Как известно, для ракетных двигателей актуальной проблемой является разработка средств тепловой защиты, которые предохраняют стенки камеры сгорания двигателя от воздействия высокой температуры. Под теплозащитой понимается уменьшение теплового потока, поступающего к стенке двигателя.
Одним из наиболее актуальных направлений теплозащиты является использование различных теплозащитных материалов и покрытий.
Теплозащитные материалы и покрытия могут быть условно разделены на две группы – теплозащита с разрушающимися и неразрушающимися покрытиями.
К теплозащите с разрушающимися покрытиями относятся абляционное охлаждение, а также теплозащита отложением, которая включает в себя естественный процесс отложения углерода на стенке при сгорании углеводородных топлив, и искусственный процесс, при котором в топливо добавляются специальные вещества, уменьшающие тепловые потоки в стенку за счет отложения вещества на стенке или за счет создания облаков конденсированных частиц, экранирующих стенки камеры от радиационных потоков.
К теплозащите с неразрушающимися покрытиями относятся теплозащита неразрушающимися материалами, которые изолируют основную стенку двигателя, и теплопоглощение.
В качестве теплозащитных материалов и покрытий могут использоваться различные металлические, керамические, металлокерамические композиционные материалы, а также теплозащитные материалы на основе углеродистых тканей (углепластики), каучуковых материалов и резины.
Поиск патентных публикаций (заявки, патенты на изобретения, полезные модели) по теме «Теплозащитные материалы и покрытия ракетных двигателей» проводился в следующих базах патентной информации:
база данных ФИПС (Российская Федерация);
база данных Patentscope (Всемирная организация интеллектуальной собственности – ВОИС);
база данных Espacenet (Европейское патентное ведомство – ЕПВ);
сервис патентной аналитики PatSeer (Индия).
Поиск проводился по следующим ключевым словам: теплозащитный материал, теплозащитное покрытие, ракетный двигатель, thermal protection, rocket engine, rocket motor, launch vehicle, spacecraft, satellite.
В ходе патентного поиска выявлено, что к подклассу МПК F02K 9/00 относятся патентные документы, содержащие, в том числе, конструкции и способы изготовления ракетных двигателей. При этом в патентных источниках, относящихся к данному подклассу, часто упоминается покрытия и материалы, используемые в двигателях для теплозащиты. Большинство найденных патентов относится к данному классу, но не ограничиваются им.
Так как покрытия и материалы для теплозащиты ракетных двигателей очень разнообразны по своей структуре, а патентные документы относятся более чем к 150 различным группам МПК, было принято решение не ограничивать поиск группами и классами.
В результате поиска было отобрано 145 патентных документов (патенты, заявки), из которых 13 патентных документов были поданы и опубликованы в период с 1969 г. до 2000 г. На основании 132 документов, опубликованных в период с 2000 г. до 2023 г., можно сделать выводы о современных тенденциях патентования по теме «Теплозащитные материалы и покрытия ракетных двигателей».
Отобранные патентные документы можно условно разделить на следующие направления:
конструкции/способы изготовления ракетных двигателей, в которых используются теплозащитные материалы и покрытия;
материалы и покрытия, которые могут применяться в том числе для теплозащиты ракетных двигателей.
На рисунке 1 представлено соотношение выявленных патентных документов.
На основании диаграммы, представленной на рисунке 1, можно сделать вывод, что большинство источников патентной информации относятся к структуре и составу теплозащитных материалов и покрытий.
На рисунке 2 представлены страны, в которых выявлены патентные публикации по теме «Теплозащитные материалы и покрытия ракетных двигателей» за период с 2000 г. по 2023 г. На рисунке 3 представлено распределение количества патентных публикаций по странам и ведомствам за период с 2000 г. по 2023 г.
Из распределений, представленных на рисунках 2 и 3, можно сделать вывод, что страны, в которых осуществляются публикации патентных документов по рассматриваемому направлению, относятся к ведущим странам в области ракетостроения. Лидерами по патентованию технических решений в данной области являются Китайская народная Республика, США, Россия, Япония и Франция. 15 патентных документов относятся к публикациям Европейского патентного ведомства, что свидетельствует об интересе к рассматриваемой теме и со стороны Европы.
На рисунке 4 представлено распределение количества патентных публикаций по годам за период с 2000 г. по 2023 г.
На рисунках 5 и 6 представлены распределения количества патентных публикаций по теме «Теплозащитные материалы и покрытия ракетных двигателей» среди стран-лидеров за период с 2000 г. по 2012 г. и с 2013 г. по 2023 г. соответственно.
Из распределений, представленных на рисунках 4 - 6, можно сделать вывод, что за период 2000-2023 г. лидерами по количеству патентных публикаций являются Китайская народная республика, США, Россия, Япония и Франция. В среднем каждый год в данных странах-лидерах публикуются около 3 патентных документов. При этом в период 2019-2022 гг. наблюдается небольшой рост количества патентных публикаций по рассматриваемой теме.
В связи с этим можно сделать вывод о возросшем интересе к рассматриваемому направлению, а также о росте количества разработок в области ракетных двигателей и их теплозащитных материалов.
На рисунке 7 представлено распределение количества патентных публикаций организаций-лидеров по теме «Теплозащитные материалы и покрытия ракетных двигателей» за период с 2000 г. по 2023 г. Распределение представлено для организаций, имеющих наибольшее количество публикаций.
Из распределения, представленного на рисунке 7, следует, что лидерами по количеству патентных публикаций являются зарубежные компании, осуществляющие разработки либо в области ракетно-космической техники, либо в области создания новых материалов, в том числе теплозащитных материалов и покрытий:
Snecma (Société Nationale d'Étude et de Construction de Moteurs d’Avions – Национальное общество по разработке и конструированию авиационных моторов) – французская компания, являющаяся одним из мировых лидеров по разработке и производству авиационных двигателей. Телозащитные материалы и покрытия, используемые в авиационных двигателях, потенциально могут быть использованы в ракетных двигателях.
ArianeGroup – аэрокосмическая компания, одним из направлений деятельности которой является разработка и изготовление ракет-носителей.
SGL Technologies GmbH – немецкая компания, осуществляющая поставки графита, углеродных волокон и композиционных материалов на их основе. Данные материалы используются, в том числе, при создании теплозащитных покрытий в ракетных двигателях.
Alliant Techsystems – американская компания, одним из направлений деятельности которой является разработка и создание ракет-носителей, космических аппаратов и двигательных установок.
Cordant Technologies Inc. – американская компания, являющаяся производителем твердотопливных ракетных ускорителей.
Sabic Global Technologies B.V. – компания из Нидерландов, которая занимается химическим машиностроением, производством полимеров, нефтехимией и многим другим.
COI Ceramics Inc. – американская компания, осуществляющая разработки и производство керамоматричных композиционных материалов для промышленного применения, а также оборонной и аэрокосмической промышленности.
Hubei Sanjiang Aerospace Jianghe Chemical Technology Co., Ltd. – китайская компания, одним из направлений деятельности которой является производство и продажа композиционных материалов.
На рисунке 8 представлено распределение количества патентных публикаций по теме «Теплозащитные материалы и покрытия ракетных двигателей» за период с 2000 г. по 2023 г. в России.
Из распределения, представленного на рисунке 8, можно сделать вывод, что в России подают заявки и патентуют собственные разработки как организации, осуществляющие деятельность в области ракетно-космической техники, так и образовательные организации. При этом размещают публикации как российские организации, так и организации, зарегистрированные на территории других государств, например, Snecma (Франция) и Alliant Techsystems (США).
Лидерами по патентованию согласно графику, представленному на рисунке 8, являются: Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по космической деятельности «Роскосмос», АО «ГРЦ Макеева», АО «Композит» и зарубежная компания Snecma.
Российская Федерация в лице Государственной корпорации по космической деятельности «Роскосмос» патентует технические решения, которые являются результатом интеллектуальной деятельности, полученным при выполнении государственных контрактов разными организациями-исполнителями.
АО «ГРЦ Макеева» – российский разработчик баллистических ракет подводных лодок, один из крупнейших научно-конструкторских центров России по разработке ракетно-космической техники.
АО «Композит» – головная научно-исследовательская организация ракетно-космической промышленности, которая выполняет научно-исследовательские и опытно-технологические работы по созданию и комплексному исследованию свойств материалов, в том числе теплозащитных материалов и покрытий.
Также целесообразно проанализировать публикации непатентной литературы российских организаций.
На рисунке 9 представлено распределение публикаций непатентной литературы по теме «Теплозащитные материалы и покрытия ракетных двигателей» за период с 2006 г. по 2023 г. (по данным портала eLibrary).
Из распределения, представленного на рисунке 9, видно, что публикации непатентной литературы начиная с 2017 года осуществляются ежегодно. Это свидетельствует об актуальности рассматриваемой темы.
На рисунке 10 представлено распределение публикаций непатентной литературы по теме «Теплозащитные материалы и покрытия ракетных двигателей» по организациям за период с 2006 г. по 2023 г.
Из распределения, представленного на рисунке 10, наибольшее количество публикаций непатентной литературы имеет Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов НИЦ «Курчатовский институт». ВИАМ является крупной организацией, которое осуществляет разработки в области материаловедения для авиации, машиностроения, ракетно-космической отрасли, энергетики и других областей.
Также лидерами по количеству непатентных публикаций являются: Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова» (АлтГТУ), Балтийский государственный технический университет «Военмех» им. Д.Ф. Устинова (БГТУ «ВОЕНМЕХ» им. Д.Ф. Устинова), Московский авиационный институт (МАИ), Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский государственный технический университет имени Н. Э. Баумана (национальный исследовательский университет)» (МГТУ им. Н.Э. Баумана).
Большое количество публикаций в основном у образовательных технических организаций, которые готовят инженеров.
Необходимо также отметить, что большая часть организаций, имеющих публикации непатентной литературы, не патентует свои разработки. Это может говорить о том, что данные организации либо предпочитают не охранять свои разработки, либо выбирают иные формы правовой охраны, например, секрет производства (ноу-хау).
По результатам анализа патентной информации по теме «Теплозащитные материалы и покрытия ракетных двигателей» было выявлено, что патентные публикации распределяются по следующим группам МПК:
B29C 53/00 - Придание формы гибкой, фальцовкой, скручиванием, правкой или выравниванием; устройства для этого;
B64G 1/00 - Космические летательные аппараты;
C04B 35/00 - Формованные керамические изделия, характеризуемые их составом; керамические составы (содержащие свободный металл, связанный с карбидами, алмазом, оксидами, боридами, нитридами, силицидами, например керметы или другие соединения металлов, например оксинитриды или сульфиды, кроме макроскопических армирующих агентов C22C); обработка порошков неорганических соединений перед производством керамических изделий;
C06B 45/00 - Составы или продукты, отличающиеся структурой или расположением компонента или продукта;
C08J 5/00 - Изготовление изделий или формованных материалов, содержащих высокомолекулярные вещества;
C08K 3/00 - Использование неорганических соединений в качестве компонентов;
C08K 7/00 - Использование компонентов, отличающихся формой;
C08L 61/00 - Композиции конденсационных полимеров альдегидов или кетонов (с полиспиртами 59/00; с полинитрилами 77/00); композиции их производных;
D01F 9/00 - Искусственные или синтетические мононити или подобные нити из других веществ; их производство; устройства, специально предназначенные для производства углеродных мононитей;
F01D 5/00 - Рабочие лопатки; элементы, на которых закрепляются лопатки (паровыпускные патрубки 9/02); устройства для подогрева, теплоизоляции, охлаждения или устранения вибраций лопаток или несущих их элементов;
F02K 9/00 - Ракетные двигательные установки, т.е. установки, для работы которых используется горючее и окислитель; управление этими установками;
F16D 69/00 - Фрикционные накладки; их крепление; выбор веществ для тормозных покрытий или поверхностей;
F16L 59/00 - Теплоизоляция вообще.
Распределение количества публикаций по группам МПК представлено на рисунке 11.
На основании проведенного анализа можно сделать вывод, что в период с 2019 по 2022 год наблюдался рост количества патентных публикаций по теме «Теплозащитные материалы и покрытия ракетных двигателей». Это может свидетельствовать о росте интереса к рассматриваемому направлению и к увеличению числа разработок в данной области. По состоянию на сентябрь 2023 года количество патентных публикаций меньшее, чем в 2022 году. Однако данная ситуация может измениться к концу 2023 года.
Лидерами по количеству патентных публикаций по теме «Теплозащитные материалы и покрытия ракетных двигателей» являются Китайская народная Республика, США, Россия, Япония и Франция. Данные страны являются лидерами в области ракетно-космической техники и осуществляют большое количество разработок в данной области. В связи с этим данные страны обладают достаточно большим количеством запатентованных технических решений, в том числе по направлению создания средств теплозащиты для ракетных двигателей. Однако в данной области патентуют собственные разработки компании и организации, зарегистрированные в странах, не являющихся лидерами в области ракетостроения.
В основном подают заявки и патентуют собственные разработки организации, осуществляющие разработки в области ракетостроения и материаловедения.
Российская Федерация является одним из лидеров по количеству патентных публикаций по рассматриваемому направлению. При этом в России также осуществляются публикации непатентной литературы. Это может говорить об актуальности рассматриваемого направления. При этом организации, имеющие публикации непатентной литературы, в основном, не патентуют свои разработки. Это может говорить о том, что данные организации либо предпочитают не охранять свои разработки, либо выбирают иные формы правовой охраны, например, секрет производства (ноу-хау).
Для идентификации принадлежности национальных патентных ведомств используется международный классификатор стран мира. Двухбуквенные коды стран и организаций соответствуют стандарту ВОИС ST.3
В России Постановлением Госстандарта от 14.12.2001 № 529-ст (в актуальной редакции) действует Общероссийский классификатор стран мира (ОКСМ). ОКСМ гармонизирован с Международным стандартом ИСО 3166-97 «Коды для представления наименований стран», разработанным Международной организацией по стандартизации (ИСО), и Межгосударственным классификатором стран мира МК (ИСО 3166) 004-97.
В настоящем дайджесте были использованы следующие сокращения:
AT
Австрия
AU
Австралия
BR
Бразилия
CA
Канада
CN
Китайская народная Республика
CZ
Чехия
DE
Германия
EP
Европейское патентное ведомство
ES
Испания
FR
Франция
HU
Венгрия
IT
Италия
JP
Япония
KR
Республика Корея
PL
Польша
RU
Российская Федерация
SK
Словакия
UA
Украина
US
США
1. Гращенков Д.В. Стратегия развития неметаллических материалов, металлических композиционных материалов и теплозащиты. Журнал «Авиационные материалы и технологии», 2017, № S, с. 264-271. Ссылка: https://cyberleninka.ru/article/n/strategiya-razvitiya-nemetallicheskih-materialov-metallicheskih-kompozitsionnyh-materialov-i-teplozaschity/viewer
2. Сорокин О.Ю., Кузнецов Б.Ю., Лунегова Ю.В., Ерасов В.С. Высокотемпературные композиционные материалы с многослойной структурой (обзор). Журнал «Труды ВИАМ», 2020, № 4-5 (88), с. 42-53. Ссылка: https://www.elibrary.ru/download/elibrary_42873294_99744241.pdf
До новых встреч, ваш #ДайджестПИ
Оставить отзыв о дайджесте
