Выключите свет: что останется от ИИ и авиации будущего

Фото: Chat GPT

«Программное обеспечение пожирает мир», — заявил в 2011 году американский предприниматель Марк Андриссен. Формула оказалась настолько точной, что постепенно превратилась почти в описание всей современной экономики: банки, торговля, связь, транспорт и промышленность всё сильнее зависят от кода, данных и вычислительных систем.

Но за прошедшие 15 лет в этой картине обнаружилось слабое место. Цифровые технологии кажутся нематериальными лишь до тех пор, пока работают электростанции, линии передачи, системы охлаждения и источники резервного питания. Стоит выключить свет — и искусственный интеллект, облачные сервисы и сложнейшие алгоритмы буквально превращаются в «шкафы и кирпичи». Масштаб этой зависимости продолжает расти. По обновлённому прогнозу Международного энергетического агентства, мировое потребление электроэнергии дата-центрами может увеличиться примерно с 485 ТВт·ч в 2025–2026 годах до 950 ТВт·ч в 2030-м. На центры, ориентированные преимущественно на задачи искусственного интеллекта, придётся наиболее быстрый рост: за тот же период их энергопотребление может утроиться. Поэтому спор о том, какая технология станет главной в будущем — искусственный интеллект, робототехника или новые транспортные системы, — поставлен не совсем верно. Каждому новому дата-центру и вычислительному кластеру необходимо питание, каждому беспилотнику — источник энергии, а транспортному объекту — система, которая произведёт, преобразует и распределит электроэнергию.

О том, почему электроэнергетика снова оказывается в центре технологического развития, как электрические и гибридные установки меняют саму архитектуру летательных аппаратов и какие решения могут войти в повседневную жизнь через десять лет, в рамках проекта «Как это работает?», реализуемого при поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации в рамках Десятилетия науки и технологий, рассказал директор института № 14 «Передовая инженерная школа» МАИ, руководитель Центра электротехнологий МАИ, кандидат технических наук Николай Иванов. 

У цифрового мира есть счётчик

Первые разговоры о чрезмерном энергопотреблении цифровой экономики начались задолго до нынешнего бума генеративного искусственного интеллекта. Одним из заметных сигналов стало распространение блокчейна и добычи криптовалют: вычислительная деятельность, которая существовала исключительно в цифровой среде, потребовала вполне материальных электростанций, сетей и систем охлаждения.

Экономическая выгода от технологии могла уменьшаться из-за расходов на электроэнергию. Чем больше вычислительных операций требовала система, тем сильнее она зависела от стоимости доступной мощности. Сегодня тот же вопрос возникает вокруг дата-центров и вычислительных кластеров, только в гораздо большем масштабе.

— На самом деле всё просто: электроэнергия является основой для IT-направлений, включая искусственный интеллект. Без неё ничего этого не будет. Вычислительные мощности дата-центров растут, вместе с ними увеличивается энергопотребление, и проблема их энергоснабжения становится всё острее. Поэтому без электричества цифровая инфраструктура — это действительно просто шкафы и кирпичи, — объясняет Николай Иванов.

Рост вычислений меняет требования не только к объёму генерации. Дата-центру необходимо получать электроэнергию непрерывно и с заданными параметрами, иметь резерв на случай аварии и одновременно отводить огромное количество тепла. В результате цифровой прогресс зависит от специалистов по энергетическим системам не меньше, чем от разработчиков процессоров и программного обеспечения.

Справка. Сколько энергии потребуется вычислительным центрам

Международное энергетическое агентство ожидает, что к 2030 году дата-центры будут потреблять немногим менее 3% мировой электроэнергии. Их спрос растёт примерно на 15% в год — более чем в четыре раза быстрее, чем потребление электричества во всех остальных секторах вместе. Для покрытия дополнительной нагрузки потребуются возобновляемая, газовая, угольная и атомная генерация, а также развитие сетевой инфраструктуры.

Энергетика при этом не противостоит искусственному интеллекту. Напротив, она делает его возможным, а цифровые инструменты, в свою очередь, помогают прогнозировать потребление, управлять сложными сетями и оптимизировать оборудование. Но цифровые алгоритмы и программы остаются лишь одним из элементов системы: они не могут отменить физические ограничения, произвести энергию из ничего или охладить оборудование без специальных устройств.

Эта зависимость особенно заметна в транспорте. Здесь электроэнергию недостаточно выработать — её нужно взять на борт, преобразовать в движение и распределить между многочисленными потребителями, сохранив приемлемые массу, надёжность и безопасность.

Не просто заменить двигатель

Изменения, которые сейчас происходят в авиационной энергетике, иногда сравнивают с переходом от поршневых самолётов к реактивным. Николай Иванов относится к такой аналогии осторожно. Новый этап не сводится к замене одного двигателя другим: одновременно меняются схемы летательных аппаратов, сценарии их использования и способы включения авиации в общую транспортную систему.

— Я бы не стал напрямую сравнивать происходящее с переходом от поршневой авиации к реактивной. Мы действительно наблюдаем новый виток развития, но он связан не только с силовой установкой. Меняются сценарии применения летательных аппаратов, растёт электрическая мощность на борту, системы всё теснее интегрируются между собой, а управление энергетическими потоками становится интеллектуальным, — отмечает Николай Иванов.

Для крупного пассажирского лайнера и небольшого аэротакси рациональны разные технические решения. Самолёт, перевозящий сотни людей на большое расстояние, должен часами поддерживать крейсерский полёт. Аппарату городской или региональной мобильности может быть важнее вертикально подняться с небольшой площадки, перейти в горизонтальное движение и выполнить короткий перелёт между транспортными узлами.

Именно новые энергетические схемы позволяют конструкторам рассматривать такие аппараты всерьёз. Электродвигатели можно разместить в нескольких точках крыла или корпуса, распределив тягу между ними. Гибридная установка даёт возможность сочетать источник, основанный на топливе, с электрическими машинами и накопителями энергии. Выбор режима зависит от этапа полёта: одному требуется максимальная мощность, другому — экономичность или минимальный уровень шума.

Европейское агентство авиационной безопасности уже получило ряд заявок на сертификацию аппаратов вертикального взлёта и посадки, отличающихся от классических самолётов и вертолётов. Для них разрабатываются специальные требования, учитывающие новые схемы создания и распределения тяги. Первый полностью электрический самолёт получил сертификат типа EASA ещё в 2020 году, хотя его возможности и назначение значительно скромнее проектов будущих аэротакси.

Справка. Что такое распределённая силовая установка

В традиционной схеме тягу создаёт один двигатель или несколько крупных двигателей. При распределённой установке используются несколько меньших движителей (например, воздушных винтов), размещённых в разных частях аппарата. Электрическая передача энергии упрощает такую компоновку: источник энергии не обязан находиться непосредственно рядом с каждым винтом или вентилятором. Это открывает конструкторам новые возможности для управления обтеканием крыла, вертикального взлёта и повышения отказоустойчивости, но одновременно усложняет электроснабжение, охлаждение и алгоритмы управления.

Наличие электрических двигателей само по себе ещё не делает аппарат эффективным. Все его элементы приходится рассматривать вместе: источник энергии, накопитель, генератор, преобразователи, электродвигатели, систему охлаждения и управляющую электронику. Уменьшение массы одного компонента может привести к росту нагрузки на другой, а выигрыш в экономичности — потребовать более сложной тепловой системы. Новый виток авиации начинается не с отдельной батареи или двигателя, а с пересмотра архитектуры всего летательного аппарата. Эта архитектура определяет не только характеристики воздушного судна, но и возможные сценарии его включения в транспортную сеть.

Воздушный транспорт становится частью сети

Изменения не заканчиваются внутри самолёта. Николай Иванов связывает их с переходом к мультимодальным транспортным системам, в которых авиация, железнодорожный и автомобильный транспорт объединяются через общие пересадочные узлы, цифровые сервисы и энергетическую инфраструктуру.

Сегодня перелёт часто существует отдельно от остального маршрута: пассажир самостоятельно добирается до аэропорта, проходит регистрацию, предполётный досмотр и посадку, совершает перелёт, а после прибытия снова ищет наземный транспорт. Перспективные малые аппараты способны изменить прежде всего короткий участок пути — связать удалённый населённый пункт с транспортным узлом, доставить груз туда, где нет полноценной аэродромной инфраструктуры, или дополнить наземный маршрут на сложной территории.

Электрические и гибридные схемы позволяют создавать летательные аппараты разной размерности. Среди них могут быть тяжёлые грузовые беспилотники, региональные самолёты, аппараты вертикального взлёта и небольшие аэротакси. Однако экономическая состоятельность каждого решения будет зависеть не от эффектного облика, а от стоимости энергии, ресурса агрегатов, обслуживания и реальной транспортной задачи. Кроме того, гибридные силовые установки позволяют использовать существующие авиационные двигатели, дополняя их электрическими компонентами и наращивая суммарную мощность. Это особенно важно при росте потребности в новых самолётах и других летательных аппаратах: создание нового авиационного двигателя может занимать больше времени, чем разработка самолёта.

Российские инженеры уже работают над отдельными элементами такой системы. В Передовой инженерной школе МАИ создаётся мощная гибридная установка для тяжёлых беспилотников и перспективных пилотируемых аппаратов; для проверки электрических силовых установок БПЛА разработаны и используются специальные испытательные стенды. В 2026 году в университете также спроектировали электродвигатель с магнитопроводом, который можно изготавливать с помощью 3D-печати, а в ПИШ появился участок для опытного производства электрических машин и генераторов.

Эти проекты не означают, что завтра над городами начнут регулярно летать аэротакси. Между экспериментальной установкой и серийным транспортом находятся ресурсные испытания, сертификация, создание производства, подготовка инфраструктуры и оценка экономики эксплуатации. Но именно на этой стадии формируются технологии, без которых новая транспортная система не сможет появиться.

Электричество встречается с интеллектом

Переход к серийному электрическому или гибридному аппарату требует не только надёжных компонентов, но и системы управления, способной согласовать их работу. В перспективной авиационной системе уже невозможно провести жёсткую границу между энергетикой, механикой и программированием. Электродвигатель создаёт тягу, силовая электроника преобразует энергию, система охлаждения сохраняет рабочую температуру, а алгоритмы определяют, как распределить мощность между движителями и источниками в конкретный момент.

Программное обеспечение в такой системе чрезвычайно важно, но оно решает инженерную задачу, сформулированную на языке физики. Чтобы написать алгоритм управления силовой установкой, недостаточно владеть кодом. Необходимо понимать, почему нагревается преобразователь, как изменяется режим работы двигателя, какой запас мощности нужен при взлёте и что произойдёт после отказа одного элемента.

— ИТ, программирование и искусственный интеллект становятся инструментами решения конкретных задач. Но чтобы сформулировать такую задачу и построить логику её решения, нужно понимать инженерную суть. Ценность специалиста, который просто пишет код, будет снижаться, а ценность программиста, способного работать с системой управления летательного аппарата, машинным зрением или инженерной оптимизацией, — расти, — считает Николай Иванов.

Эта взаимозависимость не позволяет делить специалистов новой авиационной энергетики на изолированные группы. Сначала разработчики электрических машин рассчитывают двигатель или генератор, но их решения должны быть согласованы с силовой электроникой и накопителями энергии. Затем к работе подключаются инженеры по тепловым процессам: высокая удельная мощность бесполезна, если агрегат невозможно охладить без чрезмерного увеличения массы системы охлаждения.

На следующем этапе к работе подключаются специалисты по системам управления: программисты микроконтроллеров, разработчики алгоритмов и инженеры по автоматике. Их задача — превратить множество отдельных устройств в согласованную установку. Работу силовой установки с конструкцией летательного аппарата согласуют команды комплексного проектирования, учитывающие аэродинамику, прочность, безопасность и предполагаемые режимы эксплуатации.

Нерешённых вопросов в авиационной электроэнергетике всё ещё больше, чем готовых ответов. Необходимо снижать массу двигателей и преобразователей, совершенствовать системы охлаждения и накопители энергии, искать новые материалы и создавать производственные технологии, позволяющие воспроизводить заданные характеристики не только в лаборатории, но и в серийном производстве. Для решения этих задач нужны междисциплинарные команды, участники которых глубоко знают свою область и понимают, как принятые ими решения влияют на всю систему.

Этот кадровый запрос меняет содержание образовательных программ. Изучение электрических машин, силовой электроники, накопителей энергии и систем управления должно дополняться совместной проектной работой, в которой эти компоненты объединяются в единый транспортный комплекс.

Один из примеров такого подхода — программа «Интеллектуальные электроэнергетические комплексы транспортных систем», перезапущенная в 2026 году на базе Передовой инженерной школы МАИ. Студенты будут проектировать электрические машины, электроприводы и силовую электронику, изучать микропроцессорную технику и системы управления. Подготовка строится вокруг командных проектов, связанных с реальными транспортными установками. Параллельно в школе действуют программы по электрическим и гибридным силовым установкам, где обучение включает моделирование, конструирование и испытания оборудования.

Именно на стыке энергетики, транспорта и цифровых технологий развиваются решения, которые со временем могут выйти за пределы лабораторий. Аэротакси, беспилотная доставка, интеллектуальные системы мониторинга, энергоэффективные двигатели и новые транспортные узлы могут со временем стать привычными. Но ни одна из этих технологий не появится только благодаря удачному алгоритму или красивому цифровому интерфейсу.

Программное обеспечение действительно продолжает «пожирать мир», как предсказывал Марк Андриссен. Однако у этого процесса есть предел, который невозможно обойти кодом: в какой-то момент каждый вычислительный центр, робот и летательный аппарат должен быть подключён к источнику энергии. Поэтому вопрос будущего звучит уже не только как «что сможет искусственный интеллект?», но и как «кто и каким образом даст ему электричество?».