CC BY
613
РУБИН1 Дмитрий Трофимович КОНЕВ2 Владимир Николаевич СТАРИКОВСКИЙ3 Андрей Викторович ШЕПТУНОВ4 Александр Александрович СМИРНОВ5 Александр Сергеевич ТОЛСТАЯ6 Анастасия Михайловна
РАЗРАБОТКА КВАДРОКОПТЕРОВ СО СПЕЦИАЛЬНЫМИ СВОЙСТВАМИ ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ РАЗВЕДЫВАТЕЛЬНЫХ ОПЕРАЦИЙ
Данная статья описывает принципы построения и испытания специализированных квадрокоптеров, предназначенных для. использования, в зонах с уровнем, радиации, опасным, для. жизни человека. В качестве примера приводится, разработанный спецквадрокоптер «Майский жук», оснащенный защищенным, каналом, связи, обеспечивающим, передачу данных на большие расстояния, без помех, системой навигации, повышенной радиационной устойчивостью, дистанционной системой подзарядки блока питания. Квадрокоптер также имеет, свойство быть невидимым, для. радаров, что может, быть актуальным, не только для. проведения работ, в радиоактивных зонах, но и для. использования, вертолета в военных целях. Ключевые слова: облучение, микросхема, устойчивость, аккумулятор, зарядка, связь, управление, корпус.
This article is devoted to the description, of specialized, quadrocopter for security service as well as in areas with, radiation. level dangerous to human life. Specialized, quadrocopter "Maysky zhuk" is equipped, with a secure communication channel for data transmission over long distance, navigation system, radiation resistance, remote accumulator charging system.. Quadrocopter is invisible to radars that would, be essential for military.
Keywords: irradiation, chip, resistance, accumulator, charging, signal support, operation.
Спецквадрокоптер «Майский жук» — это мини беспилотный муль-тироторный летательный аппарат, представляющий собой самостабили-зирующуюся в горизонтальном положении платформу, имеющий автоматический и дистанционно пилотируемый режимы и предназначенный для использования специализированными службами.
Данная разработка отличается от своих аналогов повышенной функциональностью и радиационной защищенностью, что делает ее незаменимой для использования в местах с уровнем радиации, смертельным для человека. Также «Майский жук» оснащен интеллектуальной системой управле-
ния и невидим для радаров следящих устройств.
Все электронные компоненты, входящие в состав системы, были провере-
ны на радиационную устойчивость. Испытания мультироторной авиасистемы «Майский жук» на радиационную устойчивость проходили в
Рис. 1. Квадрокоптер «Майский жук» с повышенной радиационной
устойчивостью
1 — НИЯУ «МИФИ», студент;2 — НИЯУ 2МИФИ», аспирант;3 — ФГУП «ЦНИИ ЭИСУ», зам. начальника отдела;
4 — НИЯУ «МИФИ», студент;5 — НИЯУ 2МИФИ», аспирант;6 — НИЯУ «МИФИ», студент.
13.04.2012 13:55:29
лабораторных условиях на специальных установках. Прибор подвергался бомбардировке нейтронным потоком частиц. Затем измерялись параметры спецквадрокоптера, отвечающие за его устойчивость к радиоактивности, и его работоспособность.
Для определения радиационной стойкости каждой конкретной микросхемы разработки к дозовому воздействию ионизирующего излучения проводилось поэтапное облучение микросхем малой дозой. В качестве параметра, определяющего радиационную стойкость микросхем, был выбран статический ток потребления.
Микросхемы поочередно облучались в активном режиме до дозы 240 крад с периодическим (через каждые 40 крад) измерением статического тока потребления. Суммарное дозовое воздействие на микросхемы не превышало 300 крад [1]. Далее на квадро-коптер наносилось специальное покрытие на основе фольги, и эксперимент повторился. Процедура проводилась несколько раз с постепенным наращиванием толщины защитного слоя.
Если ток потребления превышал требуемое по техническим условиям значение, то микросхема отбраковывалась как нестойкая к дозовому воздействию. Если ток потребления достигал максимального значения и оно оказалось меньше требуемого по техническим условиям, то микросхема считалась стойкой к дозовому воздействию. Стойкие микросхемы подвергались «радиационному отжигу» при дозе 40 крад, что приводит к уменьшению тока потребления микросхемы до начального значения [1]. Для восстановления исходных параметров микросхем проводилось их дополнительное облучение при заземленных выводах.
В результате тестирования общий корпус системы был защищен легким покрытием, полностью исключающим радиоактивное воздействие на прибор.
Квадрокоптер абсолютно герметичен. После облета зараженных территорий радиоактивную пыль, осевшую на нем, можно смыть обычной струей воды. «Майский жук» — адаптированная система радиационного измерения среды, которая может быть использована
Рис. 2. Схема квадрокоптера «Майский жук»
в зараженных зонах. К прибору возможно навесить дозиметры, датчики, фото- или видеооборудование, все данные с которых передаются в режиме on-line по защищенному каналу связи на специальную следящую станцию. Возможен телеметрический контроль оператором на земле всех параметров летящего аппарата — его положения по координатам GPS, заряда аккумуляторной батареи, времени полета и остановок, ориентации по сторонам света, количества спутников в системе GPS и др. Квалифицированный персонал следит за датчиками и может изменять параметры сбора информации в процессе полета [2].
Получение информации с квадрокоптера и назначение команд осуществляется через блок управления, реализованный на базе персонального компьютера, пульта дистанционного управления и приемо-передающих модулей. При необходимости квадрокоптер «Майский жук» соединяется с портативным компьютером, планшетом или мобильным телефоном посредством XBee, что обеспечивает беспроводную передачу данных и получение с прибора телеметрии. Планшетный компьютер можно использовать как пульт управления и задавать через него параметры работы «Майского жука».
Для передачи данных и обмена информацией используется технология SpreadSpectrum — рассредоточение энергии сигнала в пределах очень большой полосы частот, что соответственно снижает плотность мощности в любой точке спектра. Рассредоточение
энергии позволяет «опустить» сигнал ниже уровня шума. Стандартный узкополосный приемник не может распознать за шумами SpreadSpectrum сигналы, в то время как тот может быть принят SpreadSpectrum-приемником без всяких затруднений [3, 4].
Еще одной особенностью такого способа передачи данных является то, что приемник может отделить полезный сигнал от побочного, даже намного более сильного, чем полезный. SpreadSpectrum-приемник имеет копию SpreadSpectrum-последовательности и использует ее для восстановления сигнала. Узкополосные сигналы помехи подавляются в процессе обработки. В результате будет приниматься только один сигнал, а именно тот, который использует ту же самую псев-дошумовую последовательность. Эффективность в части устойчивости к помехам сделала SpreadSpectrum популярной военной технологией передачи данных без помех [3, 5].
Для того чтобы сделать квадрокоптер невидимым для радаров, его металлический корпус обшивается специальным материалом, взаимодействуя с которым, электромагнитная волна теряет значительную часть своей энергии. Она как бы «увязает» в обшивке. В дополнение к этому форма самолета подбирается таким образом, чтобы падающие радиоволны как бы скользили по корпусу, не отражаясь от него.
Квадрокоптер «Майский жук» способен зависать над определенной точкой и на заданной высоте. Стабилизация платформы в воздухе, а также ее плав-
01_2012_SPT.indd 29
БЛА с аккумуляторным блоком
Приемник-преобразователь
излучения
Пучок монохроматического излучения
Система формирования пучка
Источник излучения
Система наведения
Рис. 3. Схема дистанционного энергоснабжения квадрокоптера
ное перемещение во всех направлениях обеспечивается путем изменения скорости вращения двигателей относительно друг друга. Устройство способно осуществлять автономный полет
по маршруту, обозначенному точками на карте по GPS с остановками по заданным координатам на определенное оператором время, с заданной точностью удерживания позиции и высоты.
Благодаря этой функции, спецквадро-коптер можно заряжать непосредственно в воздухе с помощью специальной лазерной системы. Монохроматическое излучение источника формируется в малорасходящийся пучок, который наводится на приемник-преобразователь, закрепленный на летательном аппарате. Облучаемый лазером элемент генерирует напряжение, что автоматически подзаряжает аккумулятор прибора [6, 7].
Ограниченный диафрагмой размером 2x2 см пучок инфракрасного излучения попадает на приемник, представляющий собой два последовательно включенных арсенид-галлиевых элемента, выходное напряжение каждого из которых составляет 1 В [6, 7], благодаря чему происходит подзарядка устройства.
Таким образом, можно сделать вывод, что квадрокоптер «Майский жук» с повышенной радиационной устойчивостью — это многофункциональное устройство, сочетающее в себе радиационную устойчивость, специальный защищенный канал связи, невидимость для радаров, систему дистанционной подзарядки аккумулятора и легкость в управлении, что будет особенно актуально для спецопераций и боевых действий ■
Литература
1. Давыдов Г.Г., Согоян А.В., Яшанин И.Б., Фигуров B.C. Исследование постимпульсных релаксационных процессов в КНС ИС./ Радиационная, стойкость электронных систем. — Стойкость-2006. — М.: МИФИ-СПЭЛС, 2006. —
Вып. 9. — С. 87 — 88.
2. Hi-TechNews. Новости мира высоких технологий. Радиоуправляемый квадрокоптер. 7 июля. 2011.
3. В.Е. Гантмахер, Н.Е. Быстров, Д.В. Чеботарев. Шумоподобные сигналы. Анализ, синтез, обработка. — М.: Наука и техника, 2005. — 400 с.
4. Vie Hayes ««Radio LAN work in the International Telecommunications Union», 27.06.95.
5. Torben Rune «Wireless Local Area Networks». — Netplan Aps. Denmark, 1995.
6. Ю.Айхлер, Г.-И. Айхлер. Лазеры.. Исполнение, управление, применение. — М.: Техносфера, 2008. — 440 с.
7. Г. Шредер, Х. Трайбер. Техническая, оптика. — М.: Техносфера, 2006. — 424 с.
