«Обзор цифровых технологий обеспечения эксплуатации композитных и гибридных конструкций БВС. Экспертно-аналитический доклад»

Инфраструктурный центр НТИ по направлению «Технет» Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого (ИЦ «Технет» СПбПУ) провел исследование рынка цифрового проектирования и моделирования материалов. По прогнозу к 2030 году при среднегодовом темпе роста 7% объем мирового рынка программного обеспечения моделирования и информатики материалов достигнет 1,1 млрд долларов, при этом его развитие началось около 15 лет назад, что объясняется его наукоёмкостью. Программные решения и методы моделирования постепенно становятся надежным инструментом в материаловедении и инженерном деле, способствуя пониманию свойств материалов и базовой микроструктуры.
В отчете представлены результаты аналитического исследования рынка цифровых технологий обеспечения эксплуатации композитных и гибридных конструкций беспилотных воздушных судов (БВС). Отчет отражает анализ текущего состояния и перспектив развития отрасли рынка, основные тенденции, барьеры (в т.ч. технологические) и возможности для роста, ключевые события отрасли и др. Особое внимание уделено современным методам цифрового проектирования и моделирования, разработке и применению технологий цифровых двойников, аддитивным технологиям, а также вопросам оценки прочности, долговечности и устойчивости конструкций БВС к внешним нагрузкам. Кроме того, рассмотрены перспективы стандартизации и интеграции этих технологий в производственные процессы, что является важным шагом на пути к повышению технологической зрелости и масштабируемости решений в отрасли БВС. Полученные в ходе подготовки экспертно-аналитического доклада результаты подкреплены данными опроса экспертов и участников рынка Национальной технологической инициативы (НТИ), проведенного Инфраструктурным центром «Технет» (передовые производственные технологии) при поддержке АНО «Платформа НТИ».
В первой главе экспертно-аналитического доклада представлен комплексный обзор мирового и российского рынков БВС, включая емкость рынков и темпы роста, структуру отрасли БВС и характеристики ключевых игроков. По прогнозам аналитических компаний, к 2030 году ожидается уверенный рост объема мирового рынка и сохранение значительного потенциала развития в средне- и долгосрочной перспективе, а также активное развитие как гражданского, так и специального сегментов применения. 

По состоянию на конец 2024 года, согласно оценкам Ассоциации «АЭРОНЕКСТ», полный объем рынка БАС в России (включающий как гражданский сегмент, так и сегмент специального назначения) составил около 335,9 млрд руб. При этом к 2030 году в рамках оптимистичного сценария предполагается рост рынка в 1,3 раза по сравнению с 2024 годом.
Объем рынка БВС в России в 2024 году, по оценке респондентов проведенного Инфраструктурным центром «Технет» опроса, преимущественно находится в диапазоне от 0,25 до 0,4 млрд долл. в денежном выражении и 40-100 тыс. шт. – в количественном. При этом к 2030 году большая часть экспертов полагает, что рынок достигнет объема до 5 млрд долл. и 200-350 тыс. шт.

Авторами исследования также подробно рассмотрен объем рыночных сегментов беспилотных летательных систем (БАС) по направлениям применения для российского рынка.
Наряду с динамикой рынков в первой главе приведен обзор видов композиционных материалов, применяемых в БВС, оценка их влияния на характеристики элементов конструкций БВС, а также представлены примеры применения подобных конструкций в России и мире. Рассмотрены особенности применения цифровых технологий для обеспечения эксплуатации композитных конструкций БВС, подкрепленные примерами, а также представлена классификация и описание соответствующего программного обеспечения. Отдельное внимание авторами уделяется отечественной отрасли БАС: в России наблюдается рост спроса на композиционные материалы, особенно стекловолокно и углепластик. Это связано с усилением требований к маневренности, радиолокационной малозаметности и снижению производственных затрат. Также российский рынок БВС активно осваивает цифровые технологии для обеспечения эксплуатации композитных и гибридных конструкций, включая цифровое проектирование и моделирование, неразрушающий контроль, мониторинг состояния, предиктивное обслуживание, 3D-печать и цифровые двойники. В этой связи реализация национальных программ и развитие производства в регионах становятся важным шагом на пути к технологическому лидерству в сфере БВС.
Во второй главе представлен анализ перспектив развития отрасли БВС в мире и в Российской Федерации по состоянию на конец 2024 года. Авторами отмечается, что развитие сферы БВС связано с внедрением «сквозных» цифровых технологий и глобальными рыночными трендами, включая модель «продукт как услуга» и ужесточение нормативного регулирования. Одновременно наблюдается регионализация производства и усиление экспортных ограничений, что перестраивает глобальные цепочки поставок. Подробно рассмотрены ключевые технологические и общеотраслевые тенденции развития, такие как повышение автономности с помощью искусственного интеллекта, оптимизация конструкций с использованием передовых материалов и модульного подхода, увеличение времени полёта за счёт создания батарей и двигателей нового поколения, стандартизация систем связи и развитие производства через аддитивные технологии и др.
В исследовании также выявлены барьеры (регуляторные, экономические, технологические, социальные, инфраструктурные и кибер-безопасности), препятствующие развитию отрасли как в мировом масштабе, так и риски, характерные для российского рынка, предложены пути их преодоления. Сформулированы направления возможностей для роста, учитывающие ключевые технологические тенденции.
В третьей главе рассмотрены крупные технологические проекты и научно-технологические достижения в мире (развитие нормативной базы, увеличение коммерческих доставок, интеграция в логистику и др.). Также выделены ключевые события российской отрасли БВС, которые, в первую очередь, связаны с реализацией комплекса мероприятий в рамках Стратегии развития беспилотной авиации до 2030 года и на перспективу до 2035 года и национального проекта «Беспилотные авиационные системы».
В четвертой главе, представлены результаты аналитического исследования цифровых технологий обеспечения безопасной эксплуатации композитных и гибридных конструкций БВС, включая особенности численного моделирования процессов разрушения композиционных материалов с учетом ударных повреждений. Рассмотрены основные типы повреждений при проектировании БВС из композиционных материалов, а также критерии прочности монослоев и межслоевых интерфейсов. В числе перспективных методов выделен структурный подход с анализом микроструктуры материала, который позволяет моделировать прогрессирующее разрушение, трещинообразование и усталостные повреждения, а также проводить цифровые (виртуальные) испытания и анализ нагружения, что значительно ускоряет подбор материалов и технологий.
Таким образом, представленный экспертно-аналитический доклад отражает актуальное состояние и ключевые векторы развития отрасли БВС, опираясь на комплексный анализ отечественного и мирового опыта, а также передовые научно-технологические подходы. Особое внимание уделено влиянию композиционных материалов и цифровых технологий на эффективность, надёжность и конкурентоспособность БВС.