Как напечатать самолет

Сергей Медведев: Давайте поговорим о юбилее, который, в числе прочего, заложил наше будущее. В 2016 году исполняется 50 лет началу проектирования и постройки самолета "Боинг 747" – этого знаменитого двухпалубного "Джамбо Джета", который сделал современную эпоху воздухоплавания, сделал рентабельными и экономически доступными трансконтинентальные перелеты и фактически создал эру глобального туризма. Я до сих пор считаю, что это один из красивейших самолетов. Каждый раз, когда я вижу его где-нибудь на взлетно-посадочной полосе, сердце мое немножко екает.

Какие технологические изменения произошли за последние 50 лет, какие были прорывы, сопоставимые с тем самым "Боингом", изменяющие сферу воздухоплавания? Как будет выглядеть пассажирский и грузовой авиатранспорт в течение следующих 50 лет? Говорим об этом с нашим гостем – это Роман Гусаров, главный редактор портала "Авиа.ру".

Честно говоря, я прямо застыл, когда услышал, что самолеты теперь печатают на 3D-принтере. Компания Airbus, я слышал, сделала полностью работающую модель самолета четыре на четыре метра, напечатанную на 3D-принтере. Это будущее самолетостроения?

Роман Гусаров: Да, по сути, наверное, это будущий этап в революции авиастроения, которая происходит уже сейчас. Дело в том, что "Airbus" не просто напечатал модель самолета. Это полноценный летательный аппарат, но беспилотный. Понятно, что он небольших габаритов, понятно, что он не способен перевозить пассажиров, а лишь какую-то незначительную нагрузку, но все-таки..

.

По большому счету, к изготовлению самолетов с помощью элементов 3D-проектирования и производства уже сейчас приступили все ведущие авиастроители мира. Вот возьмем недавно триумфально представленный российский самолет МС-21. Можно сказать, что в этом самолете есть элементы 3D-печати, в частности, так называемое "черное крыло" – это крыло, которое изготавливается из углепластика. Сам технологический процесс выглядит следующим образом: на оснастку специальный робот выкладывает слоем за слой композитную ленту из углепластика, после чего это все спекается, и получается цельная панель крыла самолета. Я уверен, что перейдут и к печати не только отдельных панелей, из которых потом собирается крыло, но будут печататься и цельные крылья. В этом направлении движется развитие технологий.

Сергей Медведев: А вообще самолет переходит на углепластик? Такое простое сравнение… Я сам велосипедист, и очень много лет слежу за тем, как меняются велосипеды. Я вижу, как эра стали сменилась эрой алюминия, а теперь уже в хороших гоночных велосипедах это чистый карбон, углепластик. В самолетах – то же самое – переход на углепластик?

Роман Гусаров: Да. Если мы посмотрим на лидеров мирового рынка гражданского авиастроения: "Боинг", Airbus, – то, например, у "Боинга Dreamliner" практически полностью из углепластика – не только крыло, но и фюзеляжи.

Сергей Медведев: Если постучать по нему рукой, то будет карбоновое плетение?

Роман Гусаров: Как ни странно, если постучать по нему рукой, то будет ощущение, что это металл, настолько плотная фактура у этого материала. По характеристикам он даже превосходит конструкции из металла.

Сергей Медведев: На порядок легче.

Роман Гусаров: Есть некий выигрыш по весу, но есть и оборотная сторона медали: пока на сегодняшний день производство таких самолетов обходится дороже. Изделия из углепластика дороже, чем из металла. Но в будущем, несомненно, когда будет крупномасштабное серийное производство, цена будет снижаться. Самое ценное – то, что этот материал позволяет конструкторам поднять новый пласт аэродинамических свойств воздушных судов, то есть те свойства, которые не могли использовать аэродинамики ввиду технических ограничений металла. Ведь крыло было сборное, собиралось из отдельных панелей. Невозможно было сделать большое прочное цельное крыло большого удлинения, а это – краеугольный камень аэродинамики.

Сергей Медведев: Теперь не нужны швы, не нужна кнопка, все это льется, то есть фюзеляж можно отлить целиком. Это строится гигантский 3D-принтер размером с ангар, и он в течение нескольких недель наращивает эту структуру?

Роман Гусаров: Самое большое изделие на сегодняшний день – это крыло самолета МС-21: более 17 метров в длину, цельная панель выкладывается роботом в цеху на специальной оснастке. Это большое, массивное изделие, причем специально для его изготовления была разработана технология. Приятно, что эта технология была разработана в России, никто еще в мире не изготавливает таких больших композитных деталей, в том числе и "Боинг". Там целый сложный процесс и вакуумной пропитки этого материала связующим веществом, и спекание этого материала в специально разработанные и изготовленные печки, которые в длину около 20 метров.

Сам технологический процесс очень интересный. Особенно занимателен транспортер на радиоуправлении, который этот элемент крыла возит из цеха в цех, а рядом идет оператор-беспилотник, управляет этим транспортером. Самое поразительное, что сегодня само производство из грязных, старых цехов, где стружка, масло и токарные станки, становится больше похоже на некий медицинский центр, где ровненькие полы, в которых видишь свое отражение, работники завода в белых халатах, и все на производстве делают роботы.

Сергей Медведев: Как сборка компьютеров – люди в белых перчатках и медицинских шапочках.

Какая есть инновация в форме, как будут выглядеть самолеты в будущем? Есть ли что-либо новое в отношении формы крыла, фюзеляжа, или это классический вид самолета – остается фюзеляж, крылья, хвост?

Роман Гусаров: Вы как раз упомянули, что самолету "Боинг 747" исполняется 50 лет – этот самолет до сих пор летает и производится.

Сергей Медведев: Было сделано полторы тысячи штук, и практически все до сих пор летают.

Роман Гусаров: Конечно, самолет модернизируется, модифицируется. Есть совсем новая модификация "Боинг 747-8" с новым крылом, с новой авионикой. Но по большому счету, если взять гражданские самолеты 50-летней давности и нынешние, то во внешнем виде мало что изменилось. Все-таки законы аэродинамики для всех единых, придумать сейчас что-то новое очень сложно. Конечно, появляются некоторые элементы. Появились загнутые законцовки, так называемые "винглеты" по-американски или "шарклеты" по-европейски. В основном технологический прорыв происходит в области авионики, систем управления, двигателестроения.

Сергей Медведев: Форма остается. А то, что в военных самолетах, – обратная геометрия крыла, стреловидные формы – это не будет применяться?

Роман Гусаров: Вы имеете в виду самолет Су-47, который был построен в 90-е годы в качестве летающей лаборатории, там были испытаны возможности обратного крыла. Теоретически оно позволяет придать самолету сверхманевренность и многие другие качества. Такие самолеты строились давно, еще в незапамятные времена, более 50 лет назад, они намного старше, чем "Боинг 747", но, как показали испытания, это все-таки запредельные, критичные возможности, очень большая нагрузка на крыло. По большому счету, технологически сегодня мировое авиастроение не готово к изготовлению самолетов с обратной стреловидностью крыла, потому что есть ограничения по материала – все-таки слишком большие нагрузки на крыло; есть ограничения по системам управления, они до сих пор развиваются.

В боевой авиации основное развитие все-таки идет по пути развития систем управления, развития вооружения. Почему самолет Т-50, который создается в России, называется самолетом пятого поколения – потому что он будет тоже в большей степени из углепластика, это будет интеллектуальный авиационный комплекс, а следующим шагом будет превращение его в беспилотный летательный аппарат. По большому счету, сегодня возможности пилота как оператора исчерпаны, даже в гражданских самолетах практически все берет на себя электроника, а пилот контролирует работу систем. А уж в боевой авиации тем более электроника давно уже ушла вперед, она надежная, она быстрее человека. Этот большой интеллектуальный комплекс будет решать большинство задач без вмешательства пилота.

Сергей Медведев: Если брать военную авиацию, то речь идет о развитии вообще беспилотных дронов, совершенствовании беспилотных боевых машин?

Роман Гусаров: Несомненно. Сейчас они называются самолетами пятого поколения, а шестое поколение специалисты определяют уже как только беспилотные ударные самолеты, в том числе и большие, а не только те беспилотники, которые мы видим и знаем. Уже и сейчас существуют ударные, просто не столь мощные, как истребители Сухого или МиГа. Следующий шаг – это развитие беспилотных систем.

Сергей Медведев: То есть отмирает профессия военного летчика, вся эта романтика человека, который вздымает машину в небо. Теперь, видимо, люди будут сидеть за компьютерами где-то в защищенных бункерах и оперировать углепластиковыми птицами?

Роман Гусаров: Даже не оперировать, а в большей степени контролировать их, потому что эти углепластиковые птицы будут самостоятельно вылетать на задания, самостоятельно принимать решения, самостоятельно выбирать маршруты и самостоятельно возвращаться на базу. Звучит фантастически, но мы буквально на пороге этой революции.

Сергей Медведев: Целые флотилии на Ближнем Востоке – беспилотники. Мы неожиданно увлеклись военной тематикой. Возвращаясь к гражданским самолетам – не будет ли гибридизации самолета и вертолета?

Роман Гусаров

Роман Гусаров: Это достаточно сложная задача. Есть отдельная тема в России – это создание скоростного вертолета. Уже много лет эта задача по большому счету пока еще не решена. Все-таки винт вертолета создает достаточно большое аэродинамическое сопротивление, вертолет не может летать с большими скоростями. Пожалуй, не получится такого серьезного, эффективного гибрида. Да, есть американский опыт "Орсли" – это такой конвертоплан, который взлетает с авианосцев, как вертолет, потом у него два двигателя разворачиваются вместе с винтами, и он летит дальше как самолет. Как показала его эксплуатация, в том числе и боевое применение, это очень дорогая игрушка, которая создает больше сложностей, чем эффективности.

Сергей Медведев: А индивидуальные самолеты, вертолеты, всегдашняя мечта, что автомобиль сможет летать? Вы видите развитие в этом направлении в следующие десятилетия?

Роман Гусаров: Тема летающего автомобиля стара, как и сама авиация. Но сейчас в основном на Западе появляются новые разработки в этом направлении. Толчком для этого является появление новых, более мощных двигателей, которые могут поднимать такие достаточно тяжелые конструкции, как автомобиль, да еще с очень хорошей аэродинамикой. При этом любая гибридизация – это все равно всегда компромисс. Есть всем известный самолет Б-200, самолет-амфибия, который должен и плавать, и летать. Так вот, это, к сожалению, получается некий компромисс, он и плавает не так хорошо, как лодка, и летает не так хорошо, как самолет, скорость у него небольшая, расход топлива повышен, и тоже есть определенные ограничения. Поэтому я думаю, что каждое направление будет развиваться самостоятельно. Вертолеты будут летать, в том числе, беспилотные, и самолеты, в том числе беспилотные.

Сергей Медведев: Идея индивидуальной авиации все-таки пока не приближается? Видимо, будут малые самолеты, но идея о том, чтобы каждому человеку дать возможность воздушного путешествия, – все-таки, наверное, сложно об этом мечтать?

Роман Гусаров: Я думаю, что в ближайшие десятилетия такой картины, как в фильме "Назад в будущее", мы не увидим, мы не будем садиться в автомобиль и куда-то лететь. Пока таких технологий не существует. Те технологии, те достижения, которые мы используем в области аэронавтики, имеют некоторые ограничения. То есть если это вертолет, то это большой винт, для него нужны большие посадочные площадки, соответственно, невозможно возле каждого дома устроить вертолетную площадку. Если это самолет, то для него нужна взлетно-посадочная полоса.

Сергей Медведев: В этом смысле мы по-прежнему остаемся в технологиях столетней давности, в технологиях ХХ, а то даже и конца XIX века.

А в каком направлении будут совершенствоваться двигатели? Возможно ли появление гибридов? Авиация идет параллельно с автомобилестроением; в автомобилестроении мы видим то же самое – композитные материалы заменяют металл, сейчас появляются гибридные и полностью электрические двигатели. Это возможно в авиации?

Роман Гусаров: Да, конечно, это возможно, но, опять-таки, я не думаю, что это завтрашний день. Сегодня проводится немало экспериментов с применением электродвигателей в авиации. В частности, мы слышали, как не так давно большой самолет практически совершил кругосветное путешествие. Надо понимать, что он, по сути, способен пока перевозить только самого себя, но никакой полезной нагрузки, пассажиров он взять не может.

Сергей Медведев: По-моему, там скорость под 100 километров в час.

Роман Гусаров: И скорость маленькая. Двигатели пока еще электрические, в первую очередь, не сами двигатели, а аккумуляторы, элементы накопления энергии достаточно большие, тяжелые, они не способны выдавать достаточную мощность, сравнимую с авиационными двигателями. Так что это очень далекая перспектива. В любом случае, я думаю, этот процесс мы преодолеем, и, может быть, через 30-40 лет такие самолеты появятся.

Сергей Медведев: Я слышал о гибридных двигателях. Самолет будет выводиться на заданную высоту при помощи обычных двигателей на горючем топливе, затем уже, когда он будет ложиться на курс, будут включаться электродвигатели, а затем посадка снова на обычных турбореактивных двигателях.

Роман Гусаров: Возможно, только здесь имеет смысл смотреть, стоит ли игра свеч. В коммерческой авиации крайне важен вес воздушного судна. Если мы его оснащаем дополнительным количеством электродвигателей, да еще на аккумуляторах, сколько же остается на полезную нагрузку, да и на самих пассажиров?

Я вспомнил – проект самолета Ту-154 был с водородным двигателем; еще в советское время был построен такой экспериментальный самолет. При этом сам бак, где хранилось топливо, занимал половину пассажирского салона. Да, конечно, он был экологически чистым, за ним оставался шлейф водяного пара. Самолет был построен, он летал, но в применение в народном хозяйстве эта технология не пошла по одной простой причине – очень сложно хранить водородное топливо, транспортировать его, заправлять воздушное судно. Первое – очень опасно работать с этим топливом. А второе – как оказалось, для выработки этого количества водорода приходится сжирать еще больше угля и наносить больший экологический вред, чем при сжигании традиционного керосина.

Сергей Медведев: Возможно ли возвращение сверхзвуковой авиации?

Роман Гусаров: Здесь проблема того же порядка. Мы видим, что эта тема не пошла не только в Советском Союзе, но и на Западе. "Конкорд" был построен, порядка десятка самолетов были отданы в эксплуатацию за символическую плату, их даже не продали авиакомпаниям. Билеты стоили очень дорого, расход топлива был гигантский, эксплуатация тяжелая, салон бизнес-класса с комфортом эконома. Единственное – это было малое время полета, за четыре-пять часов он долетал до Америки.

Основная проблема в том, что двигательные установки, которые работают на сверхзвуковом режиме, разгоняют самолет до сверхзвука – это слишком большая нагрузка, это большой риск, очень сложно сделать двигатель, который бы много часов работал в таком режиме тяги. Это не ракета, которую запускают в космос, она отработала две минуты и все, двигатель больше не нужен, ступень отделилась, упала вниз. Этот самолет должен летать годами.

Обслуживание таких двигателей очень дорого. Я уже не говорю о том, что самолет преодолевает определенный порог скорости. Почему сегодня определили, что для гражданской авиации оптимально летать на скорости плюс-минус 850 километров в час? Потому что дальше расход топлива увеличится в разы, есть аэродинамические ограничения, есть сопротивление воздуха, его никак не преодолеть. Чтобы прибавить еще сто километров скорости, нам уже надо прибавить не проценты в расходы топлива, а в разы увеличивать его.

Сергей Медведев: А если подняться выше? Почему не идет тема полетов в стратосфере, где разряженный воздух? Или надо сжечь слишком много керосина, чтобы залететь на эту высоту?

Роман Гусаров: Во-первых, надо сжечь больше керосина, во-вторых, надо понимать, что в стратосфере уже другие законы аэродинамики, там разряжен воздух, не на что опереться крылу, нет подъемной силы. Тогда этот самолет будет стратосферным летательным аппаратом, больше похожим на ракету. Конечно же, там будут перегрузки – это совсем некомфортно для пассажиров. Я уже не говорю о том, что это должна быть герметичная капсула, а система кондиционирования, которая нагнетает кислород и создает давление, должна быть очень мощной и эффективной. Это очень сложная технологическая задача, она решаема, но с точки зрения экономики неэффективна.

Сергей Медведев: То есть то, что сейчас и Брэнсон, и Маск экспериментируют с суборбитальными транспортными полетами, – это пока именно на уровне игрушек?

Роман Гусаров: Это и на уровне игрушек, и на уровне неких, в том числе, коммерческих проектов, больше направленных на развлекательные полеты, путешествия, туризм. У богатых, как говорится, свои причуды, они могут заплатить и большие деньги за стратосферную экскурсию. Так что это рассчитано на таких людей.

Сергей Медведев: Как в этот прекрасный новый мир вписывается Россия? Мы уже говорили об МС-21; что касается "Сухой Суперджет" – насколько Россия сейчас обладает передовыми технологиями в авиастроении?

Роман Гусаров: Авиастроение многолико. В боевой авиации мы находимся на достаточно высоком технологическом уровне, а вот в области гражданской авиации в течение нескольких десятилетий, наверное, с середины 80-х годов, мы по большому счету замерзли и серьезно отстали.

Но примерно с 2005 года начались серьезные инвестиции в развитие авиационной промышленности, в первую очередь, в ее технологическое перевооружение. Сейчас мы видим первые результаты. То, что удалось построить первый образец самолета МС-21 – это как раз результат многолетних инвестиций в техперевооружение, в приобретение и разработку новых технологий, в подготовку кадров.

Тот самолет, который мы видели, технологически ничем не уступает сегодня западным по ряду своих решений, он уже на шаг впереди. Как вы правильно упомянули, многие годы и "Боинг", и Airbus летают, модернизируются, но все равно они не имеют полного комплекса тех решений, которые применены в самолете, построенном с нуля, – МС-21.

И в этом отношении у нас сейчас есть шанс не просто заскочить на подножку уходящего поезда, а, может быть, еще его и возглавить. Но для этого придется очень много поработать. Прежде всего, надо, чтобы эти технологии, которые мы применяем, оказались не просто революционными, а еще и подтвердили свою жизнеспособность, чтобы самолет прошел испытания – и ресурсные, и статические.

Сергей Медведев: А двигатели – свои, российские или все-таки импортные?

Роман Гусаров: У этого самолета, как и у всех сегодняшних гражданских самолетов, были два двигателя на выбор: один двигатель, с которым его и продемонстрировали, – американский. Этот двигатель уже существует, этот самолет в ближайшее время, я думаю, в начале следующего года взлетит. Второй двигатель – российский, он создается – это будет целое поколение новых двигателей. К счастью, у нас сохранилась школа двигателестроения, существуют научные институты, есть кадры, есть боеспособные предприятия. Этот двигатель создается; я думаю, что года через два мы увидим летный экземпляр этого двигателя, который будет установлен на МС-21.

Сергей Медведев: Различная электронная начинка – насколько здесь самодостаточна Россия, насколько серьезны санкции?

Роман Гусаров: С электронной начинкой, вообще, с авиационными компонентами в целом, которыми комплектуется самолет, сложнее. Дело в том, что у нас отчасти деградировала промышленность агрегатостроения, и многие передовые решения – только на Западе. Делать самолет из устаревших комплектующих нет смысла, поэтому многие системы приобретаются. Что касается авионики, то, к счастью, изготовитель авионики – российский, авионика создается в центрах комплексирования – это структура, которая интегрирует все бортовые системы в единое целое. Примерно 50% комплектующих российского производства, но 50% приходится покупать на Западе, потому что у нас нет таких производств, причем даже бытовых. Там у пилотов установлены большие 15-дюймовые жидкокристаллические мониторы. Если в России сами эти панели не производят, значит, их надо будет закупать на Западе. В принципе, в этом нет ничего страшного. Если мы посмотрим на "Боинг" или Aibus, то на двух этих крупнейших производителей работает практически весь мир, в том числе, кстати, и российские предприятия.

Сергей Медведев: Будем надеяться, что политическая и экономическая ситуация не приведет к изоляции от остального мира, российский авиапром сможет пойти в будущее вместе с мировым, и следующие 50 лет гражданской авиации будут такими же интересными и восхитительными, как и те 50, что мы летаем с "Боингом 747".