УДК 339.138

Степанов Георгий Владиславович

Аспирант Инженерно-экономического института (ИНЖЭКИН)

Московского авиационного института (национального исследовательского университета), г. Москва

Stepanov Georgy V.

Post-graduate Engineering and Economics Institute

Moscow Aviation Institute (National Research University), Moscow

ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ИМПОРТОЗАМЕЩЕНИЯ КОМПОНЕНТОВ ДЛЯ АЭРОКОСМИЧЕСКОЙ  И ВОЕННОЙ ТЕХНИКИ

THE MAIN DIRECTIONS OF IMPORT SUBSTITUTION OF COMPONENTS FOR SPACE AND MILITARY EQUIPMENT

Аннотация. Одним из результатов изменений геополитики в мире стало наложение санкций на экономические связи с Российской Федерацией, в том числе, существенно ограничен импорт высокотехнологической продукции. В современной России, со времен распада СССР, отсутствовало производство микросхем и необходимых компонентов для аэрокосмической и военной техники, что, в сложившейся ситуации, поставило под угрозу стратегически важные для государства направления. В качестве ответных контрсанкций Россией введена программа импортозамещения, направленная на снятие зависимости от поставок импортных компонентов. Актуальность данной программы определяется стремительным развитием военной и аэрокосмической техники, и отставание, а тем более зависимость от импорта, в данном вопросе, становится угрозой национальной безопасности.

Summary.  One of the results of geopolitical changes in the world was the imposition of sanctions on economic ties with the Russian Federation, including the import of high-tech products. In modern Russia, since the collapse of the USSR, there was no production of microcircuits (microchips) and necessary components for aerospace and military equipment, which, in the current situation, jeopardized the strategically important for the state direction. In response, Russia introduced an import substitution program aimed at removing dependence on imports of imported components. The urgency of this program is determined by the rapid development of military and aerospace technology, and the lag, and especially the dependence on imports, in this matter, is a threat to national security.

Ключевые слова: ракетно-космическая отрасль, импортозамещенение, производство микросхем.

Keywords: space-rocket branch, import substitution, production of chips.

Дополнительные сложности для экономического развития России возникают в связи с тем, что перспективные в плане инновационного развития и повышения доли высокотехнологичного производства в ВВП сектора национальной экономики оказались в числе наиболее пострадавших от кризиса и санкций. И космическая отрасль, и электронная промышленность серьезно обременены долгами. При этом перспективы улучшения ситуации в этих секторах связывалось в значительной степени с их целенаправленной модернизацией при поддержке государства. В целом удалось сохранить бюджетную поддержку этих секторов на приемлемом уровне, но этой поддержки хватит только для обеспечения выживания ключевых предприятий. Ее недостаточно для резкого повышения глобальной конкурентоспособности и экспансии на внешние рынки. В результате, на сегодняшний момент ключевой проблемой является в целом низкий спрос на инновации в российской экономике, а также его неэффективная структура – избыточный перекос в сторону закупки готового оборудования в ущерб внедрению собственных новых разработок . [1].  Это полностью относится к рынку компонентов для аэрокосмической и военной техники.

Активное развитие производства микросхем в 80-х годах было ориентировано на уменьшение размеров электронных компонентов, а возросший спрос на мировом рынке на электронику и компьютерную технику стимулировал многократное расширение номенклатуры производимых изделий. В том числе, активно развивалось производство специальных изделий с заданными характеристиками, в первую очередь военного назначения.

С самого начала при промышленном производстве полупроводниковых изделий (микросхем), в связи с ограниченной номенклатурой, превалировала модель  IDM (integrated device manufacturer),то есть, организации полного цикла производства [2]. Развитие IDM-производств предполагало регулярное увеличение мощностей и создание вокруг базового предприятия вертикально-интегрированной структуры, обеспечивающей весь объем технологических и производственных потребностей. По этой модели строились и работали как крупнейшие транснациональные корпорации, так и электронная промышленность целых стран.

К середине 1980-х отставание советской отрасли от мировых лидеров в полупроводниковой промышленности исчислялось пятью годами, при этом СССР была единственной страной, выпускающей всю номенклатуру электронных компонентов на своей территории.

В дальнейшем развитие полупроводниковой промышленности в СССР полностью прекратилось. Были пропущены многочисленные этапы новых технологических процессов, направленные на проектирование новых перспективных полупроводниковых изделий, а так же, на развитие и увеличение производительности уже существующих. В дальнейшем отставание в области полупроводниковых изделий пришлось нивелировать с помощью ассиметричных подходов к разработке и производству микросхем.

Современная полупроводниковая промышленность строится на модели контрактного производства. Модель fabless — foundry ориентирована на разделение труда: fabless — проектирование (дизайн) микросхем и foundry — кремниевый завод, изготавливающий полупроводниковую продукцию. Fabless-компании занимаются разработкой интегральных микросхем, а изготовление передают на аутсорсинг сторонним foundry-компаниям, организованным по принципу контрактного производства. В современных условиях микроэлектронное производство столкнулось со значительными затратами на освоение новых топологических норм: высокая стоимость оборудования, разработки и внедрения технологии производства.

По классификации принятой на Западе микросхемы делятся на 4 группы – commercial, industrial, military и space. По названиям можно легко определить область их применения и степень надежности. Так, первые две группы предназначены для использования в бытовой и офисной технике, производстве, и к ним предъявляются самые низкие требования по части устойчивости к возмущающим параметрам: температуре, вибрациям, агрессивным средам. На устойчивость к радиации они вообще не проверяются. К микросхемам групп military и space предъявляются самые высокие и жесткие требования по устойчивости к внешним воздействиям и условиям эксплуатации.

До 2010 года практически все микросхемы групп military и space поставлялись в Россию из заграницы, но стоит отметить, что по-настоящему современные и эффективные компоненты в нашу страну не поступали. Например, компьютер типа RAD750, стоящий на марсоходе  Curiosity, нашей стране так и не был продан.

Собственное производство микросхем в России группируется по уровню приемки: отдел технического контроля — военная приемка — приемка для космоса и ядерной энергетики. Особенностью является то, что, как правило, военную и космическую приемку совмещают прежде всего из-за мелкосерийного производства, что в свою очередь приводит к очень высокой стоимости подобных микросхем.

Одним из основных внешних факторов, способных нарушить работу микросхем в космосе является гамма- и рентгеновское излучение которое проходит через микросхему и накапливается в виде заряда в диэлектрике, окружающем транзисторы. Что в дальнейшем приводит к изменению порогового напряжения и тока утечки в транзисторах. При воздействии на микросхемы постоянной памяти, навигационной аппаратуры и блоков управления подобное излучение приводит к разрушению хранящейся информации. В зависимости от длительности воздействия и суммарно накопленной дозы радиации (например, для микросхем группы commercial -5000 рад) это приводит к выведению из строя и поломке.

Так же, следует учитывать, что чем выше орбита, на которой расположен космический аппарат, тем более серьезному воздействию он подвержен. Для низких орбит, порядка 100-300 км, за год накапливается около 100 рад. Это позволяет снизить требования к группам микросхем, используемых на таких высотах. Но с увеличением высоты орбиты до 1000 и более километров годовая доза может достигать 20 000 рад, что не позволяет использовать группы микросхем со слабой надежностью и низкой степенью сопротивления внешнему воздействию.

Но наиболее опасным внешним фактором в космосе является воздействие тяжелых заряженных частиц (ТЗЧ), к которым относятся протоны, альфа-частицы, осколки ядер. Обладающие огромной (до 10 в двадцатой степени электрон-вольт) энергией подобные частицы буквально «пробиваю» насквозь космический аппарат, что приводит к замыканию (теристорному защелкиванию) между питанием микросхемы и корпусом аппарата. Восстановлению работоспособности, испытавшая подобное воздействие микросхема, не подлежит.

Согласно официальной версии, межпланетная станция «Фобос-грунт» была потеряна в 2012 году именно из-за атаки ТЗЧ. Поскольку 62% использовавшихся в бортовом компьютере микросхем, закупленных за границей, принадлежали к классу industrial.

В 2007 году для создания собственного производства полупроводников была разработана и утверждена федеральная целевая программа «Развитие электронной компонентной базы и радиоэлектроники на 2008−2011 годы». В дальнейшем, с учетом внесенных изменений, программа была продлена до 2015 года. По-настоящему активные работы по данной программе начались только в 2014 году с введения антироссийских санкций.

Основной проблемой производства микросхем в России является даже не техническая, а производственная. На 12 предприятий занятых в разработке радиационно-устойчивых микросхем, приходится 3 предприятия, на которых они изготавливаются. Более половины разработчиков изначально ориентируются на размещение заказов за рубежом.

Этот фактор подчеркивает актуальность проблемы импортозамещения в военной и космической отрасли. Зависимость от зарубежных поставок в стратегических отраслях (аэрокосмическая и военная) приводит к снижению уровня Национальной безопасности и вводит существенные ограничения на развитие национальных проектов военной и космической техники [3].

В существующем перечне микросхем, подлежащих замещению, говорится о тысячах наименований (и это только микросхемы, не говоря о пассивных элементах типа высокоточных резисторов, которых еще больше). Главной проблемой для разработчиков аппаратуры является требование повторить уже существующее изделие с использованием российских компонентов, то есть просто скопировать. Переход на новое поколение электронных компонентов в аэрокосмической отрасли и ликвидация существующего отставания главная задача отечественных разработчиков и производителей [4].

Перспективные проекты по разработке микросхем направлены на промышленную серию быстродействующих n- и p-канальных транзисторов повышенной мощности в металлопластмассовых и металлокерамических корпусах, которые заменят используемые импортные приборы. Конкретно для космической отрасли планируется разработка и производство мощных транзисторов с двойной диффузией. В настоящий момент проводятся работы на уровне макетных образцов, переход к тестовым испытаниям запланирован на это год и при их успехе серийное производство начнется в 2018 году.

Общепринятое мнение, что «чем меньше, тем лучше», в стратегических областях следует заменять на «надежнее». Для начала необходимо отработать надежность функционала, а затем уже работать над увеличением плотности размещения элементов и т. д. При одинаковом результате затраты на создание элементной базы для производственного масштаба сократится в разы.

При современном уровне производства и скорости смены поколений микросхем в 3-4 года стоит акцентировать внимание на том, что смена поколений не приводит к немедленной переориентации только на производство нового поколения продукции. Прежде всего, микросхема – это компонент устройства, которое в том числе нуждается в обслуживании и продлении срока полезной эксплуатации.

В настоящее время в российских космических аппаратах используется широкая и разнородная номенклатура микросхем и чипов, не регулируемая едиными стандартами. Доля компонентов иностранного производства в конкретном аппарате может достигать 90%. Так в последних моделях спутников глобальной навигационной системы ГЛОНАСС  используются американские компоненты для систем военного и двойного назначения. Поставка таких компонентов регулируется International Traffic in Arms Regulations (ITAR) – системой норм и правил, устанавливаемых властями США в сфере экспорта товаров и услуг военного характера. И в соответствии с правилами ITAR, экспорт в Россию электронной компонентной базы для использования в военных системах и космосе возможен только с разрешения Госдепартамента США, что в текущей ситуации накладывает серьезные ограничения вплоть до полного запрета, на поставку таких компонентов.

Для того чтобы обеспечить импортозамещение, зеленоградские производители предлагают правительству РФ регламентировать стандарты чипов, которые могут использоваться для производства космических аппаратов. С учетом введения ограничительных мер на использование иностранных компонентов, в целях защиты отечественных производителей, компонентная база в космической отрасли к 2020 году может стать российской на 80 процентов. Отечественные производители микроэлектроники в свою очередь рассчитывают выйти на европейские рынки сбыта продукции для космоса.

Производителей микросхем самого надежного класса space относительно немного, так что у российских производителей есть хороший шанс найти и занять свою нишу. Например, они могли бы специализироваться на производстве бортовых микроконтроллеров и телеком-модулей. Кроме того, в России более жесткие требования к радиационной устойчивости микроэлектронных компонентов, что дает нашим производителям преимущество над азиатскими. Объем европейского рынка космических компонентов оценивается в 700 миллионов долларов, объем российского рынка – два миллиарда рублей. Чтобы унифицировать свои технологии с европейскими, Россия может присоединиться к открытому стандарту SpaceWire, который поддерживает Европейское космическое агентство (ESA) [4].

Так же по программе импортозамещения в России проводится разработка новых перспективных микросхем, основанных на базе универсальной архитектуры. Подобные «мультиклеточные» процессоры, системы на кристалле, позволят уйти от зависимости в технологиях производства 10-нм изделий, многократно снизить энергопотребление и существенно повысить надежность от внешнего воздействия.

Также необходимо сформировать классификатор услуг и их каталогов на основе обширных информационных массивов технических и экономических показателей, что позволит пользователям более надежно взаимодействовать с производителями и в конечном итоге расширять и дифференцировать спрос. [5].

Список литературы

1. Стратегия инновационного развития Российской Федерации на период до 2020 года Утверждена распоряжением Правительства Российской Федерации от 8 декабря 2011 г. № 2227-р.
2. Гулякович Г.Н., Северцев В.Н., Шурчков И.О. Перспективы и проблемы полупроводниковой наноэлектроники // Институт проблем проектирования в микроэлектронике. М.: РАН. 2014. – 316 с.
3. Носов Ю., Сметанов А. Крепить импортонезависимость страны! // Электроника. М.: НТБ. 2014. №8. С. 154–155.
4. Импортозамещение для космических аппаратов. Военно-промышленный курьер // Электронный ресурс. http: // vpk.name/news / 108674_Importozameshenie_dlya_kosmicheskih_apparatov.html
5. Корунов С.С. Методы и модели оценки экономической эффективности инвестиционных проектов ракетно-космической промышленности. М.: Доброе слово. 2015. – 124 с.
6. Тихонов А.И. Модель  комплексной реализации концепции импортозамещения в инновационной среде (на примере авиационного двигателестроения) // Вестник Московского авиационного института. 2015. Т. 22. №3. С. 146-153.
7. Крстевска Р. Импортозамещение в ракетно-космической отрасли // Актуальные проблемы авиации и космонавтики. Красноярск: СибГАУ. Т.2. №12. 2016. №8. С. 360–362.
8. Артющик В.Д., Гусаков А.Г., Тихонов А.И. Развитие авиационной промышленности Российской Федерации в условиях импортозамещения // Московский экономический журнал. 2016. №3. С. 46.