Владимир Нелюб: «Авиация переходит от металла к композитам»...

О новейших достижениях российского аэрокосмического материаловедения и о том, чем Россия может ответить компании SpaceX, «Инвест-Форсайт» беседует с Владимиром Нелюбом — д-ром техн. наук, директором Межотраслевого инжинирингового центра «Композиты России» МГТУ им. Н. Э. Баумана, а также директором Центра НТИ «Цифровое материаловедение: новые материалы и вещества».

— Владимир Александрович, над какими проектами для аэрокосмической отрасли сейчас работают «Композиты России»?

— Наш центр был изначально создан для решения инжиниринговых задач при МГТУ имени Баумана, который особенно славится своими разработками и кадрами для авиации и космоса. Мы решили большое количество научно-прикладных кейсов для этих сфер.

В настоящее время, работая над повышением авиатранспортной эффективности, мировая авиаиндустрия активно переходит от металлических конструкций к новому типу конструктивных решений на основе композиционных материалов. Отвечая этим техническим вызовам, мы занимаемся не только созданием новых материалов, но и их цифровых двойников.

Это инженерное ПО с базой данных по свойствам материалов со встроенной системой принятия решения на базе искусственного интеллекта. Применение разрабатываемого ПО позволяет ускорить разработку и постановку на производство новых изделий в 2–3 раза, снизить стоимость разработки продукции до 50%, повысить эксплуатационные характеристики и срок службы.

В рамках Центра компетенций НТИ «Цифровое материаловедение: новые материалы и вещества» МГТУ имени Баумана, который был создан в декабре 2020 года, также реализуется ряд проектов, в том числе для аэрокосмической отрасли:

• разработка конструкции створки бака самолета амфибии Бе-200 ЧС с созданием цифрового двойника;
• разработка новых функциональных ориентированных 2D и 3D ПКМ, в том числе с использованием графена и его аналогов, и методов их получения с использованием аддитивных технологий;
• разработка электропроводных полимерных компаундов для изделий, эксплуатирующихся в экстремальных условиях;
• разработка новых термопластичных связующих и препрегов на их основе, а также цифровых методов проектирования готовых изделий.

Еще одним проектом для космической отрасли, реализация которого находится на стадии технической проработки, является проект «Космопринт», направленный на разработку аддитивной установки и робота манипулятора из ПКМ для печати металлических конструкций в открытом космосе. Данное направление является актуальным и перспективным для ГК «Роскосмос» и пока не реализовано ни одной страной в мире.

В экспозиции на МАКСе был представлен двухлопастной винт беспилотного летательного аппарата, выполненный из полимерных композиционных материалов. Он обладает рядом отличительных особенностей. Благодаря основному преимуществу — сверхлегкой массе — уменьшается момент инерции ротора, что приводит к уменьшению требуемой мощности для изменения скорости вращения в большую или меньшую сторону.

На МАКСе мы также показали лопатку компрессора, созданную по собственному способу изготовления преформ по технологии TFP. Помимо достижения оптимальных для эксплуатации совокупности физико-механических показателей, она обладает существенными преимуществами по сравнению с традиционным методом изготовления (ручной выкладкой ткани). Лопатки компрессора ГТД на основе преформ, созданных по нашей технологии, успешно прошли испытания и использованы для изготовления рабочего колеса центробежного компрессора МГТД.

— Обеспечение технологической независимости Российской Федерации — одно из ключевых направлений развития экономики нашей страны. Какие удачные примеры взаимодействия МИЦ и промышленности в решении этой задачи вы можете привести?

— У нас уже реализовано и внедрено в промышленные секторы экономики более 50 инновационных проектов. В числе реализованных проектов также:

• разработка лопаток рабочего колеса центробежного компрессора малого газотурбинного двигателя из полимерных композиционных материалов с применением автоматизированной нашивки ровинга;
• создание рефлектора космических антенн с высокой геометрической стабильностью и долговечностью в условиях воздействия факторов космического пространства;
• проектирование и создание конструкции из ПКМ беспилотного летательного аппарата «Орион». Сейчас мы решили разработать модель в системе цифрового двойника.

Создано ведущее кластерное объединение крупнейших производителей композитов — Московский композитный кластер (МКК) и Торговый дом на его базе для реализации продукции крупнейших производителей композитов и изделий на их основе на мировом рынке. Внимание также стоит уделить нашему заводу «Мосбазальт», это — современное предприятие по выпуску широкой номенклатуры продукции, в которую входят: строительные базальтовые сетки различного назначения, большой ассортимент геосинтетических материалов на основе базальта, стекловолокна и полимеров. В год мы выпускаем до 9 млн кв. м. сетки.

— Известно, что из 100 высокотехнологичных стартапов обычно выживают один-два. Какая статистика у инновационных проектов «Композитов России»? Какой процент идей доходит до реального воплощения и коммерческой отдачи?

— Мы никогда не работаем «в стол». На этапе проработки инновационной идеи мы сразу же анализируем рынок, его потребности, конкурентов. И свою идею коммерчески реализуем. Учитывая это, у нас 100 % выполнения и получения коммерческой отдачи. Среди всех проектов есть как НИР, так и ОКР, при этом доля ОКРа составляет 45% и также доходит до реального воплощения.

— В чем преимущество инжиниринговых центров при вузах по сравнению с независимыми ИЦ или центрами в рамках крупных промышленных корпораций?

— Я всегда отвечаю на этот вопрос просто: инжиниринговые центры при вузах — своеобразный «мостик» между наукой, образованием и промышленностью. Наш инжиниринговый центр обладает не только фундаментальными знаниями, но и прикладными решениями. У нас работает более 120 молодых ученых и аспирантов, 7 профессоров, 5 кандидатов наук, 10 докторов наук и 5 академиков РАН. Мы также объединяем компетенции с ведущими инженерами, конструкторами, технологами, что позволяет аккумулировать научные инженерные мысли и гибко реагировать на различные бизнес-процессы.

В последнее время есть тенденция, так скажем, «угасания» независимых ИЦ, а ИЦ при вузах, наоборот, стремительно развиваются. Это обусловлено тем, что финансирование получают только крупные научные центры. Ведь они обладают высочайшими компетенциями, новейшими технологиями, современными лабораторными комплексами, большими исследовательскими и научно-испытательными площадями. Именно поэтому ИЦ при вузах сейчас — хабы стратегического развития Российской Федерации в рамках национальных приоритетов и программы развития — 2030.

— Как вы задействуете в своей работе студентов МГТУ им. Баумана? Можете привести конкретные примеры их участия в разработках?

— Скажу больше: так как мы сторонники непрерывного образования и ранней профориентации, к проектам мы привлекаем даже школьников. У нас есть образовательный центр и технопарк «Инжинириум МГТУ имени Н. Э. Баумана», на базе которого дети реализуют реальные кейсы наших индустриальных партнеров. Например, у нас есть курс «Композиты в авиастроении» совместно с ПАО «ОАК». Ребята получают hard и softskills; уже выпускаясь, они имеют на руках реальное изделие, например композитный планер или трикоптер из сверхлегких композиционных материалов. Кроме того, выпускники курса получают возможность заключения отложенного трудового договора с индустриальными партнерами.

В части работы со студентами мы предоставляем наши площади для проведения лабораторных работ. То есть студенты практикуются на реальном оборудовании, получают знания от наших ведущих специалистов центра. Мы — единственный в России центр, который запустил собственную магистерскую программу «Индустрия композитов и цифровое материаловедение». Учащиеся программы также на базе нашего центра получают знания, навыки; у них есть возможность посещать отраслевые мероприятия за счет центра, а также пройти стажировку и трудоустроиться как к нам, так и на предприятия партнеров. Совмещая учебу и работу в нашем центре, магистры принимают участие в большей части наших разработок.

— В каком направлении, по вашему мнению, будет развиваться создание новых материалов для аэрокосмической отрасли? Какие задачи решаемы в ближайшей перспективе и над чем предстоит работать в отдаленной перспективе?

— Прежде всего надо понимать, какие задачи стоят перед аэрокосмической отраслью страны в целом, какие изделия и летательные аппараты будут востребованы массово, какие будут уникальными и созданы в штучном экземпляре. Это очень важно, так как для обеспечения возможности создания конструкций под определенные условия эксплуатации будут создаваться новые материалы — и совершенствоваться имеющиеся сейчас; конечно, с учетом развития новых технологий.

Мы можем уже сейчас наблюдать, как новые тренды способствуют развитию материаловедения. Взять, например, гражданскую авиацию: в ней необходимость в новых материалах обусловлена потребностью в создании сверхзвуковых пассажирских самолетов, способных развивать скорость более 2 Махов. При этом материал должен выдерживать температуру в полторы тысячи градусов и более в течение продолжительного времени. В этом случае без новых композиционных материалов не обойтись. Существенную роль в этом сыграют конструкционные материалы на базе углеродных волокон, сверхвысокотемпературные керамические композиционные материалы, а также многофункциональные теплозащитные термические покрытия, способные обеспечить защиту поверхности не только от высоких температур, но и сохранить при этом стабильную радиосвязь в полете.

Схожую задачу в России придется решать и в области ракетостроения. Компания SpaceX разработала и успешно эксплуатирует возвращаемую первую ступень ракеты Falcon, при этом «встряхнув» рынок пусковых услуг по всем параметрам (как по сроку изготовления ракеты, так и по цене пуска). Достойным ответом на вызов может стать разработка многоразового возвращаемого разгонного блока «Крыло-СВ», отличительной особенностью которого является самолетная схема посадки на аэродром. При проектировании разгонного блока принята концепция «горячей» конструкции планера — без внешней теплоизоляции. Снижение нагрева конструкции будет происходить за счет теплоемкости конструкции. Поэтому в местах повышенного нагрева корпуса предполагается утолщение конструкции.

Вместе с решениями в индустрии материаловедения мы также будем развивать направление создания и моделирования поведения «цифровых двойников»: материалов в виртуальных внешних средах со встроенной системой принятия решения на базе искусственного интеллекта.

— Проиллюстрируйте, пожалуйста, экономическую эффективность деятельности вашего центра цифрами.

— По мнению Департамента государственной политики в сфере высшего образования Минобрнауки России, наш центр признан лидером среди 72 аналогичных ИЦ на базе образовательных организаций высшего образования по оборотам оказания инжиниринговых услуг. За период с 2013 по 2020 гг. было выполнено более 50 научно-исследовательских и опытно-конструкторских проектов по направлению конструкционных и функциональных материалов на сумму более 5,5 млрд руб., зарегистрировано более 100 результатов интеллектуальной деятельности (РИД).

• интервью