Неопознанные летающие: на что способны беспилотники

Летающие беспилотники уже не первое столетие занимают конструкторов и ученых. Если в XX веке беспилотник был смелой фантазией, как и многие научные и технические идеи, то сегодня он становится частью реальной экономики, создает новые методы диагностики и мониторинга, а еще — рабочие места.

Рассказываем, какими беспилотники были в прошлом столетии, на что они способны сегодня, какие перспективы видятся на горизонте, и какую роль во всем этом играет Томск.

Начало (XIX-XX века)

Первые предшественники современных беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) — австрийские аэростаты для воздушной бомбардировки. Их впервые использовали в 1849 году.

Предпосылки для полноценного развития летающих беспилотников — изобретение электричества и радиосвязи. Первопроходцами в этой сфере стали гениальные ученые и вечные враги Томас Эдисон и Никола Тесла.

Эдисон представил свою разработку чуть раньше, в 1892 году, и это был беспилотник далеко не в современном понимании этого слова: торпедой Эдисона можно было управлять только по проводам. Никола Тесла пошел дальше и к 1899 году создал маленький беспилотник на радиоуправлении.

Долгое время БПЛА воспринимали исключительно как военную технику. Во время Первой мировой войны немецкие и американские производители разрабатывали беспилотники и соревновались, чей поднимет больше взрывчатки. Максимума добились США в 1916 году: их беспилотник мог унести 450 килограммов. В военных действиях БПЛА так и не приняли участие, но полученные наработки позже использовали.

В межвоенный период инженеры активно экспериментировали с разными способами запуска и посадки беспилотников. Их запускали с катапульты и с бомбардировщиков, сажали на воду и при помощи парашютов. Свой вклад внесли и разработчики из СССР: они создали беспилотный планер, который мог нести торпеду и направлялся при помощи инфракрасного луча.

Сброс торпед стал главным интересом разработчиков во время Второй мировой войны, вплоть до конца 1992 года этот интерес не смещался. Пока все не изменило изобретение GPS.

Беспилотники начали использовать для целей, близких к тому, что мы имеем сегодня: мониторинг, съемка, разведка, определение местоположения.

На что они способны

Что представляют беспилотники собой сейчас, зачем они нужны? Об этом мы поговорили со специалистом по БПЛА из компании «Сигма» Иваном Борисенко. Он выделил области применения беспилотников, которые актуальны или набирают популярность.

Аудит ЛЭП. Коптеры обследуют линии электропередачи на пробои, теплопотери и другие дефекты.

Точное земледелие. С беспилотника можно проводить съемку полей, использовать разные виды камер.

«С помощью беспилотников можно оценить распространение сорняков, принять решение, куда лить пестициды, а какие участки не затрагивать. Съемка с дронов помогает точнее координировать комбайны и закупать столько удобрений, сколько нужно. Информация, которую могут собирать беспилотники, дает возможность принимать оптимальные решения в сельском хозяйстве», — пояснил Борисенко.

Стройка. Беспилотники могут определять объемы строительных материалов при помощи фотогеометрических методов, а также оптимально организовать передвижение транспорта.

«По итогу можно оценивать теплопотери здания. Поскольку беспилотники обладают довольно точными GPS-приемниками, они могут оценивать отклонение здания от вертикальной оси и координаты углов зданий», — добавил Борисенко.

Геология. Когда идет разработка полезных ископаемых открытым способом и стенка карьера взрывается, специалистам нужно понимать, какой объем породы изъят.

Нефтегазовая отрасль. Беспилотники используют при аудите веток нефтегазопровода на наличие теплопотерь, визуальное состояние, ведут с их помощью поиск врезок. Также дроны полезны при обследовании нефтяных танкеров на наличие дефектов.

Ограничения технологии

Кажется, что светлое будущее беспилотников уже наступило, но дроны по-прежнему не доставляют нам пиццу! Несмотря на то, что беспилотники обслуживают множество отраслей уже сегодня, у технологии есть свои ограничения.

Как отмечает Иван Борисенко, для беспилотников самолетного типа самое большое ограничение — это место взлета и посадки. Они запускаются при помощи стартовой катапульты или с самолета, а приземляются чаще всего с парашютом.

«Если работа происходит в лесу, то велика вероятность разбить беспилотник или посадить его на дерево. А стоит он немало. То же самое касается взлета. Беспилотник запускается с катапульты, и можно допустить ошибки, с точки зрения координации, на взлете», — пояснил Иван Борисенко.

Что же касается коптеров, то они ограничены в дальности полетов из-за небольшого объема батареи. Грузоподъемность этих беспилотников тоже ограничена: они могут нести существенно меньшее количество полезной нагрузки в виде камер и датчиков. В этой ситуации помогают гибридные беспилотники. Это стандартные коптеры с дополнительными планерными крыльями, которые снижают нагрузку на винты и, соответственно, разгружают батарею.

Общая сложность для самолетных БПЛА и коптеров — невозможность полетов во время дождя снега и ветра. По мнению Ивана Борисенко, для разработчиков БПЛА это точка роста.

Что касается доставки пиццы, это старая история. Доставку дронами пытались организовать Amazon и даже «Почта России». Но именно в России, считает Иван Борисенко, доставка дронами вряд ли разовьется в ближайшее время.

«Чисто технически к дрону можно что-то привязать, и он может принести это из точки А в точку Б. Но если мы говорим не про разовую акцию, а про рынок доставки, то все упирается в инфраструктуру, которая еще не подоспела. Для этого нет ни организованной наземной среды, ни программной базы, ни соответствующих систем передачи данных. Беспилотник — это всего лишь инструмент, один из компонентов большой системы, которую нужно строить», — говорит Борисенко.

Что происходит в Томске

Проект «Тайга». В ноябре 2018 года под Томском прошли первые испытания беспилотных летательных аппаратов на опытном полигоне «Тайга».

Опытный район «Тайга» — это проект томского представительства Фонда перспективных исследований, созданный по распоряжению губернатора Томской области для тестирования беспилотных летательных аппаратов в естественных условиях.

Полигон — это условный прямоугольник территории, оснащенный искусственными препятствиями для испытаний. Под опытным районом подразумевается вся территория Томской области. Проект делает возможным испытания беспилотников в абсолютно реальной обстановке.

Основная цель проекта «Тайга» — создание условий для успешной интеграции передовых робототехнических решений для энергетики, нефтегазовой отрасли, сельского хозяйства и других отраслей.

Мониторинг лесных пожаров. Ученые ТУСУРа разрабатывают комплекс для поиска пожароопасных лесных участков. Исследовать земную поверхность и собирать данные будет оборудованный радиометром малогабаритный беспилотник.

Измерительный комплекс включает в себя микроволновой радиометр, инфракрасные датчики и камеру с высоким разрешением. При помощи высокочастотного излучения система будет определять, насколько земля насыщена влагой, и исходя из этого параметра определять пожароопасные участки. После обработки данных измерительный комплекс подготовит на их основе тепловую карту местности, на которой будут отмечены участки с высоким риском возникновения пожара.

Дрон для точного земледелия. Компания «ИндорСофт» разрабатывает беспилотник для повышения урожайности культур и контроля залесенности полей.

Комплекс решает две задачи. Во-первых, с помощью инфракрасной камеры контролирует неоднородность всхожести культур в пределах одного поля и выдает для сельхозтехники задания по внесению семян, удобрений, химзащиты. Во-вторых, беспилотник контролирует залесенность полей и разрабатывает планы вовлечения неиспользуемых земель в сельхозоборот.

Обследование нефтехранилищ. Разработчики компании «Сибирские Информационные Системы» одними из первых в мире решили задачу навигации беспилотника в закрытом темном помещении, где нет связи.

Для партнеров из Голландии они создали дрон для обследования нефтехранилищ. Беспилотник выполняет полную съемку хранилища, на базе этих данных программа строит трехмерную модель и оценивает целостность хранилища. Гексакоптер (дрон с шестью винтами) оснащен множеством сенсоров, которые помогают определять местонахождение, наклон, высоту и другие важные для полета параметры. Для этого ему не нужны провода, радиосигнал или карта передвижений.

Конкурс «Авиароботех». В 2019 году на опытном полигоне «Тайга» в Томске впервые прошел профессиональный конкурс разработчиков беспилотников. Участниками конкурса стали 12 компаний из Москвы, Санкт-Петербурга, Томска, Иркутска и Тамбова.

На конкурсе «Авиароботех» беспилотники выполняли практические задачи: искали неисправности на электрических сетях, магистралях, газопроводах, людей в лесу, доставляли груз (корреспонденция, деньги, лекарства).

Демонстрационные полеты показали, что беспилотные и пилотируемые судна могут безопасно летать в одном воздушном пространстве даже на территории, где нет связи.

По материалам inotomsk.ru