ГосНИИАС: Здесь моделируют будущее авиации

В следующем году один из ведущих НИИ отечественной авиастроительной отрасли - Государственный научно-исследовательский институт авиационных систем (ФГУП «ГосНИИАС») - отметит свое 70-летие. Созданный сразу после войны как институт авиационного вооружения, со временем он превратился в крупнейшую исследовательскую организацию, обеспечивающую сопровождение проектирования и разработки всех отечественных авиационных боевых комплексов. В институте исследуются пути дальнейшего развития военной авиации, создаются алгоритмы работы бортовых систем и применения оружия, оценивается боевая эффективность существующих и перспективных авиационных комплексов. Для этого здесь созданы уникальные комплексы математического и полунатурного моделирования. В постсоветские годы все большее место в тематике работ ГосНИИАС занимают исследования в интересах создания гражданской авиационной техники. Накануне МАКС-2015 мы побывали в институте, где его руководители рассказали о некоторых наиболее важных направлениях его сегодняшней деятельности.

Первый, с кем мы беседуем, — генеральный директор ГосНИИАС Сергей Желтов. Сергей Юрьевич работает в институте с 1982 г. Прошел путь от младшего научного сотрудника до первого заместителя генерального директора. С марта 2006 г. он — генеральный директор ГосНИИАС, в мае того же года избран членом-корреспондентом Российской академии наук. Является продолжателем научной школы ГосНИИАС, созданной академиком Е.А. Федосовым. Непосредственно участвовал в разработке компьютерных моделей сложных человеко-машинных систем управления летательными аппаратами, с 1985 г. активно работает в области научных исследований, связанных с обработкой видеоинформации.

Сергей Желтов начинает свой рассказ с новой разработки ГосНИИАС — комплекса по отработке перспективного ближне-среднемагистрального авиалайнера МС-21. Комплекс создается на территории института, под него выделено, реконструировано и оборудовано помещение большого цеха.

«Если рассматривать конкретные работы в сфере гражданской авиации, то ГосНИИАС сегодня плотно задействован в реализации программы самолета МС-21, — рассказывает Сергей Желтов. — В институте создаются совместно с корпорацией «Иркут» комплексы «электронная птица» и «железная птица» — варианты комплексов полунатурного моделирования с возможностью проверки и доработки конкретных систем и оборудования самолета, его программного обеспечения.

До конца 2015 г. здесь планируется начать размещение элементов конструкции и систем МС-21, в частности кабины и других элементов самолета. «В отличие от проекта Sukhoi Superjet 100, где велик процент импортных комплектующих, МС-21 во многом опирается на отечественные разработки, что особенно актуально сегодня, в рамках проводимой политики импортозамещения. Поэтому роль ГосНИИАС в создании самолета резко возрастает», — поясняет руководитель института.

«В центре внимания ГосНИИАС сейчас и на ближайшую перспективу — развитие информационных технологий, — продолжает Сергей Желтов. — Информационные технологии — это очень широкая область знаний, в которой есть много направлений. В институте ведутся разработки как в сфере чисто авиационных информационных технологий, так и в интересах других областей. По выражению академика Е.А. Федосова, сейчас мы переживаем новый этап развития: преодоление «информационного барьера», по аналогии с тем, как в середине прошлого века авиация преодолевала «звуковой барьер».

Наиболее важной и этапной работой в сфере гражданской авиации для института является создание комплексов бортового оборудования с интегрированной модульной авионикой (КБО ИМА). Суть таких комплексов заключается в том, что появляется возможность оперативно наращивать или расширять те или иные возможности самолетов в программном и техническом плане без разработки его «борта» заново. Здесь большое значение имеет наращивание возможностей в части навигации, организации управления воздушным движением и взаимодействия с другими самолетами. В военной области интегрированная модульная авионика имеет еще более сложные и разнообразные задачи и функции, среди которых, например, действие групп пилотируемых и беспилотных ЛА.

«ГосНИИАС — прежде всего научный центр, — продолжает Сергей Желтов. — Мы не выпускаем полностью законченные изделия авиационной техники и не стремимся к этому. Работаем на концептуальном уровне, генерируем идеи и направления дальнейшего развития, формируем определенные стандарты в авионике. Конечно же, идут работы и по конкретным образцам техники в направлении выработки алгоритмов, отработки программного обеспечения (ПО) и проведения различных видов моделирования как для военной, так и для гражданской авиации. В этом плане мы взаимодействуем со всеми ведущими отечественными авиастроительными предприятиями — «Сухой», «МиГ», «Туполев», «Иркут», соразработчиками комплексов ИМА и бортового оборудования. Всего у нас около 40—45 предприятий-партнеров из «Ростеха» и КРЭТ, активно работаем с учебными заведениями — МАИ, «Физтехом», МГУ и др. Сохраняются партнерские отношения и с рядом зарубежных предприятий.

Так исторически сложилось, что именно ГосНИИАС был родоначальником внедрения различных видов моделирования в отрасли. «Важнейшей областью деятельности ГосНИИАС является программное и программно-аппаратное моделирование, — рассказывает директор института. — Данные работы ведутся на различных уровнях — от первичного имитационного моделирования и моделирования, в котором задействованы математические модели различных объектов, до финального моделирования на комплексах полунатурного моделирования (КПМ), когда уже отрабатываются конкретные ситуации и образцы авионики, радиолокационных систем и вооружения. В общей сложности в институте создано более 40 таких КПМ. Фактически на комплексах полунатурного моделирования идет математическое прототипирование и наземная отработка, заменяющие ряд этапов летных испытаний бортовых систем, вооружения и других ключевых элементов авиационных комплексов. Большое внимание уделяется задачам обеспечения безопасности применения авиации. КПМ на порядки сокращает время и затраты на разработку как бортовых систем, так и летательного аппарата в целом».

К беседе подключается заместитель генерального директора ЮсНИИАС Игорь Альмяшев: «Ранее отработка программного обеспечения велась на КПМ с использованием уже разработанных реальных образцов бортовых систем — датчиков, систем связи, навигации, ЦВМ, СУВ и т.д. И к отработке ПО было невозможно приступить до предоставления разработчиками практически готового бортового «железа».

Игорь Альмяшев возглавляет направление работ ГосНИИАС в области истребительной авиации и авионики. В институте — с 1970 г., прошел путь от инженера до заместителя генерального директора. В конце 80-х гг активно участвовал в начинавшейся тогда модернизации истребителей МиГ-29 и Су-27 с более высокой эффективностью и возможностью работать по наземным целям. Тогда же возглавил работы по формированию научно-технической политики в области истребительной авиации, участвовал в разработке аванпроектов и эскизных проектов перспективных истребителей и перехватчиков, ракет «воздух—воздух».

«Институт много лет занимается разработкой функционального программного обеспечения для самолетов, предназначенных для Минобороны, — рассказывает Игорь Альмяшев. — Сегодня роль такого ПО стремительно возрастает. По существу, современное бортовое оборудование можно представить в виде БЦВС, как центрального элемента, в периферии которой внедрены датчики и исполнительные устройства. Все остальное — ПО. За последние годы объемы функционального программного обеспечения выросли в сотни и, может быть, даже тысячи раз. В разработке такого ПО заняты большие коллективы сотрудников института и предприятий-смежников. Разработка функционального ПО ведется по определенным нормативам и ГОСТам».

«Одной из новых технологий является виртуальное прототипирование — математическое представление борта самолета и внешней среды с участием летчика в контуре управления, — продолжает Игорь Альмяшев. — В начале 2000-х гг. был создан первый отечественный стенд виртуального прототипирования (СВП), который включает имитатор кабины летчика с пультами, индикаторами и органами управления и, собственно, ПО внешней обстановки, математические модели всех информационных датчиков, математическая модель БЦВС. Стенд позволяет синтезировать и отрабатывать функции, которые в дальнейшем в виде программ будут включены в логику БЦВС. Это сложнейший многоэтапный процесс. Первые этапы выполняются на ПЭВМ, далее отдельные «кирпичики» ПО складываются в общее функциональное программное обеспечение, и на стенде виртуального прототипирования проводится моделирование процессов, которые происходят на борту авиационного комплекса с участием летчика. Постепенно формируется единая вычислительная структура, которая подвергается испытаниям, отработкам и усовершенствованию. Достоинством виртуального прототипирования, в отличие от использования прежних комплексов полунатурного моделирования, является возможность начать работу над ПО задолго до окончания разработки элементов комплекса бортового оборудования. Таким образом, применение СВП позволяет на несколько лет сократить сроки создания новой техники при том, что трудоемкость выполнения работ над ПО достигает 50% всей трудоемкости разрабатываемого борта (самолета). В идеале, так называемая интеллектуализация борта — это огромная сумма знаний, переложенная в виде функционального программного обеспечения. И здесь незаменимым оказывается стенд виртуального прототипирования, который создан в ГосНИИАС».

Еще одним важнейшим направлением деятельности ГосНИИАС является оценка эффективности авиационных комплексов и внешнее проектирование авиационных комплексов и систем вооружения. Это направление курирует в институте заместитель генерального директора Александр Жеребин: «Исследования эффективности сопровождают изделие на всех этапах жизненного цикла. Особую важность в этом цикле играет внешнее проектирования, предваряющее этап ОКР и направленное на формирование облика создаваемого изделия. Внешнее проектирование актуализировалось в 70-х гг. прошлого века, когда стало понятно, что техника становится сложной и дорогой, с длительностью создания, приближающейся к 10 годам и более, поэтому существовавший подход «сделаем, полетаем и посмотрим, что получится» стал себя изживать. Внешнее проектирование дает понимание того, что нужно разрабатывать и в каком облике, а на этапе ОКР уже решаются вопросы, связанные с конкретной технической реализацией.

Александр Жеребин работает в институте с 1968 г, С 1992 г — заместитель начальника института, с 2001 г — заместитель генерального директора ГосНИИАС.

«Внешнее проектирование, как методология, включает ряд этапов, — рассказывает Александр Жеребин. — Среди них — оценка дефицита функциональных свойств существующей техники в будущих операциях, оценка потенциала противостоящего противника, прогнозирование развития технологий, которые могут быть положены в основу будущих изделий, генерирование альтернативных вариантов будущих изделий и их оптимизация по комплексным критериям «эффективности — стоимости — рисков реализации». Усложняющим обстоятельством является наличие факторов неопределенности и случайности будущих операций, а также наличие целенаправленного противодействия противника. Принятие решений в этих условиях требует специальных подходов, одним из которых является принцип гарантированного результата, когда потенциальному противнику приписываются наиболее сильные возможности противодействия.

Затраты на этап внешнего проектирования в общих расходах на программу создания нового образца авиационной техники невелики — это всего единицы процентов. При этом комплексность рассмотрения, широкое использование моделирования всех основных аспектов нового изделия от чисто авиационных (как летательного аппарата) до способов боевого применения, оценок боевой эффективности и стоимости в прогнозной динамике развития в составе авиационных группировок позволяет достаточно адекватно описывать ситуации принятия решений и делать обоснованные выводы. Следует отметить, что математическое моделирование становится мощным всеобъемлющим инструментом исследования только при наличии соответствующих вычислительных средств. Его развитие к настоящему времени выразилось в создании систем операционного моделирования и ситуационных центров.

Стоит сказать, что институту приходилось с большим трудом отстаивать перед руководством отрасли свои оценки направлений перспективного развития. К настоящему времени практика, как критерий истины, показала, что при создании авиационной техники третьего и четвертого поколений никаких стратегических ошибок нами допущено не было.

Актуальность направления системного анализа и внешнего проектирования, которое развивается в ГосНИИАС уже более 40 лет, в последние годы возрастает. В сегодняшних реалиях приходится заниматься и новыми направлениями — такими, как сетецентрические технологии, позволяющие быстро и глобально обмениваться информацией. Эти технологии меняют представление о высокоточном оружии, и их следуют учитывать при оценке эффективности авиационных комплексов.

Сегодня ФГУП «ГосНИИАС», успешно миновавший сложный для всей отрасли период «безвременья» 90-х гг., имеет твердые позиции в ряде ключевых направлениях деятельности, что позволяет ему уверенно смотреть в будущее. Одна из примет этого будущего — формирование в нашей стране мощнейшей авиационной научно-исследовательской структуры, объединяющей ведущие отраслевые НИИ. «В ближайшее время должен быть сформирован НИЦ им. академика Жуковского, в него войдет и ГосНИИАС, — говорит генеральный директор института Сергей Желтов. — Фактически НИЦ сможет обеспечить наработку заделов на будущее, а именно это было растеряно за предыдущие десятилетия, когда не было должного финансирования в данном направлении. Предстоит выработать комплексный план НИР на будущие 20—25 лет. Уже в скором времени будет подписан устав НИЦ и назначено руководство. При этом облик и бренд ГосНИИАС как ведущего отраслевого института останется неизменным, но он сможет перейти в разряд бюджетных учреждений, благодаря чему появятся и столь долгожданные государственные задания на научно-исследовательские работы».