Стремление летать на сверх- и гиперзвуке, желание покорить Луну и Марс являются едва ли не самыми основными целями предприятий ракетно-космической и авиационной отраслей промышленности. И для этого прилагается максимум усилий не только производственниками, но и людьми, связанными с прикладной наукой.
В год празднования 100-летия Центрального аэрогидродинамического института его генеральный директор, член-корреспондент РАН Кирилл Сыпало в интервью корреспондентам РИА Новости Алексею Паньшину и Дмитрию Струговцу рассказал, как развивается отечественная космическая и авиационная наука, когда можно будет полетать на сверхзвуковом лайнере, раскрыл подробности новых проектов в космической сфере, а также сообщил детали разрабатываемого на замену "Руслану" сверхтяжелого транспортного самолета "Слон".
— Давайте обозначим направления работы ЦАГИ сейчас, над чем трудится институт, какие основные проекты вы могли бы отметить?
— ЦАГИ является первым системным институтом прикладной науки в России, созданным 100 лет назад, как раз для того, чтобы фактически обеспечить внедрение результатов исследований фундаментальных явлений и процессов в практическую плоскость. Основными направлениями работ с момента создания являются аэро- и гидродинамика, аэромеханика и прочность конструкций, и, естественно, основная часть проектов ЦАГИ так или иначе связана с этими направлениями. Глобально все проекты можно разделить на три части. Первая — это поисковые работы в области перспективных исследований, улучшение аэродинамических характеристик, формирование новых норм прочности, обеспечивающих безопасность летательных аппаратов. Вторая, относительно новая компонента, это так называемые комплексные научно-технологические проекты, которые включают формирование научно-технического задела и создание демонстраторов для передачи в промышленность в готовом виде. И третья составляющая — это участие в опытно-конструкторских работах по нашим авиационным программам и проектам. Это все существующие программы — МС-21, Superjet, Ил-76, Ил-112В, Су-57 и другие.
Испытание модели ближне-среднемагистрального самолета МС-21 в трансзвуковой аэродинамической трубе ЦАГИ
Источник изображения: © Фото предоставлено пресс-службой ЦАГИ
— Сегодня все идет к тому, что летательные аппараты выходят на новый технологический уровень. Я имею в виду гибридные силовые установки, альтернативное топливо, сверхзвуковые скорости и так далее. Расскажите о перспективах нашей авиации.
— Разработки такого рода ведутся. В основном они носят либо поисковый характер, либо это работы, приближенные к уровню демонстраторов. Вот, например, сверхзвуковой пассажирский самолет — это все-таки демонстратор, и мы надеемся в случае продолжения этих работ выйти на создание полноценного прототипа сверхзвукового делового самолета. В ЦАГИ эта работа ведется комплексно, изучаются двигатели, аэродинамика, прочность конструкции и так далее. Если говорить про гибридные силовые установки, то это большой проект, который во многом координирует НИЦ (Национальный исследовательский центр "Институт имени Н.Е. Жуковского"). В следующем году уже должен быть разработан демонстратор электрического двигателя с соответствующей приводной частью.
— Буквально недавно в очередной раз искал, что делают наши конкуренты в области сверхзвуковых летательных аппаратов, и наткнулся на стартап под названием Boom. Вы что-нибудь слышали про это?
— Да, конечно, на самом деле один из проектов, который зарубежные партнеры ведут достаточно системным образом. С одной стороны, это изучение уровня звукового удара, определение допустимых уровней шума на разных этапах полета самолета — при наборе высоты, при движении на маршруте на соответствующем эшелоне. С другой – выбор оптимальных аэродинамических компоновок, двигателей, конструктивно-силовых схем.
— А они нас не опередили? Там вроде даже демонстратор создан, который уже летает.
— Демонстраторов достаточно много. У нас тоже создаются демонстраторы для изучения звукового удара. Это не в прямом понимании прототип летательного аппарата, это могут быть летающие лаборатории на базе известных летательных аппаратов. У нас, например, это Су-27, который выводит в рамках летных испытаний некий прообраз летательного аппарата и ту конструкцию, которая, собственно, и создает звуковой удар. Во время его полета на земле в зданиях, в комнатах могут быть установлены датчики для того, чтобы измерить последствия звукового удара. То есть демонстратор — это летающая лаборатория, и у нас они тоже строятся в рамках проекта сверхзвукового самолета.
Испытание ракеты-носителя "Ангара" в гиперзвуковой аэродинамической трубе ЦАГИ
Источник изображения: © Фото предоставлено пресс-службой ЦАГИ
— Завершая тему сверхзвука, хотел бы уточнить, нет ли опасений, что сейчас, на данном этапе, все это закончится тем же, что произошло с Ту-144 и с "Конкордом"? Эти проекты, как известно, были свернуты и не получили продолжения. Не станет ли очередная попытка создать сверхзвуковой самолет просто демонстрацией возможностей?
— Нет, сейчас, на наш взгляд, это второй подход к снаряду, если хотите. Человечество всегда будет стремиться к ускорению перемещения из точки А в точку В. Авиация в этом смысле предоставляет, по крайней мере пока, самый быстрый способ решения проблемы. Переход к сверхзвуковым и гиперзвуковым скоростям неизбежен. Ту-144 и "Конкорд" действительно были демонстрацией технологических возможностей. Сейчас подход системный — для начала изучаются именно экологические факторы воздействия, методы снижения воздействия этих летательных аппаратов на окружающую среду. То есть сразу ведутся исследования, направленные не на создание летательного аппарата, а на его эксплуатацию. Это принципиальное отличие от первой попытки. Есть надежда, что результат второй попытки, скорее всего, будет более системным, более правильным.
— А то, что двигателей у нас нет для таких самолетов, это не проблема?
— На самом деле двигателей нет не только у нас, но и за рубежом. Там тоже нет двигателей, которые бы обеспечивали для гражданской техники полет на таких скоростях. И мы, и наши западные партнеры ориентируются прежде всего на военную авиацию или на некую модернизацию того, что создано в гражданской. Речь уже идет о многорежимных двигательных установках, двух или трехконтурных.
— Без форсажных камер?
— Да, много вариантов разных рассматривается, но так или иначе для такого рода летательных аппаратов двигателей сейчас нет нигде. И важно, что мы сначала формируем требования к летательному аппарату в целом, потом уже переходим к формированию требований к отдельным компонентам — планеру, двигателю, бортовому оборудованию, а также к системе управления воздушным движением, потому что это тоже одна из проблем. Я не знаю, может быть, для кого-то это секрет, но особенность эксплуатации Ту-144 заключалась в том, что иногда диспетчеры не успевали отреагировать на его появление в зоне ответственности. Скорость передвижения была такова, что диспетчер просто констатировал факт того, что самолет вошел в зону, и это приводит к необходимости формирования новых подходов и в управлении воздушным движением.
— Давайте спрогнозируем, в каком промежутке времени появятся сверхзвуковые пассажирские летательные аппараты, чтобы, например, простой гражданин мог себе позволить полетать на таком самолете?
— Ну, наверное, если быть более-менее реалистичными, то я думаю, что это 2025-2030-е годы. Демонстраторы появятся раньше – где-то 2021 год, а в 2023-м, наверное, можно будет говорить о прототипе.
— Как вы считаете, учитывая курс на импортозамещение, насколько реально создать такой самолет исключительно из отечественных комплектующих и есть ли в этом смысл?
— Если говорить про создание самолета исключительно для отечественного рынка, в этом есть большой смысл с той точки зрения, что мы сможем гармонично развить все те отрасли, которые традиционно входят в сектор под названием авиастроение. Если брать в расчет возможность продажи лайнеров за рубеж, то необходимо сертифицировать борт в Европе или Америке для продажи на соответствующих рынках. Поэтому вопрос не в том, что у нас нет тех или иных комплектующих и материалов. Скорее всего, они есть, просто сертификация их за рубежом — это отдельная, самостоятельная проблема.
— Известно, что ваша самая старая аэродинамическая труба была построена еще в довоенное время и до сих пор функционирует. Все хорошо, но это крайне большой срок. Не потеряла ли она актуальность? Отстаем ли мы в этой области от зарубежных коллег или, наоборот, опережаем?
— Ну я, пожалуй, так отвечу: определенный паритет наблюдается, то есть по каким-то установкам наши трубы и наши стенды действительно являются уникальными в мире, по каким-то мы уже начинаем отставать в зависимости от конъюнктуры рынка или тех исследований, которые мы проводили. Например, в ЦАГИ нет криогенных труб, которые уже построены в Европе и которые уже строят, скажем, в Китае. Криогенная труба позволяет еще больше приблизиться к моделированию реальных условий полета, меньше ошибаться и, соответственно, затрачивать меньше времени при доводке тех или иных проектов летательных аппаратов, довольствуясь только лишь трубным экспериментом и не переходя к летным, которые существенно дороже и рискованнее. Финансирование, которое выделяют европейские страны и Китай для развития этой тематики, серьезным образом превосходит то, которое мы можем себе позволить, и, соответственно, это отставание, вероятнее всего, будет наблюдаться. Мы эти опасения везде высказываем и везде говорим, что ЦАГИ — это действительно национальное достояние, эти установки и стенды строила вся страна в свое время и процесс модернизации и создания новых установок обеспечивает национальную и технологическую безопасность в будущем.
— Сейчас есть какие-то модернизационные работы?
— Конечно, работы идут. Другое дело, что, наверное, не в том объеме, как нам бы хотелось. Сейчас мы инициировали новый проект по сверхзвуковым трубам, который получил одобрение, по нашей информации. Он позволит существенно продвинуть аэродинамику в современных условиях и воссоздать в ЦАГИ этот центр превосходства.
— А в какие сроки планируется реализовать этот проект?
— Пять-семь лет примерно планируется на реализацию. В зависимости от принятия решений. То есть у нас проект сформирован только в этом году. Предложения нами поданы, дальше уже, наверное, зависит от органов исполнительной власти, как быстро все эти заявки будут доведены до уровня контрактов, ассигнований и так далее.
— Давайте поговорим про конкретные проекты. Что можно сказать о новой модификации Superjet?
— Работы по созданию модификации самолета SSJ100 c уменьшенной пассажировместимостью активно ведутся. К самолету предъявлено два набора требований: требования со стороны коммерческого авиаперевозчика S7 Group и требования со стороны государственного заказчика. Исходя из приоритетности требований государственного заказчика, работы по программе SSJ75 были разделены на два этапа.
На первом этапе разрабатывается самолет, представляющий собой модификацию SSJ100 с минимальными изменениями – уменьшение длины фюзеляжа и значительное уменьшение доли систем и компонентов, импортируемых из-за рубежа.
Прочностные испытания регионального самолета нового поколения Sukhoi Superjet 100 в зале статических испытаний ЦАГИ
Источник изображения: © Фото предоставлено пресс-службой ЦАГИ
На втором этапе предусматривается создание самолета, удовлетворяющего требованиям коммерческих авиакомпаний с улучшением основных летно-технических характеристик путем внедрения большего количества изменений в конструкцию и использования ряда инновационных технологий, в частности, нового крыла увеличенного удлинения и применения новых инновационных материалов.
К настоящему моменту закончены работы стадии технического предложения (аванпроекта) для самолета первого этапа, которые заключались в предварительном определении технического облика конструкции самолета, его систем и агрегатов планера в соответствии с предъявленными требованиями.
Далее будет выполняться комплекс работ по расчетно-экспериментальному обоснованию прочности и ресурса всех вносимых изменений в конструкции самолета SSJ75 первого этапа, а также работы по инновационным решениям для самолетов второго этапа.
— Недавно двигатель ПД-14 получил сертификат типа и его планируется использовать на разных летательных аппаратах, в частности, на МС-21. Вы каким-то образом участвуете в работе по испытаниям самолета с этим двигателем?
— Да. Сейчас в нашей трубе продувается модель МС-21 с воздухозаборниками и гондолой ПД-14. Задача ЦАГИ — это как раз интеграция двигательной установки и планера. И воздухозаборники и мотогондола для двигателей МС-21 — это совместная разработка ЦАГИ, ЦИАМ и ОДК. Сейчас эта работа ведется активным образом и в том числе в рамках сертификационных испытаний МС-21.
Испытание модели ближне-среднемагистрального самолета МС-21 в дозвуковой аэродинамической трубе ЦАГИ
Источник изображения: © Фото предоставлено пресс-службой ЦАГИ
— С недавнего времени на слуху проблема с использованием транспортных самолетов Ан-124 "Руслан". Заявлялось, что ЦАГИ разрабатывает некий концепт перспективного самолета на замену этому сверхтяжелому транспортнику. Так ли это?
— Действительно, есть такие планы по заказу компании "Волга-Днепр". Проект "Слон" есть в рамках контракта с Минпромторгом. Эта модель делается с расчетом на двигатель ПД-35. Продувки модели "Слона" в ЦАГИ прошли. В результате исследований предполагается выработать рекомендации для конструкторских бюро по аэродинамической компоновке, конструктивно-силовой схеме, системе управления такого перспективного тяжелого транспортного самолета, то есть это системная работа, которую ЦАГИ ведет.
Отработка систем управления гражданского самолета в дозвуковой аэродинамической трубе ЦАГИ
Источник изображения: © Фото предоставлено пресс-службой ЦАГИ
— Перейдем к космической тематике. Когда начнутся продувки в ЦАГИ модели новой российской ракеты "Союз-5"?
— В настоящее время между Роскосмосом и РКК "Энергия" идет согласование технического задания на разработку новой РН "Союз-5". ЦАГИ, ЦСКБ "Прогресс", ЦНИИМаш и ряд других организаций будут соисполнителями этой работы. Задача ЦАГИ — отработка проблем аэродинамики, тепла и динамики полета.
В частности, предполагается большой цикл экспериментальных исследований аэродинамических характеристик, распределения давления и пульсаций давления на крупномасштабных моделях РН "Союз-5" в основных аэродинамических трубах ЦАГИ. Предполагаемая дата начала работ — февраль 2019 года.
— Что касается перспективного космического корабля "Федерация", есть ли какие-то результаты по продувкам модели этого корабля?
— В ЦАГИ по контракту с РКК "Энергия" выполняется большой цикл экспериментальных исследований аэродинамических характеристик, распределения давления и пульсаций давления на крупномасштабных моделях космического корабля "Федерация" как в составе РН на этапе выведения, так и в изолированном полете на этапе возвращения с орбиты.
Уже получены результаты испытаний в больших аэродинамических трубах Т-128, Т-109 в диапазоне чисел Маха 0,4 – 3,5. Анализируются результаты исследований в гиперзвуковой трубе Т-117 теплового воздействия на модель космического корабля "Федерация" при числах Маха, равных 7,5 и 10,5 на расчетной траектории возвращения с орбиты. В вакуумных установках ЦАГИ проводятся экспериментальные исследования воздействия разреженной атмосферы на поверхность аппарата при полете на высотах более 100 километров. Начались модельные испытания приводнения капсулы "Федерация". В 2019-2020 годах планируется ряд экспериментальных и расчетных исследований проблем атмосферного участка полета космического корабля "Федерация".
— Выполняли ли вы работы в интересах частных космических компаний, например, S7, "КосмоКурс", "Лин Индастриал"?
— В настоящее время ЦАГИ готовит договор с компанией S7 на разработку новой РН (предварительное название "Союз-7"), в которой возвращение первой ступени будет осуществляться ракетодинамическим способом (аналогично РН "Фолкон").
— Участвовал ли ЦАГИ в выборе формы для российского спускаемого аппарата совместной с Европой миссии "Экзомарс-2020"?
— ЦАГИ активно работал по проекту "ЭкзоМарс". Работы выполнялись по договору между НПО им. С.А. Лавочкина и ЦАГИ в рамках программы сотрудничества с Европейским космическим агентством. Для выполнения научных целей проекта "ЭкзоМарс" планируется доставка десантного модуля ДМ-20 с полезной нагрузкой на поверхность планеты Марс. Главная цель работы — экспериментальное определение аэродинамических характеристик и распределения теплового потока по поверхности десантного модуля ДМ-20 при гиперзвуковых значениях числа Маха М для расчетов траектории спуска ДМ в атмосфере Марса. Для выполнения поставленных задач в ЦАГИ были спроектированы и изготовлены весовая и тепловая модели десантного модуля ДМ-20 и проведены их испытания в аэродинамической трубе Т-117 на режимах с числами М = 7.5, 10.5 , 14. В диапазоне углов атаки 0–25° определены коэффициенты аэродинамических сил и моментов. С помощью интерферометра получены картины обтекания модели. Одновременно с весовыми испытаниями на модели производилась визуализация поверхностных линий тока. Распределение теплового потока получено методами термоиндикаторов плавления и поверхностных термопар при углах атаки 0–10°. Проведен сравнительный анализ расчетных и экспериментальных данных и сделан прогноз аэродинамических характеристик десантного модуля ДМ-20 в условиях натурного полета в атмосфере Марса.
Испытание десантного модуля проекта ExoMars в гиперзвуковой аэродинамической трубе ЦАГИ
Источник изображения: © Фото предоставлено пресс-службой ЦАГИ
— Выполняли ли вы продувки зарубежной космической техники для определения эффективности примененных в них конструкторских решений? Какой техники?
— В 2005-2007 годах ЦАГИ по контракту с Французским космическим центром (CNES) выполнил большой цикл экспериментальных исследований аэродинамических характеристик и распределения давления на модели космического аппарата Pre-X. Испытания проходили в аэродинамических трубах ЦАГИ – Т-128, Т-116 и Т-117 почти во всем диапазоне (М=0.5 — 10.5) атмосферного участка полета аппарата Pre-X. В 2014 году этот аппарат под маркировкой IXV совершил успешный космический полет и возвращение на Землю.
