Автор: Наталия Ячменникова
Опубликовано: 19.07.2021, 08:14
 

Какой авиация будет завтра

Супертехнологии определят, какой авиация будет завтра


[image]

Искусственный интеллект в кресле второго пилота? Как уживаются цифра и полет конструкторской мысли? Летные гибриды и стеклянные фюзеляжи - гравицапа или будущая реальность? Об этом накануне открытия Международного авиационно-космического салона в Жуковском мы говорим с генеральным директором Национального исследовательского центра "Институт им. Н.Е. Жуковского" доктором технических наук Андреем Дутовым.

- Андрей Владимирович, что сопоставимо с рывком от винтовой авиации к реактивной? Электрический самолет, гибридные движительные установки, что-то еще?

Андрей Дутов: Ну, винты никуда не делись: на них летали и летать будем. При полетах на больших скоростях меняется их аэродинамическая и геометрическая форма. Но винтовые самолеты могут летать, не сильно уступая реактивным в скорости. И даже у более тихоходных, но экономичных самолетов есть свои ниши. Пока не придумаем какую-нибудь гравицапу, как в фантастических фильмах, значение винтовой авиации будет сохраняться. Это первое. Второе: мировые нормы и стандарты к новой авиационной технике резко ужесточились. И это во многом определяет новый виток в развитии авиастроения всех ведущих стран.

К чему мы идем? Прежде всего, к экологичности. Есть требование международной организации гражданской авиации ИКАО: после 2030 года выбросы СО2 при полетах самолетов должны быть уменьшены на 80 процентов. Снижение шума от летательных аппаратов - на 50 процентов. И винтовая техника может внести свой вклад в решение этих задач. Четко прописана еще одна важнейшая цель, связанная с безопасностью полетов, - ноль погибших.

Это три принципиальных показателя. А чтобы их добиться, нужны новые технологии. Прежде всего, что касается двигателей - это электричество. На МАКСе будет представлена летающая лаборатория на базе Як-40 с первым в мире электрическим авиадвигателем на высокотемпературных сверхпроводниках мощностью 500 кВт. И это настоящий прорыв.

- Не так давно мы наблюдали за первой пробежкой летающей лаборатории по ВПП. А она уже поднималась в небо?

Андрей Дутов: Да. Это полностью действующий образец. Надеемся, что он будет летать на МАКСе в качестве демонстратора технологий создания воздушных судов с гибридными силовыми установками. Хочу напомнить: на прошлом авиасалоне мы показывали только прототипы, макеты. За два года сделали полностью действующий рабочий демонстратор. Теперь будем его совершенствовать, доводить до ума, чтобы можно было использовать в конструкциях будущих самолетов.

- В чем суть ноу-хау?

Андрей Дутов: Если не вдаваться в подробности, то в носовой части самолета установлен воздушный винт, который приводится в движение электродвигателем. Это уникальная гибридная схема, придуманная в ЦИАМ имени Баранова (входит в НИЦ "Институт им. Н.Е. Жуковского") совместно с компанией "СуперОкс". В основе технологии лежат сверхпроводящие материалы обмоток. Они находятся в состоянии 77 градусов по Кельвину, внутри - жидкий азот, благодаря чему сопротивление на этих обмотках "нулевое". Это позволяет реализовывать огромные мощности при сравнительно небольших размерах.

- Полет - всегда борьба с весом?

Андрей Дутов: Совершенно верно. И здесь мы опережаем мир где-то на 2-3 года, потому что подобный подход еще никто не демонстрировал и такие технологии не показывал. Представляете? Взлетаешь на электромоторе, там, где можно, запускаешь газотурбинный двигатель, на разрешенной высоте подзаряжаешь аккумулятор, продолжаешь полет опять на электричестве и садишься на винтах...

- Як-40 ЛЛ своим ходом прилетел в Жуковский?

Андрей Дутов: Конечно. Правда, летел без винта - на двух своих маршевых двигателях. Сейчас винт будет заново установлен. На МАКСе планируем показать полет, когда газотурбинный двигатель уходит на пониженные обороты, включается электромотор, и тяга будет идти в том числе за счет винта, который на нем расположен.

Надеемся, что к 2026-2027 году получим полностью весь набор технологий, который позволит создать к 2030 году региональный самолет на такой гибридной схеме. Но мы намерены идти еще дальше: использовать в двигателе в качестве хладагента не азот, а сжиженный водород, который будет и топливом. Он фактически вообще не дает никаких выбросов. Это будет еще более сложная схема - она годится для больших самолетов, для дальней авиации. Однако это уже перспектива 2035 года и дальше.

- Все это в корне изменит облик и самой крылатой машины?

Андрей Дутов: Водород занимает больше места, чем тот же керосин. Так что это уже будет распределенная гибридная силовая установка, интегрированная в планер. Поэтому мы работаем над новыми компоновками пассажирского самолета, одной из которых является летающее крыло. Как известно, военные используют аналогичные технологии для незаметности. Их надо адаптировать и развивать для гражданской авиации: с точки зрения расположения двигателей, топлива, оптимальной рассадки пассажиров и т.д. При такой компоновке планер будет экранировать шум двигателей. Впрочем, у современных самолетов шумит не только двигатель, но и сам планер. Причем достаточно серьезно.

- А если говорить о супертехнологиях с точки зрения безопасности полетов?

Андрей Дутов: В первую очередь, это искусственный интеллект. Есть дорожная карта ИКАО, есть расчеты, как ИИ может повлиять на безопасность. Абсолютно четкий ориентир: в 2030 году в гражданской авиации появится "виртуальный второй пилот" на базе искусственного интеллекта. Именно он позволит решить поставленную мировым сообществом задачу - ноль погибших.

Абсолютно четкий ориентир: в 2030 году в гражданской авиации появится "виртуальный второй пилот" на базе искусственного интеллекта

- Задача убрать ошибку пилотов - человеческий фактор?

Андрей Дутов: Да. Что еще позволяет искусственный интеллект и связанные с ним подходы к безопасности полетов? Сегодня и безопасность, и эффективность эксплуатации самолета уже не могут оцениваться отдельно от системы управления воздушным движением. Это будет единый конгломерат, распределенная информационно-управляющая система. Если совсем просто: заложенный на борту определенный алгоритм воздушного судна собирает исходные данные не только с наземных пунктов системы организации воздушного движения, но и со всех летающих в окружении воздушных судов для уточнения и корректировки движения самолета.

Таким образом, допустим, решается проблема "черного ящика". Или, например, если какой-то навигационный агрегат самолета вышел из строя, летящий рядом борт может ему помочь - своим агрегатом заменить сломавшийся. Более того, уже появился термин - предиктивная диагностика. Это когда самолет будет проверяться не только по состоянию, но и предсказываться его техническое состояние. Это тоже будет делать искусственный интеллект. Такие системы уже есть в современных летательных аппаратах, и их совершенствование, связанное с обработкой больших массивов данных, требует применения алгоритмов ИИ.

- А искусственный интеллект может ошибаться?

Андрей Дутов: Это прежде всего нейронная сеть, которая обучается на больших данных. Мы вышли из стадии фундаментальных поисковых исследований, и теперь нужно доточить эти технологии, чтобы их мог использовать конструктор. Там, где больших данных недостаточно, система достраивает недостающую информацию математическими методами и проводит анализ. Словом, мы имеем дело не только с большим массивом эксплуатационных данных, но и с синтезированными данными, использование которых требует еще большего внимания. Идея серьезная. Она широко дискутируется в мире.

- Правы те, кто говорит, что к 2030 году потенциал повышения эффективности авиастроения от традиционных технологий не превысит 35-40 процентов?

Андрей Дутов: Это очень завышенная оценка. Традиционные технологии в транспортном машиностроении были придуманы 50-60 лет назад. И сегодня практически все находятся в высших точках насыщения. Ожидать принципиальных улучшений за счет их развития невозможно. На единицы процентов - еще да. Однако стоимость результата при этом катастрофически большая.

Только от науки можно ожидать новых решений, которые можно потом реализовать и в опытно-конструкторских работах, и, соответственно, в производстве новой продукции. Мы находимся на начальной стадии развития таких технологий. Но прекрасно понимаем, к чему они должны привести и как их надо развивать.

- А как же конструкторская мысль, идея? И что, по словам авиаконструктора Туполева, летают только красивые самолеты?

Андрей Дутов: Какими будут самолеты следующего поколения? Я четко могу сказать: это не просто красивые машины, которые отдельно решают свои задачи. Это, прежде всего, функциональная и эффективная система, которая управляет более мелкими системами. Именно таким видится следующее поколение авиационной техники. Я к тому, что не надо думать: есть красивая машина, а потом следующая модель будет еще краше. Здесь такая логика не работает. Здесь принципиально другой взгляд на систему, а не на отдельно летающий аппарат.

- На МАКСе Россия впервые покажет демонстратор модели сверхзвукового пассажирского самолета. От модели до реальной машины далеко?

Андрей Дутов: Теоретически такую машину сделать не так сложно. Все знания, которые можно реализовать в качестве технологий, есть. Кроме борьбы со звуковым ударом, который весьма негативно воздействует и на человека, и на все живое, и на окружающую среду. Сейчас норм по звуковому удару в рамках ИКАО нет. Наши специалисты участвуют в их разработке. Создание демонстратора "Стриж" - первый серьезный шаг в этом направлении. И его делает Россия. А со следующего года планируем начать работу по созданию самолета, который будет прототипом пассажирского сверхзвуковика.

- Какие предполагаемые характеристики?

Андрей Дутов: Крейсерская скорость - 1800-1900 км в час, высота - выше 15 тысяч метров. Минимум на сверхзвуке он должен лететь от 5 часов, для чего нужен принципиально новый двигатель. Самолет будет иметь необычный вытянутый корпус. О чем это говорит? О том, что в принципе на таких скоростях в традиционных решениях очень сложно решить проблему прочности. Кроме того, на сверхзвуке конструкция начинает нагреваться. Происходит ее удлинение. Для алюминиевых конструкций при скорости свыше двух Махов оно может достигать 30 см. Это тоже необходимо учитывать. Проблема комплексная. Она связана с применением оптимальных материалов, оптимальных конструкций, включая бионические, и таких же оптимальных технологий.

Остекления в кабине пилота не будет. Все внешние источники информации- телевизионные, инфракрасные, радиоэлектронные и т.д. - выводятся на компьютеры. Будет исключительно техническое зрение, которое принципиально лучше, чем глаз человека. Наш Центр продемонстрирует такие технологии на своей экспозиции.

- На Западе тоже такие работы ведутся. Мы не отстаем?

Андрей Дутов: Не отстаем. Работы достаточно открытые: мы сотрудничаем с Японией, Германией, Францией. Обмен мнениями с учеными идет постоянно.

- Как вы относитесь к необычным концепциям: скажем, когда на фюзеляже солнечные панели, делается стеклянный пол или потолок?..

Андрей Дутов: За любой серьезной технологией стоит огромное количество знаний, огромный опыт конструкторских бюро, огромное количество экспериментов и понимание, как развиваются процессы прикладных исследований. Нельзя просто так взять и что-то придумать. Тут совершенно другой срез. К сожалению, существует свой рынок и спрос у инвесторов на будущее, поэтому спекуляции в этой области достаточно большие.

- Какие прогнозы по развитию малой авиации? Модельный ряд самолетов, облики?

Андрей Дутов: Я бы начал не с модельного ряда, а с постановки задач. Есть региональная политика страны, которая решает триединую задачу, необходимую для обеспечения транспортными услугами населения Российской Федерации: безопасность границ, транспортная доступность территории и подвижность населения. Очень характерный пример. Европа активно занимается электрическими самолетами, где они полностью будут летать на аккумуляторах. Не так, как мы делаем гибридный двигатель, а именно аккумуляторы. Почему? Да потому что расстояние в Европе, необходимое для перелета, - 200-500 км. А нам нужно уже начинать с тысячи. Аккумулятор не дает возможности лететь на тысячу, а вот гибрид дает. И мы занимаемся именно гибридным двигателем, потому что понимаем: это отвечает именно нашим, российским интересам.

На МАКСе представляется самолет "Байкал", который идет на замену Ан-2. Здесь главное - вопрос безопасности, и я бы даже сказал, дешевизны. Задача - обеспечить массовое производство дешевой техники высокой надежности для транспортной доступности удаленных районов России. Уральский завод гражданской авиации будет показывать эту модель.

- Чего не хватает нашему авиастроению для инновационного прорыва - креативности, гибкости мышления? Или, может, свободы технологического предпринимательства?

Андрей Дутов: Я считаю, что наоборот. Все новые фундаментальные принципы, все технические идеи уже известны. Мы о них и говорили. Но от идей, изобретений до серийной технологии, которую можно применять, не подвергая риску жизни людей, не влезая в коммерческие авантюры, - длинная дистанция. Она и у мировых лидеров занимает годы и десятилетия. И это, поймите меня правильно, не только путь озарений и ярких взлетов.

Это большая и сложно организованная работа тысяч ученых и инженеров, порой рутинные расчеты, испытания, строжайший отбор наилучших технологий и решений. Можно придумать много креативных идей, но без такой тщательной проработки - готовы ли мы сами будем сесть в такие самолеты и посадить в них своих детей, готовы ли мы будем рискнуть хотя бы своими деньгами? Ответ очевиден. Креативность нужна, но все-таки новый технологический уклад в авиастроении - это тема не для стартапа, это не делается "в гараже". Те стартапы в авиастроении, о которых мы иногда слышим за рубежом, всегда пользуются заделом, созданным крупнейшими научными объединениями за госсчет.

Новая технологическая эра в авиации - в самом деле фантастична. Хотя, может быть, самые революционные новшества в ней не столь зрелищны. Но сделать эту сказку былью - большая работа, которую наша прикладная наука умеет делать и делает.

 

Дайджест прессы за 19 июля 2021 года | Дайджест публикаций за 19 июля 2021 года
Авторские права на данный материал принадлежат газете «Российская газета». Цель включения данного материала в дайджест - сбор максимального количества публикаций в СМИ и сообщений компаний по авиационной тематике. Агентство «АвиаПорт» не гарантирует достоверность, точность, полноту и качество данного материала.

Комментарии к новости