Митько Арсений Валерьевич, Президент Арктической общественной академии наук, доцент ВНИИМ имени Д.И. Менделеева, доцент СЗИУ РАНХ и ГС, кандидат технических наук, доцент
Беспилотный летательный аппарат (БПЛА) – аппарат без экипажа на борту, способный самостоятельно целенаправленно перемещаться в воздухе и выполнять различные функции в автоматическом режиме или посредством дистанционного управления. В разговорной речи - беспилотник или дрон. Первыми беспилотную технику применили австрийские военные в 1849 году для воздушной бомбардировки при осаде Венеции. А в 1898 году знаменитый физик Никола Тесла смастерил миниатюрное радиоуправляемое судно. Это и послужило началом эры управляемых беспилотных объектов.
Основным преимуществом БПЛА является существенное уменьшение габаритов в сравнении с обычными летательными аппаратами, ведущее к минимуму их стоимости, затратам на эксплуатацию, выполнение манёвров с перегрузками, превышающими физические возможности человека и многое другое. При этом существует и проблемы эксплуатации БПЛА, такие как уязвимость систем дистанционного управления, каналов связи (сигналы GPS навигаторов), погодные условия, необходимость в лёгком, экономичном, энергоёмком двигателе для обеспечения многочасового нахождения БПЛА в воздухе. Несмотря на это, сегодня применение беспилотной техники является одной из самой востребованной и перспективной в авиации.
Изобретение беспилотников относится к области жизненных потребностей человека. Крайне важно их оперативное использоваться при отсутствии связи со спасателями и для поиска людей в сложных условиях природы Севера и Арктики. БПЛА в сложных условиях могут решать:
разведывательные задачи, такие как обнаружение морских судов, малоразмерных наземных и воздушных объектов;
геологоразведка;
картография и аэрофотосъемка;
соблюдения правил рыболовства и контроль морских границ;
сопровождением кораблей и судов;
слежение за состоянием моря и разведка ледовой обстановки (включая сигнализацию об айсбергоопасности нефтяным платформам и судам);
поиск косяков рыбы или подсчёт численности особей в популяциях (белых медведей, моржей);
предупреждение рыбных ферм об угрозе распространения водорослей;
мониторинг и охрана стратегических важных и особо опасных объектов. Беспилотные аппараты, летающие на низких и средних высотах, используют и в качестве курьеров. С их помощью возможно обеспечение жертв аварий предметами первой необходимости, доставка медикаментов в отдаленные селения. Тем самым они приносят неоценимую пользу работникам и жителям Крайнего Севера и Арктики. Выполнение этих задач возможно благодаря отличным летным характеристикам беспилотников.
Климатические условия Арктики одни из самых суровых на планете и считаются неблагоприятными для обычных исследований. Тем не менее к этому необычному краю учёные проявляют большой профессиональный интерес, так как изучение особенностей Арктического региона поможет решить глобальные экономические и экологические проблемы общества. На сегодняшний день одним из перспективных способов исследования Арктики является применение беспилотников. Долгое время они считались неподходящими для этого из-за сложных арктических погодных условий. Но наука не стоит на месте, и в результате стремительного развития технологий они стали прочнее и надежнее. Важно и то, что БПЛА во время полетов не нарушают хрупкую экологию этого региона. Развитие беспилотной авиации за десятилетие показало востребованность данного вида робототехнических систем в труднодоступных регионах. Выполнение поисковых работ с их помощью осуществляется гораздо оперативно и менее затратно.
Арктическая зона Российской Федерации лучше всего подходит для опережающего внедрения беспилотных авиационных систем. Соответствующая потребность увеличивается в связи с активным развитием Северного морского пути, добывающей промышленности и туризма в Арктике. Область применения беспилотников в этом макрорегионе в ближайшей перспективе будет охватывать создание цифровых моделей местности, поиск и спасение людей, автоматизированную доставку грузов, мониторинг инфраструктуры и природной среды. Совершенствование применения беспилотных авиационных систем в Арктике реально при внедрении их в общее воздушное пространство. Наибольшей проблемой при увеличивающейся загруженности воздушного движения в Арктической зоне являются одновременные полеты пилотируемых и беспилотных воздушных судов.
Для решения этой задачи необходим тщательный подход к вопросу о прямом взаимодействии и приборном наблюдении всех воздушных судов. При рациональном применении бесплотных авиационных технологий в Арктике сделает этот регион современным, оснащенным цифровой автоматизацией. Тем не менее применение беспилотников на высоких широтах тоже обусловлено техническими сложностями, например такими как суровые метеоусловия, влияние внешних помех на радионавигационное обеспечение, отсутствие наземной инфраструктуры и др. Продолжительность полета и сроки эксплуатации во многом зависят от силовых установок беспилотных аппаратов. В каждом виде элементов питания БПЛА есть свои как положительные, так и отрицательные стороны.
Бензиновый двигатель обеспечивает большую дальность полета за счет того, что при сгорании топлива, энергии выделяется больше, чем у аккумулятора. Но при этом применение двигателя имеет и ряд недостатков - непростая конструкция и то, что много времени затрачивается на его подготовку перед вылетом. К тому же, работа на бензиновом двигателе наносит вред экологии, так как при сгорании топливо выбрасывает в атмосферу углекислый газ, что приводит к загрязнению окружающей среды. Аккумуляторная батарея экологична и намного проще в обслуживании, при этом у батареи есть такой недостаток, как влияние низких температур Арктики на её работоспособность и срок службы, при которых снижается мощность аккумуляторной батареи, и тем самым это может привести к нарушению надежности работы беспилотника. С целью выявления влияния отрицательных погодных условий на полет БПЛА, был проведен научный эксперимент с квадрокоптером Hubsan X4. В заявленных характеристиках данного аппарата писалось о том, что емкости аккумуляторной батареи достаточно для продолжительности полета 20 минут. Условия испытания – зимнее время года и поэтапность:
1) при температуре воздуха -150 0С;
2) при температуре воздуха -220 0С и боковом ветре 5-7 м/с;
3) при температурах воздуха -80 0С и наличие осадков в момент запуска.
Подводя итоги проведенного эксперимента, стало очевидно, что в половину сократилось заявленное время полета. Низкие температуры воздуха не влияли на работу видеокамер, хотя при выпадении осадков корпус и камера коптера покрылись наледью. При боковом ветре квадрокоптер заносило в стороны, тем самым уменьшая его скорость. Соответственно, проведенные испытания подтвердили тот факт, что аккумуляторная батарея несовершенна для применения у беспилотника в Арктике. Важно так же обратить внимание на то, что аккумулятор имеет большой вес и габариты, тем самым являясь помехой для размещения полезной нагрузки на летательном аппарате. Таким образом, все эти проблемы требуют подробного изучения и решения. Еще одной проблема - обледенение конструкции. На сегодняшний день в авиации все летательные аппараты перед вылетом подвергаются наземной обработке противообледенительной жидкостью. В небе Арктики корка льда очень быстро покрывает БПЛА, что приводит к нарушению работы приборов. Существуют противообледенительные (ПОС) жидкостные и электрические системы. К сожалению, оба этих вида не идеальны, потому что жидкостным системам нужен большой запас гликолевого раствора, а электрические ещё и потребляют большое количество энергии, что отрицательно сказывается на продолжительности полета беспилотника. Технически выполнение таких операций не просто и к тому же довольно затратно.
Основу навигационных систем беспилотных аппаратов составляют приёмники глобальных систем спутниковой навигации (ГССН), совмещенные с инерциальными датчиками пространственной ориентации. При хорошем сигнале связи, такая система обеспечивает достаточно точное местоположение летательного объекта и параметры его движения. БПЛА снабжены большим количеством датчиков и электронных приборов, среди которых компас, гироскоп, GPS, видеокамеры формата HD, инфракрасные датчики и другие более прогрессивные системы стабилизации и ориентации в пространстве. Многокамерные беспилотные аппараты способны создавать цифровые модели местности, ортофотопланы, 3D-модели для актуализации топографических съемок, что в условиях Арктики необходимо для роста, развития экологического и познавательного факторов. Навигационное обеспечение влияет на безопасность, надёжность и экономические характеристики выполнения полета, поэтому особо важна возможность обеспечения точности определения координат, непрерывность и целостность передачи данных о положении БПЛА при их эксплуатации на высоких широтах. Во многих технологически развитых странах мира создают БПЛА тысячами, интерес к ним всё больше проявляется во многих сферах человеческой деятельности. Они отличаются конструкциями, размерами и функциональными возможностями, бывают различного назначения и применения, помогают человеку в труднодоступных местах, а порой и полностью заменяют людей. Большая территория Севера, сложные климатические условия, низкие температуры воздуха делают применение беспилотников необходимыми в данном регионе. В планах исследователей много целей и задач, среди которых на первом месте – решение проблемы по увеличению продолжительности полета БПЛА. Летательные аппараты средней дальности полета являются наиболее востребованными. Техника данного класса с вертикальным взлетом и посадкой в этом непростом крае незаменимы – беспилотникам вертолетного типа не нужна специальная полоса, у них большая манёвренность и они могут зависать над объектом.
Конструкторами многих стран, в том числе и России, ведутся разработки, испытания различных типов БПЛА, которые представляют широкому кругу заинтересованных лиц в области использования данной современной техники. Многие из них применимы и для условий Арктики. На форумах и различных выставках отечественные предприятия представляют перспективные проекты беспилотных комплексов, их экспериментальные экземпляры, в том числе способных эффективно работать и в суровых условиях Арктики. В настоящее время в нашей стране уже имеются беспилотники, способные выполнять полеты в экстремальных климатических условиях.
Отечественная программа по созданию беспилотной техники призвана преодолевать сильное отставание от ведущих стран мира в данной области. Но несмотря на имеющиеся трудности, большое количество российских компаний выпускает достаточно качественные образцы БПЛА малого радиуса действия, способных совершать полеты на малых высотах. За внедрением беспилотных летательных аппаратов - будущее нашей страны и всего мира. Решение перечисленных задач возможно путем создания различных модификаций беспилотных авиационных комплексов (БАК). Развитие БПЛА в настоящее время впечатляет, однако в будущем прогнозируется рост технологий в данной сфере. В первую очередь это касается беспилотников с электрическими силовыми установками как наиболее экономически выгодными. Увеличение продолжительности полета реально при использовании солнечных панелей или высокотехнологичных аккумуляторных батарей, а грузоподъемности – за счет облегчения конструкции и более мощных, но экономичных двигателей. В перспективе важно получить от ученых разработки летающих танкеров-беспилотников, способных осуществлять дозаправку в воздухе и аппаратов с электрическими батареями, дистанционно получающими энергоснабжение при помощи лазерного луча. Будущим в беспилотной авиации станут аппараты с нейросетью под управлением искусственного интеллекта. Для туризма будет полезен многокамерный квадрокоптер, умеющий самостоятельно составлять карту окружающих объектов, на основании которой он сможет выстроить траекторию своего движения.
Развитие беспилотной авиационной техники важно и актуально, так как эта область приборостроения позволяет решать большой спектр задач, в том числе и в условиях Арктики. На сегодняшний день в нашей стране издаются законы, позволяющие задействовать БПЛА в различных направлениях деятельности. Устранив возникающие сложности, у России есть все шансы стать лидирующей державой в данной отрасли. Применение беспилотных летательных аппаратов дает человечеству преимущества и большие возможности в гражданской и прикладных сферах.