типы сверхпроводниковых электрических машин гистерезисного и реактивного типа, — отмечает Владимир Тимофеевич. — Ранее, с применением низкотемпературных сверхпроводников, охлаждаемых жидким гелием, реализация таких электрических машин была не возможна. Ведь вблизи абсолютного нуля обеспечить их рабочее состояние очень сложно. А при температуре жидкого азота машина погружного типа имеет простую конструкцию. Это было пионерское решение.

В тезисах рождается истина

В 1994 году Владимир Тимофеевич, написал тезисы доклада на 7-ой научный семинар по критическим токам в сверхпроводниках в Австрии на тему разработки электрических машин с объемными высокотемпературными сверхпроводниками.

— Этот материал заинтересовал наших будущих немецких партнёров из института высоких физических технологий (Йена, ФРГ), — вспоминает Владимир Тимофеевич. — Они занимались разработкой высокотемпературной сверхпроводящей иттриевой керамики и искали области её прикладного применения, попросив её опробовать в электрических машинах, разрабатываемых в МАИ. Немецкая керамика, в отличие от отечественной, оказалась на порядок выше по своему качеству. В объеме электродвигателя мощностью 4 Вт удалось получить 100Вт. Как показали теоретические и экспериментальные исследования, при более высоких уровнях мощности выигрыш оказался меньше, но также весьма ощутим. Это вылилось в дальнейшем в 5 совместных договоров при поддержке Министерства науки Германии. В итоге в компании OSWALD ELEKTROMOTOREN (Мильтенберг, ФРГ) совместно с МАИ был создан самый мощный в мире электродвигатель с объемными сверхпроводниками при охлаждении жидким азотом мощностью 0,5 МВт.

Также работы проводились при финансовой поддержке Минобрнауки РФ, по программе «Наука ради мира» и в рамках грантов РФФИ.

По итогам этих работ в 2002 и в 2009 годах коллектив кафедры МАИ был удостоен двумя государственными премиями в области науки и техники Правительства Российской Федерации.

Технология, разработанная в МАИ, ориентирована на транспортные установки — поезда, корабли и самолёты. Найдёт она своё применение и в области гиперзвуковой авиации.

— Если самолёты будут летать на жидком водороде, а ставка делается именно на это, то сверхпроводниковые технологии там, безусловно, найдут своё применение, — отмечает Владимир Тимофеевич. — Необходимое условие для того, чтобы система заработала, — наличие на борту криогенной среды. То есть горючее должно быть либо жидким водородом, либо сжиженным природным газом.

В МАИ есть макет сверхпроводниковой кабельной линии с охлаждением жидким азотом, разработанной в Институте «Авиационные, ракетные двигатели и энергетические установки». Разработкой насоса, который используется в установке для циркуляции криоагента, занималась кафедра 310 МАИ.

Отметим, что результаты своих научных работ Владимир Тимофеевич и его коллеги не раз публиковали в научных журналах, которые входят в международные системы цитирования Scopus и Web of Science.

От всей души поздравляем Владимира Тимофеевича Пенкина с высокой наградой и желаем ему дальнейших успехов!