Глава 9. Отдел оптоэлектроники


Последние пять лет, прошедшие после 50-летнего юбилея НИИ «Полюс» в марте 2012 года, охарактеризовались серьезными переменами в жизни отдела оптоэлектроники, которым с 1991 года руководит выпускник факультета «Физическая и квантовая электроника» МФТИ М.М. Землянов.

С целью разделения функций разработки новых изделий и их опытного и серийного производства в соответствии с планом развития направления в 2015 году отдел оптоэлектроники был преобразован в научно-производственный комплекс (НПК), в состав которого вошли научно-исследовательский отдел (НИО) под руководством А.В. Мамина, производственный отдел (ПО) под руководством С.В. Опанасюка, механический участок под руководством И.В. Бинюкова и службы обеспечения – экономическое бюро под руководством Т.М. Могилевской и группа материально-технического снабжения, которой в разные периоды руководили Т.П. Наумова, О.А. Овечкина, К. Л. Албегов и Е.М. Маковкина. В результате такой реструктуризации, а также благодаря проводимому в рамках федеральных целевых программ техническому перевооружению была резко повышена эффективность научно-производственной деятельности подразделения, что выразилось в росте объемов производства и разработок, а также исполнительской дисциплины.

Увеличение объемов производства и расширение номенклатуры выпускаемых изделий (табл. 1) упрочнило позиции НИИ «Полюс» как ведущего в стране производителя фотоприемных устройств (ФПУ) для лазерных гироскопов и лазерных дальномеров ближнего ИК-диапазона. Абсолютным лидером по суммарному объему производства является ФПУ-03М и его модификация ФПУ-03МА – фотоприемное устройство средней точности на основе германиевого ЛФД с применением тонкопленочной гибридно-интегральной технологии. Новейшей модификацией ФПУ-03М является изделие ФПУ-03МТД, в конструкцию которого интегрирован вторичный источник питания (ВИП). Важнейшей особенностью всех модификаций ФПУ-03М является применение исключительно материалов и комплектующих российского производства качества «ВП».

Еще одной модификацией ФПУ-03М является фотоприемное устройство ФПУ-16. В отличии от базовой модели в изделии реализовано управление рабочим напряжением ЛФД в зависимости от температуры окружающей среды, что позволило обеспечить оптимизацию чувствительности в широком температурном диапазоне и специфицировать работу в спектральном диапазоне до 1,57 мкм. Дальнейшая модернизация ФПУ-16 привела к появлению серийно выпускаемого в большом объеме прибора – ФПУ-20. Главное отличие от базовой модели – низкий профиль корпуса, что делает изделие удобным для установки в ручные малогабаритные лазерные дальномеры. Отдельный интерес представляют фотоприемные устройства серии ФПУ21: ФПУ-21В, ФПУ-21ВА и ФПУ-21ВТ, которые разрабатывались как изделия сугубо гражданского назначения. И если ФПУ-21В и ФПУ-21ВА отличаются только конструкцией корпуса, то ФПУ-21ВТ имеет расширенный температурный диапазон, что позволяет применять данное изделия для самого широкого круга задач.

Таблица 1. Параметры серийных и опытных ФПУ лазерных дальномеров, производимых НПК оптоэлектроники
Модель Спектральный диапазон чувствительности, мкм (тип фотодиода) Длительность лазерного импульса, нс Пороговая чувствительность*, нВт (ø чувст. площ., мкм) Динамический диапазон Pmax/Pmin Напряжение питания, В Временной сдвиг выходного электрического импульса, нс (эквивалентная точность, м) Габаритные размеры, мм
ФПУ-03М
ФПУ-03МА
0,6 … 1,3 (Ge ЛФД)7 … 50100 (150)107+6,-6,-4525(5)59×31×13
ФПУ-03МТД0,6 … 1,3 (Ge ЛФД)7…...50100 (150)107+ 21…2925(5)59×31×13
ФПУ-160,9 … 1,57 (Ge ЛФД)9 … 5050 (150)106+6,-6,-4530(5)60×31×13
ФПУ-200,9 … 1,57 (Ge ЛФД)9 … 5050 (150)107+6,-6,-4525(5)60×31×7
ФПУ-210,9 … 1,57 (Ge ЛФД)9 … 5050 (150)107+6,-6,-4525(5)60×31×13
ФПУ-21В
(ВА, ВТ)
0,9 … 1,57 (Ge ЛФД)9 … 5050 (150)107+1225(5)60×31×13
ФПУ-260,9 … 1,57 (Ge ЛФД)9 … 5050 (150)107+6…1225(5)60×31×13
ФПУ-290,9 … 1,57 (Ge ЛФД)9 … 5050 (150)107+18…2625(5)60×31×13
ФПУ-320,9 … 1,57 (Ge ЛФД)9 … 5050 (150)107+22…2925(5)61×33×16,5
ФПУ-340,9 … 1,6 (pin InGaAs)9 … 5050 (120)105+625(5)46×23×6
ФПУ-350,9 … 1,6 (ЛФД InGaAs)9 … 5010 (200)107+1225(5)60×31×13
ФМЛД0,9 … 1,6 (ЛФД InGaAs)9 … 30010 (200)107+126(1)60×31×13
ФМЛК-13СМ11,0 … 1,6 (ЛФД InGaAs)3 … 5007 (200)108+126,6(1)102,5×62,5×30,5


На базе ФПУ-21ВТ разработан и серийно выпускается небольшими партиями ряд фотоприемных устройств специального назначения: ФПУ-26, ФПУ-29 и ФПУ-32. Обладая близкими к ФПУ-21В фотоэлектрическими характеристиками, данные изделия имеют более высокую стойкость к внешним климатическим и механическим воздействиям, а также имеют некоторые специфические функциональные возможности: ФПУ-26 имеет низкое напряжение питания и предназначено для применения в ручных лазерных дальномерах с автономным электропитанием, ФПУ-29 имеет расширенный диапазон внешнего питания, а также встроенный светодиод видимой подсветки площадки ЛФД, что значительно упрощает процесс юстировки, ФПУ32 имеет еще и дополнительный ИК-светодиод для встроенной диагностики изделия и полную гальваническую развязку цепей питания и цепей управления.

Новейшими разработками специалистов НПК (А.В. Гринин, А.С. Качурин, А.Е. Сафутин) являются фотоприемные устройства ФПУ-34 и ФПУ-35.

ФПУ-34 – фотоприемное устройство средней точности на основе InGaAs pinфотодиода с диаметром чувствительной площадки 120 мкм с рабочим диапазоном длин волн от 900 до 1600 нм имеет миниатюрное исполнение и встроенный ИК-светодиод функционального контроля. ФПУ предназначено, главным образом, для применения в миниатюрных и малогабаритных импульсных лазерных дальномерах беспилотных летательных аппаратов.

ФПУ-35 – фотоприемное устройство средней точности на основе InGaAs ЛФД имеет чрезвычайно высокую чувствительность, встроенный высоковольтный ВИП для питания ЛФД и систему автоматической адаптации к уровню внешнего фона.

Специалистами отдела оптоэлектроники была предложена принципиально новая концепция развития фотоприемных устройств для лазерных дальномеров – создание фотоприемных модулей высокой степени интеграции, в состав которых, кроме собственно фотоприемного устройства, входят блоки обработки сигнала, цифрового обмена с комплектуемыми устройствами, самодиагностики и др.

В рамках реализации данной концепции были созданы многофункциональный модуль лазерного дальномера ФМЛД-1 и его модификации ФМЛД-2 и ФМЛД-3. Появление этих модулей ознаменовало принципиально новый подход к конструированию приемных каналов систем лазерной дальнометрии и локации, позволяющий обеспечить широкую унификацию, упростить конструирование, снизить массогабаритные характеристики и повысить надежность всей системы в целом.

Дальнейшим развитием в рамках этой концепции является многофункциональный фотоприемный модуль широкого назначения ФМЛК-13СМ1. В приборе применены уникальные схемотехнические и конструктивные решения входных усилительных цепей, что позволило обеспечить рекордную чувствительность. Модуль также содержит узел ШИМ-управления ТЕМО, включая мощные токовые ключи, встроенную систему функционального контроля и диагностики состояния, специализированный интерфейс для подключения к внешней цифровой информационной шине. Особенностью модуля является возможность его оперативной замены без проведения дополнительной юстировки благодаря прецизионной центровке фотодиода.

Дальнейшими задачами в области разработки фотоприемных устройств для лазерных дальномеров и локаторов, над которыми продолжает работать коллектив НПК, являются: повышение устойчивости к мощным паразитным засветкам при сохранении высокой чувствительности, в том числе с помощью новых схемотехнических решений и интеграции ФПУ с оптическими аттенюаторами на основе нелинейных оптических сред, повышение функциональности и интеграции при сохранении массогабаритных характеристик, импортозамещение, создание высокочувствительных ФПУ в перспективном спектральном диапазоне 2–3 мкм.

Среди разработанных за последние десятилетия фотоприемных устройств для лазерных гироскопов безусловным лидером является миниатюрное 2-х канальное фотоприемное устройство ФПУ-14, серийный выпуск которого перевалил за несколько десятков тысяч штук. Созданное в начале 2000-х годов под руководством А.В. Мамина ФПУ-14 оказалось настолько удачным по тактико-техническим характеристикам, что за последние годы работы в области разработки ФПУ данного типа касались в основном доработок и совершенствования конструкции ФПУ-14, в результате чего были повышены надежность, расширены частотный и рабочий температурный диапазоны. Не маловажным оказалось и то, что в изделии применены только отечественные материалы и комплектующие. Однако уменьшение габаритов современных лазерных гироскопов ставят перед коллективом НПК задачу уменьшения габаритов фотоприемного устройства, которое и так является миниатюрным.

Несомненным успехом всего коллектива НПК явились успешные натурные испытания волоконно-оптического комплекса сбора, передачи, обработки и представления информации датчиков системы наземных измерений новейшего космического ракетного комплекса «Ангара», созданного в отделе оптоэлектроники.

Разработка, изготовление и испытания таких сложных комплексных изделий как ВОКСНИ-КСЛВ (проект для корейского космического ракетного комплекса) и ВОКСНИ-АНГАРА явились результатом упорного многолетнего труда большого коллектива специалистов. Высокое качество разработки подтверждено успешными стартами ракетного комплекса «Ангара» с космодрома Плесецк, осуществленных в 2014–2015 годах.
Глава 9. Отдел оптоэлектроники. Фото 1
Многофункциональный фотоприемный модуль лазерного дальномера ФМЛД-1
Необходимо отметить исключительную роль в успехе отдела оптоэлектроники инженеров-конструкторов под руководством А.В. Мамина (Н.В. Голубева, А.Г. Даугель-Дауге, О.В. Климовой, А.И. Лагуткина, А.А. Лаврова и, впоследствии, И.Н. Куляева), лабораторию молодых специалистов под руководством А.И. Пименова (инженеров-электроников М.М. Ермак, А.С. Качурина, В.С. Кузнецова, Е.П. Спиридонова, С.В. Малороссиянова, программистов И.С. Михейчева, С.И. Попкова), руководителя группы С.В. Опанасюка, инженеров-конструкторов под руководством Л.Н. Максименко (Н.И. Буничевой, Е.Н. Галахова, Д.С. Гамаюнова, Е.В. Романовой, И.В. Акимовой и, впоследствии, О.В. Шаповаловой). Электромонтаж аппаратуры комплексов осуществлялся радиомонтажниками С.Е. Поповым, И.В. Божиным, Д.Н. Тереховским. Изготовление деталей блоков аппаратуры было выполнено высококлассными специалистами участка механообработки под руководством В.П. Титова (Ю.А. Адаменко, И.В. Бинюковым, С.В. Королевским, Д.А. Луниным, Н.А. Неудакиным). Успешность разработок и изготовления образцов во многом определило оперативное материально-техническое обеспечение, которое осуществляли Т.П. Наумова и М.В. Спориш. Большой объем работ по экономическому сопровождению разработок вели экономисты М.С. Розина и Т.М. Могилевская, а впоследствии – О.Н. Дышловенко, В.Ю. Кузьмина и И.С. Спиридонова. Поддержание необходимых производственных условий в помещениях подразделения осуществлялось А.Д. Ашихминым.
Глава 9. Отдел оптоэлектроники. Фото 2
Аппаратурная стойка в ЦУПе из состава комплекта аппаратуры наземной части ВОКСНИ-АНГАРА
Неоценимая помощь и всесторонняя поддержка разработкам оказывалась ведущими специалистами ГКНПЦ им. М.В. Хруничева М.П. Ананьевым, С.В. Чихляевым, В.Б. Шукайло, Б.Н. Николаевым и др.

За выдающийся и значительный вклад в создание комплекса ВОКСНИ-АНГАРА ряд сотрудников НПК (М.М. Землянов, А.В. Мамин, А.И. Пименов, Н.В. Голубев, А.Г. Даугель-Дауге, О.В. Климова) были в 2015 году удостоены стипендии Президента Российской Федерации.

В настоящее время проводятся работы по повышению технологичности и уменьшению стоимости производства комплекта бортовой аппаратуры комплекса ВОКСНИ-АНГАРА.
Глава 9. Отдел оптоэлектроники. Фото 3
Комплект аппаратуры бортовой части ВОКСНИ-АНГАРА на испытательном стенде
Проведение разработок такого уровня сложности и объема как ВОКСНИ потребовало глубокой структурной перестройки подразделения. В течение последних 10 лет относительно узкопрофилированное подразделение фотоприемников НИИ «Полюс», коллектив которого к тому же изрядно поредел в 90-е, годы экономических реформ в стране, превратилось в мощное комплексное подразделение – отдел оптоэлектроники, содержащий в своей структуре специализированные отделения, способные эффективно решать целый комплекс конструкторских, технологических и программных задач, проводить разработку и сопровождение всей необходимой документации, а также обеспечивать изготовление и испытания разрабатываемых изделий, главным образом в интересах Министерства обороны РФ. Увеличение объемов производства и разработок, количества сопровождаемой финансово-экономической документации, а также количества и номенклатуры применяемых комплектующих изделий привели к необходимости усиления административно-управленческого аппарата отдела, в частности, введения группы материально-технического обеспечения под руководством Т.П. Наумовой.
Глава 9. Отдел оптоэлектроники. Фото 4
Преобразователь сигналов датчиков ПСД из состава комплекта аппаратуры бортовой части ВОКСНИ-АНГАРА
Выделение работ по разработке и изготовлению компонентов волоконно-оптических систем передачи информации, устройств и систем оптической связи в отдельное направление нашло свое отражение в создании в конце 90-х годов отдельной лаборатории под управлением А.В. Мамина. В обязанности лаборатории также вошла разработка и испытание фотоприемных устройств для лазерных гироскопов, а также особо конструктивно сложных механических, оптических и аналоговых электронных устройств.
Глава 9. Отдел оптоэлектроники. Фото 5
Алексей Владимирович Мамин
Несмотря на расширение сферы интересов отдела, разработка и изготовление ФПУ для лазерных дальномеров, целеуказателей и локаторов традиционно является приоритетным направлением деятельности. В середине 90-х годов коллектив разработчиков под управлением А.Е. Сафутина был преобразован в отдельную лабораторию, в обязанности которой входили и входят разработка и изготовление фотоприемных устройств указанного типа, а также создание специализированных средств и методов контроля и измерения параметров данных изделий.

Поскольку основное количество производимых отделом фотоприемников базируется на германиевых и кремниевых фотодиодах собственного производства, в структуру отдела входит созданное еще в середине 60-х годов и традиционно женское технологическое подразделение – лаборатория разработки и изготовления фотодиодов под руководством Н.Г. Лозовой. Круг задач, решаемых лабораторией, в настоящее время не ограничивается одними фотодиодами. Опытные технологи подразделения в той или иной степени участвуют в изготовлении практически всех изделий, где требуется проведение каких-либо технологических операций с использованием химических компонентов и реактивов.

В начале 2000-х годов стало очевидным, что новые разработки, тем более комплексные, не могут быть выполнены без применения современной вычислительной техники, микроконтроллеров, построения цифровых устройств на основе компонентов программируемой логики (ПЛИС). В 2007 году было принято стратегически важное решение о создании в структуре отдела принципиально нового подразделения – лаборатории разработки цифровых устройств управления, обработки и передачи информации под управлением А.И. Пименова. Поскольку в отделе было крайне недостаточно специалистов в данной области, практически весь коллектив новой лаборатории был набран из молодых специалистов – выпускников МИФИ, МФТИ, МВТУ им. Н.Э. Баумана и других вузов, которые уже через несколько лет накопления опыта показали себя грамотными и ответственными инженерами-электронщиками и программистами.
Глава 9. Отдел оптоэлектроники. Фото 6
Высокочувствительный быстродействующий фотоприемный модуль лазерного локатора ФМЛЛ
В 90-х годах на фоне общей ситуации в стране произошло резкое снижение уровня контроля над разработками, что неизбежно отразилось на качестве создаваемой конструкторской и технологической документации. На предприятии был закрыт ряд специализированных конструкторских и технологических подразделений, бравших на себя значительную часть работ по оформлению документации. Однако с середины 2000-х годов со стороны военных представительств Министерства обороны началось ужесточение контроля над проводимыми работами, были перевыпущены старые и введены новые ГОСТы, регламентирующие порядок разработки и производства военной техники. Работы по созданию ВОКСНИ-АНГАРА и других изделий сопровождались разработкой и согласованием огромного объема технической документации, что не могло быть реализовано с помощью разрозненных усилий отдельных конструкторов, разбросанных по подразделениям отдела. Возникла острая необходимость в специальном консолидированном конструкторском подразделении. Такое подразделение – группа разработки рабочей конструкторской документации (РКД) под руководством Л.Н. Максименко – было создано в 2008 году.

Создание отдельной группы разработки РКД решило ряд проблем по оперативному созданию значительной части технической документации, однако вопросы разработки, согласования и сопровождения такой важнейшей текстовой документации, как технические условия, эксплуатационная и ремонтная документация, расчеты надежности и другие, оставались открытыми.

В 2010 году была сформирована группа разработки текстовой документации под руководством С.В. Опанасюка (в настоящее время группой успешно руководит Н.В. Седова). Формирование группы ознаменовало завершение в отделе создания полного цикла по разработке, сопровождению и корректировке конструкторской документации. В обязанности группы вошли не только разработка и сопровождение основной конструкторской текстовой документации, но и проведение расчетов надежности изделий с последующим оформлением, а также разработка методик и планов испытаний на надежность. В течение 90-х годов не только в НИИ «Полюс», но и на большинстве предприятий произошла постепенная деградация участков механообработки. Размещать заказы на изготовление деталей и узлов, разрабатываемых и серийно выпускаемых изделий становилось все труднее: количество дееспособных организаций неуклонно сокращалось, росли цены, качество изготовления падало, сроки выполнения заказов постоянно срывались. Ситуация грозила принять катастрофический оборот, когда отдел не сможет выполнить взятые на себя обязательства перед заказчиками по поставкам и разработкам. Единственным разумным выходом из сложившегося положения было создание внутри отдела в 2008 году собственного участка механообработки под руководством В.П. Титова. Несмотря на крайнюю ограниченность далеко не самого современного станочного парка и небольшое количество сотрудников участка, их высокий профессионализм позволил обеспечить практически все потребности отдела в деталях и узлах из различных пластмасс и металлов, в том числе титана.

В течение последних лет НПК оптоэлектроники продолжает оставаться одним из самых перспективных и динамично развивающихся подразделений НИИ «Полюс». Кроме «традиционных» видов деятельности – разработки и производства фотоприемных устройств и модулей для лазерной дальнометрии, локации и гироскопии, – в НПК начаты работы по созданию ряда малогабаритных многофункциональных дальномерных модулей для встраивания «под ключ» в различные приборы и комплексы гражданского и военного назначения. Продолжается отработка, изготовление и поставка опытных образцов аппаратуры комплекса ВОКСНИ-АНГАРА. Проводится работа по разработке и серийному освоению малогабаритных акселерометров высокой точности для лазерных навигационных систем. Продолжаются инициативные работы в интересах РАО «ЕЭС России» по созданию комплекта волоконно-оптической аппаратуры на основе магнитооптических датчиков для контроля токов утечки в высоковольтных ЛЭП. Активно проводится поиск перспективных ниш на рынке гражданской продукции.
РФ, 117342, г. Москва,
ул. Введенского, д. 3, корп. 1