Актуальное состояние транспортной отрасли Арктической зоны Российской Федерации характеризуется прежде всего низкой плотностью сети путей сообщения и дефицитом мощностей по перевалке и хранению грузов, что круглогодично определяет высокую стоимость перевозок, их модальность и большие сроки доставки, а также ограниченную номенклатуру транспортно-логистических продуктов, приемлемых для грузоотправителей и пассажиров по соотношению «цена — скорость — объем». Имеется существенный дефицит квалифицированного персонала, связанный главным образом со сложными условиями труда
и проживания на этих территориях.

Транспортный каркас АЗРФ формируется в основном морским и воздушным транспортом. Вокруг них в существенной части строится экономическая и социальная жизнь АЗРФ.

Российская Федерация является мировым лидером по числу ледоколов и продолжает наращивать флот. При этом необходимая на протяжении существенной части календарного года ледокольная проводка по СМП, арктическим рекам и акваториям северных портов очевидным образом повышает стоимость морского сегмента логистических цепей [1].

В АЗРФ действуют 32 авиакомпании, которые эксплуатируют 469 пилотируемых воздушных судов, в их числе — 204 вертолета, 114 магистральных самолетов и 151 региональный. Парк вертолетов почти полностью укомплектован отечественными Ми-8Т, но присутствуют и единичные Ми-14, Ми-17, Ка-32, Ми-26Т, Ка-26 и Ка-226ТГ. Планировалось, что к 2030 году авиакомпании получат до 365 Ка-62, но двигатель ВК-1600В, необходимый для замены изначально закладывавшегося в проект французского Turboméca Ardiden 3G, еще только разрабатывается. Флот малой авиации сформирован прежде всего из отечественных Ан-2, Ан-3, Ан-74, Ан-24 и Л-410. Имеются также единичные франко-итальянские ATR-42 и ATR-72 и канадские DHC-6. Значительный средний возраст бортов воздушного флота и сложные условия эксплуатации требуют выполнения большого объема регламентных и аварийных ремонтов, в том числе за пределами АЗРФ, что определяет более низкую в сравнении с другими территориями Российской Федерации эксплуатационную готовность (фонд доступного рабочего времени) флота и более высокие удельные расходы на техническую эксплуатацию. Это отражается на стоимости авиаперевозок [2, 3].

Для многих территорий АЗРФ большую часть календарного года малая авиация — единственный доступный вид транспорта как для грузовых, так и для пассажирских перевозок. Изначально являясь наиболее дорогим из видов транспорта, авиация вынуждена выставлять потребителям на таких территориях еще более высокие тарифы в силу ряда объективных причин. Прежде всего снабжение топливом труднодоступных территорий АЗРФ затруднено и сопряжено с высокими затратами, что делает невозможной или экономически нецелесообразной заправку там самолетов и вертолетов и в итоге сокращает плечо доставки до половины дальности перелета. Кроме того, ограниченность местной грузовой базы , малая плотность мест зарождения-погашения грузов приводит к высокой доле порожних или недозагруженных рейсов, затраты на которые закладываются в договорной тариф. К этому добавляются сложные природные условия, приводящие к высоким расходам на эксплуатацию наземной инфраструктуры (взлетно-посадочные полосы (ВПП), вертолетные площадки, радиолокационные станции (РЛС) и др.) и к ее ограниченной доступности для приема бортов и обработки грузов как по погодным условиям, так и по техническому состоянию, например на период проведения плановых и аварийных ремонтных работ. Это снижает частоту рейсов и еще более повышает их стоимость за счет отнесения условно-постоянных затрат.

В результате если стоимость грузовой авиаперевозки в европейской части России и вдоль Транссиба в среднем составляет 15–17 руб./ тонно-км, то на меридиональных направлениях и в АЗРФ она может доходить до 95–100 руб./тонно-км. Грузовая перевозка на борту Ми-8Т при условии полной загрузки 4 тонны в среднем по Российской Федерации обойдется в 175–185 руб./тонно-км, а в Заполярье — до 250 руб./тонно-км. Доставка грузов автотранспортом по зимникам обходится от 17 руб./ тонно-км в ЯНАО до 100–150 руб./ тонно-км в Якутии.

С учетом высокой средней модальности перевозок, предполагающей многочисленные перегрузки и даже перетарки, полные затраты на доставку грузов в АЗРФ еще более возрастают. При этом условия, в которых осуществляются их переработка и хранение в местах перевалки, резко ограничивают номенклатуру грузов, которые в принципе могут быть доставлены в и из АЗРФ [4].

В этих условиях грузоотправители испытывают трудности с надежной и эффективной организацией удовлетворения потребности населения в продовольствии
и потребительских товарах, а предприятия — в материально-технических ресурсах (МТР), неся дополнительные издержки на поддержание повышенных запасов и резервов. При этом удовлетворение внеплановых потребностей сопряжено с очень высокими рисками и издержками.

Существенно смягчить обозначенные проблемы, повысить эффективность и гибкость транспортной системы АЗРФ, доступность транспортно-логистических услуг и в итоге улучшить условия жизни населения и хозяйствования предприятий, а также повысить стабильность и безопасность могут развертывание и встраивание в логистику Арктики и Сибири нового компонента — Перспективной аэротранспортной системы (ПАС), отвечающей требованиям комплексности, технологичности, независимости от инфраструктуры традиционных видов транспорта, комплементарности им [5].

ПАС для соответствия обозначенным требованиям должна базироваться на применении транспортных средств нового типа — беспосадочных автономных воздушных судах (БАВС) сверхтяжелого класса и использовать передовые решения в области цифровизации и интеллектуализации управления технологическими процессами. При этом все инженерные и технологические решения, производственные и ремонтные мощности должны быть максимально локализованы.

Анализ показал принципиальную реализуемость, технологичность и экономическую эффективность ПАС при комбинации в конструкции БАВС следующих принципиальных инженерных решений:

— фюзеляжа, выполненного по схеме жесткого аэростата с изменяемой плавучестью;

— отказа от гелия как подъемного газа;

— воздушных винтов с изменяемым углом тяги;

— гибридной силовой установки;

— грузовой палубы с интегрированными подъемниками и системой автоматического закрепления груза;

— бортовой цифровой интеллектуальной управляющей системы, интегрированной в единую цифровую платформу управления ПАС в целом.

Ключевое преимущество ПАС, а именно слабая зависимость от наземной инфраструктуры и наличия персонала в точке погрузки-выгрузки, будет обеспечено:

— способностью БАВС осуществлять погрузо-разгрузочные операции без посадки и якорения в режиме высокоточного удержания позиции и удаленного управления при помощи бортового подъемника-спредера непосредственно с/на грунт, железнодорожные фитинговые платформы, автомобильные прицепы, палубы кораблей и т. п.;

— стандартизацией под ISO-контейнеры;

— заложенной в конструкцию ориентацией на безангарные хранение, межрейсовый отстой и техническое обслуживаниена;

— возможностью полной автономности БАВС на всех этапах перевозки от подачи в точку погрузки до отправления из точки выгрузки.

Корпус с изменяемой геометрией, наполненный газом легче воздуха (подъемный газ), обеспечит предлагаемую БАВС высокую маневренность по высоте и длительное удержание высоты (зависание) без задействования двигателей, а также грузоподъемность в широком диапазоне величин, что оправдает значительные линейные размеры БАВС. Применение легких сплавов и/или композитных материалов гарантирует минимальные утечки подъемного газа, длительные сроки эксплуатации, а также даст возможность безангарного межрейсового отстоя, экипировки и ТОиР.

Воздушные винты с изменяемым углом тяги, как у конвертопланов, обеспечат БАВС высокую маршрутную скорость и горизонтальную маневренность (вплоть до разворота на месте), дополнительное ускорение вертикальных маневров и точное удержание положения в заданной точке даже в условиях сильного и порывистого ветра.

Гибридная силовая установка БАВС, состоящая из одного и более газотурбинных генерирующих агрегатов и нескольких электродвигателей привода воздушных винтов, гарантирует высокую топливную эффективность на разных режимах (взлет-снижение, крейсерский ход, преодоление встречного ветра, удержание позиции над точкой погрузки — выгрузки и др.), а также необходимый аварийный резерв мощности. Это в свою очередь значительно увеличит дальность полета, а кроме того, даст дополнительные гарантии безопасного снижения и мягкой посадки, например в случае значительной утечки подъемного газа.

Благодаря аэростатическому компоненту и экономичной силовой установке БАВС смогут обходить грозовые фронты, а также проводить в воздухе над районами погрузки — выгрузки — перевалки многие часы, ожидая благоприятных метеоусловий у поверхности или подхода других видов транспорта. На отдельных маршрутах БАВС смогут использовать попутные устойчивые воздушные течения для экономии топлива и/или ускорения доставки грузов.

Оборудование грузовой палубы силовым каркасом с устройствами для автоматического закрепления/раскрепления 20- и 40-футовых ISO-контейнеров, европалет и других видов групповой тары, а также одним или несколькими 30–32-тонными подъемником(-ами) в сочетании с изменяемым углом тяги винтов и системой дистанционного управления обеспечит проведение погрузочно-разгрузочных работ в необорудованных точках без задействования наземного персонала с зависанием на высоте до 50 метров над землей (более 15 этажей) при силе ветра
до 15–20 м/с. Кроме того, большой объем грузовой палубы позволит размещать не только груженые, но и порожние контейнеры, а также производить при необходимости пересортировку, формирование судовых партий и другие складские операции прямо на борту БАВС. Также при необходимости грузовая палуба может иметь герметичную конструкцию, системы вентиляции и кондиционирования воздуха и другое оборудование.

Цифровая платформа ПАС и бортовое оборудование БАВС, функционирующие с применением различных каналов связи, в том числе спутниковых, систем позиционирования нескольких стандартов, технологий машинного зрения и интернета вещей; математических моделей и компонентов искусственного интеллекта, обеспечат дистанционное и автоматическое управление движением БАВС, их маневрами и погрузочно-разгрузочными работами, а также оптимальное планирование и выполнение регламентных и ремонтных работ.

Особенности инженерной компоновки БАВС позволят корректировать их летно-технические и коммерческие характеристики в широком диапазоне, адаптируя к потребностям грузоотправителей и особенностям обслуживаемых маршрутов. В частности, для транспортировки (передислокации) горнопроходческого оборудования, комплектных технологических установок, готовых к эксплуатации зданий и сооружений и др., а также для участия БАВС в подъемно-монтажных работах грузоподъемность может быть доведена до 7–8 тысяч тонн и более; для пересечения по прямой любых горных массивов практический потолок может быть доведен до 9–10 тысяч метров; для обслуживания прямых маршрутов в Антарктику, Южную Америку, Южную Африку без захода в воздушное пространство недружественных стран дальность полета может быть доведена до 19–20 тысяч километров и более; для задействования в аварийных и спасательных миссиях скорость может быть доведена до 200 км/ч и более.

Проектирование, строительство и эксплуатация описанных БАВС могут быть оперативно освоены отечественными компаниями благодаря простоте отдельных узлов и всей конструкции в целом, невысоким требованиям к точности обработки и сборки, технологичности основных сборочных операций и наличию необходимой номенклатуры материалов и узлов отечественного производства. Методики сборочных работ могут быть выработаны на базе технологий самолетостроения, в том числе с применением исправного, но морально устаревшего оборудования этой отрасли.

Кроме флота БАВС ПАС будет также включать:

— наземные пункты экипировки и технической эксплуатации БАВС,

— центр управления полетами;

— сети и каналы связи и передачи данных;

— коммерческую службу;

— службу эксплуатации;

— другие технологические и организационные компоненты.

В такой конфигурации ПАС силами флота БАВС с момента развертывания будет обеспечивать:

— всесезонную перевозку любых грузов, разрешенных действующим законодательством к перевозке воздушными судами;

— беспосадочную погрузку, выгрузку или перевалку грузов на другие виды транспорта в любой достижимой с учетом дальности полета географической точке независимо от уровня ее технического оборудования и наличия подготовленного персонала;

— перевозку за один рейс в зависимости от типа БАВС 1, 4, 10, 20 или 40 FEU с крейсерской скоростью 140–150 км/ч по кратчайшим маршрутам между точками погрузки и выгрузки на расстояние от 1000 до 5000 км (1–40 FEU соответственно) со стоимостью перевозки от 7 до 70 руб./т·км (40–1 FEU).

В начале развертывания ПАС предполагается ограничить номенклатуру перевозимых БАВС грузов номенклатурой, допущенной к перевозке транспортной авиацией, расширив ее впоследствии прежде всего за счет ГСМ, чьи перевозки крайне востребованы в АЗРФ, а также открыть смешанные грузо-пассажирские и пассажирские маршруты.

При необходимости (наличии спроса) часть БАВС в составе ПАС может быть дооборудована для перевозки порожних контейнеров наряду с гружеными в пределах общей грузоподъемности — от 8 до 300 шт. на борт. Также возможна перевозка БАВС негабаритных (более чем High-Cube FEU) и тяжеловесных (более 30 848 кг единичной массы) грузов.

Ограничивающими условиями для оперирования БАВС стандартной конструкции в точках погрузки — выгрузки будут:

— рельеф местности (высота над уровнем моря более 3000 м, большой уклон и т. п.);

— здания, сооружения и другие объекты высотой более 25 м (вышки/башни освещения, связи, ВЛЭП и т. п.);

— неблагоприятные погодные условия, такие как ветер у поверхности земли более 15 м/с, температура ниже — 60°, видимость менее 50 м;

— административные ограничения (зоны безопасности аэропортов; бесполетные зоны и т. п.).
Указанные ограничения в части высоты и административных мер будут действовать для БАВС и на маршруте доставки.

Некоторые ограничения могут быть целенаправленно смягчены путем внесения изменений в конструкцию БАВС, другие требуют работы по актуализации нормативной базы в связи с появлением ПАС.

В условиях незначительной инфраструктурной составляющей ПАС стоимость перевозок будет в основном определяться затратами на изготовление и эксплуатацию БАВС. Как уже отмечалось, приведенная здесь оценка стоимости перевозок получена по результатам концептуального проектирования ПТС и будет уточняться по мере приближения к этапу серийного производства БВС, а также по результатам их опытной эксплуатации.

Предпринятые в конце 1980–начале 1990-х годов в СССР попытки сконструировать, построить и применить в условиях АЗРФ, в том числе для северного завоза, аппараты в аэростатической компоновке не имели успеха в силу ряда причин, в том числе:

— падения значения развития АЗРФ в рамках экономической политики и стратегии государства и позже бизнеса;

— несоответствия финансирования масштабам проектов;

— высокой стоимости и низкой производительности технологий конструкторских работ того времени;

— отсутствия необходимых средств и систем СВТ, навигации и других технических решений.

Идея создания ПАС опирается на достижения последних десятилетий в области цифровизации и интеллектуализации конструкторских работ и систем управления, математического моделирования взаимодействия материальных объектов со сложными средами, спутниковой навигации, энергетического машиностроения, цветной металлургии, композитных материалов и телемеханики. Это позволило эскизно спроектировать БАВС как управляемую, высокоманевренную, экономичную и технологичную систему, способную решать большую часть задач полностью в автономном режиме с возможностью удаленного контроля и переключения при необходимости на дистанционное управление.

Оценка концептуального проекта ПАС показала, что благодаря низкой зависимости от наземной инфраструктуры встраивание сегментов, обслуживаемых ПАС, в прямые и мультимодальные маршруты (как в магистральной части, так и на «последних милях») в АЗРФ:

— будет способствовать глобальному повышению средней скорости продвижения грузопотоков и снижению средних сроков доставки грузов;

— обеспечит временное или компенсирующее решение транспортных задач на территориях АЗРФ с отсутствующей, работающей сезонно или временно недоступной (ремонт, модернизация, расширение и т. п.) наземной инфраструктурой традиционных видов транспорта;

— дополнительно усилит конкурентоспособность отдельных отраслей экономики АЗРФ за счет снижения транспортной составляющей в стоимости их продукции, повышения надежности поставок и возможности поставлять товары на новые рынки.

Основными технологическими и коммерческими преимуществами ПАС будут:

— возможность оперирования без или с минимальной опорой на наземную инфраструктуру;

— возможность перемещения грузов по кратчайшим маршрутам между точкой погрузки и точкой выгрузки;

— высокая транспортная безопасность, обеспечиваемая особенностями конструкции, позволяющими при подавляющем большинстве неисправностей

и инцидентов, включая возникающие в результате целенаправленного внешнего воздействия, осуществить мягкую посадку с минимальным ущербом для самой БАВС, груза и населения, так же как для природных, промышленных и жилых ландшафтов;

— высокая сохранность грузов благодаря минимальной качке, кренам и вибрации грузовой палубы, а также ее недоступности в полете и ограниченной доступности при погрузочно-разгрузочных операциях с применением бортового подъемника-спредера или лифт-платформы в режиме зависания;

— комплементарность ПАС по отношению к существующим видам транспорта, то есть отсутствие прямой конкуренции с ними, возможность создания новых рыночных ниш за счет содействия развитию бизнеса грузоотправителей на новых для них территориях и направлениях;

— короткие сроки и низкие издержки встраивания сегментов, обслуживаемых ПАС, в одно- и мультимодальные маршруты благодаря возможности БАВС в большинстве точек работать с контейнерами с колес и, соответственно, отсутствию или минимальной необходимости дооборудования и обеспечения персоналом мест перевалки;

— меньшие ограничения на масштабирование (наращивание) грузоподъемности, чем у авиации;

— лучшее соотношение «грузоподъемность — дальность — стоимость борта», чем у авиации;

— больше возможностей по использованию модульных решений, в том числе для конвертации функционала бортов, чем у авиации;

— низкие расходы на погрузку/выгрузку грузов или перевалку с/на другие виды транспорта;

— высокая скорость доставки грузов в сопоставлении с автомобильным, железнодорожным и водным транспортом;

— высокая общая грузоподъемность всех типов БАВС в сопоставлении с малой
и местной транспортной авиацией;

— высокая общая грузоподъемность средне- и крупнотоннажных БАВС в сравнении с большегрузной транспортной авиацией;

— больший общий объем грузовой палубы и возможности по перевозке негабаритных и тяжеловесных грузов в сравнении с транспортной авиацией, автомобильным и железнодорожным транспортом;

— высокая единичная грузоподъемность в сравнении с автомобильным и железнодорожным транспортом;

— высокая дальность доставки грузов в сопоставлении с малой (местной) транспортной авиацией;

— низкая стоимость доставки всеми типами БАВС в сравнении с морскими маршрутами по СМП с ледовой проводкой и малой (местной) транспортной авиацией круглогодично;

— низкая стоимость доставки грузов крупнотоннажными БАВС в сравнении с дальнемагистральной транспортной авиацией на основных маршрутах.

Низкого углеродного следа и в целом высоких ESG-показателей возможно достичь благодаря:

— применению природного газа в качестве топлива, конструкций из вторично перерабатываемых легкоплавких и нетоксичных материалов, отсутствию бортового экипажа;

— созданию целой линейки высококвалифицированных рабочих мест с комфортными условиями труда;

— повышению качества жизни населения и облегчения развития бизнеса на территориях со сложными условиями — в Арктической зоне, высокогорных районах и др.;

— низким рискам для государства и инвесторов.

Освоение производства и эксплуатация описанных БАВС позволят предложить рынку транспортный продукт, который станет комплиментарным по отношению к другим видам транспорта и займет свободную нишу, взяв на себя грузы, которые:

— никогда не вывозились или не могут быть своевременно и в полном объеме вывезены из регионов производства в регионы переработки и/или потребления, а также в экспортных направлениях в силу ряда ограничивающих условий, включая отсутствие или неразвитость транспортной инфраструктуры на концах маршрута;

— испытывают затруднения в продвижении по традиционным транспортным путям из-за лимитирующих участков (объектов) инфраструктуры или дефицита средств перевозки;

— менее требовательны к скорости (срокам) доставки, чем грузы, традиционные для авиатранспорта, но более чем для наземного и водного видов транспорта;

— более требовательны к качеству транспортных услуг, чем грузы, традиционные для железнодорожного транспорта, но экономически невыгодные грузоотправителям при перевозке их авиатранспортом;

— имеют очень низкий удельный вес (плотность), что снижает эффективность их транспортировки традиционными видами транспорта;

— имеют габариты и/или единичный вес, превосходящие возможности всех других видов транспорта;

— находятся или должны быть доставлены в точку, не обеспеченную или слабо обеспеченную инфраструктурой традиционных видов транспорта.

Кроме очевидных экономических и технологических преимуществ предложенной ПАС ее развертывание положительно скажется на национальном престиже. У России есть все шансы занять неплохие позиции среди лидеров на рынке как самих аэротранспортных средств, так и перевозок с их применением. В США с 2016 года из-за нехватки финансирования заморожен на стадии испытаний прототипа проект AEROSCRAFT ML-866 (дирижабль с системой термобалластирования (гибридный), грузоподъемностью 66 тонн). В 2018 году заявлено о подписании Lockheed Martin (США) контракта на поставку 15 шт. LMH-1/P-791 (гибрид, грузоподъемность 20–21 т, сертифицирован FAA ), но новостей об исполнении контракта до сих пор нет. В Великобритании о проекте AIRLANDER-10 (гибрид, 10 т полезной нагрузки, изготовлен прототип), реализуемом Hybrid Air Vehicles Ltd, новостей нет с сентября 2019 года. Многие команды и компании, такие как, например, Atlas LTA Advances Technology, Ltd (Израиль), ставившие целями разработку и строительство грузовых и пассажирских аэротранспортных платформ, переключились на создание аэростатических платформ для базирования антенн радиолокационных станций (РЛС). Дальше всех продвинулись конструкторы КНР, которые разработали, построили в 2015 году и сдали в эксплуатацию разведывательный стратосферный дирижабль Yuanmeng . Сведения о числе имеющихся на данный момент аппаратов и их модификации с учетом опыта нескольких лет эксплуатации в открытых источниках отсутствуют, но известно, что в планах China Aviation Industry General Aircraft Co. Ltd построить совместно с французской Flying Whales грузовой 60-тонный гибрид [6].

В настоящее время формируется конгломерат инвесторов и исполнителей, которому предстоит последовательно решить следующие задачи:

— НИОКР, включая цифровое эскизное проектирование БАВС и ПАС, маркетинговые и лабораторные исследования, разработка ТЭО;

— запуск инвестпроекта и формирование портфеля предварительных заказов на БАВС/перевозки;

— цифровое рабочее проектирование — разработка рабочей документации, определение технологии сборки, «цифровая продувка» БАВС;

— введение специального правового режима или получение сертификата типа на грузовые модификации БАВС;

— формирование портфеля твердых заказов на БАВС/аэроперевозки;

— развертывание ПАС в части грузовых перевозок (2025–2026, 4–5 млрд рублей);

— организация и запуск производства БАВС, изготовление головных БАВС основных серий;

— обустройство наземных пунктов ПАС на территории Российской Федерации;

— ходовые испытания БАВС, ввод их в эксплуатацию или передача сторонним эксплуатантам;

— проектирование и получение сертификата типа на пассажирские модификации БАВС и развертывание ПАС в части пассажирских перевозок.

Необходимо отметить, что развертывание ПАС сформирует сразу три новых конкурентных рыночных сегмента. Это производство БАВС, обеспечение жизненного цикла БАВС и оказание аэротранспортных услуг. Инвестиционная емкость этих сегментов в перспективе до 2035 года на данный момент оценивается в 200–250 млрд рублей, а число новых рабочих мест исчисляется несколькими тысячами без учета смежных отраслей.