Электрификация транспорта — очевидный тренд во всех отраслях. Автомобили, автобусы, самолеты, вертолеты, поезда, морские суда становятся полностью или частично электрическими, на них растет спрос со стороны бизнеса и конечного потребителя, ведь это весомый вклад в сохранение экологии и уменьшение углеродного следа. И новая разработка ученых МАИ призвана не только ускорить процесс электрификации транспорта, но и сделать его более эффективным. Как? И что это за разработка? Об этом и не только поговорили с Николаем Ивановым, руководителем НИО-310 «Электроэнергетические, электромеханические и биотехнические системы».
— Николай, расскажите, пожалуйста, чем вы занимаетесь в МАИ.
Я являюсь руководителем двух подразделений, которые занимаются как научно-исследовательскими работами, так и подготовкой студентов по таким направлениям, как электрические машины, электрические системы, электроника различных типов и назначений. Почему эта область? Дело в том, что такие системы, как электрические силовые установки, гибридные силовые установки в каком-то смысле являются мейнстримом современного самолетостроения. И все перспективные летательные аппараты так или иначе будут гибридизированы либо полностью электрифицированы. Так что работа в этой отрасли не только интересна, но еще и очень актуальна и важна.
— Вместе с коллегами вы создали уникальный демонстратор сверхпроводниковой системы. Расскажите о вашей разработке: в чем ее уникальность?
Это прототип системы электроснабжения перспективного летательного аппарата. Он включает в себя пять устройств: сверхпроводящий генератор, сверхпроводящий кабель, выпрямительное устройство, накопитель энергии и систему криогенного охлаждения. Все эти устройства разработаны разными подразделениями МАИ и являются уникальными. К слову, подобных систем на текущий момент в мире нет. Получается, что не только устройства, входящие в систему, обладают уникальными характеристиками и представляют научный и практический интерес, но и вся система в целом.
— А что такое сверхпроводимость?
Да, действительно, чтобы понять, в чем же перспективность нашей разработки, надо четко понимать, что такое сверхпроводимость.
Сверхпроводимость — это явление полного исчезновения электрического сопротивления при температуре ниже критической. Если вдуматься в это определение, то кажется, что оно звучит несколько футуристично, потому что отсутствие электрического сопротивления — это отсутствие потерь при передаче и преобразовании электрической энергии. Как вы понимаете, это фантастика. Ведь не бывает стопроцентного КПД. Однако в некоторых случаях это действительно близко к истине.
Важно отметить, что сверхпроводимость — дорогая технология. Во-первых, сами сверхпроводниковые материалы имеют высокую стоимость. А во-вторых, есть необходимость поддержания той самой критической температуры, которая лежит в области криогенных температур: это –200 градусов и ниже. Поэтому применение сверхпроводимости актуально там, где задачи не могут быть решены с применением традиционных «теплых» технологий, медных обмоток или постоянных магнитов.
Так, без применения сверхпроводимости невозможны, например, МРТ, где магнитное поле для исследования создается при помощи сверхпроводниковых магнитов, или термоядерный реактор (ИТЭР), большой адронный коллайдер. Эти проекты не могут быть реализованы без сверхпроводимости, как и перспективные летательные аппараты с гибридной силовой установкой и пассажировместимостью 40 человек.
Именно поэтому мы и пошли в сторону создания гибридных силовых установок летательных аппаратов. И наш демонстратор сверхпроводниковой системы — очередной шаг в этом направлении.
— Что данная разработка может дать авиастроительной отрасли?
Гибридные и электрические силовые установки — главное направление, по которому идет развитие всех транспортных систем: не только авиация, но и кораблестроение, автомобильная и железнодорожная техника. Все эти отрасли стремятся к увеличению степени электрификации. И чем больше аппарат, тем мощнее у него силовая установка. Например, Sukhoi Superjet — это мегаватты мощности силовой установки. Чтобы хотя бы половину ее реализовать с помощью электричества, нужны электрические устройства, кабели и т. д., которые будут иметь очень большие размеры. И вот здесь сверхпроводимость нужна, чтобы, во-первых, уменьшить размеры электротехнических устройств (электрических двигателей, генераторов), а во-вторых, увеличить их эффективность при передаче и преобразовании энергии.
— На какой стадии находится ваш проект?
Наш демонстратор — это система, которую пока еще нельзя поставить на борт. Она имеет исследовательский характер, но мы уже вплотную подошли к опытной эксплуатации.
Во всем мире проекты по сверхпроводящим системам находятся на этапе лабораторных испытаний. И в научной литературе мы нигде не найдем данных о том, что были проведены длительные испытания, подтверждена надежность системы и т. д.
И мы сейчас пришли к этапу, когда длительные испытания могут быть выполнены. Таким образом продвинемся еще на один шаг на пути к внедрению на объектах.
Сверхпроводящие устройства — это устройства, которые легче, меньше и эффективнее, чем медные, теплые устройства.
— Какая работа вам еще предстоит?
После того как мы проведем длительные наземные испытания, сможем перейти к установке системы на объект. И первой отраслью, в которой может быть внедрена наша системы, станет морская техника. Подобные проекты в России уже обсуждаются, и мы принимаем активное участие в этих обсуждениях.
— Данная система при всех ее очевидных плюсах сделает транспорт дороже?
В современном мире невозможно внедрить какое-то решение без оценки экономической эффективности. И в нашем случае экономическая эффективность с учетом дороговизны этой технологии может быть достигнута на полном жизненном цикле. Нельзя считать только стоимость изготовления, нужно учесть стоимость эксплуатации, обслуживания, экономию топлива, экономию средств при уменьшении количества вредных выбросов, экономию на пошлинах… Мы проводили оценку для различных гибридных силовых установок и пришли к выводу, что на жизненном цикле экономическая эффективность использования подвижного объекта с гибридной силовой установкой по сравнению с традиционным ДВС увеличивается почти на 20%.
— Кому принадлежит идея создания демонстратора?
Сложно выделить одного человека. Это коллективное творчество, которое родилось из понимания текущей обстановки в области гибридных электрических установок, понимания того, какую эффективность может обеспечить сверхпроводимость. Так пришли к решению, что нужна подобная система и ее исследование.
— Как долго работали над системой?
Это трехгодичный проект.
— Расскажите о команде.
Это несколько десятков специалистов, в числе которых и специалисты по расчету устройств, по математическому моделированию, и экспериментаторы очень высокой квалификации, конструкторы. В команде есть и опытные разработчики и молодые ребята (больше 50% — это талантливые специалисты до 39 лет). Это знаковый проект в области сверхпроводящей индустрии, поскольку он не только позволил создать уникальные устройства и накопить уникальные данные, но и обеспечить передачу знаний через поколения.
В рамках данного проекта мы создали технологию, которая позволяет производить сверхпроводящие изделия. А этой технологией в России больше никто не обладает. Мы прошли все этапы, которые необходимы для создания сверхпроводниковых изделий, и показали, что эта технология дает хорошую повторяемость результата. Это говорит о том, что мы можем транслировать технологию на различных изделиях.
— Кто уже успел оценить вашу разработку: эксперты рынка, авиастроительные компании?
Мы находимся в постоянном контакте с представителями различных предприятий. Это и ОДК, и ОАК, и НИЦ им. Жуковского и др. Например сейчас мы ведем переговоры с Научным центром им. Крылова, специалисты которого сейчас работают над созданием сверхпроводниковой системы электродвижения корабля. Их заинтересовал наш демонстратор, опыт проектирования и производства ВТСП изделий и устройств.
— Планируете ли привлекать партнеров из отрасли? Кто ими может стать?
Есть компании, с которыми мы уже работаем. Это ОДК (Объединенная двигателестроительная корпорация), несколько научных центров, которые заинтересованы в наших разработках.
Хочу отметить важный момент: результаты, которые мы получили в этом проекте, могут быть транслированы на несверхпроводящие системы, например в области криогенных температур. Сейчас активно развивается газоперекачивающая отрасль, а это в том числе криогенные температуры. Научные данные, которые мы получили в результате работы над данным проектом, нигде больше не встречаются. Их мы используем в проектах с Росатомом.
— Какой, на ваш взгляд, будет авиация будущего?
Это очень сложный вопрос, особенно в свете геополитических событий последних лет. Тем не менее за всю историю авиации были периоды, когда количество перевозок падало, уменьшалось количество судов, но это не помешало отрасли расти.
Думаю, что будет расти количество авиаперевозок, и во всем мире, и в нашей стране. Будет увеличиваться скорость авиаперевозок и уменьшаться расход углеродосодержащих видов топлива, будут использоваться альтернативные экологически безвредные виды топлива.
Отрасль аэротакси уже сегодня активно развивается, и в будущем темпы будут ускоряться, будет увеличиваться число беспилотных летательных аппаратов. Например, сегодня мы работаем над проектом электрической силовой установки для аппарата типа аэротакси. Уверен, для мегаполисов это необходимый вид транспорта.
Фото предоставлены МАИ.