CC BY
203
01-> 02> 03> 04> 05> 06> 07>
состояние и перспективы
развития беспилотных авиационных
12970 >
т
о и
й О)
с^ое
Беспилотные авиационные комплексы (БАК) все больше вытесняют традиционную авиацию в решении задач мониторинга местности и объектов, предоставляя удаленным потребителям оперативную информацию в режиме реального времени для принятия своевременных управленческих решений. Это обусловлено тем, что беспилотная авиация значительно дешевле в эксплуатации и обслуживании, не требует соответствующей инфраструктуры и обучения летчиков, не ограничивается в применении их усталостью и риском для жизни.
Беспилотный летательный аппарат (БЛА) обладает разной степенью автономности (от управляемых дистанционно до полностью автоматических), различаются по конструкции, назначению и другим параметрам. Основное преимущество БЛА - существенно меньшая стоимость их создания и эксплуатации (при условии равной эффективности выполнения поставленных задач). По экспертным оценкам, боевые БЛА верхнего диапазона сложности стоят приблизительно 6 млн долл., в то время как сопоставимые пилотируемые
Машины должны работать. Люди должны думать.
Принцип 1ВМ
истребители - около 100 млн долл. Недостатком БЛА является уязвимость систем дистанционного управления, что особенно важно для беспилотников военного назначения.
БЛА обычно функционируют в составе БАК, который кроме них включает в себя наземный пункт управления (НПУ), комплект аппаратуры связи между НПУ и БЛА, наземные средства обеспечения функционирования и обслуживания БАК.
По типу конструкции БЛА бывают самолетного, вертолетного или мультироторного типа, а также на базе дирижабля. Все их Министерство обороны США разделяет на 5 групп по оперативным параметрам, представленным в таблице.
Группа Масса, кг Рабочая высота полета, м Скорость, км/ч Пример БЛА самолетного типа, разработанных и производимых в НАН Беларуси
I 0-9 < 360 до 185,2 «Бусел»
II 9-25 < 1050 < 463 «Бусел М», «Бусел М40», «Бусел М50»
III < 600 «Буревестник»
IV > 600 любая -
V > 5400 -
Таблица. Оперативные параметры, по которым разделяются БЛА
Как видно из таблицы, в НАН Беларуси с 2009 г. пока разрабатываются и производятся БЛА 1-111 типов, что обусловлено спросом потребителей, научно-техническими возможностями и компетенцией специалистов по построению авиационной техники.
мировые тенденции
БАК относятся к наукоемкой высокотехнологичной авиационной отрасли, требующей значительных капиталовложений в научные исследования, технологии, конструктивные разработки и производство. В связи с этим такая продукция востребована на мировом рынке и имеет очень высокую добавленную стоимость. Так, например, средняя стоимость 1 кг серийно выпускаемого малоразмерного беспилотного летательного аппарата составляет от 4 до 15 тыс. долл., а стоимость 1 кг серийно выпускаемого автомобиля - от 20 до 60 долл.
В настоящее время основными центрами разработки и производства беспилотной авиации являются США, Израиль, ЕС и Китай, имеющие научно-исследовательскую и экспериментальную базу, конструкторские бюро и промышленные предприятия, образующие единый высокотехнологический кластер.
^ тенденции ожидаемого спроса
В 2014 г. мировой рынок беспилотной авиации составлял 6,76 млрд долл., 60% из них применялись в военных целях. Лидеры - корпорации «Nortop Grumman Corporation» (США; 19,6%), «General Atomics Aeronautical Systems» (США; 9,7%), «Elbit Systems» (Израиль; 8%). Среди стран впереди находились США (65%), Израиль (9,7%), Китай (8,7%), государства Европейского Союза (6%). Ежегодный прирост спроса составляет 15-20%.
Согласно прогнозу журнала «Форкаст интернэшнл», на период 2015-2024 гг. объем рынка только военных БАК, предназначенных для разведки и выполнения ударных задач (группы IV-V из представленного классификатора), займет около 72,7 млрд долл. Из них 40,8 млрд долл. составят контракты на производство БАК, 28 млрд долл. - заказы на опытно-конструкторские разработки и 2-4 млрд долл. - оплата сервисного обслуживания.
По прогнозам экспертов, КНР в ближайшие 10 лет израсходует на закупки БАК 15,8 млрд долл., до 2024 г. США, оперирующие самым большим в мире парком БЛА, затратят на закупку БАК 11,9 млрд долл.- на 25% меньше, чем Китай. Министерство обороны Республики Беларусь также проявляет интерес к БАК различного типа.
КНР активно осваивает рынки сбыта. Так, по сообщениям СМИ, Нигерия, Саудовская Аравия, ОАЭ, Ирак, Египет, Казахстан и Узбекистан уже приобрели китайские БАК класса «CH3» и «Pterodactyl-1» («Wing Loong-1») (группы IV-V классификатора). Сумма контракта на поставку корпорацией «AVIC» только одного БАК «Wing Loong-1» в Казахстан составила 70 млн долл.
состояние развития отрасли беспилотного авиастроения в Беларуси
На территории Республики Беларусь, в отличие от России и Украины, ранее практически не существовало школы подготовки авиационных кадров, научно-исследовательских учреждений, организаций-разработчиков в сфере авиации.
Национальная академия наук Беларуси, имея самый мощный в стране научно-технический и технологический потенциалы, смогла
Окно возможностей для беспилотников
Рис. 1. Запуск БЛА «Бусел М»
за короткий 5-летний срок достигнуть значительных успехов в области разработки и организации серийного выпуска БАК, относящихся к группам I—III.
На базе научно-производственного центра «Беспилотные авиационные комплексы и технологии» ФТИ НАН Беларуси в 2016 г. создан НПЦ многофункциональных беспилотных комплексов НАН Беларуси и в свою очередь - кластер «Головной республиканский центр беспилотной техники», где осуществляется разработка и производство многофункциональных БАК различных типов, производятся практически все основные составляющие комплексов -БЛА, НПУ, гиростабилизированные оптические системы, антенно-мачтовые устройства, пило-тажно-навигационные комплексы и тренажеры, а также оказываются услуги по техническому обучению, сервисному (гарантийному) обслуживанию выпускаемой продукции.
БЛА «Бусел», «Бусел М», «Бусел М50» (рис. 1-3) из семейства портативных БЛА-электролетов массой до 12 кг и радиусом действия до 70 км запускаются с руки.
В 2013 г. предприятием осуществлены поставки БАК «Бусел М» в МЧС Республики Беларусь, где они до сих пор успешно эксплуатируются (рис. 4).
С 2014 г. начались экспортные поставки БАК «Бусел М» во Вьетнам (рис. 5) и БАК ЭМ (БАК на базе дирижабля) в Российскую Федерацию (рис. 6).
С 2015 г. БАК «Бусел М» и «Бусел М50» поставляются в Туркменистан (рис. 7).
Рис. 7. Запуск и полет БЛА «Бусел М» в Туркменистане
Рис. 1.
БЛА «Бусел М50» в полете
Рис. 3.
НПУ из состава БАК «Бусел М50»
Рис. 4. Посадка БЛА «Бусел М»
Рис. 5.
БАК «Бусел М» во Вьетнаме
Рис. 6.
Полеты БАК ЭМ в Российской Федерации
Рис. 8.
БЛА из состава БАК «Буревестник»
БАК «Буревестник», разрабатываемый по техническому заданию МЧС Беларуси (группа III), средневысотный, с большой продолжительностью полета, весом до 250 кг и радиусом действия до 300 км, представлен на рис. 8.
Беспилотный авиационный комплекс представляет собой систему автоматического или полуавтоматического (директорного) управления полетом БЛА по заранее заданной пространственной траектории с возможностью изменения в процессе полета аппарата его маршрута оператором. Проектирование комплекса производится с учетом интеграции знаний по аэродинамике, системам автоматического управления, микросистемной техники и современных программных продуктов для ЭВМ, которые обеспечивают необходимые режимы полета для выполнения целевой задачи.
Маршрут полета БЛА задается оператором на электронной карте с использованием географической системы координат, трансформируемой в связанную систему координат планера самолета для систем управления, и подается в блок навигации. Задание маршрута заключается в формировании точек - поворотных пунктов маршрута (ППМ) с указанием долготы, широты, высоты и скорости полета БЛА над данной точкой. Реальный полет отклоняется от заданной траектории маршрута на ошибку, определяемую характеристиками системы автоматического управления.
Главные сферы применения БАК, разрабатываемых в НАН Беларуси,- охрана границ
и поддержание правопорядка, антитеррористические мероприятия, обнаружение чрезвычайных ситуаций и мониторинг ликвидации их последствий, экологический мониторинг и охрана природных ресурсов, мониторинг объектов промышленности, транспортной и энергетической инфраструктуры, протяженных объектов (в том числе нефте- и газопроводов).
В рамках выполнения различных заданий государственных научных и научно-технических программ выполняются полеты практически над всей территорией государства, включая Национальные парки «Припятский», «Налибокская пуща», Березенский заповедник для определения состояния растительности (ветровалов леса, лесных культур, полезащитных лесных насаждений) и объектов жизнедеятельности человека (карьеров и несанкционированных свалок). На рис. 9 показан маршрут (полетное задание) движения БЛА «Бусел М» в Национальном парке «Припятский», на рис. 10 - скриншот, полученный с видеосъемки при помощи БАК ЭМ в Национальном парке «Беловежская пуща».
Обеспечение достоверной информацией о состоянии природной среды, лесных и водных территорий, изменении ресурсного и экологического потенциала отдельных регионов и республики в целом - обязательное условие повышения эффективности управления природными ресурсами, государственного контроля их состояния.
В целях обеспечения надежности беспилотного летательного аппарата и комплекса, а также анализа данных полета БЛА на предприятии налажено производство специального стендового оборудования собственной разработки для проверки и отладки пилотажно-навигационных систем, электродвигателей, гиростабилизиро-ванных оптических систем.
Рис. 9. Полетное задание движения БЛА «Бусел М» в Национальном парке «Припятский»
Рис. 10. Скриншот, полученный с видеосъемки при помощи БАК ЭМ в Национальном парке «Беловежская пуща»
Окно возможностей для беспилотников
Стенд анализа полетных данных (рис. 11, 13) и полунатурный испытательный динамический 3-осевой стенд имитации полета (рис. 12) с применением в них разработанных компьютерных 3Б-моделей конкретных беспилотных летательных аппаратов, которые по своим геометрическим, массовым и аэродинамическим характеристикам максимально соответствуют производимым БЛА, также могут использоваться в качестве имитатора для обучения операторов БАК, отладки алгоритмов и математических решений, заложенных в пилотажно-навигационный комплекс и системы стабилизации оптических комплексов.
Для оснащения БЛА необходимыми гиро-стабилизированными оптическими системами на предприятии разработана и производится их собственная линейка на базе телевизионных, фото- и инфракрасных камер высокого разрешения (рис. 14).
В последние годы НАН Беларуси все чаще упоминается в международных кругах как разработчик и поставщик качественных БАК различного назначения, активизировался и растет интерес к продукции НПЦ у российских покупателей, потребителей других стран СНГ, ОДКБ, Азии, Африки и Южной Америки.
При этом на предприятии не останавливаются на научно-исследовательских и опытно-конструкторских работах по созданию новых БАК с уникальными свойствами под требования заказчиков, а расширяется производственная база и разрабатываются новые технологии в области беспилотной авиации.
перспективы развития
В НАН Беларуси созданы основные многофункциональные типы БАК групп 1-111, способные решать с высоким качеством типичные задачи авиационного мониторинга. Вместе с тем спрос и требования потребителей определяют дальнейшие перспективы развития беспилотных авиационных комплексов, разрабатываемых и производимых в Академии наук:
■ помимо многофункциональных БАК необходимы их модификации, имеющие на борту специфическую целевую нагрузку (аппаратуру) для выполнения особых задач по предназначению;
■ нужны комплексы для особых климатических условий, а также способы их применения и посадки;
■ для решения задач доставки специфической аппаратуры на заданные высоты и дальности возникает потребность в БАК с летно-техническими
Рис. 11. Стенд для анализа полетных данных
Рис. 12. Полунатурный испытательный динамический 3-осевой стенд имитации полета
характеристиками, отличными от характеристик производимых многофункциональных БАК;
■ важнейшей задачей развития авиационных и робото-технических технологий является снижение зависимости от импорта низкокачественных комплектующих БАК;
■ в основу работы бортовых автономных систем управления и навигации положены глобальные спутниковые системы позиционирования и навигации, такие как «GPS», «ГЛОНАСС», «Галилео». Их обладатели в любой момент могут сменить кодировку сигналов своих навигационных систем, и в этом случае все созданные ранее комплексы окажутся неработоспособными;
■ отсутствие серийно производимой аппаратуры в защищенных высокопроизводительных цифровых каналах связи для выделенных в Беларуси частотных диапазонов не обеспечивает требуемого уровня качества, защиты и дальности передаваемых с БЛА на пункты управления объемов информации;
■ создание специальных пакетов программных средств по обработке полетной видеоинформации позволит расширить номенклатуру потребителей и заказчиков доработанных многофункциональных БАК, а также предоставляемых услуг;
Рис. 13. Вид дисплеев стенда
Рис. 14.
Малогабаритные управляемые стабилизированные видеосистемы
«МУСВ-ТВ»
«МУСВ-ИК»
«МУСВ-ФК»
Рис. 15. БАК
«Буревестник МБ»
■ в Российской Федерации и Казахстане существует спрос на легкомоторные пилотируемые самолеты и БАК, способные нести груз до 300 кг, имеющие возможность взлетать и садиться на грунтовые взлетно-посадочные полосы. Такие БАК значительно дешевле и долговечнее, чем активно используемые вертолеты типа Ми-8, Ми-2 и самолеты АН-2.
Как показал анализ тенденций ожидаемого спроса мирового рынка, его основная доля и главные финансовые потоки в первую очередь принадлежат разработчикам и производителям БАК групп IV-V. Это ударные БАК и БАК, способные обеспечивать увеличение продолжительности полета на большие расстояния. Создание подобных комплексов требует передовых знаний в авиационной науке, уникальных технических и технологических решений. В Академии начались концептуальные разработки составных частей БАК, способных нести специальные типы нагрузок. Это БАК «Буревестник МБ», основой которого может стать дальнейшая модификация БЛА «Буревестник» (рис. 15).
Перспективное направление - создание отечественных серийно выпускаемых совмещенных многоканальных гиростабилизированных (ИК-, ТВ-, мультиспектральная камеры, лазерный дальномер) оптических и гиперспектральных систем высокого пространственного разрешения, а также целевой аппаратуры дистанционного наблюдения в микроволновом (радиолокационном) диапазоне, позволяющей выполнять съемку при любом освещении, включая ночное время.
Наряду с БАК групп IV-V у белорусских и зарубежных потребителей значительно вырос спрос на БЛА мультироторного типа, имеющие 4 и более двигателей и способные в автономном режиме осуществлять мониторинг на расстоянии до 10 км от НПУ, зависать или следить за объектом наблюдения и передавать в режиме реального времени видеоинформацию в формате Full HD. Предприятие намерено приступить к созданию таких типов БАК уже в этом году.
Также большой перечень задач, требующих решения, относится к разработке и производству надежных и относительно доступных по цене комплектующих, среди которых:
■ электрический безколлекторный авиационный двигатель повышенной мощности и надежности с заданным комплексом характеристик, который будет способствовать значительному увеличению надежности БАК типа «Бусел», «Бусел М», «Бусел М50»;
■ совмещенная оптическая система высокого разрешения с заданным комплексом свойств, которая, в отличие от уже разработанных, будет иметь меньшую массу при качестве изображения Full HD и обеспечивать автоматическое слежение за выделенным объектом, а также другой класс мультироторной техники для сельского хозяйства;
■ надежные безлюфтовые сервоприводы и бортовые механизмы управления повышенной мощности;
■ системы цифровой защищенной связи, включая спутниковые каналы связи с использованием конформных адаптивных антенн, антенн с синтезированной апертурой, помехозащищенных систем и других высокоэффективных технологий, до настоящего времени либо недоступных из-за санкционных действий высокоразвитых стран в отношении Беларуси, либо не производимых
в требуемых частотных диапазонах;
■ аккумуляторы повышенной емкости и малой массы, а также источники энергии, основанные на других физических принципах, включая водородные.
Выпуск пилотируемой авиационной техники в нашей стране возможен лишь в кооперации с предприятиями-разработчиками или предприятиями-производителями из других стран, так как потенциала, накопленного в Академии наук и других белорусских предприятиях в данной области, недостаточно. Созданная в НАН Беларуси технологическая линия по производству БЛА типа «Бусел», «Бусел М», «Бусел М50», «Буревестник» и БАК ЭМ на базе дирижабля позволяет наладить производство беспилотной авиатехники, сверхмалых и сверхлегких воздушных судов (дельтапланов), дирижаблей в Научно-производственном центре многофункциональных беспилотных комплексов и выйти государству на мировой рынок в качестве страны - авиастроителя беспилотной техники. СИ
http://innosfera.by/2017/02/development_prospects
Юрий Яцына,
директор НПЦ многофункциональных беспилотных комплексов НАН Беларуси, кандидат технических наук Юрий Гриднев,
ведущий научный сотрудник НПЦ многофункциональных беспилотных комплексов НАН Беларуси, кандидат технических наук Александр Щавлев,
замдиректора НПЦ многофункциональных беспилотных комплексов НАН Беларуси
Мария Максимова,
помощник директора НПЦ многофункциональных беспилотных комплексов НАН Беларуси
