О новых подходах к разработке, изготовлению и эксплуатации авиационной техники Российской Федерации

За последние тридцать лет рост интенсивности и сложности воздушного движения привел к полному переосмыслению концепций построения авиатранспортной системы. Если ранее, в недалеком прошлом, когда количество воздушных судов (ВС) было относительно незначительным, а интенсивность воздушного движения была невелика, основное внимание всех участников рынка авиаперевозок было сосредоточено на совершенствовании технических и эксплуатационных качеств ВС, но на настоящий момент возможности улучшения традиционных конструкций, основанных на современных технологиях, практически исчерпаны. В авиастроении назрел переход к новому технологическому укладу, связанному с концептуально новым подходом к формированию продуктовой линейки ВС будущего. В основе данного подхода лежит глубокий анализ транспортной системы России и ее подсистемы авиатранспортной системы страны. Для российского авиастроения это особенно важно, поскольку появляется возможность вернуть утраченные рынки в гражданском сегменте, а в военном авиастроении — обеспечить обороноспособность страны.

В этой связи особое внимание следует уделить ключевому требованию интеграции воздушного судна в единое сложное и насыщенное воздушное пространство, в котором одновременно эксплуатируются дозвуковые и сверхзвуковые ВС, самолеты и винтокрылые аппараты различной размерности и назначения, выполняющие регулярные и нерегулярные полеты с динамически изменяющимися параметрами (направлением движения, скоростью, высотой), управляемые и автоматические беспилотные летательные аппараты. В перспективе, в общем воздушном пространстве, могут появиться и многоразовые воздушно-космические летательные аппараты. А значит, все усилия должны быть направлены на улучшение управляемости, повышение безопасности и автономности системы с целью предоставления качественной авиационной услуги.

Существуют незыблемые принципы создания авиационной техники, которые заключаются в том, что за ожидаемый срок эксплуатации типа воздушного судна вероятность его катастрофы должна быть практически «нулевая», то есть 10-9.

Международная организация гражданской авиации (ИКАО) на юбилейной 40-ой сессии провозгласила одной из главных задач организации на ближайшие 20-30 лет — добиться нулевого значения числа катастроф ВС к 2050 г.

Вместе с тем воздушный транспорт (гражданские воздушные суда) является коммерческим видом транспорта и его экономические показатели являются важнейшим движителем развития авиатранспортной системы страны, транспортной системы России в целом, ибо в целом в силу своего географического положения более 60% территории России нуждаются исключительно в воздушном транспорте.

Современные технологии, реализуемые на всех стадиях жизненного цикла ВС, принципиально изменили подходы к формированию потребного парка воздушных судов как для международных, так и для внутренних воздушных линий.

Сегодня «воздушное судно» как таковое не занимает центральное место в формировании авиатранспортной системы. Принципы его заказа, разработки, изготовления и эксплуатации, основанные на анализе самолетов-аналогов, их нагруженности по предполагаемым воздушным трассам составляют лишь небольшой сегмент в новом подходе, исходящем прежде всего из моделирования авиатранспортной системы страны, ее интеграции в единую транспортную систему России, в стратегию развития которой положены три основных принципа (стандарта):

1. Обеспечение подвижности населения.
2. Транспортная доступность.
3. Безопасность границ

.Каждый из этих принципов характеризуется количественными показателями, которые определяют настоящий и планируемый уровень развития транспортной системы страны в целом и авиатранспортной системы в частности.

Формируя новые принципы управления воздушным движением, как на борту воздушного судна непосредственно, так и на земле в системе ОрВД с применением технологий искусственного интеллекта, мы обязаны их увязывать с требованиями к подготовке авиационного персонала и поставщиков услуг, включая специалистов Разработчика и Изготовителя.

Фактически, формируя новую модель авиатранспортной системы страны, работая в том числе над Транспортной стратегией России, мы сегодня обязаны решать единую задачу как для авиатранспортной отрасли, так и для авиастроения.

Создав модель системы, решив задачи формирования рациональных требований к парку ВС с учетом минимизации затрат на авиационные услуги с учетом выполнения всего объема целевых задач транспортной системы, можно переходить к решению задач обликового проектирования ВС и определения комплекса требуемых для их создания современных технологий.

Именно реализация такого подхода позволит не догонять «уходящий поезд», а изначально выстраивать правильную нормативно-правовую и технологические основы развития авиатранспортной системы России будущего.

Важно принципиально подчеркнуть, что именно авиационная деятельность, как совокупность работ по разработке, изготовлению, сертификации авиационной техники (за что отвечает авиационная промышленность) и ее эксплуатации (за что отвечает уполномоченный орган в области гражданской авиации) является интегратором двух уполномоченных органов.

Сегодня, как никогда ранее, создание конкурентоспособного и безопасного ВС, его сертификация и серийное производство — глубоко интегрированный процесс работы уполномоченных органов в области авиационной промышленности и гражданской авиации.

Современные технологии, внедренные на ВС (искусственный интеллект, системы прогнозирования, анализа и обработки информации о техническом состоянии, окружающем воздушном пространстве, прогнозируемых погодных условиях и пр., основанных на обработке больших массивов информации и др.), существенно меняют систему обеспечения деятельности пилота. Избыточная информация и автоматизация процессов на борту ВС существенно меняют подходы к оценке соответствия систем и оборудования на борту ВС при сертификации.

Риски принятия некорректных решений со стороны разработчика и авиационных властей отражают две недавние катастрофы самолета Boeing 737 МАХ. Заявленная разработчиком система управления самолетом была сертифицирована авиационной администрацией США как соответствующая авиационным правилам, то есть безопасная. Нормативно-правовая база, создаваемая уполномоченным органом в области гражданской авиации и авиационной промышленности, не должна тормозить развитие авиатранспортной системы. Наряду с безусловным выполнением требований безопасности, она должна способствовать коммерческой привлекательности созданного изделия авиационной техники. Необходимо соблюдать баланс «эффективность — стоимость — безопасность».

Целью сертификации воздушного судна как сложной технической системы является обеспечение уверенности в том, что система правильно и безопасно выполняет свои функции. Чтобы достичь достаточной уверенности, текущий процесс сертификации основан на структурированном жизненном цикле разработки, обеспечивающем полную прослеживаемость в нисходящем и восходящем направлениях и сбор детерминированных артефактов на каждом этапе этого жизненного цикла. Поскольку искусственный интеллект (ИИ) и, в частности, машинное обучение, полагается на способность машины учиться самостоятельно в автоматическом режиме, существует необходимость внесения изменений в подходе к сертификации.

Особое внимание следует уделить верификации и валидации требований. Например, для машинного обучения могут потребоваться новые методы верификации процесса разработки, чтобы справиться с вероятностной природой алгоритмов машинного обучения и из-за ожидаемых изменений в философии сбора требований.

В завершении тезисов о сертификации хочется сказать о том, что «сертификация, как главный инструмент государства, обеспечивающий безопасную эксплуатацию авиационной техники, стоит дорого, но она того стоит, ибо за ней стоят жизни пассажиров и экипажа».

Еще один принципиальный аргумент, связанный с новыми подходами к созданию гражданской авиационной техники: создаваемое воздушное судно до начала серийного производства должно иметь полный расчет стоимости его владения, начиная от стоимости разработки и изготовления, заканчивая стоимостью эксплуатации по выбранной заказчиком из предложенных разработчиком стратегии, при этом следует помнить, что от выбранной стратегии эксплуатации зависит полнота комплектации «зеленого самолета».

Если самолет эксплуатируется по стратегии «по техническому состоянию», установленные системы встроенного контроля и предиктивной диагностики могут существенно повысить его начальную стоимость. Вместе с тем их использование в процессе эксплуатации может отменить или перенести дорогие и трудоемкие формы технического обслуживания и ремонта (ТОиР), что может существенно снизить себестоимость летного часа, стоимости владения. Это наиболее выгодная система для коммерческих эксплуатантов. Если ВС эксплуатируется по планово-предупредительной системе ТОиР, ее неоспоримым преимуществом является гарантированная безопасность эксплуатации (как правило, такие системы применяют компании, эксплуатирующие «бизнес-джеты», или авиакомпании государственной авиации), однако при этом сама система становится более дорогой.

Следовательно, сама типовая конструкция ВС помимо «железа» должна сегодня иметь сертифицированный набор эксплуатационной документации с разными стратегиями ТОиР, реально обеспечивающими безопасность эксплуатации ВС.

Типовые единые регламенты или программы ТОиР уходят в глубокое прошлое, так как сегодня уровень развития систем мониторинга технической эксплуатации ВС позволяет авиакомпании и разработчику вместе в режиме реального времени обеспечивать безопасность полетов каждого отдельно взятого воздушного судна. В условиях изменяющейся парадигмы технологического уклада, перспективные образцы авиационной техники должны обладать существенной новизной. Нельзя ограничиваться только эволюционной модернизацией. Следовательно, без применения новых подходов, технологий невозможно создать конкурентоспособный образец.

Современные идеи и разработки могут позволить изменить облик гражданских перевозок, но в данный момент эти идеи кажутся слишком сложными для существующих систем. Вместе с этим перспективные разработки в области искусственного интеллекта для беспилотных ВС уже начали менять процессы логистики и доставки.

Авиакомпании все больше связывают искусственный интеллект со своими стратегиями техобслуживания, ремонта и капитального ремонта. Использование ИИ расширяется в качестве инструмента принятия решений для групп технического обслуживания крупных коммерческих авиаперевозчиков.

Перспективы развития программно-аппаратных комплексов в авиации показывают, что уже в течение ближайших пятнадцати лет данные системы смогут заменить пилота на борту воздушного судна («электронный пилот»). Анализ статистики авиационных происшествий показывает, что большинство авиакатастроф происходят из-за ошибок, допускаемых при пилотировании, а это десятки и сотни человеческих жертв ежегодно. Однако, специалисты из США полагают, что к 2030 г. компьютеры уже смогут беспрепятственно управлять воздушными судами, причем, гораздо более эффективно, чем люди.

Обобщая вышеизложенное, следует отметить, что технологии создания авиационной техники будущего потребуют:

• законодательного обеспечения создания опережающего научно-технического задела, как необходимого условия начала работ по разработке перспективных образцов авиационной техники;
• обязательного финансирования и защиты от перераспределения научно-исследовательских работ в пользу опытно-конструкторских работ;
• концентрации и полной координации выделения финансовых средств на перспективные исследования без отраслевого разделения до 4-го уровня готовности технологий;
• гармонизации нормативно-правового и нормативно-методического обеспечения исследований и разработок в гражданском и военном секторах авиастроения и систем эксплуатации авиационной техники в едином воздушном пространстве;
• создания и государственной поддержки экспериментальной базы, как объекта государственной инфраструктуры, направленного на совер­шенствование инструментария исследований и испытаний, включая создание цифровых моделей, методов и технологий оценки перспективных образцов авиатехники.

В результате внедрения такого подхода к перспективным технологиям формирования облика перспективной авиатранспортной системы России будет достигнуто и обеспечено:

• гарантированный уровень качества и безопасности авиатранспортных услуг, как на уровне регионов, так и страны в целом. Стандарты подвижности населения, транспортной доступности и безопасности границ получат реальное воплощение;
• выполнение долгосрочных планов развития авиатранспортной инфраструктуры, парка авиационной техники, изготовителей и разработчиков, а также авиакомпаний, включая выполнение планов кадрового роста и обновления отрасли;
• изменение целеполагания в стратегиях авиастроительных корпораций и авиакомпаний;
• формирование национальных норм летной годности, безопасности полетов и охраны окружающей среды;
• изменение законодательства о науке и промышленной политике, четкого понимания роли прикладной науки в формировании опережающего научно-технического задела в области авиастроения и авиатранспортных услуг. Разделение в бюджетном кодексе статьи НИОКР на НИР и ОКР;
• создание новых форм научных коопераций: межотраслевых НИЦ при тесном сотрудничестве с вузами;
• создание системы стандартов, положений и ФАПов по разработке, изготовлению и эксплуатации авиационной техники гражданского, военного и специального назначения;
• формирование государственной политики в области субсидирования экспериментальной базы с очевидным снижением затрат промышленности на разработку, изготовление и сертификацию авиационной техники и объектов инфраструктуры гражданской авиации.