Доклад на тему «Беспилотные летательные аппараты»

Введение

Летом над городскими парками почти всегда можно увидеть квадрокоптер, который запускает подросток, отец с ребёнком или свадебный фотограф. Такие аппараты стали настолько привычными, что на них уже никто не обращает внимания. Между тем у беспилотной авиации больше чем вековая история, и почти вся она была связана с армией.

Беспилотные летательные аппараты (БПЛА) сегодня проверяют провода высоковольтных линий, помогают искать заблудившихся в тайге людей, обрабатывают поля и снимают кино. В 2023 году правительство России утвердило концепцию развития беспилотной авиации до 2030 года, а в школах снова открываются кружки, где учат собирать и программировать дроны. Поэтому тема кажется нам не только интересной, но и практически важной.

Первые опыты беспилотного полёта относятся ко времени Первой мировой войны. Почти каждый следующий шаг был ответом на конкретную задачу, чаще всего военную, и только в последние пятнадцать лет дроны по-настоящему вошли в мирную жизнь. Основные этапы этого пути собраны в таблице.

Таблица 1 – Основные этапы развития беспилотных летательных аппаратов

Примечание — Составлено по открытым историческим материалам; даты указаны по первому полёту или началу применения.

В докладе мы попытались ответить на вопрос, как радиоуправляемая мишень для зенитчиков превратилась в бытовой прибор. Второй вопрос вытекает из первого: почему словом «дрон» называют и игрушку стоимостью в несколько тысяч рублей, и разведчика с размахом крыла почти сорок метров.

В первой главе прослеживается история беспилотников, от 1916 года до наших дней, с остановками на тех событиях, после которых техника менялась сильнее всего. Во второй главе описаны современные аппараты, их схемы и характеристики. Цифры взяты из паспортов производителей и книг по истории авиации, а там, где данные расходятся, мы это оговариваем.

Глава 1. История создания и развития беспилотных летательных аппаратов

1.1 Этапы развития БПЛА

Идея самолёта без лётчика появилась почти одновременно с самим самолётом. В 1916–1917 годах британский инженер Арчибальд Лоу работал над радиоуправляемой мишенью Aerial Target. В 1918 году в США испытали «Кеттеринг Баг» — крылатую торпеду, которая летела по заданной программе, отсчитывала обороты двигателя и после нужного их числа сбрасывала крылья и падала на цель.

Летали эти аппараты ненадёжно: радиосвязь страдала от помех, автопилоты были примитивными, и до серийного производства дело почти не дошло. Однако принцип, найденный тогда, сохранился до сих пор. Машина сама удерживает курс, а человек лишь ставит ей задачу.

В 1935 году в Великобритании на основе учебного биплана «Тайгер Мот» создали радиоуправляемую мишень Queen Bee («пчелиная матка»). По одной из версий, именно глядя на неё, американские военные назвали свои мишени словом drone, то есть «трутень». Проверить эту историю полностью трудно, но слово прижилось и теперь обозначает почти любой беспилотник.

Во время Второй мировой войны Германия применяла против Лондона самолёты-снаряды Фау-1. Они летели на гироскопическом автопилоте и не возвращались, поэтому их обычно относят к предшественникам крылатых ракет, а не дронов. Тем не менее Фау-1 показали, что машина без пилота способна преодолеть сотни километров.

Рисунок 1 – Продолжительность полёта некоторых БПЛА, ч

Примечание — Округлённые паспортные значения производителей (DJI, General Atomics, Northrop Grumman); для военных машин приведены открытые данные, реальное время зависит от груза и погоды.

После войны беспилотники научились возвращаться на базу. Американский Ryan Firebee сначала служил мишенью для зенитчиков, а затем на его основе сделали разведчика с фотоаппаратурой. Разведывательные версии под прозвищем Lightning Bug во время войны во Вьетнаме совершили около 3 400 вылетов: их подвешивали под крыло самолёта-носителя DC-130, а после задания аппарат спускался на парашюте, и вертолёт подхватывал его прямо в воздухе.

Такая сложная схема объясняется тем, что разведчик, в отличие от мишени, бесполезен без возвращения: снимки находятся у него на борту. В СССР в 1970-е годы на вооружение приняли комплекс Ту-143 «Рейс». Аппарат длиной больше восьми метров пролетал над заданным районом, фотографировал местность и садился на парашюте, а плёнку проявляли уже на земле.

Крупные размеры «Рейса» объясняются техникой своего времени: программное устройство, фотоаппараты и парашютная система весили много. Следующее советское поколение, «Пчела-1Т» из комплекса «Строй-П», несло уже телевизионную камеру, и командир видел изображение на экране пункта управления. Стартовала «Пчела» с гусеничной машины при помощи двух ракетных ускорителей.

1.2 Ключевые события и достижения

Переломным стало начало 1980-х годов, когда израильские аппараты Scout и Mastiff начали передавать видео на землю прямо во время полёта. Оператор видел картинку сразу, а не через несколько часов после проявки плёнки. С этого момента беспилотник превратился из летающего фотоаппарата в средство постоянного наблюдения.

Следующим шагом стала спутниковая связь. Американский MQ-1 Predator, появившийся в середине 1990-х годов, держался в воздухе около суток, а управляли им за тысячи километров. Его преемник MQ-9 Reaper летает ещё дольше, а разведчик RQ-4 Global Hawk рассчитан примерно на 32 часа полёта на большой высоте.

Гражданская история беспилотников развивалась своим путём, и, на наш взгляд, решающую роль в ней сыграли смартфоны. Ради мобильных телефонов подешевели литиевые аккумуляторы, миниатюрные гироскопы и камеры, и собрать устойчивый мультикоптер стало под силу энтузиасту. В 2007 году журналист Крис Андерсон создал интернет-сообщество DIY Drones, из которого вырос открытый автопилот ArduPilot, а в 2013 году компания DJI выпустила Phantom, и дрон стал обычной покупкой.

Рисунок 1 показывает, насколько различаются аппараты, которые называют одним словом. DJI Mini 4 Pro держится в воздухе около 34 минут, а Global Hawk около 32 часов, то есть почти в шестьдесят раз дольше. Квадрокоптер тратит энергию даже на зависание, поскольку держится только за счёт винтов, тогда как самолётной схеме подъёмную силу создаёт крыло.

В России в 2010-е годы в серию пошёл «Орлан-10» петербургского Специального технологического центра — небольшой самолёт с поршневым двигателем, который запускают с катапульты и сажают на парашюте. Кроме армии, такие аппараты использовало МЧС для наблюдения за паводками и лесными пожарами. Одним из первых крупных мирных проектов в мире стала доставка донорской крови в больницы Руанды: с 2016 года компания Zipline сбрасывает медицинские грузы на парашюте с небольших беспилотных самолётов.

С ростом числа дронов государствам пришлось вводить правила: запретные зоны вокруг аэропортов, ограничения по высоте, обязательный учёт. В России с 2020 года на учёт ставят беспилотники массой от 150 граммов до 30 килограммов, а полёты над городами требуют разрешения. Производители, в свою очередь, загружают карты закрытых зон прямо в прошивку, и квадрокоптер не взлетит рядом с аэродромом.

Получается, что за сто лет беспилотная авиация прошла путь от часового механизма до спутниковой связи и GPS, а её задачи сменились с военных на мирные. Какой из этих шагов был главным, сказать трудно. Мы склоняемся к тому, что решающим оказалось удешевление электроники: без него дрон, скорее всего, так и остался бы дорогой военной техникой.