МС-21 – история, ПД-14, импортозамещение, перспективы

В 2000-е годы, параллельно с программой Sukhoi Superjet 100, в России начался второй крупный авиационный проект – среднемагистральный узкофюзеляжный лайнер, призванный конкурировать с Boeing 737 и Airbus A320. Если SSJ100 занимал региональную нишу на 75–100 мест, то новый самолёт должен был закрыть основной сегмент рынка – машины на 150-210 пассажиров, на которые приходится более половины мирового пассажиропотока. Проект получил обозначение МС-21 (Магистральный Самолёт XXI века), а головным разработчиком стала корпорация «Иркут» (ныне – подразделение ОАК), базирующаяся при Иркутском авиационном заводе.

Первый полёт МС-21-300 состоялся 28 мая 2017 года в Иркутске. К этому моменту проект находился в разработке более десяти лет, пережил несколько пересмотров концепции, смену двигателей и начало масштабной программы импортозамещения. МС-21 стал самым амбициозным гражданским авиационным проектом в истории постсоветской России – и самым сложным с точки зрения технических и политических вызовов, с которыми ему пришлось столкнуться.

Место на рынке

Сегмент узкофюзеляжных среднемагистральных самолётов – крупнейший в мировой гражданской авиации по количеству произведённых машин. Boeing 737 всех поколений разошёлся тиражом более 11 000 экземпляров, семейство Airbus A320 – более 11 500. Совокупно эти два типа обслуживают большинство маршрутов протяжённостью от 1 000 до 6 000 км по всему миру. Ни один другой производитель к началу 2010-х не смог закрепиться в этом сегменте: китайский COMAC C919 находился на ранней стадии разработки, а все прочие попытки – от советских Ту-204/Ту-214 до японского Mitsubishi SpaceJet – не привели к коммерческому успеху.

МС-21 проектировался как прямой конкурент Boeing 737MAX и Airbus A320neo – самолётов нового поколения с ремоторизованными двигателями и улучшенной аэродинамикой. Ставка делалась на то, что российский самолёт сможет предложить сопоставимые или лучшие лётные характеристики за счёт технологических решений, которые Boeing и Airbus в своих программах не применяли – прежде всего композитного крыла.

Внутренний рынок обеспечивал базовый спрос. Российские авиакомпании к 2020 году эксплуатировали около 500 узкофюзеляжных Boeing 737 и Airbus A320, и все они рано или поздно требовали замены. После 2022 года, когда поставки новых западных машин прекратились, этот спрос из перспективного превратился в острый.

Конструкция

МС-21 – низкоплан классической аэродинамической схемы с двумя двигателями под крылом, однокилевым хвостовым оперением и убираемым трёхопорным шасси. По компоновке он не отличается от Boeing 737 или A320, но несколько конструктивных решений выделяют его на фоне конкурентов.

Фюзеляж МС-21 имеет внутренний диаметр 4,06 метра – на 10–15 сантиметров шире, чем у Boeing 737MAX (3,54 м) и Airbus A320neo (3,95 м). Разница кажется небольшой, но она позволяет установить кресла шириной 18 дюймов в экономическом классе при компоновке 3+3 с комфортным проходом, тогда как в 737-м кресла стандартной ширины оставляют заметно меньше пространства. Для пассажира это ощутимо на рейсах продолжительностью три–пять часов. Длина фюзеляжа базовой версии МС-21-300 составляет 42,2 метра, размах крыла – 35,9 метра, максимальная взлётная масса – около 79 250 кг.

Пассажировместимость в типовой двухклассной конфигурации – 163 места, в плотной одноклассной – до 211. Крейсерская скорость – 870 км/ч на высоте 11 600 метров. Практическая дальность МС-21-300 – около 6 000 км с полной коммерческой нагрузкой, что покрывает маршруты от Москвы до Новосибирска, Ташкента, Стамбула или Дубая.

Композитное крыло

Главная конструктивная особенность МС-21 – крыло, изготовленное из углепластиковых композитных материалов (углеродное волокно в полимерной матрице, CFRP – Carbon Fiber Reinforced Polymer). МС-21 стал первым узкофюзеляжным лайнером в мире с полностью композитным крылом. Ни Boeing 737MAX, ни Airbus A320neo композитного крыла не имеют – их крылья выполнены из алюминиевых сплавов, как и у предыдущих поколений.

Композитное крыло даёт несколько преимуществ. Углепластик позволяет создавать более тонкий и аэродинамически чистый профиль с большим удлинением, чем алюминиевый аналог той же массы. Увеличенное удлинение крыла снижает индуктивное сопротивление – основную составляющую аэродинамического сопротивления в крейсерском полёте. По расчётам ОКБ Яковлева (которое вело аэродинамическое проектирование крыла), это обеспечивает снижение расхода топлива на 6–8% по сравнению с металлическим крылом аналогичной площади.

На широкофюзеляжных лайнерах композитные конструкции применяются давно: Boeing 787 и Airbus A350 имеют композитные фюзеляж и крыло. Однако в узкофюзеляжном сегменте, где конкуренция по цене особенно жёсткая, Boeing и Airbus сочли композитное крыло экономически нецелесообразным для ремоторизованных 737 и A320 и ограничились точечными улучшениями аэродинамики. МС-21 в этом отношении пошёл дальше.

Производство композитных панелей крыла ведётся на предприятии «АэроКомпозит-Ульяновск» методом вакуумной инфузии. Технология предполагает пропитку сухой углеродной преформы связующим составом в автоклаве – процесс, позволяющий получить крупногабаритные панели с высокой точностью и минимумом дефектов. Первоначально использовалось импортное углеродное волокно (японское Toray и американское Hexcel), но после введения санкций в 2018 году произошёл переход на российское волокно производства «Росатома» (предприятие «Алабуга» в Татарстане и UMATEX).

Двигатель ПД-14

МС-21 изначально проектировался под два варианта силовой установки: американский Pratt & Whitney PW1400G из семейства GTF (Geared Turbofan) и российский ПД-14 разработки ОДК (Объединённая двигателестроительная корпорация). Первые лётные испытания МС-21-300 проводились с двигателями PW1400G – той же серии, что стоит на Airbus A320neo (PW1100G) и Embraer E190-E2 (PW1900G). Выбор PW1400G для начала испытаний объяснялся его готовностью: двигатель был сертифицирован, серийно выпускался и обеспечивал быстрый старт лётной программы.

ПД-14 – первый полностью новый российский турбовентиляторный двигатель большой тяги, созданный после распада СССР. Разработка велась пермским ОДК-Авиадвигатель (правопреемником КБ Павла Соловьёва, создавшего ПС-90А) с начала 2000-х годов. Двигатель прошёл сертификацию в октябре 2018 года, а 15 декабря 2020 года МС-21-310 с двумя ПД-14 совершил первый полёт.

Тяга ПД-14 составляет 137 кН – сопоставимо с PW1400G (140 кН) и CFM LEAP-1A (143 кН), стоящим на A320neo. Степень двухконтурности – 8,5, что значительно выше, чем у ПС-90А (4,5), и соответствует уровню современных западных аналогов. Удельный расход топлива, по данным разработчика, на 12–16% ниже, чем у ПС-90А. Масса двигателя – около 2 870 кг.

Конструктивно ПД-14 представляет собой двухвальный турбовентиляторный двигатель с прямым приводом вентилятора (в отличие от PW1400G, где вентилятор приводится через редуктор). Вентилятор диаметром 1 900 мм имеет полые титановые широкохордные лопатки. Камера сгорания – кольцевая, малоэмиссионная. Турбина высокого давления – двухступенчатая, турбина низкого давления – шестиступенчатая.

Главный вопрос, который отрасль адресует ПД-14, – ресурс и надёжность в серийной эксплуатации. Опыт ПС-90А показал, что советские и российские двигатели традиционно уступали западным по межремонтному ресурсу, и преодоление этого разрыва требует не только конструктивных решений, но и культуры серийного производства, контроля качества и эксплуатационного сопровождения. ПД-14 пока не прошёл проверку массовой эксплуатацией – построено менее двух десятков экземпляров, и данные по ресурсу ограничены стендовыми и лётными испытаниями.

Импортозамещение

Программа МС-21, как и SSJ100, изначально строилась на широкой международной кооперации. Помимо двигателей PW1400G, в самолёте использовались авионика Rockwell Collins (ныне Collins Aerospace), системы кондиционирования Hamilton Sundstrand, вспомогательная силовая установка Honeywell, гидравлические компоненты Parker Hannifin и ряд других западных систем. По оценкам, доля импортных комплектующих в исходной конфигурации МС-21 составляла 30–40% стоимости – меньше, чем у SSJ100, но всё ещё значительная.

Первый удар по программе нанесли санкции 2018 года, когда американские и японские поставщики прекратили поставки углеродного волокна для крыла. Переход на российское волокно потребовал перепроектирования части конструкции и повторных испытаний, что сдвинуло сроки сертификации примерно на два года. В 2022 году масштаб импортозамещения стал тотальным: прекратились поставки двигателей PW1400G, авионики Collins, всех западных систем и компонентов.

Полностью импортозамещённая версия получила обозначение МС-21-310 (с двигателями ПД-14 и российскими системами). Авионику разрабатывает КРЭТ (Концерн радиоэлектронных технологий) и другие предприятия Ростеха. Комплекс бортового оборудования включает российские дисплеи, вычислители, инерциальную навигационную систему и систему предупреждения столкновений. ВСУ (вспомогательная силовая установка) – ТА18-100 разработки НПП «Аэросила». Системы кондиционирования, гидравлика, электроснабжение – российского производства.

Объём переработки документации и повторных испытаний, вызванный заменой практически всей «начинки» самолёта, беспрецедентен для отечественного авиапрома. Каждая замещённая система требует квалификационных испытаний, интеграции с другими системами и подтверждения соответствия нормам лётной годности. Фактически речь идёт о сертификации нового самолёта в планере МС-21.

Сроки и серийное производство

История программы МС-21 – это история последовательных переносов сроков. Первоначально серийные поставки планировались на 2017 год. Затем срок сместился на 2020-й, потом на 2022-й – из-за санкций на углеволокно. После 2022 года и перехода на полное импортозамещение сертификация была перенесена на 2024–2025 годы. По состоянию на 2024 год лётные испытания импортозамещённой версии продолжаются, точная дата получения сертификата типа не объявлена.

Серийное производство планируется на Иркутском авиационном заводе. Заявленный целевой темп – 36 машин в год к 2028–2029 годам, с последующим наращиванием до 72. Для сравнения: Boeing выпускает около 30–40 машин 737MAX в месяц (при нормальном режиме), Airbus – около 50–55 машин A320neo в месяц. Разрыв в масштабе производства остаётся колоссальным, и достижение даже заявленных 36 машин в год потребует перестройки всей цепочки поставщиков, подготовки кадров и налаживания серийного выпуска ПД-14 на «ОДК-Пермские моторы».

«Аэрофлот» законтрактовал 210 самолётов МС-21 – крупнейший заказ в истории российского гражданского авиастроения. Другие российские авиакомпании также разместили заказы. Общий портфель заказов на МС-21, по данным ОАК, превышает 300 машин. Выполнение этих заказов в заявленные сроки отраслевые эксперты оценивают как крайне напряжённое.

Сравнение с конкурентами

На бумаге МС-21-310 с двигателями ПД-14 конкурентоспособен с Boeing 737MAX-8 и Airbus A321neo по основным параметрам. Более широкий фюзеляж обеспечивает лучший комфорт для пассажиров. Композитное крыло теоретически даёт преимущество в аэродинамическом качестве. Дальность и скорость сопоставимы.

Однако реальная конкурентоспособность определяется не только лётно-техническими характеристиками. Стоимость владения складывается из цены самолёта, расхода топлива, стоимости обслуживания, ресурса двигателей и планера, доступности запчастей и остаточной стоимости при перепродаже. По всем этим параметрам, кроме, возможно, расхода топлива, МС-21 находится в зоне неопределённости: серийное производство не начато, эксплуатационная статистика отсутствует, сервисная сеть не создана, остаточная стоимость не сформирована. Boeing 737 и A320 опираются на десятилетия эксплуатационных данных, тысячи сертифицированных сервисных центров и глобальную инфраструктуру запчастей.

Китайский COMAC C919, ближайший аналог МС-21 по статусу программы, столкнулся с похожими вызовами. C919 получил сертификат типа CAAC в сентябре 2022 года и начал коммерческую эксплуатацию в China Eastern Airlines в мае 2023-го. Однако C919 оснащён западными двигателями CFM LEAP-1C и западной авионикой, что упрощает сертификацию и обслуживание, но создаёт ту же зависимость от иностранных поставщиков, от которой МС-21 стремится уйти.

Значение МС-21

МС-21 – попытка России вернуться в высшую лигу мирового авиастроения, в сегмент, который определяет лицо гражданской авиации. Узкофюзеляжные среднемагистральные лайнеры составляют около 60% мирового пассажирского парка, и присутствие в этом сегменте – показатель технологического суверенитета авиационной державы. Ни одна страна, кроме США и западноевропейского консорциума Airbus, не сумела создать коммерчески успешный самолёт в этом классе. Китай вошёл в эту группу с C919 в 2023 году, Россия планирует сделать это с МС-21.

Технологически МС-21 содержит ряд решений, которых нет у прямых конкурентов: композитное крыло на узкофюзеляжном лайнере, широкий фюзеляж в своём классе, полностью новый двигатель ПД-14. Каждое из этих решений по отдельности реализуемо и обосновано. Вопрос в том, удастся ли собрать их в серийный продукт, который авиакомпании смогут эксплуатировать с приемлемой экономикой и надёжностью. Ответ на этот вопрос даст не сертификация и не первый полёт, а первые несколько лет регулярной эксплуатации – когда самолёт начнёт летать по 8–10 часов в сутки, 300 дней в году, на реальных маршрутах с реальными пассажирами.