МС-21: новый российский гражданский лайнер

Для среднемагистрального сегмента это революционный шаг: ранее углепластик в качестве конструктивного материала широко применялся лишь в широкофюзеляжных дальнемагистральных самолетах Boeing 787 и Airbus A 350. Облегчив конструкцию с помощью композитных деталей, российские конструкторы надеются добиться высокой эксплуатационной эффективности самолета, что обеспечит привлекательность новой машины для авиаперевозчиков.

Но крыло, хвостовое оперение, фюзеляж — это еще не весь самолет. Конкуренция ведется не только в области конструирования планера, но и в других сферах, прежде всего авионики. Под авионикой понимаются несколько жизненно важных для современного самолета систем. Во-первых, это комплекс БРЭО — бортовой радиоэлектронной аппаратуры, выполняющей прежде всего навигационные задачи. Во-вторых, комплексная система, отвечающая за управление аэродинамическими плоскостями. В-третьих, система управления общесамолетным оборудованием, что включает в себя топливную и электрическую системы, систему кондиционирования и другое оборудование. Все эти элементы авионики управляются с помощью программного обеспечения, выполняемого на бортовых вычислителях.

Еще недавно на пассажирских лайнерах (например, Ту-154) летные экипажи состояли из четырех человек: два пилота, штурман и бортинженер. Сегодня коммерческий стандарт — два пилота. Работу остальных взяла на себя автоматика. Тенденция развивается: количество функций авионики постоянно растет, и пилоты гражданских самолетов все более превращаются из «водителей» в операторов оборудования. При этом вырастает уровень обратной связи: современная техника выдает о себе все больше информации, которая индицируется на дисплеях в кабине пилота. Очевидно, что лайнер, которому предстоит жесткая конкуренция с мировыми брендами, должен обладать надежной, многофункциональной и высокоинформативной авионикой, в основе которой лежит программное обеспечение, управляющее работой и взаимодействием всех бортовых систем.

Естественно, разработка и «харда», и, особенно, «соф­та» для лайнера — это дорогая, трудозатратная и высокоспециализированная сфера деятельности. На мировом рынке есть лидеры в этой области — их имена на слуху. Это концерн Thales (Франция), американские Honeywell и Rockwell Collins. Когда «Гражданские самолеты Сухого» (ГСС) приступили к проектированию будущего «региональника», который тогда еще назывался Russian Regional Jet, было решено (ввиду улучшения перспектив на мировом рынке) не делать авионику в России, а заказать ее разработку французам из Thales. Тем более что подобным же путем шли конкуренты из Bombardier и Embraer, да к тому же у России тогда не было ни опыта, ни современных технологий для собственных разработок. В создании ПО для «суперджета» участвовали также и российские программисты, в основном из ГСС, однако созданный ими код они отсылали в Thales, который интегрировал новые элементы в состав общего комплекса. Основным разработчиком-интегратором оставалась французская компания.

Однако когда дело дошло до МС-21, ситуация несколько изменилась. Во-первых, основные конкуренты — Boeing и Airbus — предпочитают не заказывать готовое решение «под ключ», а приобретают необходимое оборудование у мировых производителей, но программную интеграцию систем берут на себя. Ну и во-вторых, стала меняться политическая ситуация.

«Технология нашей работы построена таким образом, — говорит гендиректор компании "ОАК-Центр комплексирования" Виктор Поляков, — чтобы все ключевые компетенции по авионике остались у российских предприятий». Именно «ОАК-Центр комплексирования» является основным разработчиком-интегратором по авионике для МС-21. В кооперации участвуют также 14 предприятий России. «Да, мы по-прежнему сотрудничаем с компанией Thales, — продолжает Виктор Поляков, — мы берем их вычислители, остаемся на их технологии программирования, но программировать все будем уже мы сами, и такой зависимости, как было раньше, нет».

К началу работы над проектом МС-21 в России накопили большой опыт как собственных разработок, так и международной кооперации. Ядро коллектива выделено из состава действующих КБ ОАО «ОАК» и смежников — около 250 квалифицированных программистов, инженеров, менеджеров. Команда программистов и инженеров центра комплексирования не только накопила опыт при создании около десятка новых российских самолетов, но и успела получить доступ к самым современным международным технологиям в авиастроении. Ряд программных решений, созданных нашими специалистами в ходе работы над «Суперджетом», были интегрированы в продукты Thales и применены в новых системах авионики Airbus Group.

«Что касается элементной базы, — поясняет Виктор Поляков, — то здесь соотношение российских и импортных компонентов примерно 50 на 50. В принципе, долю российских электронных комплектующих можно было бы и увеличить, но их разработка не очень укладывается в график создания МС-21 — напомню, он должен подняться в небо уже через год. Кроме того, полная автаркия, натуральное хозяйство в деле авиастроения сейчас не очень рационально. Существует мировое разделение труда, есть страны, специализирующиеся на микросхемах или, например, матрицах, там в эти отрасли были вложены огромные деньги, и повторить их путь в сжатые сроки у себя просто нереально. Есть, правда, концепция самолета, сделанного полностью на отечественной производственной базе. Но, во-первых, когда и если такая машина появится — это будет уже совсем другой самолет, чем тот, что мы делаем сейчас. А во-вторых, при отсутствии унифицированных систем внутри, у такого лайнера могут появиться проблемы на рынке, ведь под него придется создавать специальную систему обслуживания всех систем. Пойдут ли на это авиакомпании?»

Пока до установки авионики на реальный самолет еще далеко, программное обеспечение тестируется на специальных стендах, представляющих собой скоммутированные друг с другом промышленные компьютеры, выводящие информацию на массив дисплеев.

Первый стенд — LIB (аббревиатура, в переводе на русский язык «стенд поискового моделирования»). Здесь к пяти скоммутированным компьютерам подключены два больших дисплея (на них визуализируется картинка из окон кабины — своего рода полетный симулятор). На остальных сымитирована кабинная индикация и некоторые органы управления, например пульт системы управления полетом (FMS). Здесь тестируется отображение на панелях индикации работы программ, включаемых в состав систем авионики. При этом показания датчиков, выводимых на дисплее, не произвольны, а задаются разного рода программами-имитаторами, например моделью воздушной среды, симуляторами гидравлических или инерциальных систем. Кроме того, на LIB можно поэкспериментировать с дизайном будущих физических объектов, того же пульта. Увеличить-уменьшить размер кнопок, «поиграть» с их пространственным размещением. Но все это пока чистый виртуал. Предстоит второй этап испытаний на новых стендах, а далее, уже осенью, последует этап «электронной птицы», когда системы авионики «в сборке» впервые встретятся с реальным периферийным оборудованием, прежде всего различными датчиками. Пока же необходимо решить задачу правильного взаимодействия разных элементов ПО и их корректной индикации.

Ядро команды инженеров, работающих на стендах, составляют те, кто прошел полезную школу «Сухого» и хорошо владеет современными технологиями в этой области. О том, каковы на сегодня основные тенденции в конструировании систем авионики для гражданских самолетов, мы спросили главного конструктора «ОАК-ЦК» Алексея Герасимова.

«Одно из главных требований — точность автоматического самолетовождения, — объясняет главный конструктор. — В усло­виях крайне интенсивного воздушного движения над Россией, Европой и США очень важно, чтобы самолет точно выдерживал высоту, скорость, направление и держался в строго заданном коридоре. Когда-то ширина коридора по высоте могла составлять 1 км, но сейчас речь идет о десятках метров. Тем более нельзя доверить движение в тесном небе человеку».

Многое сейчас изменилось и в самом подходе к конструкции систем авионики. Раньше подсистемы комплекса строились как отдельные федеративные системы (например, индикация, ограничение сваливания). Каждая система обладала автономностью и имела свой собственный вычислитель, а с другой системой соединялась по интерфейсным линиям. С ростом вычислительной мощности бортовых компьютеров стало возможным разместить программное обеспечение этих систем на одном вычислителе (реально на нескольких дублирующих — для безопасности) в виде программ, работающих в рамках выделенных вычислительных ресурсов. Теперь на одном вычислителе концентрируется все больше функций, включая не только функции БРЭО, но и системы управления общесамолетным оборудованием, дверями например. Разные программы обращаются к своим специфическим датчикам, но общаются друг с другом с помощью программного кода на одном устройстве. Все это вместе называется интегрированной модульной авионикой. Эта технология позволила значительно снизить вес аппаратуры, освободить пространство на борту и повысить скорость и эффективность работы авионики.

«Фактически вычислитель с набором функциональных программ, — объясняет Алексей Герасимов, — это ядро системы авионики МС-21, которое мы создаем. Что касается внешних периферийных устройств, прежде всего сенсоров, то их можно выбирать и заменять. Эта концепция называется "открытой архитектурой". Они производятся разными компаниями, и здесь выбор за соотношением цены и качества. Но ядро авионики всегда будет оставаться в наших руках».