Курс отечественного самолетостроения. Интервью с вице-президентом РАН Сергеем Чернышевым

России нужно развивать собственные критически важные технологии и разработки, в частности, в области авиастроения. Это новые материалы, двигатели, системы управления самолетом: «Могу назвать больше десятка направлений, в которых наш институт и российская авиационная наука опережают мировые достижения», ― говорит научный руководитель Центрального аэрогидродинамического института им. проф. Н.Е. Жуковского Сергей Леонидович Чернышев. В сентябре на общем собрании членов Российской академии наук  он был избран вице-президентом РАН.

В интервью «Научной России» Сергей Леонидович рассказал о своем пути в авиастроение, перспективах создания сверхзвуковых пассажирских самолетов и аэротакси, о роли Российской академии наук в подготовке молодых ученых.

― Вы родом из семьи военного, больше 40 лет работаете в Центральном аэрогидродинамическом институте им. проф. Н.Е. Жуковского (ЦАГИ). Основной специальностью выбрали именно аэродинамику. Как формировались ваши научные интересы?

― Да, мой отец был военным инженером, мы ездили по всей стране. Вы же знаете жизнь военных: два года в одном городе, два года в другом…

В Советском Союзе многие ребята посещали технические кружки. Я ходил в кружок авиамоделизма, мне нравилось работать руками. Сначала делал планеры, потом кордовые модели, затем радиоуправляемые. В стране поддерживалось увлечение ребят техническими видами спорта — это очень разумная и правильная система. Создание работающих аппаратов стимулирует ум и развитие личности. Мне эти детские годы очень помогли в жизни.

Я узнал о физтехе, когда мы жили далеко от Москвы, в Таджикистане. Тогда я начал решать задачи заочной физико-математической школы МФТИ и твердо решил идти по авиационному направлению именно в этот вуз. Поступил на факультет аэромеханики и летательной техники Физтеха и так связал всю жизнь с авиацией. Пошел уже пятый десяток лет с тех пор, как я начал работать в ЦАГИ. Это, без всяких кавычек, ведущий научный авиационный центр мирового класса. Могу назвать больше десятка направлений, в которых наш институт и российская авиационная наука опережают мировые достижения.

Наша главная задача в научной сфере и моя личная как вице-президента РАН ― состыковать логическую цепь, в которой фундаментальные исследования с низким уровнем технологической готовности по мере углубления знаний об изучаемом явлении становятся основой для решения практических задач на стадии прикладных исследований, находящихся на более высоком уровне технологической готовности. Именно на таком технологическом пути развития новые идеи воплощаются в реальных продуктах и объектах. Внедрение в практику ―― это основная конечная цель естественно-научных направлений исследований.

― Чем вы занимаетесь сегодня, что изучаете и каких результатов хотите добиться? Это фундаментальные исследования или прикладные разработки?

― Деление на фундаментальные, поисковые (предметно ориентированные) и прикладные исследования достаточно условно. В таком большом государственном научном центре, как ЦАГИ, присутствуют все виды научного поиска.

На первом этапе ученый с помощью математических выкладок или в эксперименте проверяет идеи, которые пришли ему в голову, пока они слабо или совсем не привязаны к реальным объектам. Потом идея обрастает конкретикой: появляются цифровые параметры движения, размеры, геометрические формы и т.п. В нашем случае это конфигурация крыла или летательного аппарата в целом. Проработанная идея набирает техническую зрелость, и в конечном счете получается результат, который интересен нашим конструкторским бюро и может быть использован в разработке нового летательного аппарата. Мне повезло заниматься в ЦАГИ научной деятельностью во всем ее разнообразии.   

Сейчас меня волнует тема фокусирования ударных волн при сверхзвуковом полете самолета ― чистая физика. В мире пока нет стройных теорий с готовыми ответами, в этой области идет поиск. В случае успеха итогом исследования должен стать инструмент для моделирования сфокусированного звукового удара. А это, в свою очередь, поможет подобрать такие траектории полета сверхзвукового пассажирского самолета (СПС) нового поколения, которые не приводят к фокусировке ударных волн или в случае ее возникновения не вызывают значительного роста уровня звукового удара. Данная работа и многие другие актуальные проблемы СПС исследуются с моим участием в рамках проекта Научного центра мирового уровня «Сверхзвук».  Полным ходом идут разноплановые фундаментальные и поисковые исследования по теме СПС, которые помогут ответить на вопрос, как создать самолет, который намного безопаснее и экономичнее предыдущего поколения СПС (а это означает повышенные аэродинамическое совершенство и весовую отдачу, использование искусственного интеллекта в управлении) и который будет в гармонии с окружающей средой (низкие уровни шума, звукового удара и эмиссии двигателя). При этом человеку в таком высокоскоростном воздушном судне должно быть комфортно.

Пока мы изучаем все детали на фундаментальном уровне, в том числе и вопросы фокусировки звукового удара. Но в ближайшей перспективе наши исследования перейдут в стадию прикладных. К работам подключатся коллеги из объединенной авиастроительной корпорации, и нам вместе предстоит решить конкретные задачи проектирования авиалайнера будущего.

Аэродинамика ― одна из древнейших наук. Еще Леонардо да Винчи более 500 лет назад проводил опыты с летательными аппаратами. Казалось бы, что нового там можно найти? Но тем не менее постоянно открываются новые горизонты. Около 30 лет назад (для меня это было как будто вчера) стала активно развиваться аэродинамика закритических режимов полета сверхманевренных самолетов. Оттуда появился известный маневр «Кобра Пугачева», когда самолет короткое время может лететь, казалось бы, как лететь не должен ― поперек потока. Такое нелинейное аэродинамическое явление очень трудно поддается математическому моделированию, требуются огромные вычислительные ресурсы для расчета одной точки. Выручает расчетно-экспериментальный подход, технология которого отработана в деталях именно в ЦАГИ.

Актуальной задачей на ближайшие несколько десятилетий остается проблема управления ламинарно-турбулентным переходом пограничного слоя при обтекании летательного аппарата. Ламинаризация обтекания позволит уменьшить сопротивление летательного аппарата, а значит и снизить расход топлива. Сегодня мы занимаемся этими и многими другими проблемами.

― Вы начали работать в ЦАГИ, когда вам было 22 года. Никогда не думали перестать строить самолеты, а начать на них летать?

― Я летаю много, но в качестве пассажира. Если говорить про управление самолетом, в 1950–1960 гг. в нашей стране была такая практика, когда студенты авиационных вузов в обязательном порядке должны были полетать на легкомоторных самолетах не как пассажиры, а именно за штурвалом, чтобы почувствовать аэродинамику и вибрации планера. Потом эта практика исчезла, но было бы хорошо ее возобновить. Конечно, современные требования к безопасности полетов гораздо жестче, но думаю, что это возможно.

Пассажиром я летал на самодельных аппаратах. Никогда не забуду свои ощущения полета на простеньком автожире. Представьте себе аппарат, сделанный из тонких алюминиевых трубочек на тросиках-растяжках. Сидишь, пристегнутый в кресле, а в облегченной конструкции аппарата даже не за что взяться, кроме этих тросиков. При полете на высоте 200–300 м ―полное ощущение, что твое кресло летит, а впереди и по бокам ничего нет. Все, включая двигатель, находится сзади. Было страшно, но, конечно, восторг при посадке непередаваемый.

― Эти полеты как-то помогли в понимании науки, которую вы изучаете?  

― Конечно, на интуитивном уровне понимаешь важность обеспечения безопасности полетов. Пассажир не должен бояться летать. Задача нынешнего дня ―― обеспечить повышение безопасности полетов в пять-шесть раз. Как же такое можно измерить? Очень просто: мировая статистика говорит о том, что в настоящее время на миллион вылетов пассажирских самолетов происходит примерно одна катастрофа. Улучшенная в пять раз ситуация означает одну катастрофу на пять миллионов вылетов. Повышение безопасности ―― это приоритет номер один авиастроителей и всех, кто участвует в организации воздушного движения.

С точки зрения развития авиации самодельные летательные аппараты, включая «этажерки», на которых мне удалось полетать, ― это из области технического творчества, спорта и развлечения. Но полученные конструктивные решения могут пригодиться в развитии городской авиационной мобильности людей. Сегодня ведутся серьезные разговоры о новом виде городского транспорта ― аэротакси, пилотируемых или даже беспилотных индивидуальных летательных аппаратах. Но чтобы новый вид транспорта вошел в нашу жизнь, нужна абсолютная безопасность: количество взлетов во всех случаях и при любых погодных условиях должно строго равняться количеству посадок!

― Но на это можно рассчитывать в будущем?

― Да, над решением этой задачи работает авиационный научный и технологический мир. И мы в том числе. Известно, что, например, в Дубае полным ходом идет тестирование беспилотных электрических такси с вертикальными взлетом и посадкой и к 2026 г. там начнутся регулярные перевозки пассажиров. Так что будущее не за горами… 

― Авиастроение объединяет абсолютно разные науки. В чем вы видите свою роль как вице-президента Российской академии наук? Возможно, уже ставите задачи на ближайшие пять лет, связанные с координацией и совместной работой с другими отделениями РАН? 

― Авиастроение — действительно одна из отраслей, объединяющая достижения очень многих направлений науки. Конечно, на вершине всего аэродинамика. Но это и физика (хотя аэродинамика ― это тоже раздел физики), например акустика с технологиями уменьшения шума, физика твердого тела и прочность конструкций. Это новые материалы, в частности композиты, из которых можно создавать уникальные конструкции с анизотропными свойствами. Нанотехнологии, химия с процессами горения топлива, искусственный интеллект в управлении и диагностике состояния конструкции и всех систем летательного аппарата и многое другое. Все это ― науки, на фундаменте которых создается новый летательный аппарат. Это бескрайнее научно-технологическое поле с огромным потенциалом для развития.

Мне повезло, что я поступил на работу в такой всеобъемлющий исследовательский институт, как ЦАГИ. Но сегодня конвергенция знаний вышла на новый, более высокий уровень интеграции. Так, в качестве ответа на вызовы времени в стране был организован Национальный исследовательский центр «Институт им. Жуковского», который собрал под своим знаменем пять государственных научных центров по направлениям «интегральная компоновка» (именно здесь отрабатываются аэродинамика, прочность, динамика полета, аэроакустика и др.), «авиационные двигатели», «авионика и системы управления», «самолеты местных авиалиний», «полигонные испытания». Опыт работы в НИЦ «Институт им. Жуковского» по крупным комплексным научно-технологическим проектам будет полезным и в новом для меня качестве вице-президента РАН.

На выборах президента РАН наш новый лидер Геннадий Яковлевич Красников выдвинул в качестве одной из важнейших задач академии создание механизмов для связки фундаментальных, поисковых и прикладных исследований в едином технологическом цикле с выходом на конкретные результаты, необходимые нашим отраслям: авиастроению, кораблестроению, космической отрасли и др. И моя задача в качестве вице-президента ― максимально продвинуться в сторону получения конкретных результатов.

Мы должны понимать, что технологический суверенитет страны обеспечивает вся цепочка создания новых технологических решений в процессе фундаментальных, поисковых и прикладных исследований. Они, в свою очередь, позволяют создавать промышленные технологии и на их основе ― новые технологические продукты.  

― Но ведь нельзя обеспечить независимость и создать полные технологические цепочки абсолютно во всем?

― Мы прошли этап глобализации и мирового разделения труда, когда считалось, что на рынке всегда можно купить лучшие компоненты сложного изделия и уже из них собрать у себя станок, машину или самолет. По такому пути пошел Китай, причем они берут компоненты (или целиком изделие) и копируют его производство. Сначала копируют плохо, потом все лучше и лучше. Далее начинают модернизировать купленное за рубежом. В конечном счете китайцы выпускают свои, вполне конкурентоспособные, качественные технологические продукты.

Для нас такой подход неприемлем. Гордость, что ли, не позволяет нам встать на такой путь. Ведь Россия может осилить любое технологическое направление и создать собственные необходимые компоненты. Да, конечно, производить абсолютно все самим ― не самый эффективный путь. Но речь должна идти как минимум о производстве в нашей стране всех критически важных элементов для каждой отрасли.

Мне близко авиастроение: мы должны освоить все, что определяет эффективность летательного аппарата, его технологическое совершенство, все его критически важные компоненты. Сейчас стало очевидно, что в этом деле нам никто не поможет и приходится рассчитывать только на себя. Поэтому наша стратегия научно-технологического развития должна быть направлена на обеспечение технологического суверенитета в важнейших для экономики страны и ее безопасности отраслях. Единственно правильный для этого путь ― это скорейшее внедрение достижений науки в новые разработки. Российская академия наук должна возглавить процесс научного поиска для достижения практических результатов в критически важных технологических направлениях.

― Какие собственные компоненты нам критически необходимы в самолетостроении?

― Во-первых, это новейшие материалы, то есть то, из чего создается самолет. Современный тренд ― применение композиционных материалов в силовой конструкции планера. На нашем новом магистральном лайнере МС-21 установлено черное крыло из углепластика. Первоначально крыло изготавливалось из американских и японских материалов. Был проведен полный цикл проектирования и экспериментальной отработки конструкции крыла. И после успешного завершения всех работ несколько лет назад поставки этих материалов прекратились из-за санкций. Пришлось оперативно развернуть работы по созданию отечественного композиционного материала взамен зарубежного. Представители «Росатома» с этой задачей блестяще справились ― за короткий срок они освоили выпуск высокомодульного углеволокна и создали материал, практически не уступающий лучшим западным образцам. Сегодня крыло самолета МС-21 сделано из отечественных материалов. Многократные нагружения крыла в лабораториях ЦАГИ статической и ресурсной прочности, в том числе и статиспытания на предельную нагрузку, показали очень хорошие запасы прочности.

Другой важнейший элемент самолета ― двигатель. Это технически сложная система, в которой сконцентрированы все научные и технологические достижения в области газовой динамики, механики, материалов, химической физики, математического моделирования и других направлений науки. Все эти области сходятся в одной точке, чтобы достичь заданных показателей эффективности, среди которых важнейшие ― удельный расход топлива, уровень эмиссии окислов углерода и азота, уровень шума, ресурс двигателя, его удельный вес и многие другие показатели. Блестящий результат наших дней ― двигатель ПД-14, который сегодня уже установлен и летает на опытной партии самолетов МС-21 в Иркутске и Жуковском.

Следующая по списку критически важных элементов ― авионика. Работы в области гражданского бортового оборудования велись в нашей стране на протяжении многих лет. Но когда жизнь заставила, разработки в этой области пошли гораздо интенсивнее. Наверное, в этом отличие российского подхода ― мы способны достичь хороших результатов в импульсном режиме в экстремальных условиях за короткий срок. У нас есть сегодняшние достижения, которыми мы можем гордиться: системы управления самолетом на основе интегральной модульной авионики, шасси, системы кондиционирования, противообледенительные системы. Специалисты в этих областях добились впечатляющих результатов в короткие сроки.

Сегодня можно уверенно и спокойно сказать, что, используя свой опыт и знания, мы сможем обойтись отечественными разработками в авиастроении, нисколько не уступающими зарубежным. Это не шапкозакидательство, а конкретные результаты испытаний, которые, по крайней мере в области авиастроения, скоро будут видны всем. Идет и глубокая модернизация самолета «Суперджет-100», основанная на отечественных системах и материалах. По потребительским качествам и техническим характеристикам этот самолет станет лучше, чем модели, собранные из иностранных компонентов. 

― Как складывается ситуация с молодыми специалистами в ЦАГИ? Вам хватает людей, которые будут строить самолеты в будущем? Отчасти привлечение молодежи и популяризация науки — это и задача Российской академии наук…

― Да, молодежный вопрос очень важен, и одна из задач РАН ― это работа с молодыми научными кадрами, популяризация достижений отечественной науки и технологического сектора. Конечно, многое сделано, но не везде мы достигли желаемого уровня, надо еще серьезно поработать. Это касается постановки интересных наукоемких задач, которые мотивируют ребят к интенсивной работе, защите диссертаций и научному росту.

Материальная часть ― тоже серьезный фактор: обеспечение жильем, льготные кредиты, уровень зарплат важны для молодых специалистов. Академия должна привлечь внимание руководства страны к необходимости увеличения поддержки научных исследований. Чуть больше одного процента от ВВП на науку ― этого недостаточно. Технологически развитые страны тратят в два-три раза больше. Все-таки наша цель ― достижение технологического суверенитета, а эта задача требует и человеческих, и финансовых ресурсов, современной экспериментальной стендовой и приборной базы.

Как сказал президент РАН Г.Я. Красников, наша задача ― добиться участия Российской академии наук в принятии важнейших для страны решений. И это касается и решения молодежной проблемы, чтобы обеспечить приток новых специалистов, ученых, инженеров в высокотехнологические сферы экономики страны.

― Долгое время вы были директором ЦАГИ, сегодня научный руководитель института, а вдобавок заступили на должность вице-президента РАН. Административная работа сильно отвлекает от науки?

― Конечно, если ты первый человек в компании, это большая нагрузка, в том числе административная. Приходится осуществлять свои функции руководителя под прессом большого внимания и многочисленных проверок со стороны контролирующих органов в условиях постоянно меняющегося законодательного поля. Недавно, например, ввели тяжеловесную конкурсную систему, через которую проходят все закупки: все это надо осваивать, требуется дополнительное время.

Но в таких институтах, как ЦАГИ, руководство представлено не только генеральным директором, но и целой командой заместителей. Им делегируются полномочия по направлениям деятельности института, и тем самым значительно уменьшается нагрузка на гендиректора. Хотя ответственность за все происходящее в институте всегда у первого лица.

На всех этапах своей научной карьеры я стремился не отрываться от науки, внимательно следил за основными направлениями развития и всегда старался самостоятельно что-то исследовать. Пока мне это удавалось, думаю, получится и на новой позиции в академии. Нагрузка будет приличная, но мне не привыкать. Постараюсь держать руку на пульсе основных научных трендов и достижений, чтобы не закостенеть и быть готовым к новым научным прорывам.