Первые упоминания о летательных аппаратах с дистанционным управлением относятся к 30-м годам прошлого столетия. Тогда ВМФ Великобритании переоборудовали устаревшие истребители под дистанционное радиоуправление. Эти самолеты использовались исключительно как мишени при проведении учебных стрельб экипажами кораблей. Позднее подобные мишени использовались и для тренировки летного состава королевских ВВС.
Тогда же в обиход вошел термин «Дрон» от англ. drone — трутень. Это прозвище самолеты-мишени получили от британских моряков за низкий, гудящий звук, издаваемый ими во время полета, и неповоротливость.
Основные задачи, решаемые БПЛА военного назначения
Современные военные беспилотники используются в интересах ведения разведки и целеуказания, огневого поражения наземных и надводных объектов, обеспечения связи, доставки грузов и др.
В армиях большинства государств БПЛА решают следующие задачи:
- Поражение наземных и надводных целей.
- Радиоэлектронное подавление станций радиолокационной и радиотехнической разведки, систем управления и связи.
- Проведение разведки в оптическом и инфракрасном диапазонах, радиолокационной, радиотехнической. Передача разведывательных данных на пункт управления в реальном времени.
- Целеуказание и корректировка действий средств огневого подавления.
- Обеспечение радиосвязи между абонентами при отсутствии между ними прямой видимости.
- Выполнение роли ложных целей для дезинформации противника.
- Доставка грузов, в том числе в труднодоступные районы и районы в зоне действия систем ПВО противника.
В последнее время БПЛА все чаще применяют всевозможные террористические группировки. Ввиду небольшой стоимости и простоты эксплуатации они отдают предпочтение малоразмерным аппаратам. БПЛА используются ими для:
- Доставки средств поражения к объектам.
- Преодоления зон безопасности охраняемых объектов.
- Уничтожения неугодных военных, политических или религиозных деятелей.
- Повреждения коммуникаций.
- Транспортировки запрещенных грузов.
- Нарушения нормальной работы аэродромов как военного, так и гражданского назначения.
Конструкция БПЛА
Несмотря на различия в назначении, размерах и технических характеристиках, конструкции всех современные беспилотных аппаратов имеют много общего. В составе бортового оборудования каждого беспилотника присутствуют следующие элементы:
- Несущий планер.
- Силовая установка.
- Средства навигации.
- Система управления.
- Контур электропитания бортового оборудования.
- Средства радиосвязи и телеметрии.
В зависимости от назначения и решаемых задач, дроны могут оснащаться специальным оборудованием:
- ретрансляторами;
- средствами радиоэлектронного подавления;
- оборудованием для ведения различных видов разведки;
- приборами для определения уровня зараженности местности радиоактивными или отравляющими веществами;
- устройствами для корректировки огня других средств;
- элементами системы опознавания по принципу «свой-чужой»;
- средствами автономного управления в процессе полета;
оборудованием для размещения и фиксации груза;
Несущий планер и силовая установка
Планеры БПЛА конструируют по самолетной или по вертолетной схеме.
В качестве силовой установки аппаратов с планером самолетного типа чаще всего используют авиационные турбовинтовые двигатели.
В конструкции беспилотников, планер которых построен по вертолетной схеме (мультикоптеров), обычно применяют электродвигатели. Такая компоновка с использованием 4, 6 и более двигателей, каждый из которых вращает свой винт, обеспечивает реализацию относительно простой системы управления. В ее основе лежит изменение скорости вращения отдельных винтов. За счет этого задаются режимы подъема-опускания, поворота корпуса аппарата по углам крена и тангажа, изменения высоты полета по косой линии, перемещение в горизонтальной плоскости. Компенсация крутящего момента и стабилизация планера осуществляется за счет того, что в каждой паре винтов один вращается по часовой стрелке, другой – против.
Средства навигации
Устанавливаемые на БПЛА навигационные средства различаются в зависимости от размеров, дальности полета и назначения летательного аппарата. Так, на небольших квадрокоптерах устанавливают навигационную аппаратуру, которая использует только информацию от одной или нескольких систем спутниковой навигации. Такие средства обеспечивают определение координат БПЛА с точностью не хуже 2,5м как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскостях.
Беспилотники, предназначенные для решения более сложных задач, оборудуются средствами, дополнительно включающими элементы автономной системы навигации. Их принцип действия основан на использовании миниатюрных гирокомпасов и устройств для определения направления и скорости перемещения в пространстве. Это оборудование, в автономном режиме, обеспечивает необходимую точность лишь в течение непродолжительного времени (единицы минут) при выполнении прямолинейного равномерного полета. Накапливаемая ошибка, в таком режиме, составляет до 3-х м в минуту. Для обеспечения требуемой точности на всем протяжении полета, этим средствам необходимо выполнение коррекции по данным спутниковой навигации.
На аппаратах среднего и тяжелого классов используются средства навигации, работающие на основе лазерных гироскопов. Они обеспечивают малую ошибку счисления пути при работе в автономном режиме. Это позволяет использовать данные спутниковой навигации лишь в качестве вторичной информации для комплексирования и коррекции показаний автономных навигационных систем.
Таким образом, современные БПЛА, в той или иной мере используют данные спутниковой навигации. Дальнейшее повышение автономности возможно лишь при установке на борт летательного аппарата дополнительного оборудования: лазерного высотомера и барометра. Это обеспечит выполнение полета по электронным картам, содержащим данные о профилях рельефа местности.
Система управления
В зависимости от используемой системы управления, БПЛА можно разделить на:
- Дистанционно управляемые.
- Автономные.
- С комбинированным управлением.
Выбор типа управления определяется особенностями задач, решаемых конкретным образцом.
Крупные аппараты с самолетной компоновкой, чаще всего, оснащают системами управления, принцип построения которых схож с пилотируемыми самолетами.
Сравнительно небольшие беспилотники, как правило, имеют ступенчатую иерархическую систему управления:
- Первый уровень образуют средства навигации, силовая установка и радиоэлектронное оборудование, являющееся полезной нагрузкой: РЛС, приборы оптико-электронной разведки и др.
- Второй уровень представляет собой контур управления на основе контроллеров, бортовых ЭВМ с универсальным или специализированным программным обеспечением и интерфейсом. Чаще всего элементы системы управления изготавливают в едином защитном корпусе по монолитной технологии.
- Третий, высший, иерархический уровень образован контуром «БПЛА – пункт управления (ПУ)». Основными его компонентами являются:
- система телеметрии, обеспечивающая сбор и обобщение информации о техническом состоянии бортового оборудования;
- система обмена информацией между ЛА и ПУ;
- система управления ПУ, включающая в себя: оборудование ПУ, программное обеспечение, интерфейс, оператора.
Средства радиосвязи и телеметрии
Для эффективного управления БПЛА необходимо организовать три основных канала связи:
- Командный канал «ПУ – БПЛА». Он предназначен для передачи команд управления аппаратурой самого ЛА, а также средствами, входящими в состав полезной нагрузки.
- Информационный канал «БПЛА – ПУ» обеспечивающий передачу донесений о выполнении команд, поступивших по командной линии, телеметрической информации о состоянии аппаратуры самого ЛА и полезной нагрузки.
- Высокоскоростной канал передачи данных «Аппаратура полезной нагрузки – БПЛА – ПУ».
Кроме того, может организовываться дополнительный канал связи и обмена информацией между БПЛА для организации внутригруппового взаимодействия.
Связь по перечисленным каналам может осуществляться на различных частотах. Степень защиты передаваемой информации зависит от условий эксплуатации БПЛА и особенностей решаемых задач.
Обязательное условие использования дистанционного радиоуправления – наличие прямой видимости на линии «ПУ – ЛА». Для увеличения дальности связи могут привлекаться дополнительные беспилотники с ретрансляционной аппаратурой.
При пропадании связи по командному каналу, на большинстве БПЛА включается режим «Автономный полет». При этом реализуются как простые алгоритмы действий, например режим прямолинейного полета, возвращения на базу или барражирования, так и сложные программы на основе использования электронных карт местности.
В заключение
По мере развития искусственного интеллекта, повышения быстродействия и сокращения массо-габаритных характеристик вычислительных средств, возрастает автономность систем управления БПЛА, расширяется область их применения. Так, перспективные системы управления на основе использования компьютерного зрения позволят обнаруживать препятствия, анализировать их размер, направление и скорость движения, и строить маршрут полета с учетом этой информации. Такое оснащение позволит значительно повысить живучесть дронов и при этом практически не повлияет на массо-габаритные характеристики и грузоподъемность.
