Hi-Tech новости 20 Февраля 2013 года
Данная новость была прочитана 8623 раза

Мировой опыт управления научно-техническим прогрессом в авиастроении. Опыт NASA, ACARE (DLR, ONERA, NLR). Стратегии научно-технического развития и порядок выполнения НИОКР

Мировой опыт управления научно-техническим прогрессом (НТП) в авиастроении отличается от отечественного опыта наличием трех основных моментов: интегрированных структур авиационной науки в США и ЕС, стратегии научно-технического развития авиации, определенного порядка проведения научно-исследовательских разработок.

Выполненный анализ мирового опыта управления НТП позволяет утверждать, что эффективность интегрированных структур управления авиационной наукой обеспечивается в первую очередь развитыми технологиями стратегического планирования и концептуального проектирования. Обратимся к этому опыту.

Интегрированные структуры авиационной науки в США

Федеральные власти США финансируют исследовательские лаборатории через посредничество специализированных агентств. Агентства помимо финансирования «внешних» проектов сами в полном объеме выполняют исследования и разработки. Наиболее крупными агентствами являются National Science Foundation (NSF), National Aeronautics and Space Administration (NASA), National Institutes of Health (NIH). МО США представлено Агентством передовых оборонных научных проектов (DARPA), Департаментом Военно-воздушных сил, Департамент Военно-морских сил.

Формирование государственной политики в области развития авиационной науки осуществляется в рамках обеспечения обороноспособности и национальной безопасности, а также понимания исключительного значения национальной авиационной транспортной системы для экономического развития стран, международной конкурентоспособности.

Основная роль в развитии авиационных НИОКР среди федеральных агентств США принадлежит NASA, Федеральному авиационному агентству министерства транспорта (FAA) и министерству обороны (DoD или МО) США.

Национальное авиационно-космическое агентство США является государственной организацией, на которую возложены функции организации работ по проведению научных исследований и технологических разработок, обеспечивающих сохранение лидирующей роли США в области авиации и космонавтики. Организационная структура NASA призвана обеспечить поддержку всех направлений деятельности экономики США, которые в той или иной мере оказывают влияние на состояние и перспективы развития аэрокосмической промышленности страны. В некоторых аспектах, в частности по численному составу, разнообразию решаемых задач, специализации отдельных исследовательских центров, авиационная часть структуры NASA в значительной степени соответствует авиационному научно-исследовательскому сообществу СССР. Однако имеются и существенные различия.

Главной задачей NASA в научном плане является разработка новых технических решений в интересах развития авиации и освоения космоса. Для этих целей в США еще в 1915 г. был создан Национальный комитет по аэронавтике, который в 1958 г. был преобразован в NASA.

В структуре исполнительной власти NASA подчиняется вице-президенту США (рис. 1). Бюджет NASA утверждается Конгрессом отдельной строкой. Для выработки стратегии развития в NASA образован Наблюдательный совет, состоящий из наблюдательных комитетов по космонавтике и авиации, последний из которых состоит из нескольких подкомитетов по направлениям, в частности, подкомитета по научным исследованиям и новым технологиям. Решения Наблюдательного совета носят рекомендательный характер, но поскольку в его состав входят наиболее авторитетные специалисты страны, то, как правило, выработанная стратегия принимается за основу деятельности.

NASA в структуре исполнительной власти США

Организационная структура NASA состоит из нескольких директоратов, отвечающих за исследования в области авиации, фундаментальные научные исследования, космические системы и освоение космоса. Директорат по авиационным исследованиям возглавляет заместитель администратора NASA по аэронавтике. Авиационный директорат опирается в своей работе на четыре головных научно-исследовательских центра (НИЦ), каждый из которых специализируется в своей области (рис. 2).

Структура директората по авиационным исследованиям

Эти центры имеют уникальные экспериментальные установки, штат научных работников и являются ресурсной базой, обеспечивающей NASA лидирующее положение в мире в области как научных исследований, так и разработки новейших технологий. Научно-исследовательские центры проводят исследования в тесном контакте с другими организациями через совместные договоры, участвуя в программах, финансируемых NASA. Ведутся также исследования в интересах других отраслей промышленности, направленные главным образом на получение концептуальных решений по перспективным летательным аппаратам, а также на разработку базовых технологий, без которых промышленность была бы не в состоянии создавать новые летательные аппараты. В США существенное внимание уделяется работам, проводимым академическим сообществом по заказу NASA, прежде всего университетами. Во всех перечисленных случаях NASA финансирует работы, контролирует выполнение и принимает результаты для их оценки и дальнейшего использования в более крупных программах или в своих центрах по трансферу технологий, которые, по сути, представляют высокоэффективные внедренческие центры.

В компетенцию заместителя администратора NASA по аэронавтике входит руководство разработкой стратегии, планированием, исполнением авиационных проектов и исследовательских программ, касающихся авиационно-космической техники, их оценка, а также управление научно-исследовательскими центрами. Руководитель директората по исследованиям в области аэронавтики является также ответственным в пределах своей компетенции за связь с Конгрессом США и другими правительственными органами, Наблюдательным комитетом, промышленностью, университетами.

Научно-исследовательские центры реализуют авиационные программы, управляют ими и вместе с директоратом по авиационным исследованиям принимают участие в разработке стратегических планов и требований к будущим научным работам и исследовательскому оборудованию. Научно-исследовательские центры NASA являются государственными бесприбыльными научными центрами. Отличительной особенностью деятельности центров является то, что трансфер разработанных технологий в промышленность они осуществляют на безвозмездной основе. При этом каждый из представленных выше центров решает определенный круг задач. Познакомимся с ними поближе.

Научно-исследовательский центр им. Эймса расположен в Калифорнии и является одним из основных центров NASA, использующим уникальный комплекс мощных вычислительных средств и национальный комплекс для аэродинамических исследований полноразмерных ЛА, включающий в себя около 30 современных аэродинамических труб для проведения исследований в широком диапазоне скоростей: от дозвуковых до гиперзвуковых. В отдельных аспектах своей деятельности Центр им. Эймса соответствует структурам российского ЦАГИ. Основные области исследований:

  • аэротермодинамика и разработка методов прогнозирования;
  • анализ и междисциплинарная оптимизация перспективных аэрокосмических аппаратов;
  • аэродинамика больших углов атаки, разработка технологий для гиперзвукового ЛА, винтокрылых аппаратов;
  • исследования влияния человеческого фактора в системах управления авиационно-космических аппаратов и в управлении воздушным движением;
  • авионика ЛА;
  • повышение точности навигационных систем и перспективных средств автоматизации управления воздушным движением в зоне аэропорта.

В данном центре разрабатываются высокопроизводительные вычислительные методы аэродинамики и прочности конструкций. Численное моделирование проводится на уникальной вычислительной системе, которая является наиболее эффективной и мощной в мире.

Летно-исследовательский центр им. Драйдена является главным научно-практическим комплексом NASA, предназначенным для проведения летных исследований и испытаний. По своим задачам центр практически аналогичен российскому Летно-исследовательскому институту. В НИЦ проводятся летные исследования всех экспериментальных летательных аппаратов NASA, включая самолеты с крылом обратной стреловидности, с системой управления вектором тяги. На экспериментальных аппаратах NASA отрабатываются техника пилотирования и приборно-измерительное оборудование, проверяются расчетные методики для комплексных систем управления полетом и двигателями, определяется корреляция базы данных по двигателю и системам управления для разработки расчетных критериев перспективных ЛА. В центре также ведутся и фундаментальные исследования, например, по ламинаризации потоков на сверхзвуковых скоростях полета, исследования по звуковому удару.

НИЦ им. Лэнгли оказывает существенное влияние на перспективы развития авиации США по всем ее направлениям. Центр обладает мощной экспериментальной базой, состоящей из 40 аэродинамических труб, включая криогенную трансзвуковую трубу с натурными числами Рейнольдса, более десяти экспериментальных установок для исследования свойств материалов, прочности конструкций и прогнозирования их ресурса. Особенно Центр известен в области аэротермодинамики, вычислительной аэрогидродинамики и аэроупругости, робототехники, систем воздушно-реактивных двигателей. Кроме того НИЦ является одним из ключевых центров NASA в разработке систем управления летательных аппаратов, визуальной индикации и сетевых баз данных. Центр также успешно занимается исследованиями перспективных материалов и конструкций, выполненных из металлов и композитов, в том числе из карбонов. По многим аспектам деятельности НИЦ им. Лэнгли имеет сходство с ЦАГИ и ВИАМ.

Главной специализацией НИЦ им. Гленна является исследование силовых установок для самолетов и различных энергетических систем. В этой части он является аналогом отечественного ЦИАМ. В Центре им. Гленна ведутся обширные исследования по высокотемпературным металлическим и композиционным материалам для перспективных силовых установок, а также материалам для космических аппаратов. В Центре им. Гленна выполняются также исследования по обледенению и разработке противообледенительных систем, которые проводятся в специальной аэродинамической трубе, моделирующей обледенение. Большое внимание в исследовательских программах центра уделяется улучшению акустических характеристик силовой установки, снижению эмиссии отработавших газов и новым конструктивным решениям.

НИЦ имеет свою летную базу — Палм Брук, которая располагает уникальными воздушно-космическими испытательными установками, соответствующими площадями для проведения сложных испытаний, связанных с использованием жидкого водорода, кислорода и ядерных материалов.

В своей деятельности NASA постоянно обновляет долгосрочные задачи и цели по новым техническим решениям и технологиям в области авиации. Реализация этих целей, поставленных NASA на 10-20 лет, практически обеспечивает превосходство США в области авиации и космонавтики. В качестве примера в таблице 1 приведены задачи NASA на 10-20-летнюю перспективу в области гражданской авиации.

Таблица 1

Характеристика

Поставленная цель
Безопасность полета Снизить коэффициент аварийности в 5 раз за 10 лет, в 10 раз за 20 лет
Экологичность Снизить эмиссию отработавшего газа в 3 раза за 10 лет, в 5 раз за 20 лет. Снизить уровень шума в 2 раза за 10 лет (3 EPN дБ), в 4 раза за 20 лет (6 EPN дБ)
Производительность авиатранспортной системы Увеличить пропускную способность авиационной транспортной системы в 3 раза за 10 лет
Экономичность Снизить стоимость полета на 25 % за 10 лет, на 50 % за 20 лет

При этом особый акцент делается на партнерство с заинтересованными организациями, такими как FAA, Министерство обороны и др., входящими в Межотраслевой офис объединенного планирования и развития (Joint Planning and Development Office, JPDO). Новый подход в организации исследований в NASA заключается в постановке на национальном уровне и в комплексном решении крупных долгосрочных исследовательских задач, которые позволят значительно повысить эффективность, качество, надежность, безопасность авиатранспортной системы следующего поколения. Все долгосрочные и актуальные исследования имеют конкретную цель и увязаны между собой. Долгосрочные НИОКР постоянно контролируются и пересматриваются по заранее составленному графику.

В соответствии с принципами организации работ в NASA, все научные исследования работают только на конкретные проекты и программы. В NASA сформулированы четыре основные долгосрочные программы:

  • Программа фундаментальных исследований по четырем направлениям: гиперзвуковая техника, сверхзвуковая техника, дозвуковая техника - ЛА с неподвижным крылом, дозвуковая техника - винтокрылые летательные аппараты;
  • Программа повышения надежности и безопасности авиационной техники;
  • Программа развития аэрокосмических систем;
  • Программа совершенствования наземных и летных испытаний, исследований и экспериментальной базы.

При этом устанавливается строгая иерархия проведения работ по каждой программе, которая отражает движение от моделирования на дисциплинарном уровне к интегрированным системам, от уровня одной отрасли промышленности на межотраслевой уровень (рис. 3). NASA является инициатором такой межотраслевой интеграции. Таким образом, по сути, был создан многофункциональный, высокоинтегрированный авиационный комплекс США (aeronautics enterprise).

Иерархия проведения комплексных НИОКР в NASA

Национальная политика США в области авиационных НИОКР рассматривает авиационный комплекс как сложную систему, включающую все элементы авиации (как военной, так и гражданской). К ним относятся управление авиационной транспортной системой, авиационная инфраструктура, научно-технические и инженерные кадры (людские ресурсы), вовлеченные в процессы проектирования, изготовления эксплуатации. Повсеместно используется системный подход, который требует тесной координации усилий между многочисленными правительственными департаментами и агентствами, также как и между промышленностью, университетами и другими неправительственными организациями.

Организация авиакосмических НИОКР в Европе

В Европейском Союзе исследования в области авиации и космонавтики осуществляются на основании разработанного и принятого документа: «Европейская аэронавтика: видение на 2020 г.» ("European Aeronautics: A Vision for 2020"). В соответствии с этой концепцией в Европе в 2001 г. был создан Консультативный совет по исследованиям в аэронавтике (Advisory Council for Aeronautics Research in Europe (ACARE)).

Совет ACARE имеет достаточно сложную структуру. Он включает в свой состав:

  • свыше 40 членов;
  • 2-х сопредседателей;
  • представителей 27 стран-членов ЕС;
  • 2-х представителей Еврокомиссии (общих директоратов (DG) RTD и TREN);
  • 3-х представителей исследовательских организаций (DLR, ONERA, NLR);
  • 9-х представителей промышленных фирм (LIEBHERR-AEROSPACE LINDENBERG GmbH, SAFRAN, SMITHS AEROSPACE, BAE SYSTEMS, THALES Avionics, SABCA, ROLLS-ROYCE plc, AIRBUS S.A.S., Alenia Aeronautica S.p.A.);
  • представителей Ассоциации европейских авиалиний (Association of European Airlines), аэропорта Дубровник, Европейского агентства авиационной безопасности (European Aviation Safety Agency) и представителя организации EUROCONTROL.

Генеральной целью ACARE определено формирование и продвижение Перечня стратегических исследований (Strategic Research Agenda), который должен воздействовать на все заинтересованные органы и организации при формировании программ исследований, особенно национальных программ и программ ЕС, с тем, чтобы они придерживались положений документа «Европейская аэронавтика: видение на 2020 г.» и установленных в нем целей.

Для реализации указанной генеральной цели ACARE выполняет следующие функции:

  • инициирует подготовку и одобряет Перечень стратегических исследований и периодически его обновляет;
  • дает стратегические и оперативные рекомендации, а также проводит исследования Комиссии ЕС по реализации Перечня стратегических исследований и достижению целевых установок документа «Европейская аэронавтика: видение на 2020 г.»;
  • оценивает общие результаты и выгоды выполнения Перечня стратегических исследований для стран-членов ЕС, Еврокомиссии и заинтересованных органов и организаций;
  • рекомендует меры по оптимизации использования существующей инфраструктуры исследований и обеспечению экономической эффективности инвестиций, а также меры по улучшению политики в области образования для воспроизводства исследователей, инженеров и лиц других профессий, в которых нуждается авиационный сектор экономики;
  • разрабатывает и осуществляет стратегию Еврокомиссии по поддержке осведомленности в Перечне стратегических исследований и распространении информации по исследовательским программам заинтересованных сторон для облегчения нахождения консенсуса по приоритетам.

Для решения этих и других задач созданы специализированные научно-исследовательские центры.

Ведущими научными центрами Европы в аэрокосмической области являются государственные организации DLR, ONERA, NLR. При координации со стороны ACARE они ведут разработки в рамках Перечня стратегических исследований, в том числе, во взаимодействии с промышленностью.

Поддержка НИОКР со стороны государств осуществляется не только прямым финансированием конкретных работ. Большое значение имеет институциональное содействие, носящее долговременный характер и ориентированное на поддержку научных учреждений. Например, в Германии это, прежде всего, субсидии, предоставляемые федерацией и землями в рамках совместного финансирования исследовательских учреждений.

Вкратце об основных исследовательских центрах Европы в области авиации.

Французский авиационно-космический исследовательский центр ONERA. Здесь ведутся все направления исследований, связанные с разработкой летательных аппаратов (ЛА): от самолетов и вертолетов до ракет и космических аппаратов. ONERA находится в подчинении Министерства обороны и получает государственное финансирование в размере более 50% от фактически необходимого. Главными задачами ONERA являются:

  • формирование основных направлений научных исследований в масштабах страны, организация их проведения, при сохранении собственной лидирующей роли в аэрокосмической области;
  • оказание помощи государственным учреждениям, занимающимся разработкой и координацией гражданской и военной аэрокосмической политики;
  • коммерциализация результатов своей деятельности, передача их внедренческих компаниям, поощрение использования этих результатов промышленностью, включая неаэрокосмический сектор экономики;
  • поддержка образовательной политики государства.

ONERA имеет разветвленную структуру из пяти региональных центров, обладает мощной экспериментальной базой с десятками аэродинамических труб, установок для исследования проблем прочности, акустики и т.п. Аэродиоамические оборудование ONERA удовлетворяет всем потребностям Франции и ее европейских партнеров в проведении испытаний в широком диапазоне скоростей потока: от дозвуковых до гиперзвуковых скоростей, соответствующих числу М=20.

В прошлом ONERA полностью финансировался государством. Сокращение госзаказа в течение последних 10 лет привело к внедрению новых рыночных подходов в деятельности центра. Было создано новое подразделение по стратегическому планированию и развитию бизнеса. Оно проводит анализ потребностей в наукоемких разработках и исследованиях во Франции, а также на аэрокосмических рынках Европы и всего мира. Подразделение организационно поддерживает участие Франции в Европейских исследовательских программах.

Немецкий аэрокосмический центр DLR выполняет, наряду с исследовательскими, еще и функции немецкого космического агентства. DLR управляет космической деятельностью Германии от имени правительства страны. Кроме космической тематики, центр работает в сфере аэронавтики, энергетики, транспорта, высокотехнологичных инноваций и трансфера технологий.

Структурно DLR состоит из 30 институтов, расположенных в 8 городах. В общей сложности в центре работает около 5000 человек. Примерно 65% финансирования поступает из государственной казны, 35% — средства, заработанные по рыночным контрактам.

Руководят текущей работой DLR президент и правление, состоящее из 5 человек. В формировании стратегии развития центра принимают участие генеральная ассамблея DLR и научно-технический совет, имеющие рекомендательные функции.

Национальный авиационный исследовательский центр Великобритании «QinetiQ» на сегодня - наиболее крупный в Европе исследовательский центр, насчитывающий около 9000 сотрудников. Находится в процессе приватизации. В настоящее время идет глубокая реструктуризация центра во всех региональных отделениях, а их более 35.

Главные задачи, которые ставит перед центром его новое руководство, сводятся к следующему:

  • оставаться ведущей научно-исследовательской организацией, выполняющей работы в интересах Министерства обороны;
  • разрабатывать востребованные на рынке технологии в области транспорта, здравоохранения, энергетики, телекоммуникаций;
  • создавать совместные предприятия, в том числе с зарубежными компаниями, для продвижения своих технологий на глобальные рынки.

Голландский национальный исследовательский центр NLR специализируется в области аэрокосмических исследований и разработок. Это первый в Европе частный национальный научный центр. Около 75% средств на свое существование NLR зарабатывает за счет исследовательских контрактов, 25% составляют государственные субсидии как на поддержание и разработку уникальной исследовательской базы, так и на проведение фундаментальных исследований. Численность 900 человек. Региональные центры расположены в Амстердаме, Маркнессе и Уде Меере.

Спектр исследований центра весьма широк:

  • динамика жидкости, прикладная и вычислительная аэродинамика, аэроупругость, аэроакустика;
  • вибрации, динамика полета, моделирование и тренажеростроение;
  • человеческий фактор в динамике полета, разнообразные вопросы развития воздушного транспорта, летные испытания и безопасность, аэропорты и управление воздушным движением, влияние авиации на окружающую среду;
  • информационные и коммуникационные технологии, авионика, прочность и материалы, исследования космоса.

Голландский центр часто выступает в качестве научного брокера, организуя контакты заинтересованных сторон и зарабатывая на предоставлении своей структуры для проведения междкнародных исследовательских программ.

Центры ONERA, DLR, «QinetiQ» и NLR проводят хорошо согласованную научную политику в рамках европейских научно-исследовательских программ.

В целом, западные государства, являясь важным заказчиком авиационной и космической техники, влияют на развитие отрасли посредством финансирования НИОКР. При этом администрации играют важную роль в передаче технологий и стимулируют конкурентоспособность авиатехники на рынках.

Госаппарат также выступает в роли арбитра и «регулятора» на коммерческом рынке. При этом авиационная промышленность как в США, так и в других зарубежных странах является важным объектом строгого госрегулирования, субсидирования и ограничительных мер. Кроме того, государство играет главенствующую роль в реализации мер обеспечения безопасности полетов, эффективности управления воздушным движением.

В США и в ЕС используется централизованный подход при формировании политики в области НИОКР по аэронавтике. Этот подход основан на целях и задачах в области таких НИОКР, достижение которых необходимо для реализации генеральных установок в области аэронавтики. Выработка такого подхода осуществляется на межведомственной основе и на основе государственно-частного партнерства с привлечением представителей промышленности, научной общественности, воздушного транспорта и других заинтересованных органов и организаций. В США при этом более четко конкретизированы сферы ответственности и функции государства, министерств и ведомств по реализации национальной политики в области НИОКР по аэронавтике. Целевые установки и приоритеты исследований, определенные в политике в области НИОКР по аэронавтике реализуются посредством стратегических планов и бюджетных программ соответствующих ведомств США, Рамочных программ ЕС и Рабочих программ по их выполнению.

Стратегии научно-технического развития авиации за рубежом

Таким образом, технологическое обеспечение авиационных проектов нового поколения осуществляется национальными центрами отраслевой науки: NASA, FAA и DARPA (США) и ACARE (ЕС). В США создание национальных приоритетов в области военной авиации финансирует Министерство обороны.

Стратегия развития американской авиации получила свое отражение в «Национальном плане перспективных НИОКР в области авиации», утвержденном президентом США 21 декабря 2007 г. В этом Плане, в частности, утверждены приоритетные направления, предложенные NASA и согласованные со всеми заинтересованными ведомствами и организациями страны:

  • Воздушное движение и перевозки;
  • Национальная безопасность и обороноспособность;
  • Авиационная безопасность;
  • Энергетика и экология самолетов;
  • Воздушный транспорт;
  • Воздушная транспортная система следующего поколения.

В последнее время NASA приступило к крупномасштабной программе исследований интегрированных систем ISPR (Integrated Systems Research Program), руководимой Управлением авиационных исследований. Дополнительная программа ISPR впервые была включена в бюджет 2010 года (млн. долларов):

  • Полный бюджет – 18686;
  • На авиационные НИОКР – 507,0;

По программам:

  • Фундаментальные исследования – 228,4;
  • Авиационная безопасность – 60,1;
  • Национальное воздушное пространство – 81,4;
  • Испытания – 74,7.

По уровням:

  • фундаментальные научные исследования;
  • междисциплинарные исследования;
  • перспективные структуры;
  • интеллектуальные и адаптивные системы;
  • комплексные интерактивные системы.

Бюджет NASA на авиационные НИОКР, принятый в 2010 году отражен в таблице 2.

Таблица № 2. Ассигнования на авиационные исследования NASA (млн.долл.)

Финансовый год

2008
(фактич.)

2009
(принят)

2010 2011
2012

2013
2014
Бюджетная заявка президента на 2010 ф.г., в т.ч.: 511,4 650,0 507,0 514,0 521,0 529,0 536,0
Авиационная безопасность 66,5 89,3 60,1 59,6 59,2 61.7 62.5
Система воздушного движения 100,1 121,5 81,4 82,9 83,9 87,2 88,3
Фундаментальные основы авиации 269,6 307,6 228,4 230,0 233,6 239,0 245,9
Авиационные испытания 75,1 131,6 74,7 77,1 77,2 76,6 78,7
Интегрированные системные исследования 0 0 62,4 64,4 67,1 64,4 60,5

Американский план во многом аналогичен «Стратегическому плану исследований» Консультативного совета по вопросам исследований в области аэронавтики в Европе (ACARE).

Отличительной особенностью американского плана является то, что он имеет своей целью интегрирование технологий при создании нового летательного аппарата. При этом американцами учитывается разработка решений на уровне компонентов самолета (кабина, крыло, силовая установка, фюзеляж и др.), что позволит использовать результаты для ряда новых концепций самолета, а именно, так называемого «экологически чистого» самолета, «летающего крыла» или самолета с несущим корпусом, «дешевого аэробуса».

Основная цель проекта – преодолеть барьеры, которые препятствуют эффективному проектированию самолетов новых конфигураций, что послужит решению проблем доступности, экологии и эффективности воздушного транспорта на основе новых технологий.

Порядок научно-исследовательских разработок

Следует отметить, что порядок выполнения и координация научно-исследовательских разработок за рубежом и, в первую очередь, в США базируется на анализе соответствия исследований уровню готовности технологий (таблица 3). Такой подход гарантирует разработчикам практический успех и инновационную привлекательность результатов.

Таблица 3. Уровни готовности технологий (УГТ)

Уровни готовности технологий (УГТ) Описание соответствия научно-технических разработок уровням готовности технологий

Уровень 1.
Выявлены и документированы основные принципы.

Это самый низкий УГТ. Развертываются научные исследования по переходу к прикладным исследованиям и разработкам. Примеры могут включать «бумажные» исследования по основополагающим свойствам технологий.
Уровень 2.
Сформулированы технологическая концепция и/или возможные применения.
Начинается изобретательская деятельность. Поскольку выявлены фундаментальные принципы, то может быть начато изучение возможных практических применений. Эти применения носят умозрительный (ненадежный) характер. Отсутствуют доказательства или детальные анализы в поддержку предположений. Примеры пока ограничиваются «бумажными» исследованиями.
Уровень 3.
Имеются аналитические и экспериментальные подтверждения по важнейшим функциональным возможностям и/или характеристикам для данной концепции.
Начаты активные исследования и разработки. Они включают аналитические исследования, а также лабораторные исследования, направленные на физические подтверждения аналитических предсказаний по отдельным элементам технологии. Примеры включают компоненты систем, которые еще не интегрированы между собой или неадекватны реальным изделиям.
Уровень 4.
Компоненты и/или макеты проверены в лабораторных условиях.
Основные технологические компоненты интегрированы с целью проверки, что отдельные составляющие могут работать совместно. Данный УГТ является еще относительно «малодостоверным» по сравнению с конечной системой. Примеры включают интеграцию отдельных устройств в лабораториях.
Уровень 5.
Компоненты и/или макеты проверены в условиях, близких к реальным.
Достоверность «макетной» технологии значительно возросла. Основные технологические компоненты интегрированы с подходящими другими («поддерживающими») элементами, и технология может быть испытана в моделируемых условиях. Примеры включают «высокодостоверную» лабораторную интеграцию компонентов.
Уровень 6.
Модель или прототип системы/подсистемы продемонстрированы в условиях, близких к реальным.
Репрезантивная (достаточно адекватная) модель или прототип системы, более продвинутые по сравнению с макетами на УГТ 5, испытаны в условиях, близких к реальным. Это важный шаг в демонстрации готовности технологии. Примеры включают испытания прототипа в высокодостоверных лабораторных условиях или в моделируемых эксплуатационных условиях.
Уровень 7.
Прототип системы прошел демонстрацию в эксплуатационных условиях.
Прототип отражает планируемую штатную систему или близок к ней. Это важный шаг вперед по сравнению с УГТ 6 с демонстрацией прототипа реальной системы в эксплуатационных условиях (на летательном аппарате, наземной машине или в космосе). Примеры включают испытания прототипа системы на летающей лаборатории.
Уровень 8.
Создана штатная система и освидетельствована (квалифицирована) в летных условиях посредством испытаний и демонстраций.
Технология проверена на работоспособность в своей конечной форме и в ожидаемых условиях эксплуатации. В большинстве случаев данный УГТ соответствует окончанию разработки подлинной системы. Примеры включают фирменные (заводские) испытания и оценки системы в составе конечного образца вооружения и военной техники, чтобы установить, отвечает ли система установленным требованиям.
Уровень 9.
Штатная системы проверена в полетах при успешном выполнении операций (задач).
Фактическое использование технологии в ее конечной форме и в условиях выполнения задачи. Например, в эксплуатационных (войсковых) испытаниях. В большинстве случаев это подтверждение окончания разработки подлинной системы. Примеры включают использование системы в условиях выполнения эксплуатационных задач.

Определение такого соответствия осуществляется на основе экспертных оценок, как фирмами-разработчиками, так и заказывающими организациями.

Принятый в NASA порядок развития научно-технических разработок по своему содержанию не противоречит российским стандартам, определяющим порядок разработки и выполнения других этапов жизненного цикла изделий авиационной техники.

Потребность в решении принципиально новых задач развития, например, создание экологически чистого самолета, скоростного вертолета или высотного беспилотного аппарата заставляет авиационную науку искать способы и средства их решения, еще неизвестные на практике. В начале область поиска новой концепции безгранична и неопределенна, а вероятность находки правильного решения ничтожна мала. Любой проект, предложенный в этот момент, не может быть поддержан лицами, принимающими решение, если они не будут уверены в его эффективности и технической реализуемости.

Полный цикл комплексного исследования по опыту американцев включает 4 последовательно выполняемых этапа концептуального исследования или проектирования (см. рис. 4). На рис. 5 представлены функции системного интегратора в концептуальном проектировании.

Комплексное исследование технологий

Функции системного интрегратора в концептуальном проектировании

При концептуальном проектировании на 1 этапе специалистами предлагается множество способов и устройств, которые могут быть полезны для решения новой задачи на практике. Этот этап сопровождается обязательной оценкой чувствительности характеристик систем будущего самолета к разнообразным нововведениям.

На 2 этапе рассматриваются различные комбинации из предложенных новшеств (часто несовместимых), которые позволяют сформировать ряд возможных концепций изделия в целом. Характеристики вариантов оцениваются и сравниваются, из них выбираются наиболее эффективные для детального рассмотрения.

На 3 этапе выявляются критические технологии, положенные в основу выбранной концепции, оказывающие на ее эффективность определяющее влияние или недостаточно изученные. Таким образом, формируются направления специальных исследований, от которых зависит доказательство технической реализуемости изделия в целом.

4 этап посвящается экспериментальным исследованиям (физическим, стендовым, натурным), которые позволяют подтвердить предварительные оценки характеристик изделия и на этой основе дать доказательства его реализуемости и наличия эксплуатационных преимуществ.

Дальнейшие этапы разработки по своему содержанию соответствуют более сложной стадии эскизного проекта, который связан с созданием макета изделия, изготовлением и испытаниями демонстраторов технологий в натурных условиях. Следовательно, последующие уровни, как правило, превосходят компетенцию научных учреждений, поскольку требуют проектирования, изготовления и эксплуатации действующих образцов авиатехники, т.е., всего того, что составляет компетенцию промышленных предприятий.

Если основным ресурсом для НИР являются научные коллективы и экспериментальная база научно-исследовательских организаций, то обеспечение более высоких уровней готовности технологий к практическому применению требует разработки конструкторской документации, организации опытного производства и эксплуатации прототипа для демонстрации новых технологий. Эти этапы научно исследовательских разработок в обязательном порядке требуют привлечения предприятий промышленности.

В то же время, в единой системе управления разработкой новых технологий все этапы могут рассматриваться как единый процесс только при наличии централизованного управления, которое мотивировано достижением крупных научных целей. В такой постановке задача управления была решена в США именно благодаря NASA.

Говоря о применимости такого опыта в России, следует отметить, что для внедрения подобной системы нужен не только государственный научный центр авиастроения, но и единый порядок разработки новых технологий на основе отечественных стандартов жизненного цикла изделий, а также его финансирования при общем научном руководстве жизненным циклом всей разработки.

Авторы:
А.В. Дутов, к-т эк. наук, генеральный директор ЦНИИ им. академика А.Н. Крылова,
В.Н. Половинкин, д-р тех. наук, профессор

Публикация подготовлена сотрудниками CompMechLab®  по материалам сайта Союз Машиностроителей России.

Другие новости по этой теме на сайте FEA.ru:

20.11.2012 На КнААПО за 17 млрд. руб. будет создано современное авиационное производство будущего