История развития военных беспилотных летательных аппаратов. История развития военных беспилотных летательных аппаратов
 Скачать 2.37 Mb.
|
|
История развития военных беспилотных летательных аппаратов Проекты по созданию летательных аппаратов, которые бы управлялись дистанционно или автоматически, появились еще на заре прошлого столетия, но существующий уровень техники не позволил воплотить их в жизнь. Первым БПЛА считается дистанционно управляемый самолет Fairy Queen, который был построен в Англии в 1933 году. Его использовали в качестве самолета-мишени для тренировок истребителей и зенитчиков. Первым беспилотным летательным аппаратом, который выпускался серийно и принимал участие в боевых действиях, стала немецкая крылатая ракета Фау-1. Немцы называли этот БПЛА «чудо-оружием», успели изготовить около 25 тыс. штук и активно применяли для обстрелов Англии. Ракета Фау-1 имела импульсный реактивный двигатель и автопилот, в который вводились данные о маршруте. За годы войны Фау-1 убила более 6 тыс. англичан. Читайте также: Emirates представила премиальный экономический класс в самолетах Airbus A380 В послевоенные годы беспилотные разведывательные системы разрабатывались и в СССР, и в США. Советские конструкторы создали целый ряд беспилотных самолетов-разведчиков, а американцы активно использовали БПЛА во Вьетнаме. Они проводили аэрофотосъемку, вели радиоэлектронную разведку, использовались в качестве ретрансляторов. Огромный вклад в развитие беспилотных летательных аппаратов внес Израиль. В 1978 году израильтяне продемонстрировали свой первый боевой беспилотник IAI Scout на авиавыставке в Париже. В ходе ливанской войны 1982 года армия Израиля с помощью беспилотников полностью разгромили систему ПВО Сирии, которая была создана советскими специалистами. В результате тех боев сирийцы потеряли 18 батарей ПВО и 86 самолетов. Эти события заставили военных многих стран мира по-новому посмотреть на беспилотные летательные аппараты. Дроны активно применялись американцами в ходе операции «Буря в пустыне». Использовали разведывательные БПЛА и в ходе нескольких военных кампаний в бывшей Югославии. Примерно с 90-х годов лидерство в разработке беспилотных боевых систем перешло к США, в 2012 году на вооружении ВС США находилось почти 7,5 тыс. единиц БПЛА различных модификаций. По большей части это были небольшие разведывательные дроны для сухопутных подразделений. Первым ударным дроном стал американский БПЛА MQ-1 Predator. В 2002 году он нанес ракетный удар по автомобилю, в котором находился один из лидеров Аль- Каиды. С тех пор использование дронов для уничтожения объектов противника или его живой силы стало привычным явлением для ведения боевых действий. Американцы с помощью дронов устроили настоящее «сафари» на верхушку Аль- Каиды в Афганистане и в других странах Ближнего Востока. Часто они добивались поставленных целей, но бывали и трагические промахи, когда вместо боевиков беспилотник уничтожал свадебный кортеж или похоронную процессию. Подобные инциденты обычно получают широкую огласку. В последние годы на Западе даже появились общественные организации, которые призывают отказаться от использования дронов в военных целях. Дескать, они часто промахиваются, что приводит к жертвам среди мирного населения. Россия пока серьезно отстает в области создания беспилотных боевых систем, этот факт неоднократно признавали представители МО РФ. Особенно очевидным это стало после грузинского конфликта в 2008 году. В 2010 году российское военное ведомство подписало контракт с израильской компанией IAI, который предусматривал создание на территории РФ завода по лицензионной сборке израильских беспилотников Searcher (у нас они называются «Форпост»). Этот БПЛА трудно назвать современным, он был создан еще в 1992 году. Существует и несколько других проектов, которые находятся в разной степени реализации. Однако в целом российский ВПК пока не способен предложить вооруженным силам беспилотные системы, сравнимые по характеристикам с зарубежными аналогами. БЕСПИЛОТНЫЕ ЛЕТАТЕЛЬНЫЕ АППАРАТЫ В последние годы появилось большое количество публикаций по использованию для решения топографических задач беспилотных летательных аппаратов (БПЛА), или беспилотных авиационных систем (БАС). Такой интерес в немалой степени вызван простотой их эксплуатации, экономичностью, относительно невысокой стоимостью, оперативностью и т.д. Перечисленные качества и наличие эффективных программных средств автоматической обработки материалов аэрофотосъемки (включая выбор необходимых точек) открывают возможности широкого использования программно-технических средств беспилотной авиации в практике инженерно-геодезических изысканий. В этом номере обзором технических средств беспилотной авиации мы открываем серию публикаций о возможностях БПЛА и опыте их использования при полевых и камеральных работах. Д.П. ИНОЗЕМЦЕВ,руководитель проекта ООО«ПЛАЗ»,г. Санкт-Петербург Зарубежные беспилотные летательные аппараты Читайте также: Убийца «Боинга»: РФ и Китай создадут лучший в мире широкофюзеляжник Одной из основных тенденций развития современных БПЛА является их дальнейшее уменьшение. Ярким примером этого дрон PD-100 Black Hornet, разработанный норвежской компанией Prox Dynamics. Этот дрон вертолетного типа имеет длину 100 мм и вес 120 гр. Дальность его полета не превышает 1 км, а продолжительность – 25 минут. Каждый PD-100 Black Hornet оснащен тремя видеокамерами. Серийный выпуск этих беспилотников начался в 2012 году, военное ведомство Англии закупило 160 комплектов PD-100 Black Hornet за 31 млн долларов. Данные дроны применялись в Афганистане. Работают над созданием микродронов и в США. У американцев существует специальная программа Soldier Borne Sensors, направленная на разработку и внедрение разведывательных БПЛА, которые могли бы снабжать информацией каждый взвод или роту. Появилась информация о желании армейского руководства США к 2018 году снабдить индивидуальным дроном каждого бойца. Сегодня самым массовым дроном в американской армии является RQ-11 Raven, который весит 1,7 кг, имеет размах крыла 1,5 м и может подниматься на высоту до 5 км. Электрический двигатель дрона обеспечивает ему скорость до 95 км/ч, в воздухе RQ-11 Raven может находиться от 45 минут до одного часа. На беспилотнике установлена цифровая видеокамера дневного или ночного видения, аппарат запускается с руки, он не нуждается в специальной площадке для приземления. Аппарат может летать по заданному маршруту автоматически, ориентируясь на сигналы GPS, или управляться оператором. Данный беспилотник находится на вооружении более десяти стран мира. Более тяжелым БПЛА, находящимся в настоящий момент на вооружении армии США, является RQ-7 Shadow. Он предназначен для ведения разведки на уровне бригады. Серийное производство комплекса началось в 2004 году. Дрон имеет двухкилевое оперение и толкающий винт. Этот БПЛА оснащается обычной или инфракрасной видеокамерой, радиолокатором, аппаратурой подсветки целей, лазерным дальномером и мультиспектральной камерой. На аппарат можно подвесить управляемую бомбу массой 5,4 кг. Существует несколько модификаций этого дрона. Еще одним американским БПЛА среднего размера является RQ-5 Hunter. Вес пустого аппарата составляет 540 кг. Это совместная американо-израильская разработка. БПЛА оснащается телевизионной камерой, тепловизором третьего поколения, лазерным дальномером, а также другим оборудованием. Дрон запускается со специальной платформы с помощью ракетного ускорителя, радиус его действия – 267 км, в воздухе он может находиться до 12 часов. Созданы несколько модификаций Hunter, на некоторые из них можно подвешивать небольшие бомбы. «Дозор-600». Это многоцелевой аппарат, разрабатываемый , показан широкой общественности на выставке МАКС-2009. БПЛА считается аналогом американского MQ-1B Predator, хотя его точные характеристики неизвестны. «Дозор» планируют оснастить РЛС переднего и бокового обзора, видеокамерой и тепловизором, системой целеуказания. Данный БПЛА предназначен для разведки и наблюдения в прифронтовой зоне. Об ударных возможностях дрона информация отсутствует. В 2013 году Шойгу потребовал ускорить работы над «Дозором-600». Читайте также: Аэробус А320: схема салона, лучшие места Аэрофлот, Уральские, Турецкие авиалинии, S7, Россия, Aegean airlines, Ямал, Ellinair «Орлан-3М» и «Орлан-10». Эти БПЛА разработаны для ведения разведки, проведения поисковых работ, целеуказания. Аппараты очень схожи своим внешним видом, незначительно отличается их взлетная масса и дальность полета. Старт происходит за счет катапульты, а приземляется аппарат на парашюте. Беспилотники армии США Одним из основных поставщиков БПЛА, как гражданского, так и военного назначения для США является компания AeroVironment. Семейство БПЛА включает модели Wasp («Оса»), Raven («Ворон») и Puma («Пума») в весовом диапазоне от 5,5 до 6,5 килограмма. Все аппараты в полевых условиях переносятся в рюкзаке, собираются за считаные минуты и запускаются с рук. БПЛА Wasp III («Оса») — имеет размах крыльев 73,5 см, весит 454 г и несет электро-оптические цветные камеры, направленные вперёд и в стороны плюс дополнительную модульную нагрузку оптических или инфракрасных сенсоров. Имеет дальностью действия до 5 км от передатчика и максимальное время нахождения в воздухе до 45 минут. БПЛА Wasp III («Оса») Лётно-технические характеристики БПЛА RQ-11 Raven («Ворон») • Размах крыла — 1,5 м • Вес — 1.7 кг • Скорость — 95 км / ч • Потолок — 5000 м • Радиус действия — 10 км • Тип двигателя — электрический • Длина — 96 см. • Продолжительность — полёта 45.. 60 мин. БПЛА Raven («Ворон») БПЛА RQ-11 Raven («Ворон») БПЛА Puma («Пума») БПЛА MQ-1 Predator («Хищник») и MQ-9 Reaper («Жнец») — американские многоцелевые тяжелые беспилотные летательные аппараты производства General Atomics Aeronautical Systems, дочерняя компания американской фирмы General Atomics. Аппараты состоят на вооружении ВВС США и армий стран НАТО. Активно применялись на территории Ирака и Афганистана, Сирии. БПЛА MQ-1 Predator («Хищник») Лётно-технические характеристики БПЛА MQ-9 Reaper («Жнец») • Потолок: 15 км • Автономность: 14 часов при полной загрузке • Дальность: 1900 км • Вместимость топлива: 1300 кг • Длина: 11 метров • Грузоподъёмность: 1700 кг • Вес: 2223 кг (пустой); 4760 кг (максимальный) • Размах крыла: 20 м • Максимальная скорость: 400 км/ч • Крейсерская скорость: 250 км/ч • Двигатель: Honeywell TP331-10 турбовинтовой, 670 кВт БПЛА MQ-9 Reaper («Жнец») БПЛА MQ-9 Reaper («Жнец») Конечно в военной технике много беспилотных аппаратов имеющих привычные для нас очертания авиационной техники. Так американский самолет X-47B – полноценный БПЛА. X-47B — многоцелевой ударный БПЛА производства компании Northrop Grumman. Беспилотник способен совершать взлёт и посадку, а также выполнять некоторые задачи без вмешательства оператора, используя возможности бортового компьютера. Характеристики: • Экипаж: нет • Длина: 11,63 м • Размах: 18,92 м • Высота: 3,10 м • Масса пустого самолета: 6350 кг • Максимальная взлетная масса: 20 215 кг • Масса полезной нагрузки 2000 кг • Двигатель: 1× Pratt & Whitney F100-220 турбореактивный • Тяга: 8074 кг (79,1 кН) • Максимальная скорость: «высокая дозвуковая» (990 км/ч) • Крейсерская скорость: 0,45 Маха (535 км/ч) • Дальность: 3900 км • Практический потолок: 12 190 м БПЛА X-47B производит в полете дозаправку [править] СССР/Россия В Советском Союзе БПЛА начали проектироваться в 1957 году КБ имени Туполева. Первым проектом стал БПЛА Ту 121, со взлетной массой 35 т, с проектной максимальной скоростью до 2700 км/ч на высоте 22000 м и дальностью до 4000 км. Самолёт должен был входить в автономный мобильный комплекс, который состоял бы из нескольких таких самолётов и средств наземного базирования, которые бы автономно могли передвигаться на расстояние до 500 км. Для этого пришлось решать ряд нехарактерных для авиационного КБ проблем по производству наземного оборудования, а также необычных технических решений в связи с отсутствием пилота, позволивших применять особые конструкции корпуса, воздухозаборников, двигателей. Работы по данному проекту были завершены в 1960 году, и наработки проекта легли в основу создания одиночного дальнего беспилотного самолета-разведчика «Ястреб» ДБР-1. К 1964 году испытания БПЛА были завершены и в 1965 году запущено серийное производство. «Ястреб» развивал максимальную скорость в 2700 км/ч, практическая дальность составила около 4000 км а высота полета 19- 22 км. К 1972 году были выпущены новые оперативно-тактические комплексы БПЛА разведки «Рейс» и «Стриж». Комплекс «Рейс» в начале 1980-х был глубоко модернизирован до «Рейс-Д». В России КБ «Туполев» на 2010 год заявляло о разработке проекта БПЛА Ту 300 с массой до 1 тонны, скоростью до 950 км/ч, возможностью полезной нагрузки до 1 тонны, в рамках производства разведывательно-ударного комплекса средней дальности. На данный момент в России эксплатируются, производятся и испытываются около 40-ка БПЛА различных моделей и модификаций и назначения: для целеуказания ракетного комплекса Искандер, воздушного наблюдения и разведки, морского наблюдения, ударного назначения, бесшумного наблюдения, дистанционного зондирования, ложные мишени. Несмотря на то, что СССР был мировым лидером в производстве и конструировании БПЛА в 80-е годы 20-го века, на 10-е годы 21 века, несмотря на опытные образцы превосходящие любые мировые аналоги, Россия отстаёт в применении и серийному производству БПЛА (находится на 5-ом месте в мире) и закупает некоторое их количество у Израиля и собирается производить их совместно. [править] Израиль БПЛА Израиля Потребность в БПЛА у Армии обороны Израиля возникла в ходе «Войны на истощение» 1969—1970 годов. В этот период не было активных боевых действий. происходила артиллерийская и ракетная дуэль между силами Израиля и силами арабских стран. В этих условиях была весьма актуальной информация о месторасположении вражеских военных объектов, прикрытых ПВО. Традиционное применение авиации показала высокую стоимость такой разведи и весьма низкую эффективность. В связи с этим были использованы крайние меры — инициативная группа офицеров провела эксперимент по установке фотооборудования на обыкновенный радиоуправляемые модели самолётов. Их применение имело большой успех, были получены ценные разведданные, однако в то время наиболее перспективными считались крупные реактивные БПЛА, ресурсов на производство которых Израиль не имел и собирался закупать их у США. Однако, во время Ливанской войны малые пропеллерные БПЛА широко применялись АОИ, что позволило нанести существенный урон военным силам и в основном технике Ливии, которая поражалась с помощью точного целеуказания БПЛА ракетам. С этого момента АОИ стала принимать на вооружения в основном небольшие по размеру и малозаметные БПЛА. Исключением стал БПЛА «Эйтан», сопоставимый по своим размерам (длина, размах крыльев) с самолётом F 15. На 2012 год это — один из самых крупных БПЛА по своим линейным размерам (по размаху крыльев и взлётному весу и остальным характеристикам уступает аппарату RQ-4 Global Hawk), производится полностью в Израиле и из израильских компонентов. По заявлению представителей АОИ самолёт оснащён уникальной, не имеющей аналогов в мире аппаратурой для ведения разведки и боевых действий. Практический потолок по заявлениям АИО составляет 13 км, что делает его неуязвимым для комплекса ПВО С 300, стоящего на вооружении у некоторых арабских стран, что заведомо неверно, так как данный комплекс способен поражать цели на высоте до 25 км. Израиль является одним из ведущих производителей БПЛА в мире, не только по количеству аппаратов, но и по качеству и тактико-техническим характеристикам производимых БПЛА. Украина М-6 Жайвир Читайте также: Обзор ближнемагистрального пассажирского самолета Ту-134 М-10 «Око» • UAV «Sparrow» “Sparrow” UAV/UAC — Разведывательный БПЛА, тип “поле боя «Спарроу» • UAC «Columba» “Columba” UAV/UAC — Тактический многоцелевой разведывательный БпАК «Колумба» • М-6 «Жайвир» • М-7 «Небесный патруль» • М-10 «Око» • Сокол-2 (БПЛА) • Стрепет (БПЛА) • А-3 «Ремез» — тактический разведывательный БПЛА • А-4К-«Альбатрос» — многоцелевой разведывательный БПЛА • А-5 «Орлан» — тактический разведывательный БПЛА • А-6 «Беркут» — многоцелевой тактический разведывательный БПЛА • А-10 «Феникс» — стратегический разведывательный БПЛА • А-11 «Стриж» — тактический разведывательный реактивный БПЛА или мишень • А-12 «Ураган» — разведывательный БПЛА вертикального взлёта и посадки • SMIC Aerospace • Observer SM 1 • Supervisor SM 2 • Supervisor SM 2B • Supervisor SM 2D • Viper SM 3 • Microvisor SM 7 • Microvisor SM 7М [править] История Первыми беспилотными аппаратами были созданные военным инженером Чарльзом Кеттерингом, при финансовой поддержке США, The Kettering Aerial Torpedo, Kettering Bug, которые должны были быть фактически крылатыми бомбами, которые по часовму механизму отстреливали крылья и падали на цель. Дальше испытания моделей дело не пошло. Первый неодноразовый БПЛА был разработан Британцами в 1933 году. Разработке дали название Queen Bee. Всего было создано три БПЛА на базе биплана Fairy Queen, радиоуправление осуществлялось с корабля, два авварата в ходе испытаний разбились, третий совершил удачный полёт. Это считается первый удачный опыт создания БПЛА. В ходе Второй Мировой Войны ВМС США в 1944 году применяла дистанционно управляемые самолёты B-17, которые использовались для авианалётов на базы германских подводных лодок. Сегодня производятся и проектируются различные БПЛА с размерами не превосходящие крупных птиц, до полноразмерных самолётов с практическим потолком до 25 км мировым лидером в производстве БПЛА является США, на втором месте Израиль, на третьем Великобритания. БЕСПИЛОТНЫЕ ЛЕТАТЕЛЬНЫЕ АППАРАТЫ: ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА Часть 1. Обзор технических средств ИСТОРИЧЕСКАЯ СПРАВКА Беспилотные летательные аппараты появились в связи с необходимостью эффективного решения военных задач — тактической разведки, доставки к месту назначения боевого оружия (бомб, торпед и др.), управления боевыми действиями и пр. И не случайно первым их применением считается доставка австрийскими войсками бомб к осажденной Венеции с помощью воздушных шаров в 1849 году [1]. Мощным импульсом к развитию БПЛА послужило появление радиотелеграфа и авиации, что позволило существенно улучшить их автономность и управляемость. Так, в 1898 году Никола Тесла разработал и продемонстрировал миниатюрное радиоуправляемое судно, а уже в 1910 году американский военный инженер Чарльз Кеттеринг предложил, построил и испытал несколько моделей беспилотных летательных аппаратов [2]. В 1933 году в Великобритании разработан первый БПЛА многократного использования, а созданная на его основе радиоуправляемая мишень использовалась в королевском флоте Великобритании до 1943 года. На несколько десятков лет опередили свое время исследования немецких ученых, давших миру в 1940-х годах реактивный двигатель и крылатую ракету «Фау-1» как первый применявшийся в реальных боевых действиях беспилотный летательный аппарат. В СССР в 1930–1940 годы авиаконструктором Никитиным был разработан торпедоносец-планер типа «летающее крыло», а к началу 40-х был подготовлен проект беспилотной летающей торпеды с дальностью полета от 100 километров и выше, однако в реальные конструкции эти разработки не превратились. После окончания Великой Отечественной войны интерес к БПЛА существенно возрос, а начиная с 1960-х годов отмечается их широкое внедрение для решения задач невоенного характера. В целом историю БПЛА можно условно разделить на четыре временных этапа [3]: 1.1849 год–начало ХХ века — попытки и экспериментальные опыты по созданию БПЛА, формирование теоретических основ аэродинамики, теории полета и расчета самолета в работах ученых. 2.Начало ХХ века — 1945 год — разработка БПЛА военного назначения (самолетов-снарядов с небольшой дальностью и продолжительностью полета). 3.1945–1960 годы — период расширения классификации БПЛА по назначению и создание их преимущественно для разведывательных операций. 4.1960 годы — наши дни — расширение классификации и усовершенствование БПЛА, начало массового использования для решения задач невоенного характера. КЛАССИФИКАЦИЯ БПЛА Общеизвестно, что аэрофотосъемка, как вид дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ), — это наиболее производительный метод сбора пространственной информации, основа для создания топографических планов и карт, создания трехмерных моделей рельефа и местности. Аэрофотосъемка выполняется как с пилотируемых летательных аппаратов — самолетов, дирижаблей мотодельтапланов и аэростатов, так и с беспилотных летательных аппаратов (БПЛА). Беспилотные летательные аппараты, как и пилотируемые, бывают самолетного, а также вертолетного типа (вертолеты и мультикоптеры — летательные аппараты с четырьмя и более роторами с несущими винтами). В настоящее время в России не существует общепринятой классификации БПЛА самолетного типа. Missiles. Ru совместно с порталом UAV.RU предлагает современную классификацию БПЛА самолетного типа [4], разработанную на основе подходов организации UAV International, но с учетом специфики и ситуации именно отечественного рынка (классы) (табл. 1): Микро- и мини-БПЛА ближнего радиуса действия. Класс миниатюрных сверхлегких и легких аппаратов и комплексов на их основе с взлетной массой до 5 килограммов начал появляться в России относительно недавно, но уже довольно широко представлен. Такие БПЛА предназначены для индивидуального оперативного использования на коротких дальностях на удалении до 25–40 километров. Они просты в эксплуатации и транспортировке, вы полняются складными и позиционируются как «носимые», запуск осуществляется, с помощью катапульты или с руки. Сюда относятся: Geoscan 101, Geoscan 201, 101ZALA 421-11, ZALA 421-08, ZALA 421-12, Т23 «Элерон», Т25, «Элерон-3», «Гамаюн-3», «Иркут-2М», «Истра-10», «БРАТ», «Локон», «Инспектор 101», «Инспектор 201», «Инспектор 301» и др. Легкие БПЛА малого радиусадействия. К этому классу относятся несколько более крупные аппараты — взлетной массой от 5 до 50 килограммов. Дальность их действия — в пределах 10–120 километров. Среди них: Geoscan 300, «ГрАНТ», ZALA 421-04, Орлан-10, ПтероСМ, ПтероЕ5, Т10, «Элерон-10», «Гамаюн-10», «Иркут-10», Т92 «Лотос», Т90 (Т90-11), Т21, Т24, «Типчак» БПЛА-05, БПЛА-07, БПЛА-08. Класс БПЛА Взлетная масса, кг Дальность действия, км Микро- и мини БПЛА ближнего радиуса действия 5 25-40 Легкие БПЛА малого радиуса действия 5-50 10-120 Легкие БПЛА среднегорадиуса действия 50-100 70-150(250) Средние БПЛА 100-300 150-1000 Среднетяжелые БПЛА 300-500 70-300 Тяжелые БПЛА среднего радиуса действия >500 70-300 Тяжелые БПЛА большой продолжительности полета >500 1500 Беспилотные боевые самолеты (ББС) 500 1500 Легкие БПЛА среднего радиуса действия. Ряд отечественных образцов можно отнести к этому классу БПЛА. Их масса варьируется в пределах 50–100 килограммов. К ним относится: Т92М «Чибис», ZALA 421-09, «Дозор-2», «Дозор-4», «Пчела-1Т». Средние БПЛА. Взлетная масса средних БПЛА лежит в диапазоне от 100 до 300 килограммов. Они предназначены для применения на дальностях 150–1000 километров. В этом классе: М850 «Астра», «Бином», Ла-225 «Комар», Т04, Е22М «Берта», «Беркут», «Иркут-200». Среднетяжелые БПЛА. Этот класс имеют схожую с БПЛА предыдущего класса дальность применения, но обладают несколько большей взлетной массой — от 300 до 500 килограммов. К этому классу следует отнести: «Колибри», «Данэм», «Дань-Барук», «Аист» («Юлия»), «Дозор-3». Тяжелые БПЛА среднего радиуса действия. Данный класс включает БПЛА полетной массой от 500 и более килограммов, предназначены для применения на средних дальностях 70–300 километров. В классе тяжлых следующие: Ту-243 «Рейс-Д», Ту-300, «Иркут-850», «Нарт» (А-03). Тяжелые БПЛА большой продолжительности полета. Достаточно востребованная за рубежом категория беспилотных аппаратов, к которой относятся американские БПЛА Predator, Reaper, GlobalHawk, израильские Heron, Heron TP. В России образцы практически отсутствуют: «Зонд-3M», «Зонд-2», «Зонд-1», беспилотные авиационные системы Сухого («БасС»), в рамках которой создается роботизированный авиационный комплекс (РАК). Беспилотные боевые самолеты (ББС). В настоящее время в мире активно ведутся работы по созданию перспективных БПЛА, имеющих возможность нести на борту оружие и предназначенных для ударов по наземным и надводным стационарным и подвижным целям в условиях сильного противодействия сил ПВО противника. Они характеризуются дальностью действия около 1500 километров и массой от 1500 килограммов. На сегодняшний день в России в классе ББС представлено два проекта: «Прорыв-У», «Скат» [4] . *** На практике для аэрофотосъемки, как правило, применяются БПЛА весом до 10–15 килограммов (микро-, мини-БПЛА и легкие БПЛА). Это связано с тем, что при увеличении взлетного веса БПЛА растет сложность его разработки и, cоответственно, стоимость, но снижается надежность и безопасность эксплуатации. Дело в том, что при посадке БПЛА выделяется энергия E = mv2 / 2, а чем больше масса аппарата m, тем больше его посадочная скорость v, то есть выделяемая при посадке энергия очень быстро растет с ростом массы. А эта энергия может повредить как сам БПЛА, так и находящееся на земле имущество. Беспилотный вертолет и мультикоптер лишены этого недостатка. Теоретически, такой аппарат можно посадить со сколь угодно малой скоростью сближения с Землей. Однако беспилотные вертолеты слишком дороги, а коптеры пока не способны летать на большие расстояния, и применяются только для съемки локальных объектов (отдельных зданий и сооружений). Рис. 1. БПЛА Mavinci SIRIUS [5] Рис. 2. БПЛА Geoscan 101 [6] ПРЕИМУЩЕСТВА БПЛА Превосходством БПЛА перед пилотируемыми воздушными судами является, прежде всего, стоимость производства работ, а также значительное уменьшение количества регламентных операций. Само отсутствие человека на борту самолета значительно упрощает подготовительные мероприятия для проведения аэрофотосъемочных работ. Во-первых, не нужен аэродром, даже самый примитивный. Беспилотные летательные аппараты запускаются или с руки, или с помощью специального взлетного устройства — катапульты. Во-вторых, особенно при использовании электрической двигательной схемы, отсутствует необходимость в квалифицированной технической помощи для обслуживания летательного аппарата, не так сложны мероприятия по обеспечению безопасности на объекте работ. Читайте также: Boeing 737-300 Belavia – обзор, схема салона, как выбрать места В-третьих, отсутствует или намного увеличен межрегламентный период эксплуатации БПЛА по сравнению с пилотируемым воздушным судном. Данное обстоятельство имеет большое значение при эксплуатации аэрофотосъемочного комплекса в удаленных районах нашей страны. Как правило, полевой сезон аэрофотосъемочных работ короток, каждый погожий день необходимо использовать для производства съемки. УСТРОЙСТВО БПЛА Две основные схемы компоновки БПЛА: классическая (по схеме «фюзеляж+крылья+хвост»), к которой относится, например БПЛА «Орлан-10», Mavinci SIRIUS (рис. 1) и др., и «летающее крыло», к которой относятся Geoscan101 (рис. 2), Gatewing X100, Trimble UX5 и др. Основными частями беспилотного аэрофотосъемочного комплекса являются: корпус, двигатель, бортовая система управления (автопилот), наземная система управления (НСУ) и аэрофотосъемочное оборудование. Корпус БПЛА изготавливают излегкого пластика (например, углепластика или кевлара), чтобы защитить дорогостоящую фотоаппаратуру и средства управления и навигации, а его крылья — из пластика или экструдированного пенополистирола (EPP). Этот материал легок, достаточно прочен и не ломается при ударе. Деформированную деталь из ЕРР зачастую можно восстановить подручными средствами. Легкий БПЛА с посадкой на парашюте может выдержать несколько сотен полетов без ремонта, который, как правило, включает замену крыльев, элементов фюзеляжа и др. Производители стараются удешевить части корпуса, подверженные износу, чтобы расходы пользователя на поддержа-БПЛА в рабочем состоянии были минимальными. Надо отметить, что наиболее дорогостоящие элементы аэрофотосъемочного комплекса, наземная система управления, авионика, программное обеспечение, — вообще не подвержены износу. Силовая установка БПЛА можетбыть бензиновой или электрической. Причем, бензиновый двигатель обеспечит намного более продолжительный полет, так как в бензине, в расчете на килограмм, запасено в 10–15 раз больше энергии, чем мож-но сохранить в самом лучшем аккумуляторе. Однако такая силовая установка сложна, менее надежна и требует значительного времени для подготовки БПЛА к старту. Кроме того, беспилотный летательный аппарат с бензиновым двигателем крайне сложно перевозить к месту работ на самолете. Наконец, он требует от оператора высокой квалификации. Поэтому бензиновый БПЛА имеет смысл применять только в тех случаях, когда необходима очень большая продолжительность полета — для непрерывного мониторинга, для обследования особо удаленных объектов. Электрическая двигательная установка, напротив, очень нетребовательна к уровню квалификации обслу-живающего персонала. Современные аккумуляторные батареи могут обеспечить длительность непрерывного полета свыше четырех часов. Обслуживание электрического двигателя совсем несложно. Преимущественно это только защита от влаги и грязи, а также проверка напряжения бортовой сети, что осуществляется с наземной системы управления. Зарядка аккумуляторов производится от бортовой сети сопровождающего автомобиля или от автономного электрогенератора. Бесколлекторный электрический двигатель БПЛА практически не изнашивается. Автопилот —с инерциальной системой (рис. 3) — наиболее важный элемент управления БПЛА. Автопилот весит всего 20–30 граммов. Но это очень сложное изделие. В автопилоте, кроме мощного процессора, установлено множество датчиков — трехосевые гироскоп и акселерометр (а иногда и магнитометр), ГЛО-НАСС/GPS- приемник, датчик давления, датчик воздушной скорости. С этими приборами беспилотный летательный аппарат сможет летать строго по заданному курсу. Рис. 3. АвтопилотMicropilot[7] В БПЛА имеется радиомодем, необходимый для загрузки полетного задания, передачи в наземную систему управления телеметрических данных о полете и текущем местоположении на участке работ. Наземная система управления (НСУ) —это планшетный компьютерили ноутбук, оснащенный модемом для связи с БПЛА. Важная часть НСУ — программное обеспечение для планирования полетного задания и отображения хода его выполнения. Как правило, полетное задание составляется автоматически, по заданному контуру площадного объекта или узловым точкам линейного объекта. Кроме того, существует возможность проектирования полетных маршрутов, исходя из необходимой высоты полета и требуемого разрешения фотоснимков на местности. Для автоматического выдерживания заданной высоты полета есть возможность учесть в полетном задании цифровую модель местности в распространенных форматах. Во время полета на картографической подложке монитора НСУ отображается положение БПЛА и контуры снимаемых фотографий. Оператор имеет возможность во время выполнения полета оперативно перенацелить БПЛА на другой район посадки и даже оперативно посадить беспилотник с «красной» кнопки наземной системы управления. По команде с НСУ могут быть запланированы и другие вспомогательные операции, например — выброс парашюта. Кроме обеспечения навигации и обеспечения полета автопилот должен управлять фотоаппаратом, чтобы получать снимки с заданным межкадровым интервалом (как только БПЛА пролетит нужное расстояние от предыдущего центра фотографирования). Если заранее рассчитанный межкадровый интервал не выдерживается стабильно, приходится настраивать время срабатывания затвора с таким расчетом, чтобы даже при попутном ветре продольное перекрытие было достаточным. Автопилот должен регистрировать координаты центров фотографирования геодезического спутникового приемника ГЛОНАСС/GPS, чтобы программа автоматической обработки снимков смогла построить модель быстро и привязать ее к местности. Требуемая точность определения координат центров фотографирования зависит от технического задания к выполнению аэрофотосъемочных работ. Аэрофотосъемочное оборудование на БПЛА устанавливается в зависимости от его класса и цели использования. На микро- и мини-БПЛА устанавливаются компактные цифровые фотокамеры, комплектуемые сменными объективами с постоянным фокусным расстоянием (без трансфокатора или zoom-устройства) весом 300–500 граммов. В качестве таких камер в настоящее время используются фотоаппараты SONY NEX-7 с матрицей 24,3 МП, CANON600D матрицей 18,5 МП и подобные им. Управление срабатыванием затвора и передача сигнала от затвора в спутниковый приемник производится с помощью штатных или незначительно доработанных электрических разъемов фотоаппарата. На легкие БПЛА малого радиуса действия устанавливаются зеркальные фотокамеры с большим размером светочувствительного элемента, например CanonEOS5D(размер сенсора 36×24 мм) , NikonD800 (матрица 36,8 МП (размер сенсора 35,9×24 мм)), Pentax645D(CCD-сенсор 44×33 мм, матрица 40 МП) и им подобные, весом 1,0–1,5 килограмма. Рис. 4. Схема размещения аэроснимков (голубые прямоугольники с подписями номеров) ВОЗМОЖНОСТИ БПЛА Согласно требованиям документа «Основные положения по аэрофотосъемке, выполняемой для создания и обновления топографических карт и планов» ГКИНП-09-32-80 носитель аэрофотосъемочной аппаратуры должен предельно точно следовать проектному положению маршрутов аэрофотосъемки, выдерживать заданный эшелон (высоту фотографирования), обеспечивать требования по соблюдению предельных отклонений по углам ориентирования фотокамеры — наклон, крен, тангаж. Кроме того, навигационная аппаратура должна обеспечивать точное время срабатывания фотозатвора и определять координаты центров фотографирования. Выше указывалась аппаратура, интегрированная в автопилот: это микробарометр, датчик воздушной скорости, инерциальная система, навигационная спутниковая аппаратура. По проведен-ным испытаниям (в частности, БПЛА Geoscan101) были установлены следующие отклонения реальных параметров съемки от заданных: • уклонения БПЛА от оси маршрута — в диапазоне 5–10 метров; • уклонения высот фотографирования — в диапазоне 5–10 метров; • колебание высот фотографирования смежных снимков — не более 2 метров. Возникающие в полете «елочки» (развороты снимков в горизонтальной плоскости) обрабатываются автоматизированной системой фотограмметрической обработки без заметных негативных последствий. Фотоаппаратура, устанавливаемая на БПЛА, позволяет получить цифровые изображения местности с разрешением лучше 3 сантиметров на один пиксель. Применение коротко-, средне-, и длиннофокусных фотообъективов определяется ха-рактером получаемых готовых мате-риалов: будь это модель рельефа или ортофотоплан. Все расчеты производятся так же, как и в «большой» аэрофотосъемке. Применение двухчастотной ГЛО-НАСС/GPSспутниковой геодезической системы для определения координат центров снимков позволяет в процессе постобработки получить координаты центров фотографирования с точностью лучше 5 сантиметров, а применение метода PPP(PrecisePointPositioning) — позволяет определять координаты центров снимков без использования базовых станций или на значительном удалении от них. Конечная обработка материалов аэрофотосъемки может служить объективным критерием оценки качества выполненной работы. Для иллюстрации можно рассмотреть данные об оценке точности фотограмметрической обработки материалов аэрофотосъемки с БПЛА, выполненной в ПО «PhotoScan» (производства фирмы Agisoſt, г. СанктПетербург) по контрольным точкам (табл. 2). Номера точек Ошибки по осям координат, м Абс, м Абс, пикс Проекции ΔХ ΔY ΔZ ΔD ΔD’ 703 -0,017 -0,075 0,069 0,103 0,606 5 727 0,058 0,065 0,066 0,123 0,789 6 762 -0,060 0,020 -0,045 0,078 0,994 5 773 -0,021 0,100 -0,246 0,267 1,192 7 827 0,041 -0,111 0,138 0,181 1,346 8 (ΔD)2= ΔХ2+ ΔY2+ ΔZ2 ПРИМЕНЕНИЕ БПЛА В мире, а в последнее время и в России, беспилотные летательные аппараты применяются в геодезических изысканиях при строительстве, для составления кадастровых планов промышленных объектов, транспортной инфраструктуры, поселков, дачных массивов, в маркшейдерском деле для определения объемов горных выработок и отвалов, при учете движения сыпучих грузов в карьерах, портах, горнообогатительных комбинатах, для создания карт, планов и 3D- моделей городов и предприятий. Беспилотники применяются при мониторинге линий электропередач (определение зарастания, провисания проводов, деформации опор, повреждений изоляторов и проводов), трубопроводов (выявление врезок, незаконных построек, зарастания), дорог (выявление деформации насыпи, дефектов полотна), для мониторинга госграницы, особо охраняемых объектов, зон аэропортов (выявление изменений, выявление незаконных построек), акваторий портов и др. Эти аппараты также применяются для обнаружения лесных пожаров, при ликвидации чрезвычайных ситуаций, отслеживании нарушителей ПДД, для проводки судов во льдах. Используют их и в потребительском секторе — для съемки спортивных соревнований, рекламных роликов, съемки для создания карт и 3D-моделей личных владений. |