Беспилотные летательные аппараты
Беспилотные летательные аппараты могут быть как игрушками, так и опасными боевыми единицами. CHIP расскажет, насколько далеко продвинулись технологии в этом направлении.
Беспилотные летательные аппараты могут быть как игрушками, так и опасными боевыми единицами. CHIP расскажет, насколько далеко продвинулись технологии в этом направлении.
А в чем, собственно говоря, проблема? В принципе, понятие беспилотной авиации довольно широкое, и беспилотный летательный аппарат не должен обязательно обладать искусственным разумом. В данном случае речь идет о так называемых ДПЛА — дистанционно пилотируемых летательных аппаратах. Под это определение подпадают и обычные радиоуправляемые модели-игрушки. Казалось бы, достаточно прикрепить к легкой модели камеру — и она превратится в ДПЛА для аэрофотосъемки. К сожалению, именно на этом уровне застряли очень многие производители беспилотных летательных аппаратов — как отечественные, так и зарубежные. Многие, но не все.
Сложности и проблемы
У беспилотной техники два главных недостатка — низкая надежность и слабая защищенность сигнала от помех. Если упадет летательный аппарат, оснащенный вебкамерой, его владельцы пожмут плечами и соберут новый. Если же с высоты птичьего полета спикирует ценное оборудование, эффект будет несколько иным.
Однако энтузиасты не унывают: для решения проблем с надежностью они начинают применять дублирование (например, популярность приобрели вертолетные платформы со множеством винтовых групп), а также добавляют примитивные системы автостабилизации и навигации на основе электронных гироскопов и GPS. Эти компоненты можно достать из любого мобильного телефона.
Но подобные ухищрения годятся только для использования беспилотников в хорошую погоду, при нормальных температурных условиях и на безопасном расстоянии от источников сильных помех. При низких температурах обычная электроника просто перестает работать, а при попадании в луч РЛС — мгновенно сгорает. И речь идет не только о микросхемах и системах связи — холод и плотное радиоизлучение воздействуют на все компоненты. При температуре ниже –15 °C барахлить начинает все, начиная с аккумуляторов, которые с меньшим «рвением» отдают ток, и заканчивая двигателями, смазка в которых часто не рассчитана на экстремальные температурные режимы. Что уж говорить о луче радара мощностью в несколько киловатт — неэкранированная обмотка под его воздействием вспыхнет синим пламенем.
Такая комплексная проблема надежности требует от разработчиков беспилотной техники перехода на совсем другую элементную базу. Однако проблему потери сигнала это не решит. Всегда будут ситуации с попаданием в эфир сильных помех от таких источников, как ЛЭП, активные антенны, грозовые облака и т. д. На время потери сигнала летательный аппарат как минимум не должен «впадать в панику» и кувырком лететь к земле. Для этого необходима система автоматизированного управления (САУ), или попросту автопилот.
Кстати, подобные решения были созданы еще до появления полноценных цифровых вычислительных систем. Так, во время Второй мировой войны немецкая «Фау-1» управлялась с помощью инерциальных датчиков, связанных с элементами управления, что позволяло обеспечить самолету-ракете автоматическую стабилизацию.
Машины против людей
Отношение военных к беспилотной авиации с самого начала было двойственным. С одной стороны, весьма удобно использовать такие машины для разведки, наведения орудий и даже уничтожения отдельных целей, но с другой — беспилотники не способны в полной мере заменить пилотируемую авиацию. Например, если конфликт происходит со слаборазвитым государством, не имеющим средств подавления связи, то проблем для беспилотной авиации быть не может. Если же в бою сталкиваются сверхдержавы (даже если это происходит не напрямую), то использование БПЛА легко блокируется с помощью постановки помех или оружия на основе электромагнитных импульсов.
Доверять же боевому летательному аппарату самостоятельно применять оружие, руководствуясь лишь искусственным интеллектом, армия, сохраняющая здравый смысл, не станет. И опасения здесь связаны вовсе не с фантастическим сценарием восстания машин против людей, а со вполне возможным перехватом и перепрограммированием крылатого робота. Так, Иран перехватил беспилотный летательный аппарат RQ-170 Sentinel, просто передав ему ложные сведения о его местонахождении. Внеся помехи в сигнал GPS, иранские военные «уговорили» бездушную машину приземлиться на своем аэродроме. С помощью аналогичной атаки впоследствии был захвачен другой американский беспилотник — ScanEagle. И все это осуществил Иран, который далек по своему военному потенциалу и развитию от большинства передовых стран.
Однако это не говорит о том, что военные готовы отказаться от беспилотной авиации в современной войне. Просто подход к данной задаче в настоящее время несколько меняется. Сейчас на повестке дня создание нового поколения гибридных летательных аппаратов, способных подниматься в воздух как с пилотом, так и без него. Разработка таких устройств идет полным ходом и за рубежом, и у нас в стране. И действительно, существующая авиационная техника, дополненная подходящей электронной «начинкой», способна выполнять куда более широкий спектр задач.
Какие они бывают?
Как уже было сказано, беспилотные аппараты могут выполнять самые различные гражданские и военные задачи. Однако если в пилотируемой авиации преимущественно разрабатываются многоцелевые летательные аппараты, то беспилотники имеют значительно более строгую специализацию. Это обусловлено прежде всего ценой аппарата: не имеет смысла применять для геодезических исследований аппараты со сложными системами связи и защиты от помех, которые сами по себе могут стоить больше, чем носитель. Попробуем перечислить основные типы.
Летающие мишени
Именно в этой незавидной роли беспилотные летательные аппараты начали свою карьеру в армии. Как правило, для таких целей использовали списанную технику, переоборудованную для выполнения полетов в автоматическом режиме. Подобные аппараты применяются для отработки действий ПВО и авиации в приближенных к боевым условиях. Большинство устройств переделаны из строевых самолетов, но есть и специальные — например, российские «Дань» и Е95М.
Транспортные
Транспортировка грузов кому-то может показаться задачей скорее для полноценной пилотируемой авиации. Однако, если необходимо доставить на линию фронта боеприпасы и снаряжение, отправлять пилотируемый транспортный самолет слишком дорого и рискованно. Куда лучше с данной задачей справится малогабаритный беспилотник. С точки зрения проектирования такой аппарат должен быть способен быстро доставить на заданное расстояние требуемый груз. Необходимости в сложных системах пилотирования практически нет: полетное задание может закладываться в аппарат перед запуском, чтобы исключить перехват управления в полете. Примером таких устройств является американский беспилотник MMIST CQ-10 Snowgoose.
Разведывательные/патрульные
Задача этих аппаратов — как можно дольше находиться в воздухе, неся сравнительно небольшую нагрузку в виде разнообразных камер, тепловизоров и зондов. Подобный тип беспилотников относят к барражирующим. Так как современные оптико-локационные станции имеют сравнительно небольшие массу и габариты, а скорость полета не имеет принципиального значения, компоновка этих аппаратов строится вокруг аэродинамического качества и объема топливных баков. Типичными примерами подобных устройств являются американские беспилотники серии RQ (от англ. reconnaissence — «разведка»), российские «Пчела» и «Рейс».
Ударные (ББЛА)
Эти аппараты предназначены для нанесения воздушных ударов по различным наземным целям, что подразумевает наличие систем вооружения. Однако размещение оружия на беспилотнике — задача достаточно сложная: с одной стороны, значительно увеличивается масса полезной нагрузки и нужно учитывать отдачу при стрельбе, а с другой — ужесточаются требования к защите каналов связи. Так, если потерять в боевых условиях разведчика — плохо, но не критично, то утратить контроль над боевой машиной — значит подвергнуть смертельному риску собственные войска.
Наиболее известными представителями данного типа являются MQ-1 Predator и его последователь MQ-9 Reaper, разработанные американской компанией General Atomics. Российских машин этого типа нет.
Сельскохозяйственные
Опрыскивать возделываемые поля с помощью современной пилотируемой авиации весьма затратно. Значительно проще воспользоваться беспилотным вертолетом, который сделает эту работу на порядок дешевле и быстрей. Так, на текущий момент более 30% всех рисовых полей Японии обрабатывается с помощью беспилотных вертолетов.
И это далеко не предел — согласно прогнозам аналитиков, в ближайшем будущем сельскохозяйственная промышленность может стать главным заказчиком беспилотных летательных аппаратов, обойдя по объемам военно-промышленный комплекс. Самым распространенным сельхоз-БПЛА является Yamaha RMAX, выпускаемый с 2001 года.
Самый известный российский беспилотник
Несмотря на то что первые дистанционно пилотируемые летательные аппараты появились еще на заре авиации, полностью самостоятельные крылатые машины, способные принимать решения, поднялись в небо сравнительно недавно. Причем из-за внушительных размеров вычислительных систем того времени это были отнюдь не малогабаритные «птички». В СССР первым таким аппаратом стал всем известный космический корабль многоразового использования «Буран». Во времена, когда электроника была, по современным меркам, совсем примитивной, эта стотонная машина смогла не просто произвести полностью автоматический полет, но и сделать это в сложнейших условиях и без права на ошибку.
«Буран» не был оборудован атмосферными реактивными двигателями, а при входе в атмосферу был скрыт облаком плазмы, поглощающим любые радиосигналы. Несмотря на все это, машина успешно погасила скорость, вышла на нужный курс и самостоятельно приземлилась на посадочную полосу космодрома. Западные специалисты не могли поверить в это, пока не убедились самостоятельно уже после развала СССР и рассекречивания всех данных по проекту.