Михаил Гордин: частные сверхзвуковые джеты взлетят в середине XXI века

В декабре 2020 года состоялись события, которые в авиационной отрасли ждали давно. Выполнены первые полеты российских самолетов МС-21-310 и Ил-114-300 с отечественными двигателями ПД-14 и ТВ7-117СТ-01 соответственно. В этом году планируется первый испытательный полет летающей лаборатории Як-40 с электродвигателем. Ведется разработка российского авиационного двигателя большой тяги ПД-35.

Когда самолеты начнут летать на электричестве, почему весь мир пытается повторить то, что Советский Союз испытал еще 33 года назад, будут ли бизнесмены летать на сверхзвуковых бизнесджетах или пересядут на ракеты Илона Маска, в интервью корреспондентам РИА Новости Дмитрию Струговцу и Ивану Сураеву рассказал генеральный директор Центрального института авиационного моторостроения имени П.И. Баранова Михаил Гордин.

– Михаил Валерьевич, декабрь был насыщен с точки зрения испытаний авиационных двигателей. В каких работах ваш институт принимал участие?

– Самый простой ответ – во всех. Мы не зря уже 90 лет называемся Центральный институт авиационного моторостроения. Наша основная задача – принимать участие во всех без исключения работах над авиационными двигателями в том или ином качестве. Наши специалисты осуществляют научное сопровождение опытно-конструкторских разработок и создают научно-технический задел.

Возьмем ПД-14. Критики пишут, что это советское прошлое. Естественно, без советских наработок не обошлось, ведь цикл разработки двигателя длится 10-15 лет. Это наукоемкий, кропотливый и длительный процесс. Опытно-конструкторские работы под руководством головного разработчика АО "ОДК-Авиадвигатель" начались в 2013-2014 годах. Почему все так радуются первому полету самолета с ПД-14? Дело тут не в том, что двигатель взлетел, а в том, что это яркий символ завершения очень важного этапа жизненного цикла – это означает, что разработка двигателя в достаточной мере завершена, и он готов к тому, чтобы поднять в воздух реальный самолет МС-21.

– Сколько времени пройдет от первого полета до начала серийного производства МС-21-310?

– Можно и нужно готовить серийное производство самолета уже сейчас. Оба двигателя (американский и ПД-14) имеют российские сертификаты типа. Росавиация должна сертифицировать самолет и его производство. После этого необходимо получение сертификата типа на МС-21 с ПД-14. Идет также процесс подготовки к валидации сертификата в Европейском агентстве авиационной безопасности EASA.

– В каком состоянии находятся работы по двигателю большой тяги ПД-35?

– Научно-исследовательская (НИР) и опытно-конструкторская работа по этому направлению ведется с 2016 года. Сейчас завершается стадия НИР. Головная организация – "ОДК-Авиадвигатель", наш институт в проекте – один из основных соисполнителей. Особенностью является то, что при разработке ПД-35 все технические решения по двигателю будут приниматься исходя из обеспечения минимальной стоимости жизненного цикла. То есть целью при разработке будет не только достижение технических характеристик (в первую очередь топливной эффективности и ресурса), как в предыдущих поколениях двигателей, или сочетание характеристик и цены, как было сделано для ПД-14, но и полные затраты на жизненный цикл, включая и цену, и стоимость обслуживания, и топливную эффективность.

Сейчас сформировано понимание облика ПД-35, ведется разработка 18 критических технологий: высокоэффективного компрессора высокого давления, системы управления двигателем, мотогондолы, малоэмиссионной камеры сгорания, новых технологий изготовления деталей и другое. В ближайшее время на испытания в "ОДК-Авиадвигатель" должен встать газогенератор – сердце двигателя, в наступившем году ждем его у нас на стендах.

Еще из новшеств – двигатель получит композитные лопатки вентилятора. Это очень важная и сложная технология, над которой ЦИАМ работает много лет. Ранее у нас на испытательном стенде уже прошли тестирования лопатки в размерности ПД-14.

– То есть в перспективе и на ПД-14 тоже могут стоять композитные лопатки?

– Можно поставить, но не факт, что это будет экономически целесообразно. Двигатель в текущем конструктивном облике прошел все испытания со штатным вентилятором, и начинать все сначала, возможно, не имеет смысла. Выгоды от этого могут не покрыть затраты. Скорее, размерность лопаток была принята как для ПД-14, чтобы иметь возможность проверить технологии и достаточность наших знаний перед созданием лопатки в размерности ПД-35, что значительно сложнее.

– А по менее мощным двигателям работаете?

– На базе газогенератора от ПД-14 можно будет сделать другие двигатели – более или менее мощные. В самом начале пути находится разработка ПД-8, который будет построен на базе другого газогенератора, нежели ПД-14. Это двигатель на замену SaM146 в самолете Sukhoi Superjet-100 (проект SSJ-NEW). Работа по нему активно ведется ОДК. Турбовальный двигатель ТВ7-117В для вертолета Ми-38 и турбовинтовой двигатель ТВ7-117СТ-01 для самолета Ил-14-300 – это тоже новые двигатели. В принципе, у нас очень много двигателей заложено в России, много проектов находится в активной фазе. Например, вертолетные ВК-650В и ВК-1600В. В их разработке мы тоже принимаем участие.

– Можно ли сказать, что Россия полностью сохранила советские компетенции во всей линейке двигателестроения?

– С полной уверенностью можно сказать, что многое сохранила. Иногда встречаю рассуждения, что двигателестроительная отрасль не показывает результатов. Это не так. Два поднявшихся в воздух самолета – реальный результат. Тысячи людей и в ОДК, и за пределами ОДК годы работали над этим. Да, к сожалению, наша работа не всегда видна. Ее результаты не такие сексапильные, как в сфере так называемой новой экономики. Нельзя каждый день выпускать новые релизы гаджетов и раз в год обновлять продуктовую линейку. Это не телефон, не машина и не операционная система. В авиационном двигателестроении жить в таком ритме не получается. В нашем направлении надо долго работать на результат.

Из-за экономической ситуации 1990-х годов у нас образовалась дыра в поколении – очень мало 40-50-летних. Они не пришли, потому что заказов со стороны государства в авиационной отрасли не было. Тогда все думали, что мы сможем все необходимое купить за рубежом. Жизнь показала, что это не так. Мы смогли сохранить компетенции, и по-прежнему входим в число стран-лидеров в области авиационного двигателестроения: США, Великобритания, Франция и мы. Может быть, частично Германия.

– А Китай?

– А чего они реально достигли? Хотя они громадные молодцы. Они направляют миллиарды долларов в развитие двигателестроения и рано или поздно его освоят. Мы с ними активно работаем, помогаем, чему-то учим, многое им передали, экспериментальную базу первого поколения помогли им построить.

– Не научим их на свою голову?

– Знания невозможно запретить. Мы все делаем разумно. Не пытаемся рубить сук, на котором сидим. Поставляем в Китай готовые двигатели, а не технологии их разработки и производства. Но трансфер знаний остановить невозможно. Рано или поздно они все равно научатся, и тогда нам придется с ними конкурировать. Как этого избежать? Нужно просто оставаться на шаг впереди. Мы этот разрыв пока сохраняем. Может, даже не на шаг, а пока и чуть больше.

– Недавно Airbus показал концепт водородных самолетов. А какими прорывными направлениями занимается ЦИАМ? Например, известно, что вы с Фондом перспективных исследований разрабатываете электрический авиационный двигатель.

– Использование электричества на борту является одним из самых основных трендов авиастроения. Электродвигателями и технологиями сохранения и передачи энергии на борту занимаются научные организации всего мира. Газотурбинные двигатели – это одно из достижений ХХ века, но следующий качественный скачок в топливной эффективности, экономичности и экологичности в реактивных двигателях уже вряд ли удастся совершить. Затраты в повышение топливной эффективности традиционных двигателей вряд ли окупятся. При этом нужно разделять электричество и водород, потому что темы разные, но похожие. Мотив их применения один и тот же – сокращение выбросов CO2.

На современном этапе речь идет о гибридных силовых установках, полностью электрический двигатель пока даже не просматривается в коммерческом варианте. Дело в том, что самый совершенный и современный литийионный аккумулятор по плотности энергии, по тому, сколько киловатт-часов можно сохранить в аккумуляторе на килограмм массы, на порядок-полтора хуже, чем керосин. За рубежом сертифицирован полностью электрический двухместный самолет Pipistrel. Он рассчитан на 40 минут полета, но если попытаться увеличить время полета, то самолет станет возить сам себя – слишком много массы будут занимать аккумуляторы. Если вместо аккумуляторов поставить топливные элементы, то тогда весовая эффективность увеличится, и речь начинает идти о газообразном водороде. Но все равно это пока будет хуже по весу, чем обычный тепловой двигатель – поршневой или газотурбинный на керосине или бензине. Тем не менее есть возможность и получить выгоды от электродвижения и сохранить приемлемую весовую эффективность. Это гибридные силовые установки, и, скорее всего, первые самолеты регионального класса появятся именно в этом, гибридном варианте, использующем традиционный керосин и заряд аккумулятора. У гибридных самолетов в период максимальной потребности в мощности – во время взлета и посадки – электрический двигатель будет работать и от аккумулятора, и от теплового двигателя, а в режиме крейсерского полета тепловой двигатель будет обеспечивать и мощность для полета, и заряжать аккумуляторные батареи. Выгода в том, что тепловой двигатель будет однорежимный, то есть максимально оптимизирован и по весу, и по топливной эффективности.

Чтобы протестировать новые технологии, проверить, как они работают не в расчетах, а в реальности, мы совместно с Фондом перспективных исследований и компанией "СуперОкс" в этом году планируем в рамках полета на летающей лаборатории Як-40 испытать электродвигатель на сверхпроводниках. После этого проекта мы про сверхпроводящие технологии будем знать больше, чем кто-либо в мире. Ведь там очень много тонкостей конструкционных, физических, химических, которые не узнаешь, пока не испытаешь на практике.

– Сколько времени пройдет, прежде чем появится электрический самолет?

– Учитывая уровень работ по этому направлению в мире, полагаю, что в 2030-х годах появится местный гибридный самолет, рассчитанный на перевозку от 9 до 19 пассажиров, а, возможно, уже и региональный типа Ил-114. Ближнемагистральные самолеты с гибридной системой – после 2040 года.

– Если мы говорим о таком отдаленном будущем, можете тогда озвучить ваши представления о перспективных летательных аппаратах? Что это будет, на каких технологиях они будут базироваться?

– В одном из предыдущих вопросов вы затронули тему водорода. Я думаю, когда мы говорим о летательных аппаратах будущего, мы говорим именно о водородном топливе. Это уникальная история. Уникальность в том, что с точки зрения весовой эффективности, плотности энергии на килограмм массы жидкий водород – это лучший аккумулятор энергии, в несколько раз лучше, чем керосин, поэтому использовать его очень выгодно. СССР первым и единственным в мире еще в 1988 году провел испытания использования водородного топлива на гражданском Ту-155. Сейчас очень многие пытаются у нас эти знания получить, включить в какую-то международную кооперацию, но возникает законный вопрос: мы-то эту тему довольно неплохо знаем, можем вам рассказать, а вы нам что дадите? Мы просто за деньги продавать знания не готовы, а меняться, работать совместно – можно подумать.

Конечно, без сложностей не обойтись – это криогенное топливо, оно требует соответствующей инфраструктуры и навыков работы персонала.

Еще одна особенность – по сравнению с керосином водород занимает больший объем. В аэродинамические схемы современных самолетов – "труба с крыльями" – скорее всего, необходимый объем водородного топлива вместе с пассажирами не впишется.

– К вопросу о перспективных гражданских разработках – как ЦИАМ участвует в разработке сверхзвукового гражданского лайнера? Это ведь будет новый самолет, а не "Ту-160 для бизнесменов", как изначально поняли в СМИ…

– Не получится Ту-160 сделать сверхзвуковым бизнесджетом. Сидеть будет неудобно. (смеется)

Одна из больших проблем, которые есть в сверхзвуке, – экологическая. Нужно исследовать, как можно уменьшить влияние так называемого звукового удара. Со времен завершения программы "Конкорд", что в Соединенных Штатах, что в Европе полеты гражданских самолетов над сушей на сверхзвуковой скорости запрещены. Разрешены только для военных. Над океаном – пожалуйста, летай на сверхзвуке, но кому это интересно?

США являются основными потребителями таких перелетов, им хочется летать с одного побережья на другое. В Европе расстояния небольшие, поэтому вопрос стоит не столь критично.

Сверхзвук будет дорогим, за скорость придется платить. Тем не менее разработка крупными авиаконцернами и научными центрами гражданского сверхзвукового самолета, в том числе в России, востребована. Ведь чтобы быть впереди, необходимо развивать, наращивать и совершенствовать технологии. А для этого нужен опережающий научно-технический задел.

Сейчас по тематике применения сверхзвуковых технологий в гражданской авиации мы работаем в рамках государственного контракта в части силовой установки. Занимаемся в основном демонстраторами для того, чтобы понять, какие нужны технологии, чтобы выйти на коммерческий рынок.

На сегодняшний день в России нет готового газогенератора, который можно использовать для двигателя делового сверхзвукового самолета. Мы полагаем, что в качестве базы при создании двигателя для небольшого делового сверхзвукового самолета можно использовать газогенератор от ПД-14. Но все это еще надо много раз считать и проверять.

Как НИИ, мы также рассматриваем концепцию двигателей изменяемого цикла взлетной тягой 15 тонн для делового самолета на двух двигателях для 30 пассажиров и, как менее вероятную, четырехдвигательную схему на 70 пассажиров. Здесь необходимо будет решить вопросы использования новых материалов, а также создания системы охлаждения.

– Когда, на ваш взгляд, возможно появление сверхзвуковых бизнесджетов?

– Появление частных пассажирских самолетов реальнее, скорее, в 2040-2050-е годы. Вероятнее всего, они будут летать по маршрутам Лондон-Нью-Йорк, Париж-Нью-Йорк, Москва-Лондон, Шанхай-Лондон, то есть между основными финансовыми центрами. Это рейсы, на которых могут летать люди, дорожащие своим временем и готовые платить за него. Если, конечно, к тому времени телепортацию не изобретут или какие-то другие средства перемещения или связи. Ведь посмотрите, пандемия нас всех научила пользоваться телефонами и видео-конференц-связью, так что спрос на сверхзвук может быть скорректирован новыми средствами связи. Если кто-то сможет прикрепить к видеоизображению запахи и тактильные ощущения, может, и летать никуда не надо будет? Условно, чем лучше личная встреча общения онлайн – ты видишь живые эмоции в 3D, ощущаешь человека… А может, через 10 лет изобретут связь, общение по которой будет по ощущениям неотличимо от реальной встречи? Как в фильмах показывают – с голограммами участников.

Тем не менее, еще раз подчеркну, исследование гражданского сверхзвука в контексте современного уровня и форсайта технологий входит в научную часть госпрограммы развития авиационной промышленности, есть соответствующие контракты с Минпромторгом, в рамках которых мы работаем над созданием научно-технического задела по данной теме.

– У сверхзвука может быть серьезный конкурент – Илон Маск собирается на ракете пассажиров доставлять из одной точки Земли в другую.

– Фантазия хорошая – молодец, продает ее умело. Но эта технология сложнее, дороже и рискованнее, чем сверхзвуковой самолет. Кто знает, может, такая возможность и появится, вопрос – зачем? Кто станет целевой аудиторией?

– Расскажите, на каком этапе находится проект "Адаптация" по превращению автомобильного двигателя "Кортежа" в авиационную силовую установку? В чем оправданность такой конверсии?

– Речь идет о поршневом двигателе. В "Кортеже" сейчас используется бензиновый двигатель V8 мощностью 600 лошадиных сил. Мы его дефорсировали до 500 "лошадей", чтобы он смог работать на авиационных режимах, которые сильно отличаются от автомобильных. Практически все системы двигателя нужно поменять: систему управления, зажигания, систему подачи топлива, систему охлаждения, масляную систему. Оригинальным останется силовой агрегат, поршневая группа.

Мощность мы снизили, чтобы у двигателя был нормальный ресурс. Требования к безопасности, сами понимаете, там очень разные. Основное требование к автомобильному двигателю – безопасно остановиться. Самолетному в полете останавливаться нельзя, ему надо продолжать работать. (смеется)

Это не уникальная разработка. В мире летают переделанные автодвигатели, например, немецкие и австрийские на базе моторов от автомобилей Mercedes-Benz A-Class, они летают на самолетах Diamond Aircraft Industries. Автомобильные компании обычно не очень это любят. И рынки разные, и с точки зрения маркетинга автопроизводителям не нужны новости о том, что что-то случилось в самолете с двигателем, который стоит в их автомобилях. Они пытаются дистанцироваться от этой истории, и, в принципе, их можно понять.

Можно только похвалить НАМИ (Научно-исследовательский автомобильный и автомоторный институт) и Минпромторг России, обеспечивших освоение современных технологий создания автомобильного двигателя. Ведь почему для проекта конверсии выбрали двигатель "Кортежа"? Да потому что он лучший из всех, что производятся в нашей стране.

Осенью 2020 года мы испытали двигательную установку в термобарокамере, посмотрели, как она работает на высоте. В итоге имеем несколько моторкомплектов, на базе которых соберем авиационную версию, и в этом году будем примерять двигатель на самолет. У нас пока нет задачи полететь, планируем сделать пробежки, посмотреть вибрации. Перед первым полетом нужно провести большой комплекс испытаний. Это целая история – чтобы двигатель стал авиационным, серийным.

– То есть пока не важно, какой будет планер?

– Пока можно использовать любой планер, подходящий по размерности – Як-18Т, Як-52. Мощность 500 "лошадей" даже, может, слишком большая для них, но по массогабаритным параметрам эти летательные аппараты подходят.

Это не как считают диванные эксперты: да какая проблема – переставили двигатель и полетели, мы этим еще в авиамодельном кружке занимались! Конечно, один экземпляр легко – взял и полетел, но серийный двигатель – это совсем другое дело. Безопасность самолетных силовых установок как раз обеспечивается серийностью и постоянством – постоянством поставщиков, постоянством кооперации, стабильным контролем за изготовлением и сборкой, наличием документации буквально на каждую деталь. Надежность можно достичь только одинаковостью, в этом отличие серийного изделия от самоделки. Добиться ее достаточно сложно, пока нам важно сделать демонстратор и подтвердить, что такой проект в принципе возможен.

Если государство захочет сделать этот 500-сильный двигатель серийным, то это будет не очень дорогая и не очень длинная опытно-конструкторская работа. Фактически речь будет идти об одном-двух годах испытаний и получении сертификата типа.

Наладить производство по освоенной в автопроме технологии будет дешевле и быстрее, чем для нового чисто авиационного двигателя. Скажем, если российская компания производит блоки цилиндров определенной конфигурации, не проблема будет внести несколько изменений и по той же технологии их сделать для авиадвигателей. Пусть это обойдется несколько дороже, но не в разы, и не нужно будет заново осваивать технологии.

– Почему вы вообще занялись этим проектом, раз нет конкретной задачи установить данный двигатель на какой-либо самолет?

– Целевая задача – сделать двигатель, потому что летательный аппарат должен создаваться вокруг силовой установки, а не наоборот. У нас все беспилотники летают на иностранных двигателях, потому что нет своих. Все после войны переключились на реактивную авиацию, продолжали делать по инерции какие-то модификации поршневых установок, но их эра прошла.

Современных российских поршневых двигателей в авиации почти не было, и вот пришли беспилотники, которые требуют такие двигатели, а их нет и компетенции потеряны. Последняя такая установка была создана у нас в стране 15 лет назад. Фактически мы сейчас воссоздаем школу поршневого авиадвигателестроения. Это и упомянутый 500-сильный двигатель, и еще несколько проектов.

– То есть отсутствие авиационных поршневых двигателей может являться главной причиной того, почему у нас до сих пор нет серийных ударных беспилотников?

– Не думаю, что это основная причина. Грустно, что их нет, но я уверен, что через пять лет появятся типовые отечественные поршневые двигатели различных мощностей – 50 "лошадей", 80, 150, 200, 500, на базе которых можно строить беспилотники в интересах Минобороны. Выше 500 лошадиных сил, скорее всего, не будет поршневых двигателей, там уже газотурбинные начинаются, ниже 50 – электрические установки. Есть пока вопросы по топливу, будет ли это бензин или керосин. Тем не менее, какие двигатели отрасли нужны, с Минпромторгом мы уже определились.

И потом, даже если Россия пока и отстает, я катастрофы в этом не вижу. Догонять и обгонять гораздо проще, чем бежать впереди. У нас как минимум имеются сведения об эксплуатации зарубежных дронов. На основе чужого опыта мы можем сделать свои лучше. В части технологий силовых установок нет катастрофического отставания. Все решаемо. Главное – время и желание.

– Планируется ли использовать методы 3D-печати при производстве двигателей?

– В серийных двигателях 3D-печать для изготовления основных, критических по последствиям разрушения деталей не применяется – знаний маловато. При использовании традиционных технологий нам понятно, что происходит с материалами, а в случае с 3D-печатью пока не всегда ясно, как меняются их свойства.

В ПД-14, насколько я знаю, завихрители в камере сгорания изготавливаются на 3D-принтере. Аналогичные решения применяются в зарубежных двигателях. Печатью форсунок из-за их сложной формы действительно можно уменьшить количество деталей, поэтому неосновные детали 3D-печатью, конечно, делаются. Но ни у кого пока не хватает знаний, чтобы поставить напечатанный на принтере диск в серийный двигатель. Поясню: это основная часть газотурбинного двигателя с точки зрения надежности и безопасности, потому что если диск разрушится, то есть риск так называемого нелокализованного разрушения, когда может пострадать планер самолета, что потенциально грозит катастрофой.

Второй вопрос – это, конечно, цена. 3D-печать великолепна для прототипирования, когда тебе нужно быстро поменять конструкцию, что-то проверить, но при серийном производстве необходимо тщательно анализировать, будет ли она экономически эффективна.

– Получается, что массовым явлением это не станет?

– Станет, уже стало в автомобилестроении, например. В авиации это направление тоже перспективное. Все технологии со временем дешевеют. Во всяком случае, на будущее мы об этом думаем: активно обсуждаем с ОДК и ВИАМ требования к конструированию авиадеталей с применением 3D-аддитивных технологий.

Уверен, что эта технология будет использоваться, но хотел бы предупредить, что когда вы читаете, что достигнуты определенные результаты в этом или других направлениях, это необязательно правда. Часто врут, ну или как минимум выдают желаемое за достигнутое. Причем на Западе врут часто так же заливисто, как и у нас (смеется). Можно создать суперагрегат, но летать он будет десять минут. Он есть? Есть! Создан? Создан! Рекордные параметры достигнуты? Да! Можно внедрять в серию? А вот это большой вопрос. Не факт, что предложенное решение будет полноценно работать. У всего есть свои технологические циклы, и мы все победим, если будем действовать целенаправленно и планомерно.