CC BY
128
УДК 629.7
ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ БЕСПИЛОТНЫХ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ АЭРОЛОГИЧЕСКИХ НАБЛЮДЕНИЙ
В. В. Борисенко1*, Е. А. Борисенко2
1 Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31 2 ФГБУ «Среднесибирское управление по гидрометеорологии и мониторингу
окружающей среды», Гидрометеорологический центр, отдел метеорологических прогнозов Российская Федерация, 660049, г. Красноярск, ул. Сурикова, 28 *E-mail: [email protected]
Анализируются перспективы применения беспилотных летательных аппаратов для исследования метеорологических элементов в свободной атмосфере. Описываются достоинства применения средств беспилотной авиации по сравнению с существующими техническими средствами для аэрологических наблюдений.
Ключевые слова: беспилотный летательный аппарат, аэрологические наблюдения, параметры атмосферы, дрон, БЛА.
PROSPECTS OF APPLICATION OF UNMANNED AERIAL VEHICLES FOR
AEROLOGICAL OBSERVATION
V. V. Borisenko1*, E. A. Borisenko2
1Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation
2FSBI the Central Siberian Department of Hydrometeorology and Environmental Monitoring, The Weather Center, meteorological department of forecasts 28, Surikov str., Krasnoyarsk, 660049, Russian Federation *E-mail: [email protected]
The perspectives of the use of unmanned aerial vehicles for the study of meteorological elements in the free atmosphere. It describes the advantages of the use of means of unmanned aircraft in comparison with the classical scheme of aerological observation.
Keywords: unmanned aerial vehicle, aerological observations, atmospheric parameters, drone,
UAV.
В последние годы Россия приступила к активному хозяйственному освоению своих северных и северо-восточных территорий, включая добычу углеводородов, а также развитию Северного морского пути, который становится альтернативой традиционным маршрутам из Европы в Азию, однако большая часть минеральных ресурсов расположена в зонах с суровыми природными условиями, что затрудняет и существенно увеличивает затраты на их освоение [1,2]. Промышленные кампании, занятые добычей полезных ископаемых и углеводородов, используют организацию труда вахтовым методом. Между тем, основным пассажирским транспортом в этих регионах является воздушный (пассажирские самолеты и вертолеты), который, наряду с сезонным речным, является единственным средством сообщения [3]. Однако сегодня в России насчитывается всего 115 аэрологических станций, причем наибольшая концентрация отмечается на Европейской территории и на всем протяжении южной границы. В результате, северные регионы
Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2017. Том 2
Сибири, Дальний Восток и побережье Северного Ледовитого океана являются малоосвещенными с точки зрения фактической метеорологической информации, что особенно неблагоприятно, поскольку данные территории, помимо суровых климатических условий, характеризуются еще и значительной неоднородностью рельефа [3 - 6]. Соответственно, складывается опасная ситуация, когда имеется дефицит фактических данных для разработки авиационных прогнозов погоды в условиях сурового климата и сложного рельефа, что может привести к авиационным происшествиям и инцидентам, в том числе и к катастрофам.
Таким образом, основной целью исследований является создание условно недорогого, мобильного, надежного, удобного в эксплуатации технического средства для получения фактической метеорологической информации на слабоосвещенных с точки зрения оснащения метеооборудованием территориях. Новым подходом к данному вопросу будет являться использование беспилотного летательного аппарата (БЛА) как носителя метеорологических устройств для измерения параметров атмосферы.
В современной метеорологической науке существует несколько методов и технических средств для измерения метеоэлементов в нижнем слое атмосферы (до 1500 - 2000 м.). В их число входят классические аэрологические наблюдения с помощью шара - пилота и радиозонда, датчики высотных метеорологических мачт, системы радиоакустического зондирования и наземные метеорологические ветровые и температурные профилемеры.
Функционально шар-пилот предназначен для ветрового зондирования, а радиозонд для ветрового и температурного зондирований атмосферы вне приземного слоя (до 200 м). Датчики высотных метеорологических мачт, системы радиоакустического зондирования, ветровые и температурные профилемеры предназначены для измерения параметров ветра (скорость, направление) и температуры воздуха на разных высотах [7,8].
Основными недостатками классических аэрологических наблюдений являются редкое зондирование атмосферы (выпуск 2 раза в сутки), сложность организации аэрологической станции, особенно в горной местности с пересеченным рельефом, дороговизна комплектующих радиозонда (оболочка, датчики), поскольку они являются одноразовыми - оболочка при достижении определенной высоты разрушается [9]. Кроме того, важность и скорость доставки оперативной метеоинформации в сложных метеорологических условиях значительно возрастает, а применение классической схемы не может гарантировать своевременное поступление данных. Например, в ситуации, когда имеет место устойчиво хорошая (влияние антициклона) или устойчиво плохая погода (влияние циклона с прохождением атмосферных фронтов), то информации, получаемой 2 раза в сутки, достаточно для разработки прогнозов погоды прогностическими центрами. Однако если наблюдается процесс быстрой трансформации воздушных масс в течение суток, при котором происходит скачкообразное изменение температуры, влажности, систем конденсации (облака, осадки, туманы и т. п.), особенно в районах со сложным рельефом, то синоптикам - прогнозистам необходима срочная дополнительная информация о распределении ветра с высотой, наличии турбулентности и сдвига ветра в нижнем слое атмосферы [10].
Основными недостатками высотных метеорологических мачт, систем радиоакустического зондирования, ветровых и температурных профилемеров являются невозможность их установки в труднодоступных и отдаленных малонаселенных местах, наличие эксплуатационных и функциональных ограничений (метеоусловия, рассеяние радиолокационного луча, необходимость наличия автомобильных дорог и пр.) [8].
Эффективность применения БЛА для метеообеспечения базируется на их высокой мобильности, относительно низкой стоимости, широком диапазоне применения, простоте конструкции, экономии топливных ресурсов, снижении габаритных характеристик по сравнению с традиционными воздушными судами, исключении «человеческого фактора» и экологичности [11,12].
При помощи БЛА планируется измерение следующих метеорологических элементов: температура, влажность, давление атмосферного воздуха, скорость и направление ветра. Дополнительно планируется получать данные о сдвиге ветра, среднем и максимальном ветре, высоте нулевой изотермы, минимальной и максимальной температуре, инверсиях и изотермиях [13].
Таким образом, БЛА, в отличие от шара-пилота и радиозонда, являются многоразовыми, их можно эксплуатировать круглосуточно, в любое состояние облачности и в условиях неустойчи-
вой атмосферы [13]. По сравнению с метеорологическими мачтами, системами радиоакустического зондирования и профилемерами дроны обладают значительно большей мобильностью, экономичностью, более экологичны, позволяют проводить оценку влияния орографических особенностей на метеообстановку без привлечения авиации, оперативно доставлять фактические прогностические данные из труднодоступных и удаленных районов, над горами и перевалами, что необходимо для разработки авиационных прогнозов.
Библиографические ссылки
1. Центр изучения международных отношений в Азиатско - Тихоокеанском регионе «Apir» [Электронный ресурс]. URL: http://ru.apircenter.org/archives/3089 (дата обращения: 30.03.2017);
2. Абрамов Р.А. Особенности развития северных регионов России // Региональная экономика: теория и практика. 2008. №11. [Электронный ресурс]. URL: http://cyberleninka.rU/article/n/osobennosti-razvitiya-severnyh-regionov-rossii (дата обращения: 30.03.2017);
3. Научно-популярный портал «Буквы.ру» [Электронный ресурс]. URL: http://bukvi.ru/estestvoznanie/geografia/osnovnye-vidy-transporty-i-ix-rol-v-gruzo-i-passizhiroperevozkax-rossii-geografiya-gruzopotokov.html (дата обращения: 30.03.2017);
4. Основные обобщенные показатели функционирования аэрологической сети РФ за 2015 год. Центральная аэрологическая обсерватория (ФГБУ «ЦАО»). C. 1;
5. Georoot: Истоки географии [Электронный ресурс]. URL: http://www.georoot.ru/rohivs-1030-1.html (дата обращения: 30.03.2017);
6. REALGEOGRAPHY: География - это интересно [Электронный ресурс]. URL: http://www.grandgeography.ru/liegs-1144-1.html (дата обращения: 30.03.2017);
7. Хромов С. П., Мамонтова Л. И. Метеорологический словарь. Л.:Гидрометиздат, 1974.
568 с;
8. Компания «Экоэнерготех»: методы измерения температурных профилей [Электронный ресурс]. URL: http://ecoenergoteh.com/metodics/temperature-profilers-method (дата обращения: 30.03.2017);
9. Руководящий документ РД 52.11.650 - 2003. Наставление гидрометеорологическим станциям и постам. Выпуск 4. Аэрологические наблюдения на станциях. Часть 3. Температурно-ветровое радиозондирование атмосферы. C. 29-30;
10. Зверев А. С. Синоптическая метеорология. Л.:Гидрометиздат, 1977. 712 с;
11. АвиаТехника [Электронный ресурс]. URL: http://air-club.net/pressa/35 (дата обращения: 31.03.2017);
12. Епифанов И. Н. Проблематика использования беспилотных летательных аппаратов (дронов) в логистике// Наука, образование и культура: научно-теоретический журнал [Электронный ресурс]. URL: http://scientificarticle.ru/images/PDF/2016/9/problematika-ispolzovaniya-bespilotnykh.pdf (дата обращения: 31.03.2017);
13. Руководство по Глобальной системе наблюдений. ВМО-№ 488, 2010. C. 74-82.
© Борисенко В. В., Борисенко Е. А., 2017
