Да будет свет

Да будет свет Фотоника - одна из наиболее перспективных высокотехнологичных ниш для уральской промышленности. Условие ее конкурентоспособности на мировом уровне - создание технологий сопоставимого качества

Журнал и аналитический центр «Эксперт-Урал» продолжают серию публикаций, посвященную перспективным рынкам для обрабатывающей промышленности. Подробно об идеологии, принципах, методологии нашего исследования мы писали в ноябре прошлого года (см. «Свободная касса», «Э-У» № 47 от 25.11.2013 ), краткие выводы по нескольким нишам опубликовали в декабре («Ешь, молись, люби», «Э-У» № 1 - 2 от 23.12.2013 ). В этом году мы намерены подробно рассказать о двенадцати наиболее интересных и перспективных рынках: первые четыре текста будут посвящены прорывным технологиям, остальные - условно традиционным рынкам. Стартовали мы с аддитивных технологий (см. «Напечатай мне 3D-барашка», «Э-У» № 7 от 10.02.2014 ), развили тему углеродными нанотрубками (см. «Графитовый свиток», «Э-У» № 10 от 03.03.2014 ). Переходим к фотонике.

Золотой луч

Фотоника - обширная область, объединяющая технологии контроля и преобразования оптических сигналов, основанные на испускании и поглощении фотонов или манипулировании фотонными потоками. Поле применения огромно - от передачи информации через оптоволокно до генерации энергии при лазерном термоядерном синтезе и создания новых сенсоров, которые модулируют световые сигналы в соответствии с малейшими изменениями окружающей среды.

Термин «фотоника» академик Александр Теренин ввел в оборот еще в начале 60-х.В 80-х он стал широко употребляться благодаря началу использования оптоволокна, а к концу десятилетия его утвердила международная ассоциация Institute of Electrical and Electronics Engineers. Еще 20 лет фотоника применялась в основном в телеком-отрасли, а в начале 2000-х получила распространение в микроэлектронике, машиностроении, светотехнике, медицине, биохимических и экологических исследованиях. «Трудно указать область человеческой деятельности, где эти технологии не дали бы мощный эффект - от фундаментальных научных исследований до шоу-бизнеса, - пишет в одной из статей декан факультета инновационных технологий Томского госуниверситета Анатолий Солдатов. - Для технического прогресса, для модернизации экономики реализация возможностей современной фотоники аналогична электрификации в начале прошлого века».

Приведем лишь пару примеров. Первый - создание компанией Lenslet в конце 2003 года оптического процессора Enlight256 с быстродействием, в тысячу раз превышающим электронные аналоги (достигнута рекордная производительность в 8 трлн операций в секунду с 8-битовыми числами). Второй - передача информации со скоростью 1 петабит (миллиард мегабит) в секунду по 12-ядровому оптическому волокну на расстояние 50 км. «Одна лазерная технологическая установка может заменить до 17 фрезерных станков, - приводит еще один пример профессор Санкт-Петербургского национального исследовательского университета ИТ механики и оптики Виктор Беспалов. - Имея начальную стоимость в 300 - 500 тыс. долларов, она при правильной эксплуатации окупается за год-полтора и приносит прибыль в размере 8 - 10 рублей на один вложенный рубль, при этом существенно повышая культуру производства, снижая энерго- и материалоемкость продукции».

Структура мирового производства в области фотоники, %Согласно обзору Photonik Branchenreport 2013, подготовленному германскими ассоциациями Spectaris, Verband Deutscher Maschinen- und Anlagenbau и Zentralverband Elektrotechnik- und Elektronikindustrie, объем мирового рынка фотоники с 2005 по 2011 год вырос в полтора раза (с 228 до 350 млрд евро). К 2020-му показатель может достичь 615 миллиардов. То есть ниша будет расти быстрее, чем глобальная экономика в целом.

Две трети мирового производства в области фотоники сосредоточено в Азии. Безусловные технологические лидеры - Китай и Япония (доля каждой страны - 21%).

Основные секторы применения (56% рынка) - дисплеи, информационные технологии и фотовольтаика (метод выработки электрической энергии путем использования фоточувствительных элементов для преобразования солнечной энергии в электричество).

Эксперты отмечают, что потенциал применения технологий фотоники раскрыт всего на 10 - 20%. И привязанность к ним разнообразных отраслей с каждым годом будет расти. В Photonik Branchenreport 2013 утверждается, что к 2020 году наиболее зависимыми секторами окажутся электротехника, производство фильмов и машиностроение. А наибольший скачок в применении этих технологий, по всей видимости, сделают текстильное производство, сектор добычи нефти и газа и пищевка.

- Хотя уже сегодня, например, европейская фотоника дает рабочие места для 290 тыс. человек, большинство из которых трудится на 5 тыс. малых предприятий, - констатирует Виктор Беспалов. - От фотоники непосредственно зависят 20 - 30% всей европейской экономики и 10% всех работающих (это около 30 млн мест).

Код 21

За границей отчетливо осознают, насколько велики перспективы фотоники. В Евросоюзе, например, создано специальное подразделение для координации усилий по развитию фотоники и организована технологическая платформа Photonics21. До 2012-го на поддержку НИОКР в этой области ежегодно выделялось около 120 млн евро. Причем Еврокомиссия давала деньги исключительно на условиях паритетного софинансирования со стороны заинтересованного бизнеса. Нам такой подход кажется верным, поскольку технологии гарантирован спрос.

В ЕС в 2012-м разработана стратегия Horizon 2020, объединяющая все хайтек-программы. На ее реализацию в 2013 - 2020 годах планируется потратить 80 млрд евро. Только на фотонику пойдет 7 миллиардов, из которых 5,6 даст частный сектор, а 1,4 - бюджет Еврокомиссии. Это должно создать от 70 до 100 тыс. новых рабочих мест в отрасли и 350 - 600 тысяч - в промышленности ЕС в целом.

В Китае действует специальная государственная целевая программа, в итоге объемы производства лазерно-оптической продукции растут в среднем на 25 - 30% в год. Министерство науки и технологий Южной Кореи на фотонику ежегодно выделяет 30% всего госбюджета на науку.

Объем использования технологий фотоники, млрд евро                Степень зависимости развития отрасли от использования фотоники (100=полная зависимость)

Статпогрешность

Доля России в мировом производстве в сфере фотоники - 0,06% (220 млн евро), в одном из наиболее широких сегментов, лазерах, - около 0,2%. При этом 95% продукции потребляется внутри страны. «В настоящее время наблюдается отставание фотоники России от мирового уровня (среднему мировому уровню соответствует лишь 20 - 25% разработок, предлагаемых отечественными производителями лазерно-оптической техники на внутреннем рынке)», - пишет Анатолий Солдатов.

Мы не располагаем данными, чтобы рассчитать объем уральского рынка, но очевидно, что пока он чрезвычайно мал. Тем не менее мы считаем эту нишу крайне перспективной для организации производств. Приведем несколько аргументов. Начнем с того, что в июле 2013-го федеральное правительство утвердило «дорожную карту» по развитию фотоники до 2018 года. Цели: увеличение объема производства продукции в России в четыре-пять раз (40 - 50 млрд рублей в год); подъем экспорта не менее чем в пять-шесть раз (до 3 - 4 млрд рублей в год); рост до 60 тысяч (в 1,7 раза) числа высокотехнологичных рабочих мест, занимаемых производителями и пользователями фотоники, а числа патентов - в два раза (до 500 в год). Плюс к этому - создание в 50 регионах страны программ освоения соответствующих технологий для модернизации экономики и увеличение в 2,5 раза объема привлеченных в отрасль внебюджетных средств (до 17,5 млрд рублей в год).

Сам по себе документ не является залогом успешного развития отрасли, но служит декларацией намерений власти. Проекты в области фотоники, очевидно, будут поддерживаться.

Объем продаж лазеров в мире, млрд долларовПомимо этого в России организована технологическая платформа «Фотоника». Не будем перечислять все ее задачи, лишь кратко назовем направления, на которые планируется сделать ставку. Первое - лазерное технологическое оборудование (ЛТО) для резки, сварки, маркировки, модифицирования поверхностного слоя материалов. Акцент логичен - это один из наиболее быстрорастущих сегментов фотоники. Плюс в стране уже есть база для организации такого производства (сейчас выпускается более 250 моделей).

- В России имеется большой задел по некоторым направлениям, позволяющий занять отдельные ниши мирового рынка ЛТО, - замечают в Лазерной ассоциации. - Например, ЛТО с волоконными лазерами, лазерное поверхностное упрочнение металла. Этот задел нужно срочно реализовать.

Второе направление - лазерно-опти­ческое и оптоэлектронное оборудование для медицины (офтальмологии, фотодинамической терапии, стоматологии и пластической хирургии, диагностики капиллярного кровотока и т.д.). Третье - аппаратура оптоволоконной связи (оптоволокно, передатчики, приемники излучения, системы спектрального уплотнения каналов DWDM с соответствующим программным обеспечением, аппаратура контроля). Четвертое - светодиоды и основанные на них системы освещения. Здесь тоже нет ничего неожиданного: производство этой техники быстро растет во всех развитых странах в связи с острой потребностью в снижении энергопотребления. Пятый пункт - лазерно-оптическое оборудование для сельского хозяйства и ветеринарии (лазерная биостимуляция растений, использование низкоинтенсивного лазерного излучения для лечения и профилактики болезней крупного рогатого скота, птицы, свиней). Остальные направления дадим списком: аппаратура для технических измерений и диагностики (включая системы управления производственными процессами и экологического мониторинга); источники лазерного излучения; оптические материалы, элементы и узлы; детекторы и приемники оптического излучения, сенсоры.

Перейдем к региональной привязке (напомним, что перспективность прорывных технологий мы анализировали на примере Свердловской области). Средний Урал, как и Урал в целом, аккумулирует большое число потенциальных потребителей продуктов фотоники (в основном это машиностроители и энергетики). Одновременно эти технологии обладают большим потенциалом для экспорта за пределы субъекта.

Регион также может похвастать сильным научно-образовательным комплексом, состоящим из Уральского федерального университета, отделения РАН и ряда отраслевых НИИ в области металлургических и машиностроительных технологий, имеющих наработки в области лазерных и оптических технологий.

Еще один момент - инфраструктура. Одна из ее основных составляющих - Центр высоких технологий машиностроения. А в будущем появится региональный инжиниринговый центр (РИЦ) лазерных и аддитивных технологий (аддитивные технологии планируется развивать на втором этапе). Партнером проекта выступит один из крупнейших мировых производителей с российским корнями IPG Photonics. Согласно целевым показателям, РИЦ к 2017 году должен получить сотню патентов, подготовить более 600 выпускников, выполнить полсотни инжиниринговых проектов и заработать на услугах 225 млн рублей.

Наконец, производственный потенциал. На Среднем Урале базируется один из крупнейших в стране производителей оптоэлектроники - холдинг Швабе (объединяет 19 предприятий, в том числе екатеринбургские Уральский оптико-механический завод и НПК «Оптические системы и технологии»).

Получается, что фотоника (в отличие, скажем, от углеродных нанотрубок) - куда более разработанный и рыночный сектор. В нем работают тысячи высокотехнологичных, в основном малых, компаний. Нишу можно назвать достаточно зрелой. Позитив здесь - сформированный спрос и готовность воспринимать новации, негатив - высокая конкуренция (особенно со стороны Китая).

Комментарии

Материалы по теме

Три составляющие прогресса

По закону порядков

В точке пересечения

Случайная уникальность

Продать науку-2

На Среднем Урале появится производство наноупаковки

 

comments powered by Disqus