Еженедельник "Снабженец"
http://www.snab.ru

Полная версия этой статьи в формате PDF:
СКАЧАТЬ

Беспилотная малая авиация на службе общества Современный технический уровень развития авиационных комплексов с беспилотными летательными аппаратами (БПЛА) позволяет ус­пешно применять их не только в военных целях, но и в гражданской сфере. Специальное оборудование, разработанное для установки на беспилотные носители, дает реальные возможности многократно снизить себестоимость и значительно повысить эффективность выполнения таких, например, бюджетных работ, как дистанционное зондирование природных ресурсов, геофизические ис­следования, мониторинг чрезвычайных ситуаций и последствий стихийных бедствий, обеспечение поисково-спасательных операций. Кроме того, его можно успешно эксплуатировать в области цифрового картографирования, производственно-экологического мониторинга, разведки ледовой обстановки и охраны различных объектов. Мировая практика показывает, что аналогичное использование пилоти­руемых летательных аппаратов обходится в 20–40 раз дороже. Одна­ко для российских чиновников это не является стимулом к тому, чтобы дать «зеленый свет» беспилотной авиации и устранить хорошо им известные препоны. Проблемам применения БПЛА в гражданских интересах была во многом посвящена программа мероприятий 3-го Московского международного форума «Беспилотные многоцелевые комплексы» — UVS-Tech ’2009, состоявшегося в московском Экспо­центре. В рамках форума прошла выставка, на которой отечественные предприятия, известные КБ и научно-производственные компании продемонстрировали свои новейшие разработки в области беспилотной техники, комплексов управления, навигации и связи. Кроме того, была проведена международная конференция «Вопросы создания и применения гражданских беспилотных систем». Такая полезная нагрузка Трассовые радиометрические системы «Ранет-21» и «Ранет-05», представленные на стенде ОАО «Кон­церн “Вега”» (г. Москва), экспортируются сегодня и в США, и в Западную Европу. Эти системы, разработанные концерном совместно с Институтом радиоэлектроники Ака­де­мии наук, предназначены для установки на БПЛА с целью гидрологического мониторинга суши и водной поверхности. Например, в Нидер­ландах, где большие территории отвоеваны у моря, их используют для своевременного обнаружения подземных протечек земляных дамб, прорыв которых может вызвать катастрофические затопления. А инженерные службы военного ведомства США исследуют с их помощью сос­тояние дамб вдоль низких берегов Миссисипи. Такие дамбы специально сооружались для защиты фермерских угодий от сезонных разливов. Кроме невидимых снаружи протечек дамб, приборы позволяют определять зоны промерзших почв и так называемые талики — участки болотистого грунта, не замерзающие из-за биологического разогрева. Подоб­ные особенности местности во избежание аварий необходимо знать при прокладке нефтяных и газовых труб. С помощью радиометров мож­но выявить также зоны подтоплений и затоп­лений, прохождение подземных водя­ных потоков, уровень грунтовых вод на глубине до 4 м, поверхностную влажность почвы и ее среднее значение в слое толщиной 1 м. Помимо этого, приборы способны определять разливы нефти на земле и водной поверхности, состояние морских и пресноводных льдов (нали­чие проталин), перегрев магистральных нефте- и газопроводов. Наконец, с их помощью выявляют состояние дренаж­ных труб, проложенных под железно­дорожными насыпями. Важ­ность последних исследований связана с тем, что засорение дренажа зачастую ведет к вымыванию грунта, проседанию насыпей и возникновению аварийных ситуаций на железных дорогах. Информация, фиксируемая радио­метрическими датчиками во время полета БПЛА, переносится на цифровое записывающее устройство (обычную «флэшку»). После обработки она представляется в виде слоя цифровой карты, наложенного на географическую или топографическую основу. Снимать информацию радиометрические датчики могут в любое время года, независимо от времени суток и при любой погоде. Что же касается межсезонных работ по измерению влажности почвы и составлению соответствующих карт, то их стоимость при использовании БПЛА с трассовым радиометром «Ранет-21», по данным разработчика прибора Игоря Сидо­рова, в сотни раз ниже, чем при применении традиционного мето­да. (Последний заключается во взятии проб почвы на разной глубине, их взвешивании, высушивании и пов­тор­ном взвешивании. По разнице веса каждой пробы определяется ее влажность. Метод характеризуется высокой трудоемкостью и длительностью.) Масса «Ранета-21» вместе со встроенным аккумулятором состав­ляет 7 кг. Стоимость для европейских покупателей — 20 тыс. евро. Интересно, что сами приборы не являются источниками каких-либо излучений, а их радиометрические датчики, по сути, представляют со­бой чувствительные к СВЧ-диапазону приемники, настроенные на определенную длину волны. Так, например, «Ранет-21» настраивается на при­ем сигналов с длиной волны 21 см, од­ним из источников которых является частично отраженное от воды космическое радиоизлучение водорода, проникающее в почвенный слой. Для того чтобы выделить эти слабые сигналы на фоне сравнительно большого собственного шума приемника, в приборе реализованы специальные методы СВЧ-радиометрии. Недостаток трассовых радиометрических приборов заключается в невозможности их применения для мониторинга влажности земель населенных пунктов, а также территорий, «загрязненных» искусственными ис­точ­никами радиоизлучения. Успеш­ное же применение радиометрии в системах безопасности, например, для обнаружения пластиковой взрыв­чатки и в медицине (для получения картины распределения температурных полей внутри тела человека) объясняется возможностью экранировать сравнительно небольшой исследуемый объект. Уральский оптико-механиче­ский завод им. Э. С. Яламова (ФГУП «ПО “УОМЗ”» г. Екатерин­бург) — один из ведущих российских производителей оптико-механического и оптико-электронного оборудования. Новыми разработками предприятия являются малогабаритные системы круглосуточного оптического наблюдения СОН-910 и СОН-820. Устана­в­ливают их на гражданских беспилотных носителях сухопутного и морского базирования. Используемое в данных системах оптическое оборудование (в стандартной комплектации — видеокамеру и тепловизор) монтируют на подвижную часть гиростабилизированной платформы, которая с помощью микромеханических гироскопов компенсирует вибрацию летательного аппарата. В результате оборудование заметно не вибрирует относительно земной системы координат, что обуславливает высокую четкость изображения. Следует заметить, что в известных иностранных системах наблюдения стабилизируется не положение камеры относительно земли, а ее линия визирования в пространстве. Оптическое оборудование при этом «смотрит» в нужную сторону независимо от изменений пространственного положения ЛА. Однако картинка полу­чается размытой, т. к. высокочастотные составляющие вибрации при таком способе не отфильтровываются. Соответственно дальность обнаружения и распознавания объ­ектов у таких систем значительно ниже. Отчасти поэтому современные сис­темы оптического наблюдения, предлагаемые УОМЗ, пользуются на мировом рынке хорошим спросом. По сравнению с выпускаемыми раньше, представленные на выс­тавке модели, созданные на основе новой элементной базы и современного программного обеспечения, име­ют существенно меньшие массогабаритные характеристики и стоимость. Так, масса СОН-820 составляет всего 4 кг, высота — 270 мм, диаметр подвижной части — 150 мм. (Для сравнения: система наблюдения модели СОН-730 имеет массу 25 кг, высоту 440 мм и диаметр подвижной части 250 мм.) Приборы рассчитаны на непрерывный режим работы при температуре от -40 до +50 °С. Беспилотные вертолеты Повышенным вниманием специалистов пользовался стенд Мос­-­ко­вского авиационного института (МАИ), на котором демонстрировался дистанционно пилотируемый вертолет «Ворон-700». Один из основных принципов, которым руководствовались его разработчики — конструкторы КБ «Искатель» кафедры «Авиационные и ракетные сис­темы» аэрокосмического факультета, заключался в максимальном использовании готовых, серийно выпускаемых узлов и агрегатов с целью снижения трудоемкости сборки и упрощения обслуживания ЛА. В результате полная сборка аппарата на заводе МАИ при наличии импортных комплектующих выполняется одним сборщиком за три восьмичасовые смены. Настройка всех параметров производится в течение 15-минутного испытательного полета. Чтобы специалисты могли лучше ознакомиться с его конструкцией, на стенде вертолет был представлен в бескорпусном — оголенном виде. Максимальная взлетная масса «Ворона-700» составляет 80 кг, габаритные размеры — 2,5?0,65?1,1, диаметр несущего винта — 2,58 м, масса полезной нагрузки — 30 кг. БПЛА имеет практический потолок полета 5500 м, потолок зависания 3500 м. Продолжительность полета (на барометрической высоте* 200 м) при запасе бензина в топливном баке 12 кг составляет 6 ч, дальность — 500 км. Наибольшая скорость БПЛА достигает 150 км/ч, скорость при полете назад и в стороны — 15 км/ч. На вертолете используется бензиновый двигатель мощностью 20 л. с. массой 5 кг. По словам разработчика аппарата Дмитрия Дьякова, на «Вороне-700» впервые в мировой практике беспилотного вертолетостроения поставлен X-образный несущий винт. Высокие аэродинамические свойства такого винта с узкими упругими лопастями определяют характеристики управляемости аппарата, соизмеримые с показателями спортивных моделей вертолетов. Это позволяет «Ворону-700» без проблем выполнять все фигуры высшего пилотажа. Компоновка винта и аэромеханическая система стабилизации его вращения даже при отключении электронной стабилизации обеспечивают сохранение первоначального положения вертолета в средневозмущенной атмосфере (при скорости ветра до 3 м/с) в течение 8–12 с. За счет малого коэффициента подъемной силы зона авторотации винта в высотном и скоростном диапазоне достаточно велика. В случае останова двигателя это значительно повышает вероятность мягкой посадки. Существенно, что шум при работе X-образного винта смещен в низкочастотную область спектра и быстро рассеивается в воздушном пространстве. Благодаря такой особенности его уровень значительно ниже, чем у вертолетов с винтом традиционной конструкции. Бортовое оборудование БПЛА работает в автоматическом и полуавтоматическом режимах управления. В первом режиме производятся вертолетный взлет и посадка (осевая скороподъемность — 7,5 м/с), зависание, полет по маршруту или в заданный пункт, возврат в заданную точку. Полуавтоматический режим предназначен для внесения коррекционно-оперативных изменений. В процессе полета комплекс бортового навигационно-управляющего оборудования обеспечивает определение скорости с точностью 5%, плановых координат и высоты с точностью соответственно 4 и 6 м. При выполнении посадки точность определения координат и высоты полета составляет 0,15 м. В состав комплекса массой 2,5 кг входят антенна и приемник системы спутниковой навигации GPS/ГЛОНАСС, блок чувствительных элементов «БЧЭ-Курс» (с тремя гироскопами и тремя акселерометрами), система воздушных сигналов «СВС-Курс», магнитометр, вычислитель «БВК-Курс», рулевые машинки и радиомодем. Эксп­лу­атируется оборудование в температурном диапазоне от -45 до +45 °С. Стоимость БПЛА «Ворон-700» в такой комплектации с наземным пультом управления (без учета стоимости полезной нагрузки) составляет 10 млн руб. В качестве полезной нагрузки (ПН) может выступать оптическая гиростабилизированная мульти­система, передатчик видеоданных от полетной видеокамеры, телеметрический модуль и другое оборудование общей массой до 30 кг. В качестве новинки 2008 г. компания «Беспилотные системы ZALA AERO» (г. Ижевск, Удмуртская Респуб­лика) представила полнофункцио­нальный беспилотный вертолет ZALA 421-06. Новый аппарат предназначен для ледовой и радиационной разведки, а также обнаружения мест чрезвычайных ситуаций. Вертолет имеет массу 12 кг и габаритные размеры 0,4?1,6?0,67 м. Диаметр основного ротора составляет 1,77 м, максимальная масса ПН — 2 кг. Видео­­камера или тепловизор устанавливаются на гиростабилизированную платформу и обеспечивают передачу информации в радиусе до 15 км. При комплектации БПЛА двигателем внутреннего сгорания продолжительность полета составляет 1,5 ч, электродвигателем — 40 мин. Вертикальный взлет и посадка вертолета производятся в автоматическом режиме. Скорость полета может меняться от 0 (в режиме зависания) до 70 км/ч. Крейсерская скорость аппарата — 50 км/ч, максимальная высота полета — 2000 м над уровнем моря. В случае возникновения неисправности двигателя включается режим авторотации, позволяющей вертолету произвести аварийную посадку. При полете аппарат использует навигационную систему GPS/ГЛОНАСС. Беспилотные самолеты с электродвигателем Одним из основных направлений деятельности ЗАО «Аэрокон» (г. Жу­ковский, Московская обл.) является разработка и изготовление беспилотных авиационных комплексов массой до 5,5 кг. С 1991 г. компа­ния работает на базе Центрального аэрогидродинамического института им. Н. Е. Жуковского, что дает ей возможность проводить экспериментальные исследования компоновки ЛА в малоскоростной малотурбинной аэродинамической трубе ЦАГИ. При создании аэродинамических схем аппаратов компания «Аэро­кон» использует математическое 3D-моделирование. На выставке она продемонстрировала три беспилотных летательных комплекса Inspector-101, -201 и -301. В состав каждого из них входят два ЛА, наземная станция и система автоматического управления. Электросиловые установки аппаратов работают от литий-полимерных аккумуляторов с временем зарядки 1 ч. Комплекс Inspector-101 с беспилотными летательными аппаратами массой по 250 г и размахом крыльев 30 см предназначен для мониторинга и наблюдения за объектами, находящимися в стесненных условиях жи­лых и промышленных кварталов, в условиях сложного рельефа местности и на зараженных территориях. Полезной нагрузкой аппаратов является камера переднего или планового обзора (обычно цветная, имеющая 380 ТВ-линий), обеспечивающая дистанционную передачу информации в радиусе 1500 м. Время полета БПЛА составляет 30–60 мин. со скоростью 28–70 км/ч, максимальная дальность — 44 км, эффективная высота — 25–500 м. Взлет аппаратов производится как с руки оператора, так и с помощью пневматической катапульты. Посад­ка осуществляется по-самолетному «на брюхо». Оператор, получая передаваемую камерой информацию в режиме реального времени, может в любой момент скорректировать или изменить программу полета по заданному маршруту. К отличительным особенностям комплекса Inspector-101 относятся компактность, бесшумность, низкая заметность и возможность наблюдения за объектами, находящимися не только на горизонтальных, но и на вертикальных поверхностях. Inspeсtor-201 можно использовать, в частности, для проведения поисково-спасательных работ, контроля состояния лесных и сельскохозяйственных угодий, мониторинга нефте- и газопроводов. Кроме того, с его помощью осуществляют охрану территорий и выполняют целый ряд других задач, требующих оперативного локального наблюдения за подстилающей поверхностью. Входящие в состав комплекса БПЛА имеют массу 1,3 кг, размах крыльев 0,8 м и несут 150 г ПН. Нагрузкой может быть дистанционно передающая цветная камера перед­него или планового обзора, имеющая 520 ТВ-линий, и цифровой 10-мегапиксельный фотоаппарат. В ходе полета камера стабилизируется по крену, а снимаемая информация устойчиво передается в радиусе 5– 7 км. Максимальное время полета аппаратов комплекса Inspeсtor-201 достигает 1 ч, скорость составляет 36–80 км/ч, дальность — 45 км, практический потолок полета — 1000 м. Запуск комплекса производится аналогично предыдущей модели. Полет может осуществляться в трех ре­жимах: ручном, автоматическом и полуавтоматическом. Во втором ре­жиме для управления полетом ис­пользуется ССН GPS или ГЛОНАСС. В случае пропадания навигационных сигналов от спутника аппарат «встает в круг» (начинает совершать круговой полет) в ожидании их появления. При пропадании телеметрии он автоматически возвращается на базу. В случае аварийной посадки ЛА в течение достаточно длительного времени (пока полностью не разрядятся аккумуляторы) передает оператору координаты своего приземления. БПЛА данного комплекса обладают хорошей плавучестью, ремонто­пригодностью и имеют прочную конструкцию. Эксплуатировать их можно даже при умеренном дожде и снегопаде, скорости ветра до 12 м/с и температуре окружающего воздуха от -15 до +50 °С. Самая новая разработка компании «Аэро­­кон» — беспилотный авиационный комплекс Inspector-301 отличается от предыдущего прежде всего большими размерами и в 3 раза увеличенной полезной нагрузкой (до 500 г). БПЛА 301-го комплекса имеют массу 5,5 кг и размах крыльев 1,5 м. В качестве ПН могут быть установлены дистанционно передающая цветная камера, тепловизор, цифровой фотоаппарат планового обзора и датчики наличия газа. Аппараты имеют систему стабилизации полезной нагрузки по крену и обеспечивают передачу информации в радиусе 15 км. Скорость полета меняется от 54 до 150 км/ч, максимальная продолжительность состав­ляет 1,5 ч, наибольшая дальность — 90 км, потолок — 1000 м. Взлет БПЛА производится с по­мощью пневматической катапульты, посадка — на парашюте или по-самолетному «на брюхо». Размеры площадки для взлета и посадки составляют 75?75 м. По словам главного конструктора компании «Аэро­кон» к. т. н. Александра Корнушенко, стоимость Inspector-101, -201 и -301 составляет соответственно около 1,5; 1,7–2 и 3 млн руб. ЗАО «НТЦ “Рисса”» (г. Москва) показало на выставке новый беспилотный аппарат Т-3 с взлетной массой 5 кг, размахом крыльев 1,8 м и допустимой ПН 1 кг. При создании этого аппарата особое внимание разработчики уделили простоте его эксплуатации, сопоставимой с возможностями малоквалифицированного персонала. БПЛА оснащен электрическим двигателем, питающимся от литий-полимерных аккумуляторов, заряда которых хватает на 60 мин. полета. Скорость аппарата составляет 60–120 км/ч, дальность действия канала связи — 25 км. Т-3 имеет разборную конструкцию и укладывается в два контей­нера размерами 750?500?200 и 700?350?450 мм общим весом 8 кг. При повреждении одной из сборных частей она заменяется запасной из комплекта ЗИП. Весь комплекс, включающий БПЛА, станцию управления, радиооборудование и стартовую катапульту, может транспортироваться вручную силами двух операторов. Автоматизированная стартовая катапульта позволяет производить запуск с минимальным участием оператора, уменьшая риск повреждения аппарата. Двигатель последнего запускается уже после автоматического взлета, что исключает возможность травмирования персонала. Управление полетом во всех режимах осуществляется автоматической бортовой системой. В режиме крейсерской скорости (80 км/ч) возможно полуавтоматическое управление по командам наземной станции. Предусмотрена также возможность выбора способа посадки, в зависимости от погодных условий и рельефа местности, по-самолетному или на парашюте. Самолеты с бензиновым двигателем Компания «Беспилотные системы ZALA AERO», являющаяся, по выражению ее генерального директора и главного конструктора, мастера спорта по вертолетному спорту Александра Захарова, гражданским крылом военного концерна «Вега», впервые продемонстрировала свою новую разработку БПЛА ZALA 421-16. Этот аппарат, выполненный по схеме «летающее крыло» и способный нести ПН до 3 кг, имеет массу 15 кг и размах крыла 1,65 м. В стандартном исполнении ZALA 421-16 комплектуется цифровым 10-мегапиксельным фотоаппаратом и высококачественной видеокамерой с устройством оцифровки изображения и записи. Оборудова­ние монтируется на гиростабилизированной платформе. Дополнитель­но на БПЛА устанавливают тепловизор (640?480 пикселей) и малогабаритный дистанционный газоанализатор. Переда­ча информации обеспечивается в реаль­ном времени на расстояние до 70 км. На принимаемое видеоизображение выводятся данные о скорости, высоте, продол­жительности полета, напряжении питания аккумуляторов, времени по Гринвичу, а также о геодезических и прямоугольных координатах БПЛА. Скорость аппарата может меняться от 70 до 150 км/ч, максимальная продолжительность полета, по словам главного конструктора, составляет 10 ч. Такая длительность автономного полета позволяет использовать ZALA 421-16 для обследования магистральных электросетей, газо- и нефтепроводов вместо пилотируемых вертолетов. Старт аппарата производится с мобильной катапульты, которая может быть установлена как на земле, так и на судне, например ледоколе. Посадка осуществляется в автоматическом режиме на парашюте или в специально расставленную сеть. Система управления при вводе полетного задания автоматически учитывает рельеф местности и задает поправки высот. Во время полета возможна корректировка введенного задания (добавление, удаление и перемещение точек маршрута), его полная перезагрузка, а также считывание задания, переданного с других наземных станций управления. В любой момент полета оператор может перевести БПЛА из автоматического в полуавтоматический ре­жим, позволяющий с помощью много­функционального джойстика управ­лять курсом, скоростью, высотой аппарата и положением камеры. В ходе полета по заданной программе БПЛА способен выполнять облет точки в режимах «восьмерка», «змейка», «круг влево» и «круг вправо». При этом точка облета может перемещаться оператором с учетом корректировки на ветер или на неточность электронной карты. При потере связи аппарат автоматически возвращается на место старта и совершает посадку. Стоит БПЛА ZALA 421-16 в 2 раза дешевле зарубежных аналогов с такими же характеристиками. Новейшей совместной разработкой ЗАО «Р. Е. Т. Кронштадт» (г. Мос­ква) и компании «Транзас» (г. Санкт-Петербург) является беспилотный много­целевой комплекс «Дозор-3». Этот аппарат относится к классу тяжелых средневысотных БПЛА и имеет продолжительность полета 16 ч. Предназначен он для сбора информации о протяженных объектах и территориях, находящихся на удалении до 2000 км от аэродрома. Макси­мальная высота полета аппарата составляет 4000 м, крейсерская скорость — 120–150 км/ч. Эксп­луа­ти­ровать его можно как днем, так и ночью в сложных метеоусловиях при температуре от -40 до +50 °С. При взлетной массе 480 кг, размахе крыльев 9,4 м и массе топлива 150 кг «Дозор-3» способен нести полезную нагрузку в 115 кг. На БПЛА устанавливают достаточно широкий набор аппаратуры, в частности, видеокамеры переднего и бокового обзора разрешением 752?582 пикселя, тепловизор среднего диапазона, радиолокационную станцию перед­него и бокового обзора с синтезированной апертурой. Кроме того, в состав бортового оборудования входят 12-мегапиксельный цифровой фото­аппарат, накопитель полетной и видовой информации и система управления ПН. Снимаемая информация передается на наземный пункт управления в реальном времени в пределах прямой радиовидимости и записывается на бортовой накопитель. Комбинированная система управления летательным аппаратом имеет два режима работы: автономный (по программе) и дистанционно пилотируемый (по командам оператора). Пилотажно-навигационное оборудование обеспечивает точность полета по маршруту в автономном режиме 15–30 м. На БПЛА используется четырехтактный двигатель внутреннего сгорания Rotax 912 мощностью 100 л. с. Взлет и посадка производятся по-самолетному: на колесное шасси или лыжи. Время подготовки аппарата к вылету составляет 30 мин., разбег при взлете — 300 м, пробег при посадке — 350 м. Для выполнения аварийной посадки «Дозор-3» оснащен парашютной системой, а с целью определения места приземления — автоматически срабатывающим бортовым радио­маяком. Своим любимым «детищем» главный конструктор ЗАО «Р. Е. Т. Кронштадт» Геннадий Трубников все же считает то, над чем он работает сейчас, — тяжелый БПЛА «Дозор-5». По его мнению, этот аппарат должен стать новым шагом в развитии российской беспилотной авиации. Многоцелевой авиационный комплекс «Дозор-5» компания планирует представить в августе на 9-м Меж­дународном авиационно-космическом салоне МАКС ’2009. Александр Пуховский, фото автора * Барометрическая высота — относительная высота полета, измеряемая от условного уровня с помощью барометрического высотомера.