Королев против Маска: секретные проекты СССР предлагают оцифровать
Лабораторные и натурные эксперименты великих конструкторов космической техники Сергея Королева и Валентина Глушко предлагают оцифровать. По мнению ученых из Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого, созданные на их основе цифровые модели станут стартовой площадкой для разработки новых конкурентоспособных отечественных космических кораблей, спутников и орбитальных самолетов. Причем позволят проектировать новые аппараты в разы быстрее и дешевле.
Прыжок из прошлого
Одна из причин отсутствия новых космических разработок в России состоит в том, что инженеры не используют в полной мере опыт великих конструкторов прошлого, считает проректор Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого по перспективным проектам, руководитель Центра компетенций Национальной технологической инициативы «Новые производственные технологии» Алексей Боровков.
— Нужно оцифровать их базовые эксперименты, и в рамках новой парадигмы проектирования, отвечающей IV промышленной революции, на основе системной разработки цифровых двойников создавать современные образцы космической техники с уникальными характеристиками, — отметил он. — Такой подход позволит в разы сократить время проектирования и удешевить процесс.
Сборочный цех Государственного космического научно-производственного центра им. М.В. Хруничева
По мнению Алексея Боровкова, великие конструкторы прошлого обладали значительно большими ресурсами для проведения огромного объема натурных испытаний, которые даже просто повторить очень дорого и сложно. Кроме того, сегодняшние задачи, как правило, сложнее тех, что были ранее, а времени и денег для их решения меньше. Поэтому логично применять передовые высокопроизводительные и экономически эффективные технологии, в том числе цифровое моделирование.
— Например, в современных условиях российским конструкторам надо не просто сделать новый корабль, а сделать его быстрее, дешевле и легче, чем у Илона Маска. Ведь основная борьба в космосе идет за снижение веса корабля и увеличение его грузоподъемности при сохранении безопасности полетов, — подчеркнул Алексей Боровков.
Одновременное уменьшение ресурсов и усложнение задач, которые инженеры и конструкторы пытаются решить с помощью традиционных подходов, проректор называет долиной смерти. Но оцифровка огромного опыта прошлого и разработка цифровых двойников сложной техники, по его мнению, позволит ее «перепрыгнуть».
Что и как можно оцифровать
Под термином «оцифровка» в данном случае подразумевается системная разработка полномасштабных математических моделей с высокой степенью адекватности реальным материалам, включая композиционные, конструкциям ракет, спутников и двигателей, а также физико-механическим, технологическим и производственным процессам.
Оцифровке нужно подвергнуть и натурные эксперименты, и испытательные стенды и полигоны. В результате инженеры и конструкторы получат полномасштабные математические модели исследуемых явлений: прочностных, вибрационных, ударных, аэродинамических — например, дозвуковых, сверхзвуковых и гиперзвуковых течений. Это поможет перейти к интенсивному применению триады: виртуальных испытаний, стендов и полигонов для разработки цифровых двойников материалов, конструкций и процессов.
Ракета-носитель с транспортным пилотируемым кораблем «Союз МС-08» во время установки на стартовый комплекс космодрома Байконур
Оцифровка должна коснуться базовых испытаний, которые имеют прямое отношение к решаемым актуальным задачам, стоящим сегодня перед российской космической отраслью. Для этого потребуется пройти три этапа согласования действий.
Во-первых, как считает Алексей Боровков, нужно четко сформулировать проблему-вызов: куда полетим, что, где, когда и как часто необходимо запускать. Во-вторых, специалисты по оцифровке выберут во всем многообразии физических и натурных экспериментов прошлого базовые, которые необходимы для успешного решения актуальных задач. В-третьих, нужно четко и объективно определить технологический фронтир и темпы развития глобального высокотехнологичного космического рынка: кто лидер, кто демонстрирует высокие темпы развития, каких характеристик мы хотим достичь, какие — превысить. Дальше — само создание цифровых двойников.
Секретные двойники
Генеральный конструктор системы ГЛОНАСС (госкорпорация «Роскосмос») Сергей Карутин назвал оцифровку опыта великих конструкторов прошлого инструментом повышения конкурентоспособности в космосе: она позволит, по его мнению, удешевить разработку и повысить производительность труда.
— Опыт создателей космической отрасли можно и нужно оцифровать. Технология цифровых двойников — одно из приоритетных направлений развития космической техники. Переход на такую технологию является магистральным направлением, по ней в ближайшее время будут создаваться перспективные космические аппараты, например автоматические космические комплексы. Мы работаем совместно с петербургским Политехническим университетом над решением этой задачи, — отметил он в ходе дискуссии, состоявшейся на конференции «Фундаментальное и прикладное координатно-временное обеспечение», которая прошла в Институте прикладной астрономии РАН.
Макет российского космического аппарата серии «Глонасс» на стенде АО «Информационные спутниковые системы»
Идею создания цифровых двойников для космической техники поддержал и генеральный директор некоммерческого партнерства «Центр планетарной защиты», учрежденного НПО Лавочкина, Анатолий Зайцев. До того как заняться защитой от кометно-астероидной опасности, он больше 40 лет проработал непосредственно в НПО Лавочкина, занимался проектами создания космических аппаратов для полетов на Марс и Венеру. Объем материалов, которые стоило бы оцифровать, по его мнению, огромен.
— Все работы были секретные, хранились и хранятся в специальных архивах. Оцифровка — это вопрос снятия грифа секретности. Нужно создавать специальные экспертные комиссии, которые займутся рассекречиванием результатов натурных испытаний космической техники, — подчеркнул Анатолий Зайцев.
Он видит два пути решения вопроса: можно оцифровать и хранить полученные данные тоже в секретном виде или сначала часть материалов рассекретить и именно их оцифровать. Второй вариант Зайцеву кажется более эффективным, чтобы молодежь схватывала, развивала, дополняла результаты работы создателей космической отрасли.
Сотрудники лаборатории НПО им. С.А. Лавочкина у космического аппарата «Спектр-РГ» перед отправкой на Байконур
Космонавт Андрей Борисенко также полагает, что в архивах лежит огромное количество прошлых наработок в бумажном виде.
— Было бы интересно для истории науки и техники оцифровать эти материалы, — рассказал космонавт корреспонденту «Известий». — Среди них есть материалы по тем проектам, которые были задуманы, но так и не доведены «до железа». По его мнению, это историческое наследие необходимо и для обучения будущих инженеров, специалистов ракетно-космической отрасли.
Возможной и полезной назвал оцифровку опыта конструкторов космической техники академик Сергей Багаев, директор Института лазерной физики Сибирского отделения РАН. Реализация идеи, на его взгляд, позволит ввести эти данные в научный оборот.
Самым заметным примером применения технологии цифровых двойников стал проект «Кортеж», в ходе которого в кратчайшие сроки был разработан президентский лимузин Aurus и машины сопровождения. Эти передовые технологии уже тотально и эффективно применяются в самой высококонкурентной и динамично развивающейся высокотехнологичной отрасли — автомобилестроении с огромным мировым рынком в 100 млн автомобилей, выпускаемых ежегодно. Технологии разработки цифровых двойников высокотехнологичной продукции начинают эффективно применяться в нефтегазовом машиностроении, в двигателестроении, авиастроении и кораблестроении.
