Журнал "Компьютерра" №772

ТЕМА НОМЕРА: Жилец вершин

Автор: Александр Бумагин

Не секрет, что на отечественной авиапромышленности кризис девяностых сказался самым печальным образом. Старые модели самолетов в Европу уже не пускают, и они доживают свой век на внутренних линиях. Авиаперевозчиков не заставишь приобретать отечественную продукцию, и, летая самолетами Аэрофлота, мы все больше пользуемся "Боингами" и "Аэробусами". Немногочисленные исключения погоды не делают. Грузовая модификация Ту-204 в октябре прошлого года получила "европейскую визу", но в эксплуатации сейчас всего полсотни разных Ту-204. Готовых Ту-334 вообще лишь несколько штук[При этом разработка обеих моделей началась еще в СССР. Над Ту-204 начали работать в 1974 году, над Ту-334 - в конце восьмидесятых.]. Надежные, но шумные и "грязные" Ил-96 постепенно выводятся из эксплуатации. Однако не все потеряно. Над новым российским гражданским самолетом Sukhoi Superjet 100 сегодня упорно работают французы, итальянцы, американцы - но в первую очередь, разумеется, русские.

1 Самолет Sukhoi Superjet 100 - первый проект компании "Гражданские Самолеты Сухого" (ГСС), которая была создана в 2000 году. Сама компания расположена в Москве, но имеет три филиала с собственными производственными площадками: в Комсомольске-на-Амуре (здесь делают отсеки фюзеляжа и крылья), в Новосибирске (здесь делают носовой и хвостовой отсеки) и в Воронеже (детали из композитов). Сборка фюзеляжа осуществляется в Комсомольске-на-Амуре.

Электронная начинка самолета в основном производится за рубежом: авионику делает компания Thales Air Systems, системы управления полетом и жизнеобеспечения - Liebherr, топливную систему - Intertechnique, интерьер и кислородную систему - B/E Aerospace и т. д. Двигатели для всего семейства SSJ 100 производит СП PowerJet, образованное французской компанией Snecma и НПО "Сатурн". Комсомольский филиал ГСС осуществляет окончательную сборку самолета - стыковку крыльев, монтаж двигателей и остальных систем, а также проводит заводские испытания перед передачей самолета заказчику. Впрочем, на этом международное сотрудничество не заканчивается. По вопросам маркетинга консультировались с "Боингом", а послепродажной поддержкой и сервисом будет заниматься СП Superjet International, созданное "Сухим" и итальянской фирмой Alenia Aeronautica. То же СП отвечает за кастомизацию самолетов для покупателей с западных рынков.

В общем, при ближайшем рассмотрении первый российский самолет оказался не совсем российским.

2 - Все международные производители идут по тому же пути, - говорит Александр Долотовский, заместитель директора по общему проектированию ЗАО "ГСС". - Да, железо у нас иностранное, зато все мозги - отечественные.

В компании часто слышат упреки в непатриотичности и зависимости от иностранных поставщиков, однако считают их несправедливыми. Неважно, что основные системы Superjet зарубежного производства (и, кстати, само название - тоже результат работы британских рекламщиков), главное, что интегратором проекта и держателем интеллектуальной собственности является российская компания. Чтобы проиллюстрировать важность последнего тезиса, Долотовский вспоминает дореволюционного "Илью Муромца", который стоил 200 тысяч рублей.

- А это ведь всего лишь деревянная конструкция, обтянутая перкалем, плюс четыре мотора. А стоила как океанский пароход из металла. А почему? Потому что это дерево умело летать.

Superjet обойдется покупателю в 29 миллионов долларов.

По словам Долотовского, сегодня ни один авиапроизводитель в мире не может построить гражданский самолет своими силами - слишком сложными стали системы, слишком важен наработанный десятилетиями опыт. Ни одна компания не способна одновременно производить двигатели, шасси, авионику, а потом из всего этого собрать конкурентоспособный самолет. Более того, ни одна страна на это не способна. Что же до российских поставщиков, то они участвовали в тендерах наравне с остальными, однако для ГСС важны не только технические характеристики, но и наличие международных сертификатов, и возможность серийного производства, и постпродажное обслуживание на весь период жизни парка.

Но двадцать девять миллионов?

3 - Цена всегда имеет значение, - объясняет Долотовский. - В отличие от автомобиля, который можно, в случае поломки, увести на обочину, самолет в подобной ситуации падает. Поэтому есть минимально приемлемый базовый уровень надежности, ниже которого опускаться в авиастроении нельзя. Экономь не экономь, а сделать хороший самолет дешевле 20 млн. долларов нельзя. Пассажирский самолет - это результат очень непростого баланса между экономией и безопасностью.

Нужно оговориться, что Долотовский, рассуждая о стоимости, имеет в виду не любой пассажирский самолет. Новой российской машине не придется тягаться с магистральными "Боингами" и "Аэробусами", это самолет для местных линий (от 78 до 98 пассажиров), и конкурировать ему придется, скорее, с Embraer и Bombardier. При этом самолет "Сухого" дешевле самолетов из Бразилии и Канады, кроме того, производитель утверждает, что SSJ100 потребляет на десять процентов меньше топлива и за счет уменьшения количества деталей в конструкции двигателя заметно проще и дешевле в обслуживании.

Емкость рынка самолетов вместимостью 60–120 мест в течение ближайших двадцати лет оценивается в 6100 единиц. "Сухой" рассчитывает захватить 17% мирового рынка, то есть продать более тысячи самолетов. Пока что в портфеле 98 подтвержденных заказов на новые российские машины. Но, как полагают в "ГСС", у "Суперджета" есть фора лет в пять - новые проекты конкурентов только запущены и в ближайшие пять лет "в железе" не появятся.

4 Сегодняшние самолеты, разумеется, гораздо надежнее "Ильи Муромца", однако более придирчивы к условиям посадки: для нормальной посадки нужен аэродром, при этом не всякий еще подойдет.

- Когда мы рассуждаем о шансах критической неполадки, - говорит Александр Долотовский, - мы говорим о некоторой степени "невероятности": о вещах маловероятных и крайне маловероятных, пять-девять знаков после запятой.

По каждой системе самолета расчет вероятностей идет на один час полета одного самолета. В то же время летает целый парк однотипных самолетов (скажем, около тысячи), летает много (около тысячи часов в год) и в течение 25–50 лет.

- При этом неполадка, которая приводит к катастрофе, - продолжает Долотовский, - не должна произойти вообще никогда. На весь парк. Отказ, который приведет к аварии, может произойти один раз на все машины за полвека. Отказ, приводящий к некритичным осложнениям, типа смены маршрута, - положим, раз в год. Так и получаются числа с кучей нулей[Если вы боитесь летать, дальше лучше не читайте. - Прим. ред.]

По мнению Долотовского, за последние сорок лет катастроф из-за отказа авиационной техники не было - везде определяющим оказался человеческий фактор. Это заявление неверифицируемо, поскольку людей, заинтересованных в том, чтобы виноватым оказался именно пилот, мягко говоря, хватает, однако Долотовский уверен в том, что самый ненадежный элемент в любой системе - это человек.

- Самолет без пилота - вот светлое будущее. Автоматические поезда уже появились. Все идет к тому, что появятся и самолеты.

Впрочем, вряд ли мы в ближайшее время увидим беспилотные пассажирские самолеты. Вероятность отказа автоматики все-таки ненулевая, а дальнейшее увеличение надежности автоматических систем обойдется производителям в астрономические суммы[По схожей причине нам запрещают пользоваться в самолете электроникой при взлете и посадке: слишком много в мире создано электроники, и проверить должным образом все не представляется возможным, особенно, если учесть, что в огромном количестве постоянно появляются новые устройства.]

- Автопилот, если брать весь комплекс, до надежности 10–9 еще не дотягивает. И поскольку его отказ без летчика за штурвалом однозначно приведет к катастрофе, человека списывать еще рано. То есть, технически нетрудно сделать самолет, который будет летать сам. Для этого есть все алгоритмы, все конструктивные решения. И быстродействия компьютеров вполне хватит. Вопрос только в надежности.

Надежность систем доказывают эмпирически. Машина должна наработать определенное количество часов без единого отказа. И желательно не одна машина, а несколько.

- Возьмем автоматическую посадку, - говорит Долотовский. - Нужно пройти через тысячу автоматических посадок на специально оборудованном стенде. И тогда надежность системы управления при посадке будет 10–3. При этом эмулируются разные условия.

Но и этого мало. Чтобы получить документ о надежности, нужно совершить несколько десятков реальных полетов. Чтобы поставить на поток полностью автоматический самолет, говорит Долотовский, нужно "тупо накачать ресурс". И задача эта не по силам ни отдельно взятой компании, ни даже государству. Караван идет: отдельные системы уже функционируют в современных самолетах, и когда-нибудь на основе накопленных данных можно будет объективно судить о статистике отказов. И тогда, возможно, появится пассажирский беспилотник. Это вопрос не лет, а десятилетий, но, как полагает Долотовский, технологический прогресс ведет именно к этому.

Бытует мнение, что в современном самолете пилоту делать практически нечего, а потому я не удержался от вопроса о том, сможет ли, все же, Superjet сесть сам, без пилота. На провокацию последовал достойный ответ: сможет, если будет куда. Для этого нужен аэропорт, оборудованный современными навигационными средствами. Впрочем, совсем без человека обойтись пока не получится.

- В кабине должен быть тот, кто нажмет на тормоза. Есть такая кнопка на приборной панели.

Уже после нашего разговора в новостях всплыла история аварийной посадки 767-го "Боинга" авиакомпании Air Canada. "Боинг" посадила стюардесса. А командир экипажа, в полном соответствии с рассуждениями Долотовского о ненадежности человеческой составляющей, сошел с ума, сломав, перед тем как его окончательно скрутили, руку второму пилоту.

Разве нельзя повысить безопасность полетов иначе? Например, увеличив шансы пассажиров на выживание в том случае, если авария все-таки произошла?

5 Парашютов под сиденьями в пассажирских самолетах нет. Пассажирам от этого неуютно. Авиаторам тоже, но делать нечего: если каждому выдать парашют, то жертв в критической ситуации меньше не будет.

- Девяносто процентов людей, добровольно пожелавших прыгнуть с парашютом, - объясняет Долотовский, - в первый раз приходится выталкивать за борт. А норматив, регламентирующий время покидания самолета в аварийной ситуации - три минуты. И это на земле! Если отойти в сторону от темы, то испытания, подтверждающие выполнение данного норматива - само по себе захватывающее зрелище: собирают полный самолет неподготовленных людей, проводят стандартный инструктаж (каждый, кто летал, слышал такой же перед взлетом от стюардессы), потом выключают свет, и по команде все побежали. Один из самых сложных тестов. А теперь представим себе то же самое в воздухе и с парашютами.

Кроме того, находиться вне самолета на высоте выше 4500 метров - удовольствие сомнительное и небезопасное. Там холодно, там низкое давление, там трудно дышать. Да и выпрыгнуть из самолета, даже при наличии решимости, задача нетривиальная.

- Самолет летит со скоростью 170 метров в секунду, - говорит Долотовский, - и, прыгая, ты врезаешься в стабилизатор. Даже моргнуть не успеваешь. Покинуть современный самолет без особых технических средств и специальной подготовки невозможно.

Играет роль и экономический фактор. Нашпиговывать самолет сложными и тяжелыми спасательными системами, которые за весь срок эксплуатации скорее всего ни разу не понадобятся, - вряд ли разумно. Самолет и без того сложнейшая машина, свободного места и запаса по весу в нем немного.

- Одна из причин, по которым не пошла наша отечественная программа по созданию экраноплана[Летательный аппарат, перемещающийся по воздуху в зоне так называемого аэродинамического экрана, на высоте одного-двух метров, где резко увеличивается подъемная сила крыла самолета. В Советском Союзе разработки таких аппаратов велись с пятидесятых годов, было создано несколько рабочих экземпляров.], - говорит Долотовский, - как раз в том, что аппараты строили судостроители, у которых свои, более жесткие требования к конструкциям. Экранопланы получились слишком тяжелыми, могли возить только сами себя.

Катапультирование, небезопасное даже для тренированных людей? Экзотические проекты по созданию большого парашюта для салона с пассажирами? Площадь такого парашюта должна быть с большое футбольное поле, кроме того, мы снова упираемся в гигантскую скорость самолета, и вердикт Долотовского - миссия невыполнима.

- Гораздо проще сделать надежный самолет, - уверяет он, - без любого рода спасательных шлюпок. К слову, даже опыт морских катастроф показывает, что на шлюпках спасается в лучшем случае тридцать процентов. Так что это не гарантия.

Тем не менее самолет должен уметь садиться на воду и не утонуть, пока пассажиры покидают борт. С настоящими самолетами, правда, такие испытания не проводят, используются их модели. Трехметровую модель SSJ100 запускали с катапульты в подмосковной Дубне.

Она не утонула. То есть, конечно, утонула, но не сразу.

6 Раз спасти пассажиров с терпящего бедствие самолета невозможно, приходится уповать на надежность автоматики. Однако у такого подхода есть и обратная сторона: чем больше автоматических систем на борту, тем проще летчику расслабиться, потерять квалификацию и, в критической ситуации, подвести беспарашютных пассажиров. Александр Долотовский согласен, что такая проблема есть.

- В практике западных авиакомпаний поощряются летчики, летающие в свободное от основной работы время на легких и пилотажных самолетах, кроме того, в условиях хорошей видимости экипаж должен выполнять взлет и посадку только вручную, без использования автопилота.

С точки зрения разработчика авиатехники, необходимо создавать такие самолеты, чтобы в случае отказа автоматики характеристики самолета ухудшались незначительно, чтобы с пилотированием этой машины мог справиться даже средний летчик. Так же устроен и Sukhoi Superjet 100.

Автоматические системы управления на самолетах появились сначала на боевых машинах, и это не удивительно: надо было обеспечить максимальную простоту управления и маневренность техники при увеличении нагрузки на летчика. На пассажирских самолетах подобные системы стали появляться в восьмидесятые годы.

- На нашем новом самолете она тоже, разумеется, есть, - рассказывает Долотовский. - Система не позволяет летчику выйти за разрешенный диапазон. При любых его действиях - потере пространственной ориентировки, уклонении от столкновения и других - автоматика не позволяет летчику выводить самолет за пределы безопасных режимов полета, обеспечивая, таким образом, максимальную безопасность.

К примеру, если маневры летчика приводят к критической потере скорости, система управления сама включит двигатели на максимум, чтобы избежать падения. На самолете, оборудованном такой системой, невозможно критически пикировать, делать "бочки", свалиться в штопор.

Superjet, как и любой современный самолет, рассчитан на то, что большую часть времени проходит горизонтальный полет, а пилот вмешивается в управление либо тогда, когда автоматика отказывает, либо на взлете и посадке. Разработчики попытались сделать управление максимально комфортным. Система подстраивается под вес самолета, его скорость, смещение центра тяжести с таким расчетом, чтобы в управлении для летчика от этих параметров ничего не зависело.

- Если взять самолет, не имеющий средств автоматизации, - говорит Долотовский, - то с изменением обстоятельств полета пилотажные характеристики сильно меняются: самолет по-разному реагирует на управление, и летчику нужно прикладывать совсем разные усилия[С этим фактом хорошо знакомы и автолюбители: машина на разных скоростях совершенно по-разному слушается руля.]. Это впервые почувствовали на истребителях, где техника эксплуатируется в предельных режимах, разница между которыми огромна. Кстати, именно на советском МиГ-19 впервые появилась автоматическая система регулировки управления АРУ-1в, которая регулировала управление в продольном канале в зависимости от скорости и числа Маха[Здесь - отношение скорости полета к скорости звука.] полета, предоставляя летчику адекватную реакцию самолета на отклонение ручки. Американцы сделали такой же механизм на пятнадцать лет позже.

Механизм этот, по словам Долотовского, очень простой и надежный, и в Superjet есть нечто подобное, только гораздо более совершенное.

7 Интересно, что испытания самолета, в соответствии с правилами, начинаются в режиме, в котором немалая часть автоматики, о которой говорилось выше, отключена.

- Авиапроизводитель, создавая самолет, всегда должен думать о плохом, - говорит Долотовский. - Полет на самолете совсем без отказов - это прекрасно, но готовиться все должны к худшему.

Из-за стремления к надежности система управления самолетом - многоуровневая. Она получает информацию о скорости, весе, расположении центра масс самолета, о высоте его полета, и так далее - перечень большой. С одной стороны, обилие информации дает возможность разработать хорошие алгоритмы, которые все это учитывают, а с другой - делают алгоритмы зависимыми от источников этих данных. Поэтому система обучена в случае отказа одного или нескольких произвольных датчиков идти по пути деградации алгоритма: второстепенный функционал может при этом урезаться, но самолет способен лететь дальше.

- Наконец, когда у нас пропало вообще все, - говорит Долотовский, - и самолет летит "слепоглухонемым", система управления переходит на самый минимальный режим - direct mode. В этом режиме самолет получается почти примитивным (уровень реактивных самолетов 60-х годов), но летчик вполне может его посадить по запасным автономным приборам, очень простым и очень надежным. Самолет будет все так же легко подчиняться управлению.

Обеспечить такое многоступенчатое резервирование - дело нетривиальное. Долотовский считает, что в реальной жизни ни один летчик с подобной ситуацией не столкнется, но ради надежности предусмотрено и это. Мой собеседник вновь провел параллель с автопромом, вспомнив про то, что во многих автомобилях делают электронные педали газа или тормоза.

- Я слышал, - говорит он, - что на некоторых дорогих современных автомобилях было несколько случаев отказа этой электроники. При такой неисправности, если педаль тормоза сильно продавить, она начинает давить непосредственно на тормозной цилиндр. Правда, у водителя уже нет в распоряжении никакого усилителя, и две с половиной тонны предлагается останавливать практически ручником. С точки зрения авиационного инженера это - плохое решение.

Разумеется, критически важные системы современного пассажирского самолета резервируются. Только уровень кратности резервирования, по словам Долотовского, отличается.

- Возьмем рули на крыле, - говорит он. - На каждый руль приходится по два вычислителя. Каждый вычислитель сам по себе - двухканальный, плюс вычислители сверяются друг с другом и с датчиками. Плюс потеря одного руля не приводит к ухудшению динамики самолета. Они резервируют друг друга в управлении по крену. По тангажу - два руля высоты и стабилизатор. По курсу - руль направления, на котором не менее трех приводов, но его отказ некритичен.

На ум сразу пришла международная космическая станция, о системах которой мы писали в прошлом году. Впрочем, Долотовский, не умаляя сложности космических систем, попытался пояснить разницу. МКС - одна. Она все время поддерживает связь с Землей, вокруг нее постоянно суетятся десятки уникальных инженеров высочайшей квалификации.

- Большинство даже критических неполадок на космической станции, - говорит Долотовский, - оставляет экипажу время на их устранение, на обсуждение проблемы с ЦУПом, и, в крайнем случае, люди могут штатно вернуться на поверхность с помощью корабля-спасателя. Лишь бы воздух несколько часов оставался внутри.

На самолете критическая неисправность обычно фатальна. Поэтому маршрут полета всегда выбирается так, чтобы в течение получаса самолет мог сесть в каком-нибудь аэропорте, если вдруг придется лететь на одном двигателе. Если есть желание проложить такой маршрут, что аэропорты оказываются в часе лета, нужно сначала доказать, что самолет на одном двигателе туда доберется, а это совсем непростая задача.

8 После разговора с Александром Долотовским у меня неожиданно появилась возможность "порулить" новым и вполне исправным самолетом от "Сухого". Конечно, в Комсомольск, где базируется проходящая испытание техника, мы не поехали (да и кто бы меня пустил за штурвал). Зато побывали в инженерном тренажере, предназначенном для отработки и проверки системы управления, ее алгоритмов и логики с участием летчиков. В частности, он же использовался и для подготовки летчиков-испытателей перед первым вылетом.

Инженерных тренажеров существует достаточно много - это общее название определенного уровня установок для исследований. От обучающего тренажера инженерный отличается наличием программного инструментария для замены или модификации отдельных элементов. Если в двух словах, то обучающий тренажер это точная реплика самолета, а инженерный - его гибкая имитация.

Тренажер после включения встретил знакомыми заставками загружающейся Windows XP на экранах, на которых имитировалась приборная панель. Тренажер оснащен также системой визуализации вида из кабины. Мы стояли на взлетной полосе, и виртуальную машину в воздух поднял Долотовский, занявший левое кресло командира экипажа.

Штурвала в кабине нет.

- Раньше в кабине самолета, в первую очередь, бросался в глаза штурвал, - говорит Долотовский. - У нас вместо него боковая ручка управления самолетом, которая стала, по сути, резервным рычагом.

Ручка и впрямь в кабине не доминирует, занимая совсем немного места. Первыми на такие ручки перешли создатели самолетов Airbus. Впрочем, еще раньше так хотели поступить наши на Ту-204. Но тогдашний министр гражданской авиации Бугаев, увидев на макете подобную ручку, говорят, возмутился: что это, мол, у нас летают однорукие пилоты?! И конструкторы вернулись к штурвалу.

С помощью ручки мне было предложено попробовать вывести самолет "из себя". Ни сбросить до критического уровня скорость, ни направить самолет в пике у меня не вышло, автоматика упорно не поддавалась на провокации. Ну а затем, полетав над незамысловатым виртуальным ландшафтом и заработав вполне настоящее головокружение, я должен был посадить самолет. Нужно сказать, что в отличие от стюардессы канадского Боинга, я до того не имел никакого опыта: я даже в игрушки-симуляторы не заглядывал. Под чутким устным руководством, но собственноручно, я с огромным трудом вырулил к аэродрому и еле-еле попал в посадочную полосу, и то под некоторым углом. Если бы это был настоящий самолет, я думаю, что в момент касания нас тряхнуло бы очень и очень сильно, однако самолет я даже виртуально не разбил. Теперь, если во время будущих реальных полетов у всех пилотов случится непоправимое психическое расстройство, ответственность придется брать на себя.

Нельзя не отметить, что многое из вышесказанного про Sukhoi Superjet - пока только слова и цифры на бумаге. О покоренных вершинах лучше всего вещать именно с вершин. В действительности, первый самолет был передан в октябре прошлого года на сертификационную летную программу. Одновременно ЦАГИ уже начал цикл прочностных испытаний на расчетные нагрузки на втором самолете - эта процедура также необходима для сертификации. Искусственные нагрузки на этот самолет, которому летать не придется вообще, будут в полтора раза превышать обычные нагрузки в полете. Третья машина недавно была включена в программу летных сертификационных испытаний. Четвертый и пятый самолеты находятся в цехе окончательной сборки, им предстоит участвовать в сертификационных полетах. Для ресурсных испытаний предназначен шестой самолет, который уже собран, и сейчас оборудуется комплексом нагружения и измерительными датчиками. Ресурсные испытания должны будут подтвердить не только срок службы конструкции (70000 летных часов), но и разработанную программу технических осмотров самолета во время эксплуатации в парке заказчиков. Еще четыре самолета находятся на разных стадиях сборки, эти машины уже будут серийными. Наконец, для одиннадцатого самолета начато производство деталей.

К моменту начала летных испытаний второго самолета первый провел в воздухе более 200 часов, совершил более 70 полетов, из которых более двадцати - в рамках программы испытаний на большие углы атаки. Эти испытания во многом определяют и ход сертификационной программы, и уточняют эксплуатационные ограничения. На сегодня два летных самолета совершили почти 100 полетов (300 часов). Всего же четыре опытных самолета должны сделать шестьсот полетов. Прежде чем в воздух поднимется первый Sukhoi Superjet 100 с пассажирами на борту, предстоит еще несколько месяцев кропотливой работы.