Начавшаяся в этом году экономическая война может длиться не менее десяти лет, и это поднимает вопрос: что будет летать в России? «Сухой Суперджет» недостаточно вместителен и зависит от импортных деталей. МС-21 сложен для быстрого запуска в серию, но обладает потенциалом. Ту-204 слишком расходует топливо. К тому же все эти российские аппараты, как и зарубежные, имеют неизбежные проблемы с высокой стоимостью полетов. Примет ли Россия радикальные решения в развитии отечественного авиапрома? Naked Science попытается разобраться в этом вопросе.
Запад начал экономическую войну против Москвы запретом экспорта авиалайнеров и их деталей в Россию. Цель этого шага не совсем понятна. Иран, например, несмотря на запрет на ввоз запчастей, по-прежнему эксплуатирует самолеты. И это даже у страны с средним уровнем промышленного развития и не очень большой экономикой. не так многоБезопасность является важным аспектом после авиакатастроф. В то же время, многие другие западные действия в рамках экономической войны… тоже не всегда понятны — по крайней мере, при первом приближении.
Необходимость в самолетах актуальна как никогда: Россия не Иран, её потребность в воздушных судах будет расти. С 2023 года ВВП страны предположительно начнет увеличиваться, и туристический поток в Египет, Турцию и другие направления сохранится. Мир остаётся открытым для российских авиалайнеров на более чем 80%, что прогнозируется в дальнейшем. Новые самолеты России необходимы — и в большом количестве. Но какие именно?
МС-21 против Ту-204
Казанские лоббисты пытались обсудить возобновление производства Ту-204. Хотя самолет был неплох по меркам своего времени, у него были серьезные конструктивные проблемы, аналогичные тем, что были у Ту-154. проводилиНа стоянке тратилось слишком много времени — больше, чем у импортных аналогов. Это снижало прибыли авиаперевозчика: тому выгоднее как можно скорее получить возврат инвестиций в самолет, добиваясь максимума пассажиро-километров в год.
При исправности одного самолета 95% времени, а другого — 65%, приобретение двух более надежных моделей заменяет три менее надежные. Это и побудило ряд российских авиакомпаний отдать предпочтение зарубежным самолетам.
Ту-204 может быть таким же надежным, как западные аналоги. Не мешает сделать двигатели и системы с не меньшей надежностью, ведь новые боевые самолеты российского производства по технической готовности не уступают западным. Производители гражданских и военных самолетов часто — одни и те же компании. Это достижимо и для гражданского авиапрома России.
Главная сложность в другом: Ту-204 создан давно и не подходит к современным системам авионики. И даже при использовании прежних систем, от импорта всё равно невозможно избавиться полностью. Массовое производство этого самолёта потребует перепроектирования под новую элементную базу. Это будет задача такой же сложности, как разработка самолёта с нуля.
Возникает вопрос: зачем это делать, если проект МС-21 уже много лет разрабатывается и, в отличие от Ту-204, его конструкция более современна? У него (впервые в мире) полностью углепластиковое крыло. Это снизит расход топлива. до 8%Это окажет прямое влияние и на стоимость билетов. В конце концов, даже самые тяжёлые МС-21-400 по предельной массе 87 тонн) чуть ли не на 20% легче Ту-204СМ (108 тоннРазница в весе в 21 тонну между машинами при почти одинаковой пассажировместимости (210 и 215 человек) и сходной дальности говорит о большом технологическом отличии.
Сокращение потребления топлива МС-21 стало возможно благодаря не только снижению массы крыла (и всего самолета), но и его необычным характеристикам. Углепластик, как более жесткий материал по сравнению с алюминиевыми сплавами, позволил добиться удлинения крыла — 11,5. Такая величина у металлического крыла потребовала бы существенного увеличения толщины, что привело бы к повышению аэродинамического сопротивления. Поэтому у большинства авиалайнеров удлинение крыла порядка 9-10. Чем выше этот показатель, тем меньше индуктивное сопротивление на малых скоростях и ниже расход топлива при них.
Полагают, что восемь процентов — не очень значительная цифра. Тем не менее… до 80 тысячАвиалайнер подобного класса расходует 140 тысяч тонн топлива за летные часы (для сравнения с планером). Углепластиковое крыло снизит это число на 11 тысяч тонн.
Конечно, у лоббистов Ту-204 и здесь готовСоветник премьер-министра Татарстана Назир Киреев заявляет: «Это лишь показная вещь. Ни одна страна в мире такого не делает, потому что в этом нет необходимости». Вместе с тем, Киреев не приводит никаких цифр, демонстрирующих, как изменение удлинения крыла могло бы не привести к снижению воздушного сопротивления для МС-21. Это верный признак того, что таких данных, скорее всего, у него нет.
Постулат «такого-то за границей нет, значит, нам это не нужно» характерен недалекому (вне программы MBA) постсоветскому менеджеру. В звучании он напоминает утверждение «такого-то в России пока нет, значит, нам это и не нужно». Приведем простой пример: переохлажденное ракетное топливо. После Королёва его не применяли ни у нас, ни за рубежом. Не потому что оно было не нужно, а потому что применение продвинутой технологии требует управленца, способного оценить её важность.
В отечественной космонавтике после Королёва такого уровня интеллекта на руководящих должностях не наблюдалось. Из-за этого российская ракета «Ангара» летает на топливе, не доведенном до нужной температуры и по сей день. Хотя ещё при жизни Королёва, более полувека назад, в нашей стране разрабатывались ракеты с переохлажденными компонентами топлива.
И на Западе подобных решений раньше не применяли, кроме как у Илона Маска. Решение, однако, нельзя назвать бесполезным, потому что оно позволило SpaceX заметно увеличить полезную нагрузку своих ракет.
Кроме того, как часто бывает с людьми, говорящими неправду, Киреев не совсем знаком и с зарубежным опытом в области авиастроения. Boeing в последние годы также активно внедряет углепластик в крыло самолетов, а недавно — впервые для авиалайнеров — сделалаИз всех частей крыла наиболее важной считается его конструкция — кессон.
Причины совпадают с причинами использования цельноуглепластикового крыла МС-21: такой подход проще для повышения удлинения крыла. Компания не изготовила полностью углепластиковое крыло (с обшивкой) не из-за желания не увеличивать удлинение, а потому что это технически сложная задача.
Выбор Ту-204 и Ту-214 вместо МС-21 бессмысленен. Разработка займёт много лет. Разработчики МС-21 планируют запустить его в серию с отечественными моторами и крылом из углепластика в 2024 году. Даже если запуск отложится на год, возобновить производство Ту-204 не получится быстрее — это показывает история восстановления производства стратегического бомбардировщика Ту-160 в Татарстане.
МС-21 тоже не волшебная палочка?
Главный вопрос не в выборе между Ту-204 и МС-21. Аэродинамика у МС-21 превосходит ту такую степенью, что выбор очевиден.
Главная трудность российских авиакомпаний не в наличии работающих самолетов, так как это возможно – достаточное тому доказательство поставки деталей из Ирана.
Дешевизна перелетов является основной проблемой.
Большие компании летают дешевле при большей частоте рейсов. Снижение перевозок в Европу будет сложно компенсировать в ближайшее время. Меньше полетов означает меньшую отдачу на единицу капитала, вложенного в парк самолетов.
Меньшая отдача на единицу капитала ведет к повышению цен. Повышенные цены приводят к снижению спроса на билеты и опять же, к меньшему числу полетов. Этот процесс повторяется постоянно.
Государство сможет частично решить проблему субсидированием. Но насколько полно и на какой срок?
Существует одно основополагающее решение данной масштабной задачи. Необходимо разрабатывать технологии, способные существенно снизить стоимость авиаперелетов, даже больше, чем достигнуто благодаря углепластиковому и высокотехнологичному крылу МС-21. Расходы на топливо в стоимости билета составляют… 40%При текущих мировых ценах на топливо снижение расхода топлива от нового крыла на 8% может уменьшить среднюю цену билетов на три процента. Это можно было бы назвать успехом в другое время. Но в условиях экономической войны, которая продлится долгое время, этого мало.
Решения для уменьшения стоимости авиаперелетов на четверть уже существуют в отрасли. Однако этот подход принадлежит Илону Маску, и таких как он недостаточно. Познакомимся с этим решением подробнее.
Сельское хозяйство и экология находились в одной ситуации, но взаимосвязь оказалась неустойчивой.
Цена билета складывается из стоимости топлива, налогов и затрат на обслуживание самолёта (или его аренду), которые необходимы для возврата вложенных средств.
Понизить налоги бесполезно: их у всех отраслей бизнеса, исключение авиации приведет к субсидированию её обществом, что не решит проблему. В нормальном режиме авиация создаёт ВВП, а не забирает ресурсы из бюджета, дотирующего её налоговыми льготами. Изменить существующий порядок на иждивенческий — плохая идея.
Цена самолетов снижается при выпуске большого их количества, однако это не просто осуществимо. Создание сверхзвуковых авиалайнеров может увеличить отдачу инвестиций за единицу времени, но такие аппараты потребляют больше топлива. Получил одно — потерял другое.
Единственный способ реально снизить цену авиабилета — это уменьшить стоимость топлива. Продавать его авиакомпаниям значительно дешевле, чем на экспорт нельзя, иначе вместо полезной для экономики отрасли получится зависимая от государства организация, которая будет жить за счет перекачки недополученных государством налогов (из экспорта углеводородов формируется большая часть бюджетных доходов).
Мировые цены на топливо сейчас высокие. Керосин стоит значительно больше доллара за килограмм. Его можно было бы заменить метаном. Такой вариант уже изучался отечественным авиапромом много лет назад. Преимущества очевидны: метан горит чище, выделяя меньше опасных для здоровья микрочастиц. Кроме того, он в два-три раза дешевле керосина.
Говоря «в два-три раза», имеем в виду не сырой газ, а сжиженный природный газ (СПГ). В пересчете на единицу теплотворной способности природный газ значительно дешевле керосина. Однако охлаждение СПГ до минус 170 градусов требует значительных затрат энергии и финансов.
Самолет невозможно заправить обычным газообразным метаном: баллоны слишком тяжелые и объемные. Необходим бак для жидкого топлива с пятисантиметровой теплоизоляцией. была на советском метановом Ту-155).
В этом месте возникают трудности. При сжигании метана на единицу массы выделяется на 18% большеМетановый самолет потребляет энергии больше, чем керосин. Следовательно, даже с учетом необходимости в теплоизоляции бака масса топливной системы метанового самолета, скорее всего, будет заметно меньше массы системы керосинового самолета. Но вот энергоемкость на единицу… объема У сжиженного газа — всего 6,17 киловатт-часов на литр, а у керосина — 9,72 киловатт-часа на литр. Получается, керосин требует в 1,58 раза меньше места. С учетом стенок с теплоизоляцией метановые баки должны занимать на 60% больший объем, чем керосиновые.
Для уменьшения теплопотерь метановые резервуары целесообразно изготавливать одним целым блоком. Потому их нельзя частично размещать в крыльях, как это делают с баками керосиновых лайнеров. Необходимо выделить значительный объем в фюзеляже: только там есть достаточный внутренний пространство для размещения крупного по объему резервуара одним целым блоком. Средний авиалайнер А320neo вмещает 29,7 кубометров керосина, МС-21 — 24 кубометра. Метановой самолет с подобной дальностью потребует единого бака объемом 38-45 кубометров.
Это значит: все существующие самолеты, включая перспективный МС-21, не подходят для перехода на метан. И здесь мы не делаем открытия: Ту-155, обычный пассажирский самолет, испыталиС резервуарами для метана ещё в советское время. В то же время выяснилось, что почти 30% пассажирского салона занимает жидким метаном, и ещё часть места отнимается у багажного отсека.
Сметанолетом трудно рассчитывать на существенную прибыль. Хотя топливо для него может стоить в три раза дешевле керосина, это снизит расходы на полет лишь на 30%. А если билетов удастся продать на 30% меньше, то какой тогда смысл?
«Белуха» или «несущий фюзеляж»?
Пред нами стоит решаемая задача. Современные самолеты создавались для заправки топливом из нефтепродуктов, поэтому им не хватает места в фюзеляже для сжиженного газа. Необходимо проектировать самолеты, предназначенные для работы на газе.
К сожалению, руководители высокого ранга часто отличаются консерватизмом и привычкой к проверенным методам работы. Именно поэтому до Tesla все электромобили создавались путём установки аккумуляторов в существующие конструкции бензиновых моделей. Такой подход занимал место в салоне и багажном отделении, а нормальный пробег оставался недостижимым. Аналогично действовали при разработке советского метанового Ту-155: обычный самолет был оборудован баком там, где находилось свободное пространство, отбирая его у пассажиров и багажа.
Для решения проблемы требуется проектирование самолета с иной формой фюзеляжа. В 1990-х «туполевцы» попытались это осуществить почти без существенных изменений: установили бак в выступающем «горбу» передней части фюзеляжа. Получившийся проект лайнера на 210 мест неофициально называли «белухой», а официально — Ту-206.
Замысел проектировщиков был ясен: в 1990-х для серьезной переработки самолета не хватало средств. Выступающий бак увеличивал расход топлива на 15%, но с учетом того, что метан на единицу массы дает на 18% больше энергии, вес самолета при той же дальности оставался бы неизменным. А поскольку СПГ много дешевле керосина, экономия была бы все равно, несмотря на аэродинамическое несовершенство самолета.
Такое решение могло возникнуть лишь из-за отчаяния. Мы… отмечалиВ девяностых смертность в России увеличилась на 30% и до нулевых годов не снижалась — понятно, что в такой критической обстановке никто серьезные научно-исследовательские работы финансировать не стал бы. Поэтому тогда годился и столь «неудачный» проект.
Сейчас, через четверть века, более практичным стало создание настоящей новой машины, выпускаемой десятилетиями.
В СССР был предложен проект такого типа самолёта. Сначала это был стратегический бомбардировщик М-60, а в девяностых на его основе появился эскизный проект авиалайнера М-60 «Перун». Базовая версия вмещала бы 214 человек. Ключевой особенностью являлся очень широкий фюзеляж, который значительно увеличивал подъемную силу. Крылья также были больших размеров (нагрузка на них снижена). Разработчик планировал это для повышения… аэродинамического качества.
Аэродинамическое качество, проще говоря, означает расстояние, которое самолет сможет пролететь с выключенными двигателями после потери одного километра высоты. Хотя никто не планирует отключать двигатели во время полета, чем выше это качество, тем меньше топлива тратятся на поддержание заданной высоты. Для сравнения: аэродинамическое качество кирпича или лома равно нулю, а у современных рекордных планеров — больше 60. У М-60 его оценивают в 21, у МС-21 — в 18,2. Серийные Boeing B737 MAX 8 имеют значение 15,0, а Airbus A320neo — 16,3.
Более широкий фюзеляж обеспечивает М-60 ещё одним важным достоинством — внушительным внутренним объемом. Однако и здесь нет ничего безвозмездного: самолёт разрабатывался с учётом керосина, а бак вместимостью 38 кубометров (примерно как у МС-21) под полом салона существенно ограничивает возможности перевозки багажа.
В любом случае, не придется выбрасывать 30% пассажирских мест, что очень важно. Кроме того, запас топлива будет на 15% легче керосина, что позволит снизить максимальную массу самолета — то есть уменьшить количество материалов в его шасси и некоторых других частях.
Топливо для этого судна будет стоить два-три раза дешевле, чем у современных керосиновых лайнеров. Это позволит снизить себестоимость билетов на 20-25%. Низкие цены увеличат заполняемость самолётов, что приведёт к выпуску большего количества самолётов в серии. В свою очередь, увеличение выпуска самолётов снизит их цену за единицу.
Летающее крыло: оптимальный вариант
М-60 — самолет всё же компромиссный. В нём используется привычная схема авиалайнеров: фюзеляж несет полезную нагрузку, крылья поддерживают фюзеляж в воздухе. Отличие заключается в том, что фюзеляж здесь шире и создает большую подъемную силу.
Существуют и более радикальные идеи: летающие крылья. Принцип действия заключается в том, что подъемная сила создается фюзеляжем, имеющим форму относительно толстого крыла. В российском Центральном аэрогидродинамическом институте… давно отмечаютПереход к подобным самолётам повысит аэродинамическое качество на 20-25 процентов. Это было бы выгодно и с керосином.
Для метанового самолета компоновка «летающее крыло» имеет первостепенное значение не только для экономичности, но и для создания рекордного внутреннего объема. В его центре можно разместить бак для метана, обеспечивающий полет на 10-15 тысяч километров. Тем не менее останется больше места для пассажиров, чем в современных лайнерах, которые ведут борьбу за увеличение ширины кресел с 17 до 18 дюймов.
Большое значение имеет чёткое понимание: пассажирские самолёты крупных размеров ни с несущим фюзеляжем, ни с «летающим крылом» никогда не строились. Обе конструкции десятилетиями остаются на стадии эскизных проектов, так как существенно отличаются от существующих. Несущий фюзеляж хотя бы обладает управлением в полёте, схожим с современным, а вот «летающее крыло» нуждается в радикально переработанной системе стабилизации в полете.
В сложившейся ситуации российской авиационной отрасли целесообразно изучать все возможные варианты самолётов. Традиционный самолёт типа МС-21 с фюзеляжем, как у М-60, или «летающее крыло», подобное концепту Boeing 754 Husky из 1970-х годов, требуют раздельного рассмотрения. МС-21 в высокой степени готовности, поэтому, несмотря на ограниченную дальность (Москва — Хабаровск) и дорогое топливо, его доводят до конца.
Все конструкторские бюро, обладающие потенциалом, должны сосредоточиться на проектах «метановых» самолетов с несущим фюзеляжем — более реалистичных решений — и «летающих крыльев» — перспективных концепций. По результатам продувок в аэродинамической трубе, первых испытаний демонстраторов можно будет принимать решения о серийном производстве.
Почему оптимальные варианты маловероятны
Вполне вероятно, что производство самолёта МС-21 с российскими двигателями и заменяющей импортную техникой начнется либо в 2024, либо в 2025 году.
Если авиапром не подвергнется жесткому давлению со стороны заказчиков, требующих метановых самолетов, то никогда их не разработает. Либо сделает это по линии наименьших усилий — как, допустим, Ту-206. Как отмечал один из крупнейших экономистов прошлого века Джон Кеннет Гэлбрейт, задача наемного управленца в крупной компании — не в максимизации прибылей, а в минимизации его личных рисков за принимаемые им решения. Любые технические новшества — это риск. Именно поэтому Boeing и Airbus с 1991 года рассказывают, как хотят перейти к «летающему крылу», но сами так никогда и не перейдут к нему.
Так же General Motors когда-то отказалась от серийного выпуска электромобиля в пользу обычных: такой выбор снижал риски для менеджеров. И вот потом на рынок пришел независимый руководитель Илон Маск и начал активно вытеснять GM и других с рынка — для тех, кто закрыл выпуск электромобилей в General Motors, это не было чем-то плохим.
К этому времени рабочее место было оставлено. Менеджер часто работает в одной компании несколько лет, но перспективы развития фирмы его не волнуют.
Те же факторы продолжают диктовать развитие авиации, поскольку в отрасли отсутствует фигура вроде Илона Маска. прогнозыЧего жёстких тарифов на авиаперелёты пока ждать не стоит, считает бывший руководитель компании «Победа» Андрей Калмыков.