Новые самолеты и корабли проектируют в российских программах

Как поведет себя крыло из композитных материалов на скоростях в четыре маха? Сохранит ли работоспособность аппаратура беспилотника "ВитязьД" при погружении в Марианскую впадину? Что за "Слон" придет на смену транспортному супертяжеловесу "Руслан" и сможет ли гибрид экраноплана и тяжелого транспортника летать на "птичьем" эшелоне - от 3 до 12 метров над поверхностью земли и воды? Где и почему нужна дополнительная теплозащита узлов ракеты-носителя "Ангара"?

Чтобы ответить на эти и тысячу других не менее важных вопросов, возникающих при создании новой техники, ее конструкторам и разработчикам уже недостаточно логарифмической линейки и натурного опыта на испытательном стенде. Авиастроение, ракетно-космическая отрасль, создание надводных кораблей и подводных лодок, автопром и, конечно, атомная энергетика - ни одна из этих отраслей не может обойтись сегодня без современной вычислительной базы, специально разработанных программ и компьютерных кодов.

Уже не только кульман из советских фильмов про науку и КБ, но и первые программы 3D-моделирования остались в прошлом. Новым инструментом и одновременно рабочим пространством конструктора становится "цифровой двойник".

- Несколько лет назад в нашем бюро внедрена технология, позволившая разработать всю документацию в электронном виде с использованием 3D, - рассказал в недавнем интервью "РГ" генеральный директор Санкт-Петербургского морского бюро машиностроения "Малахит" Владимир Дорофеев. - А сегодня задачу ставим шире: хотим создать виртуальный эквивалент АПЛ, воспроизводящий не только воспринимаемую форму, но также свойства и поведение уже построенного. Такая технология известна под термином "цифровой двойник" и является составной частью более глобальной концепции цифрового производства. Именно в ней мы видим возможности радикального повышения эффективности, повышения качества продукции и снижения издержек при реализации новых проектов...

По словам Дорофеева и его коллег, цифровые технологии стали частью нашей жизни, а работу проектного бюро без их использования и развития представить уже невозможно.

Да, было время, когда инженерам и конструкторам, вовлеченным в проект создания первой в СССР атомной подводной лодки, требовалось несколько больших зданий в разных частях Ленинграда, чтобы воспроизвести в деревянном макете - по частям-отсекам, но зато в натуральную величину - всю громаду АПЛ с двумя ядерными реакторами, турбинами, генераторами и прочей начинкой, включая вооружение - восемь торпедных аппаратов в носовом отсеке. Насосы, двигатели, электрощиты, другое оборудование имитировали деревянными ящиками, километры кабелей и трубопроводов - канатами.

Теперь это кажется почти невероятным. "Каменный век", - может кто-то сказать, открывая для себя рассекреченную историю первых лет Атомного проекта. А ведь прошло всего ничего - меньше жизни одного поколения. В технике и на производстве за те же шесть десятилетий сменилось несколько технологических укладов.

Летательные аппараты давно и во много раз превзошли скорость звука, ракеты становятся гиперзвуковыми.

На смену алюминию и его сплавам в авиастроение приходят композиты. Титан и особые марки стали в корпусах подводных аппаратов позволяют покорять глубины в шесть-семь и замахиваться на 12 километров, как это планируют сделать в наступившем году разработчики необитаемого подводного аппарата "Витязь-Д" из конструкторского бюро "Рубин" и его заказчики из Фонда перспективных исследований.

Дальше - больше.

На Адмиралтейских верфях в Петербурге уже начали раскройку стали для ледостойкой капсулы "Северный полюс" - первой в своем роде дрейфующей полярной станции, что спроектирована по заказу Института Арктики и Антарктики Российской академии наук.

А для межпланетных космических миссий и решения утилитарных задач на околоземной орбите в России создается не имеющий аналогов транспортно-энергетический модуль (ТЭМ) с ядерным двигателем мощностью в один мегаватт - своего рода гибрид буксира, толкача и мини-АЭС. Чтобы охлаждать такой реактор в безвоздушном пространстве, придумана уникальная и внешне очень хрупкая конструкция, в основе которой - капельный холодильник-излучатель.

Московский НИКИЭТ - Научно-исследовательский и конструкторский институт энерготехники имени Н.А. Доллежаля и ГНЦ "Исследовательский центр имени Келдыша" взялись на паях, по заказу Роскосмоса, создавать ТЭМ и уже заявили об успешном завершении наземных испытаний системы охлаждения его реактора.

Для темы нашего разговора главное слово здесь - "наземных". Ведь как ни старайся воспроизвести на земле условия, приближенные к невесомости, это все равно лишь приближение. А как поведет себя предлагаемая конструкция в реалиях настоящего космоса, можно лишь строить догадки.

Или - обсчитать-смоделировать на суперкомпьютере, используя для этого специально разработанные программы. Увидев результат на цифровой модели, можно на ранней стадии, когда выбор еще не сделан и деньги не потрачены, внести какие-то важные коррективы, что-то переиначить и тем самым сократить себе путь проб и ошибок.

Пожалуй, раньше других эту потребность испытали специалисты-атомщики, прямо связанные с разработкой ядерного оружия и поддержанием того потенциала, что уже создан и находится на вооружении. В условиях полного запрета на полигонные испытания (договор STBT Россия подписала в 1996-м, ратифицировала в 2000-м) сделать это без мощных суперкомпьютеров и собственной расчетной базы было бы невозможно.

С момента последнего проведенного нашей страной ядерного испытания (24 октября 1990 года) прошло без малого тридцать лет. За это время наши ядерщики в Сарове и Снежинске наверстали отставание от национальных лабораторий США в Лос-Аламосе, Ливерморе и Сандиа в области супервычислений.

Логарифмическая линейка, кульман и  первые, уже освоенные программы 3D-моделирования остались в прошлом. Новым инструментом и одновременно рабочим пространством конструктора становится "цифровой двойник"

И не просто наверстали, а сумели вычленить из этой работы важный и все более востребованный продукт гражданского назначения. Первой такой ласточкой стал пакет программ инженерного анализа и суперкомпьютерного моделирования "Логос", разработанный в Сарове командой математиков и программистов Российского федерального ядерного центра ВНИИ экспериментальной физики.

Он явился, во-первых, производным уникального опыта наших атомщиков в условиях запрета ядерных испытаний. А во-вторых, предстает результатом грамотно выстроенной кооперации с участием центров отраслевой науки, институтов РАН, а также предприятий-флагманов в ракетно-космической сфере, атомной энергетике, авиа- и автомобилестроении.

По словам директора РФЯЦ-ВНИИЭФ Валентина Костюкова, сначала была создана базовая версия пакета программ инженерного анализа и суперкомпьютерного моделирования, который нашел активное применение на предприятиях высокотехнологичных отраслей.

А затем уже с участием предприятий-партнеров началось создание того, что называют "отчуждаемым продуктом", то есть пакета программ со своей лицензией, руководством пользователя, набором опций и соответствующей ценовой линейкой. Делу помогло и то, что в 2016 году с подачи Минпромторга России было выпущено постановление правительства N 933, открывшее "зеленый свет" разработкам отечественного программного обеспечения.

Чтобы сформировать облик пользовательской версии пакета программ "Логос", ученые-ядерщики запросили и проработали требования от шести ведущих организаций российского ОПК - компании "Сухой", СПМБМ "Малахит", КАМАЗа, НПО машиностроения, Центра имени М.В. Хруничева и "ОКБМ Африкантов". Чем, для кого и насколько полезным оказалось такое взаимодействие, была возможность узнать на публичной презентации пакета программ "Логос Аэро-Гидро".

Причем узнать из первых уст.

- С 2016 года мы прошли путь от тестовых лицензий и обучения до решения реальных практических задач в аэродинамике, - рассказал представитель компании "Ил" Александр Лоренсо Пакина. - Сейчас "Логос" активно используется на всех этапах проектирования транспортных самолетов разного класса. Используется при разработке и отработке всей аэродинамической компоновки самолета и его отдельных элементов. Раньше мы не могли моделировать с помощью расчетов, а использовали дорогостоящие эксперименты. Применение математических моделей и подходов позволило существенно повысить достоверность и точность результатов. А с использованием суперкомпьютерных технологий РФЯЦ-ВНИИЭФ расчеты длятся не сутки, как прежде, а часы. В дальнейшем мы хотели бы расширять спектр задач, которые решаем - в частности, переходить на расчеты аэродинамики и прочности одновременно.

12 километров - на такую глубину рассчитан подводный беспилотник "Витязь-Д", который создают в Петербурге, а уже в 2019 году планируют испытать в Марианской впадине

Начальник отдела высокопроизводительных вычислений "ОКБ Сухого" Александр Корнев в свою очередь подтвердил, что суперкомпьютерными технологиями у них стали заниматься в 2002 году, когда на горизонте только замаячил силуэт Су-57. Сейчас "Логос Аэро-Гидро" активно используется при разработке перспективного российского многофункционального истребителя пятого поколения. Коллега Корнева, заместитель директора Проектно-исследовательского научного центра при "ОКБ Сухого" Дмитрий Стрелец добавил: "На подходе уже "цифровой двойник", цифровой полигон, цифровые испытания".

Представители компаний, уже получившие опыт работы с "Логос Аэро-Гидро", отмечают высокую производительность и адаптивность отечественного программного обеспечения. Его конкурентными преимуществами называют точность и высокую скорость расчетов на задачах большой размерности, оперативную техподдержку и обучение, возможность адаптации под заказчика и помощь в решении нестандартных задач.

А помимо всего сказанного - отсутствие санкционных рисков, что в нынешних условиях приобретает особую ценность.

Прямая речь

Михаил Большухин, начальник департамента "ОКБМ Африкантов", Нижний Новгород:

- Как разработчики реакторных установок различного назначения мы рады успешному продвижению "Логоса" и своему участию в этом процессе. У нас, например, отрабатываются технологии суперкомпьютерного моделирования реакторных установок. Мы неплохо усвоили и применяем зарубежные коммерческие коды для решения разных задач атомной энергетики. Но далеко не всех. И вот именно такие задачи ставим перед разработчиками кода "Логос". Созданный ими пакет программ для инженерных расчетов в сферах аэро- и гидродинамики - это важный, но только первый шаг на этом пути. Для того, чтобы выполнять полноценные вычислительные эксперименты на полномасштабных компьютерных моделях реакторных установок, нам предстоит еще много совместной работы.