Юрий Анатольевич, здравствуйте. Расскажите немного о себе. Как беспилотники появились в Вашей жизни?
Я всю жизнь занимаюсь электрохимическими источниками тока. Из них более известны и привычны аккумуляторы, а относительно малоизвестны — топливные элементы. Если с аккумуляторами все более-менее знают как работать, то топливные элементы — развивающаяся отрасль науки. Преимущества у топливных элементов есть, и самое важное - это самая "легкая" энергия, которая существует. Нужно было показать области, где преимущества топливных элементов перед другими источниками энергии легко продемонстрировать. Для каких целей наиболее интересна "легкая" энергия? Конечно, когда идет речь о воздухе, то есть для беспилотников. И соответственно, мы начали с того, что попытались показать насколько современные литиевые аккумуляторы хуже, чем современные топливные элементы.
Первые работы начинались с несколькими компаниями десять лет назад, когда в России эта область только начала развиваться. Мы взяли их готовые самолеты, заменили аккумулятор на топливный элемент и запустили в воздух. Оказалось, что такие самолеты летают, как минимум, в три-четыре раза дольше, чем те же аппараты на аккумуляторах. Потом оказалось, что все не так просто. Летают они, конечно, дольше, но по теоретическим оценкам это время должно быть намного больше, чем эти три-четыре раза. Они могут летать в десять раз дольше. Стали искать причину. Мы привыкли к тому, что есть коптер, на который просто ставится источник энергии, и этот источник стандартный. Но поскольку в топливном элементе немножко другое отношение массы и объема, чем в стандартных литиевых батареях, мы поняли, что необходимо компоновать внутренности самолета или коптера специально под топливные элементы. И вот тогда оказалось, что у топливных элементов намного больше преимуществ, чем у литиевых аккумуляторов.
Те условия, в которых работают беспилотники, сильно отличаются от тех, в которых работают наземные устройства. Изменение высоты на каждый километр приводит к понижению температуры на шесть градусов. Это плохие условия для работоспособности источников энергии. Поэтому топливные элементы пришлось приспосабливать к отрицательным температурам, сильным ветрам. Эта задача вылилась в очень интересную научно-техническую работу.
Сейчас мы сами изготавливаем топливные элементы. Более того, мы уже не справляемся с потребностью в топливных элементах у разных заказчиков и начинаем передавать технологии производства нашим промышленным партнерам. Есть много компаний, которые пытаются внедрить их в технику, поскольку преимущества очевидны. Но есть и недостатки.
А какие недостатки?
Во-первых, топливные элементы труднее заправлять, чем аккумуляторы. Аккумулятор для зарядки достаточно воткнуть в розетку, а для топливных элементов нужно получить топливо - водород. Это намного более сложный процесс.
Расскажите подробнее про топливные элементы. И какими они бывают?
Топливный элемент сам по себе очень похож на аккумулятор. В нем есть электролит, два электрода, а отличие заключается в том, что в обычном аккумуляторе весь заряд запасен внутри электродов. В топливных элементах заряд сосредоточен вне устройства - в топливе и окислителе, газе или жидкости, которые поступают извне и преобразуются на нерасходуемых электродах. В нашем случае, это с одной стороны водород, с другой — кислород воздуха. В чем плюс? В том, что водород — самый легкий газ, а кислород из воздуха хранить не надо, поэтому он ничего не весит. Вся разница с аккумуляторами в том, как устроен электролит.
Можно разделить топливные элементы по типу электролита на пять видов. Самые простые и самые разработанные в России - щелочные топливные элементы, где пористая среда пропитана щелочью. Есть достоинства. Первое - щелочные топливные элементы дешевле других, так как в них нет внутри платины. Второе - они работают в очень широком интервале температур от -60 до +150. Но есть и недостаток, который перечеркивает все достоинства этой системы. Это - углекислый газ, который, находясь в воздухе, всегда реагирует со щелочью. После чего электролит портится. Поэтому для беспилотной отрасли - это тупиковая ветвь. А для космоса и подводных лодок такие элементы используются до сих пор.
Второй тип — топливные элементы с твердополимерными электролитами. Здесь нет жидкости вообще, электролит - твердая кислота в виде полимера. Их преимущества в интервале температур; сейчас мы его расширили от - 50 до +80. А недостатки в том, что нужен чистый водород и используется платина. Такие топливные элементы очень дорогие.
Третий тип похож на щелочные элементы. Только вместо щелочи используется фосфорная кислота. Здесь сложность в работе с жидкостью. Есть выход - пытаются сделать похожие электролиты, но в твердом состоянии. Называются - среднетемпературные полимерные электролиты. Если такая замена получится, тогда среднетемпературные элементы будут активно использоваться.
Третий вариант - топливные элементы на основе карбонатных расплавов. В них электролитом являются расплавы солей - карбонатов. Такие топливные элементы для воздуха не подходят, потому что неудобно работать расплавленной жидкостью и нужны слишком высокие температуры. Здесь никаких достоинств, они считаются самыми тупиковыми.
И последний вариант — твердооксидные топливные элементы. Там электролит, мембрана, — это керамика, работающая при высоких температурах и проводящая по иону кислорода. Их недостаток — высокая рабочая температура, приблизительно 600-1200 градусов. Нужно подогревать и поддерживать такую температуры системы. Время запуска такого элемента получается в лучшем случае несколько часов. Плюсом этой системы является то, что она “съедает” любое топливо, которое горит.
Какой тип топливных элементов подходит больше всего для беспилотников?
Для нашей цели самые перспективные — это твердополимерные и твердооксидные топливные элементы. Но и там, и там есть свои недостатки. Твердооксидные надо очень медленно нагревать. Есть пути преодоления этой проблемы, и над ней уже работают.
Мы производим твердополимерные топливные элементы. Повторюсь, что их достоинствами являются широкий интервал рабочих температур и короткое время запуска — одна-две секунды. Минус — требуется источник чистого водорода, о чем я сказал с самого начала.
Какие компании сегодня используют ваши топливные элементы?
В основном они востребованы у военных, так как это достаточно дорогие системы.
Есть ли аналоги таких элементов в России?
В России много фирм, которые предлагают зарубежные топливные элементы. Я не рассматриваю их, как разработчиков. Мир сейчас так устроен, что нет проблемы долететь до Сингапура, Канады и Англии, где находятся наши прямые конкуренты по разработке топливных элементов. К сожалению, большинство компаний пытаются что-то чужое продать, выдавая это за свои разработки. То есть полностью российские топливные элементы, наверное, кроме нас никто не делает. Сейчас для гражданских целей топливные элементы пытается производить фирма “Инэнерджи”, но она пока делает первые шаги в этой области, хотя и довольно успешные.
Мы — не производственная компания. Мы - академический институт, работаем преимущественно с военным сектором. Надеюсь, что скоро в России появятся и другие разработчики.
А как обстоит дело за рубежом?
Из зарубежных компаний можно назвать трех основных конкурентов, и мы боремся с ними, что приятно для России, шаг в шаг. Канадская компания — Ballard Power Systems, Сингапурская компания — Horizon Energy Systems, и английская компания - Fuel Cell Systems Limited. Мы устанавливаем мировой рекорд, через полгода они устанавливают новый. Это значит, что мы находимся на очень хорошем уровне.
Проблема в том, что есть особенности российского климата, которые ни одна зарубежная компания не рассматривает. Одна из первых наших работ была связана как раз с решением температурной проблемы. Организация купила в Сингапуре топливные элементы, беспилотники достаточно неплохо отлетали на них. Но пришла осень, и температура упала на “триста метров” ниже нуля. При такой температуре аппарат с сингапурскими топливными элементами не справился. И поэтому стал вопрос создания топливных элементов для определенных температур.
Мы — уникальное предприятие для России, потому что понимаем летные потребности и сами разрабатываем топливные элементы. Представляем их возможности, достоинства и недостатки.
Как Вы оцениваете перспективы применения топливных элементов в целом? И есть ли различие в применении топливных элементов в робототехнике в целом и для беспилотников?
У меня есть несколько предположений. Я уверен на 99%, что через десять лет практически вся техника станет электрической. Ну, или гибридной - для долгих полетов и дальних дистанций. Кроме экологии и шума от двигателей внутреннего сгорания есть еще масса других проблем. В любой робототехнике будут применяться аккумуляторы и топливные элементы. Есть свои плюсы и минусы у обоих: у аккумуляторов гораздо меньше энергоэффективность, но заряжать их намного проще. И эта игра между двумя типами источников энергии идет везде. Особенно в автомобилях. Было бы больше водородных зарядок, не появились бы электромобили. То есть конкуренция есть и будет. Кто выиграет, мне не очевидно. На мой взгляд, для воздушных беспилотников, если мы придумаем хорошие системы быстрой заправки водородом - прямо "в поле", то конечно, выиграют топливные элементы. Разница в пять раз — это действительно большие цифры. Например, один из наших самолетов, на котором мы применяли топливные элементы, на аккумуляторе летает около часа, а на топливных элементах - больше пяти часов.
Второе предположение, что борьба "лития" и "водорода" закончится тем, что либо эти источники займут разные ниши, то есть, например, если вы работаете в городе, у вас будет водородный источник, а если за городом, то будет литиевый, либо придумают принципиально новые источники энергии.
Вы являетесь Лидером конкурса «Первый элемент». Расскажите подробнее про конкурс, и кто может в нем участвовать?
Конкурс состоит из двух частей: «Первый элемент. Воздух» и «Первый элемент. Земля». «Первый элемент. Воздух» — создание энергоустановки на основе топливных элементов для стандартной коптерной платформы. Участникам будет предлагаться платформа, и кто дольше пролетает, тот и выиграет. Тот, кто пролетает больше трех часов, побьет мировой рекорд по энергоэффективности топливных элементов для воздуха.
А кто может принимать участие в конкурсе?
Участвовать могут все - и физические, и юридические лица. В конкурсе также активно участвуют члены Аэронета. Мы сейчас собрали всех, кто производит коптерные платформы, будем давать заказ на одну коптерную платформу, техническое задание под эту платформу составляли сами производители коптеров из Аэронет, и дальше участники будут соревноваться. Призовой фонд для таких элементов (1,5 кВт), составляет 60 млн. рублей. Подробные условия конкурса можно посмотреть здесь: http://1element.upgreat.one/
Поговорим о беспилотниках. Какие технологии, на Ваш взгляд, появятся в перспективе, и какие будут наиболее востребованы?
Я считаю, что все технологии, из тех, что будут применимы в ближайшие 10-15 лет, более или менее в какой-то форме уже есть. Вопрос в их наработке и необходимости. Конечно, есть и чисто программные вещи. Например, искусственный интеллект, поскольку он связан с ориентацией и возможностью беспилотного полета вообще. Эта технология уже есть, вопрос в ее применимости. Сюда же относятся датчики — машина должна определять свое место в пространстве не от человека, а сама по себе. Опять-таки, все есть, но не очень пригодное конкретно для летной техники. Если говорить об источниках энергии, то тут возникает вопрос о том, какие лучше, но мы пока сказать это не можем. Технологии акуумуляторов и топливных элементов конкурируют между собой.
Скорее всего, применение тех или иных технологий будет зависеть от размеров аппарата. Летные системы нужны от совсем маленьких - миллиметрового размера, до совсем больших, с размахом крыльев в шестьдесят метров. В зависимости от задач и технологии нужны разные. Вопрос в цели и донесении технологии до потребителя.
Есть такая хорошая фраза: «Выиграют не те, кто сделают лучше, а те, кто первыми сделают продукт, пригодный для использования». Хороший пример — Илон Маск. Ничего сверхнового в инженерном плане он не сделал, но он первым довел дело до продукта, который все знают и покупают. Технологически работа у него достаточно слабая, но безусловно, человек он гениальный, так как он донес продукт до потребителя.
Что, по Вашему мнению, сдерживает развитие отрасли в России?
Законодательство и очень большое государственное участие не только в законодательной сфере, но и в технической. Малые фирмы слабо развиваются из-за не очень хороших условий для малого бизнеса. Существует несколько проблем: финансы, закон и отсутствие координации — частной и на государственном уровне.
А в мире в целом?
В некоторых странах полеты беспилотников законодательно запрещены. Над городами - почти везде. Самый важный вопрос - безопасность. Если когда-нибудь беспилотники будут отвечать тем же требованиям безопасности, что и пилотируемые аппараты, тогда это "выстрелит". Над этим работают, есть много проектов. Пока же мы к беспилотникам относимся как к моделям, а не как к транспорту. Поэтому самая трудная часть еще впереди - доказать, что это безопасно. То есть, довести до продукта. Здесь продукт - это безопасность.
Что нужно для решения вопроса безопасности?
Это хорошо отработано в гражданской авиации. Многократное дублирование управляющих систем и системы Искусственного Интеллекта. Пока подсознательно все его боятся, но он безопаснее. Здесь можно дублировать не количество устройств, а правильную обработку устройств, переключение и т.д. Искусственный интеллект безопаснее. Но пока хороший пилот намного лучше любого технического решения.
Как Вы относитесь к Институтам развития в России? Насколько существенная их поддержка?
Институты Развития - нормальные инструменты. Таких инструментов много. В зависимости от зрелости проекта нужны разные способы поддержки. Если проект маленький научный, например, получить новый источник энергии, тут не нужны институты развития. Они не годятся в этом случае. Есть научные фонды. Собственно, под каждую работу нужен свой Институт Развития. Это - хороший инструмент, который используется по назначению. Для нас такой мощной поддержкой стало открытие на базе нашего института Центра компетенций по технологиям новых и мобильных источников энергии, где мы доводим вместе со своими промышленными партнерами и коллегами-разработчиками имеющиеся технологии до производства.
Вы входите в состав Рабочей группы АЭРОНЕТ и являетесь Научным Руководителем исследования по развитию рынка. Какие основные результаты этого исследования?
Начнем с того, что такое НТИ вообще. НТИ - собрание заинтересованных людей. И карта построена также, и РГ построена также. Спасибо АСИ, которая собрала группу очень разношерстных людей: от студентов до профессоров, провела форсайт и заставила поработать вместе. Было не просто. За это время родилась и оформилась группа. Основная цель группы - консолидировать людей, занимающимися разработками в этой отрасли. Финансово помогать, там, где есть возможность. Но это один из видов деятельности. На самом деле, финансово помогают в большей степени сами Институты развития, например, РВК. Рабочая группа здесь выступает скорее предварительным "фильтром" для проектов. Это квалифицированное экспертное сообщество для оценки происходящего. Цель - попытаться "вытащить" всех в России, кто занимается разработками в нашей отрасли и предоставить возможность познакомиться и поработать вместе. Это бесплатные советы высококвалифицированных специалистов для среднего и малого бизнеса, что очень важно. Для малых фирм, это единственный, на мой взгляд, способ попасть в профессиональное сообщество, получить здоровую критику и полезные советы и связи. Моя задача скорее организаторская, тогда как задача Лидера РГ “АЭРОНЕТ” Сергея Жукова все это вести.
Взаимодействует ли как-то Академия наук с Институтами Развития?
Классическая Академия наук должна заниматься фундаментальной наукой. Фундаментальная наука - это не мандат Институтов Развития. Это, скорее, взаимодействие с Фондами. Российский научный фонд, даже Фонд Бортника уже стоят на границе между наукой и технологиями. Часто Академии приходится заниматься прикладными задачами. В связи с этим приходится взаимодействовать с Институтами развития. Сейчас поменялось Министерство. Теперь возникает вопрос, куда будет направлено это развитие. С Институтами Развития, как правило, контактируют и пользуются ими те, кто стоит на конечной стадии цепочки, тот, кто производит продукт. Мы, как лаборатория внутри Академии наук, делаем это и пользуемся ими. Но по моему мнению, Институты Развития, за редкими случаями, например, РВК и Центр Компетенций, не должны взаимодействовать с Академией Наук. Взаимодействие с ними должно происходить через промышленных партнеров.
Если говорить о специалистах отрасли, какими навыками они должны обладать?
Здесь ситуация простая. Я лично убежден, что мы свое высшее образование практически развалили. Я работаю с студентами тридцать лет, поэтому могу оценить, как их уровень изменился за то время. Страшно то, что это произошло в инженерно-технических вузах. Мне приходится искать инженеров, тех, кому за пятьдесят. Если я возьму тех, кому меньше, пять лет уйдет только на то, чтобы превратить их в инженеров. Что исчезло из нашего образования? Это - универсальность. Когда первые три года давалась универсальность, а потом шло погружение в специальность. Сейчас пытаются внедрить проектное обучение. Это хорошо, но оно невозможно, когда у вас отрывочные знания. Интернет-обучение - это тоже хорошо, но вы обладаете отрывочными компетенциями, вы не видите картины в целом. Инженер, который видит только свою цепочку, - плохой инженер, его "выдрессировали", но он видит только свой продукт или занимается “фейком”.
В этом смысле, АЭРОНЕТ - хорошая площадка, где эти фейковые вещи отсеиваются быстро. Вы можете журналисту рассказать, как завтра полетите в космос. Но потом подойдут технические специалисты, и выяснится, что Вы не понимаете основ физики, поэтому в космос вы не полетите.
А что можно изменить, чтобы исправить ситуацию?
Образование должно меняться. Но должно меняться за счет новых форм образования. Нельзя заменять базовые знания, без которых просто невозможно воспитать грамотного специалиста. Первое - школьное образование. Второе - отсутствие инженеров - разваленное высшее образование. И третье, то, что сейчас пытаются делать - отрывочное образование по отраслям - это решение только локальных проблем.
С другой стороны, есть еще один путь - самообразование. Когда умный человек может сам найти и взять эти знания. Это сложная работа над собой. Когда сам пытаешься получить образование, ты не всегда понимаешь, что тебе нужно, и не видишь всю картину мира. Вот почему советское и немецкое образование было хорошим? Потому что нас заставляли учиться.
Нужны новые специальности и навыки. Новые методы обучения. Их много разных: и интерактивные, и проектные, когда специалисты многих областей работают над одним проектом. Но эти технологии не должны отменять базовое обучение, но дополнять его. Эта борьба у меня идет и с РВК, и с НТИ иногда. Что мы имеем сейчас? Начитаем вам курс по робототехнике на 30 часов и выпустим тысячу новых робототехников? Увы, нет! Ситуация будет такова, что это будут роботехники - наученные “робототехнике сегодняшнего дня”. Среди них, конечно, будут талантливые люди, которые все равно будут копаться в основах и вырвутся вперед, потому что любая система рождает таланты. Но среднее звено, которому как раз нужно изготавливать, конструировать - ежедневная методичная работа, оно исчезнет совсем.
И последнее. Расскажите про Ваше видение будущего на горизонте 2035 года. На сколько беспилотники войдут в нашу жизнь?
Будущее изменится принципиально. 2035 год - это уже через пятнадцать лет, фактически. Давайте отмотаем назад пятнадцать лет и посмотрим на ныне используемую технологию, которая изменила нашу жизнь. Сегодня она находится у каждого человека в руках - это мобильный телефон. Она простая, она могла быть создана в пятидесятых годах, но изменила она нас в начале этого века. Что это нам дало? Мобильность. Сейчас весь источник информации у меня в одном месте. Часто это ненадежная информация, но с быстрым доступом к ней. Надежность - это уже мое качество как личности, это вопрос профессионализма. С беспилотниками та же история.
Есть три вещи, которые изменят наш мир за пятнадцать - двадцать лет. Первая - индивидуализм. Человеку почти все устройства хочется иметь “настроенными под себя”. Мобильный телефон, например, мне интересен, когда он настроен под меня. В этом смысле беспилотник - очень удобная сфера, например, отослать другу посылку. Пока мы работаем только с виртуальным миром. А хотелось бы на таком же уровне работать с материальным миром. Отослать в течении пяти минут не письмо другу, а посылку или подарок. Не делать “селфи” самому или звать фотографа, а обрести дрон, который меня будет фотографировать.
Вторая - мобильность. Конечно, нам всем хочется иметь свой автомобиль. Хорошо бы иметь свой самолет. Ну или вертолет. Понятно, что этого не будет. Видно, куда двигается мир, к “каршерингу”. Это случай, когда у вас не будет “своего”, но формально вы можете этим пользоваться. Чем хорош беспилотник? Возможно, это и не беспилотник будет, а будет только беспилотная часть, так как вряд ли человек когда-нибудь разлюбит сам пилотировать автомобиль или самолет. Но довезти такое средство до вас - другой вопрос. Это резко удешевит весь процесс, нам не нужно будет столько самолетов и машин. Это касается и наземного, и воздушного беспилотного транспорта. С помощью воздушных беспилотников будет намного быстрее передвигаться.
И последнее. Есть вещи, которые хорошо бы делались вообще без присутствия человека, автоматически. С одной стороны, я хотел бы сам отправлять посылки, но с другой стороны, далеко я сам не буду ничего отправлять. Для этого должны быть системы автоматической доставки автоматического картирования. Там, где это связано с нудной и рутинной работой. Две технологии, которые будут развиваться в самое ближайшее время - это пилотирование грузов и перевозка грузов с экологически чистым комбинированным транспортом. Перегнать с самолетом товар можно будет с помощью беспилотного транспорта, а самому полетать и посмотреть сверху, наверное, будет интересно вам самим.
