Доклад на тему «История развития беспилотной авиации»

Введение

Слово «дрон» по-английски значит «трутень». Так в 1930-х годах в шутку прозвали британскую радиоуправляемую мишень, а называлась она DH.82B Queen Bee, «Пчелиная матка». Матка дала имя трутням, трутни перешли в газеты, и сегодня дроном называют и игрушку за пару тысяч рублей, и разведчик размером с пассажирский самолёт.

Беспилотники кажутся изобретением последних лет, ведь массово они появились у фотографов, аграриев, спасателей, курьеров совсем недавно. На деле им больше ста лет, и первые попытки поднять в воздух машину без лётчика относятся ко временам, когда и с лётчиком-то самолёты летали с трудом.

Почему тема интересна именно сейчас? Беспилотная авиация меняет сразу несколько отраслей: сельское хозяйство, картографию, поиск пропавших людей, доставку грузов. В России с 2019 года беспилотники массой от 150 граммов до 30 килограммов надо ставить на учёт, а в колледжах открывают специальности операторов БПЛА. Без понимания истории трудно понять, почему эти машины выглядят именно так.

Цель доклада — проследить, как развивалась беспилотная авиация от первых опытов до наших дней. Объект — беспилотные летательные аппараты, предмет — история их создания и совершенствования. Мы использовали учебные пособия по авиационной технике, справочники по истории авиации и открытые материалы производителей.

Глава 1. История развития беспилотной авиации

1.1 Первые эксперименты и прототипы

Самый ранний случай, который любят вспоминать авторы популярных книг, случился в 1849 году. Австрийская армия осаждала восставшую Венецию и запустила в сторону города воздушные шары с бомбами и часовым механизмом. Ветер переменился, часть шаров унесло обратно к австрийским позициям. Летательным аппаратом в нашем смысле это не назовёшь, зато сама идея ударить с воздуха без человека на борту прозвучала.

Следующий шаг дала радиотехника. В 1898 году Никола Тесла показал в нью-йоркском Мэдисон-сквер-гарден лодку, которой управлял по радио, и публика всерьёз подозревала, что внутри спрятана дрессированная обезьяна. До самолётов Тесла дело не довёл, но доказал главное: машиной можно командовать на расстоянии без проводов.

Таблица 1 – Вехи развития беспилотной авиации

Примечание — Составлено по справочникам по истории авиации, материалам производителей и тексту постановления о государственном учёте беспилотных воздушных судов.

Первая мировая война подстегнула изобретателей. В Англии Арчибальд Лоу работал над радиоуправляемым аппаратом Aerial Target, в США инженер Чарльз Кеттеринг построил «Жука» (Kettering Bug), маленький биплан, который по заданному часовым механизмом времени складывал крылья и падал на цель вместе с зарядом. Испытания 1918 года шли с переменным успехом, а война закончилась раньше, чем «Жука» успели пустить в дело.

Важно понять, как работали эти машины. Никакой видеокамеры, никакого GPS. Управление было или по радио в пределах видимости, или вслепую, по заранее заданному курсу и времени полёта. Попасть так в конкретное здание было почти невозможно, и военные долго относились к беспилотникам как к любопытной, но бесполезной игрушке.

1.2 Развитие технологий в XX веке

Между мировыми войнами беспилотникам нашлось скромное, зато надёжное применение: по ним учились стрелять. Британская Queen Bee была обычным учебным бипланом Tiger Moth с радиоаппаратурой вместо пилота. Таких мишеней построили несколько сотен, и зенитчики флота и армии годами тренировались, пытаясь её сбить. Американцы вскоре завели свои мишени, а слово «дрон» перекочевало через океан.

Вторая мировая показала беспилотник с другой, жуткой стороны. Немецкий самолёт-снаряд Фау-1 с пульсирующим реактивным двигателем летел по программе к Лондону и падал, когда счётчик пройденного пути отключал двигатель. Жители узнавали его по характерному треску мотора и знали: если звук оборвался, сейчас будет взрыв. Тысячи таких снарядов выпустили по Англии в 1944–1945 годах.

После войны главным заданием беспилотников стала разведка. Американские реактивные Firebee в 1960-е годы совершили во Вьетнаме тысячи вылетов, фотографируя районы, куда посылать пилота было слишком опасно. В Советском Союзе в 1964 году приняли на вооружение дальний разведчик Ту-123 «Ястреб», а позже лёгкий Ту-143 «Рейс», который возвращался на парашюте с плёнкой на борту.

Настоящий перелом случился в начале 1980-х в Израиле. Маленькие винтовые Scout и Mastiff размером с модель-переросток передавали картинку с телекамеры прямо на землю, в реальном времени. В 1982 году в долине Бекаа они помогли обнаружить позиции зенитных ракет. Военные всего мира увидели, что дешёвый лёгкий беспилотник может быть полезнее дорогого самолёта.

Следующие десятилетия принесли три вещи, без которых нынешние дроны невозможны. Спутниковая навигация GPS стала общедоступной в 1990-х. Спутниковая связь позволила управлять машиной за тысячи километров. Американский Predator, впервые применённый в 1995 году над Боснией, держался в воздухе около суток, а оператор сидел в контейнере на другом конце света.

1.3 Современные тенденции

XXI век принёс беспилотники в гражданскую жизнь. Причина прозаическая: подешевели электроника и аккумуляторы. Литий-полимерные батареи, крошечные гироскопы и акселерометры из смартфонов, бесколлекторные моторы позволили собрать четырёхвинтовой коптер, который сам держит высоту и не падает, если отпустить пульт. В 2013 году китайская компания DJI выпустила Phantom, и квадрокоптер стал покупкой, доступной студенту.

Дальше дроны расползлись по профессиям. Агроном гоняет над полем опрыскиватель с баком на десятки литров. Геодезист за утро снимает карьер, на который бригада с тахеометром потратила бы неделю. Спасатели по ночам ищут заблудившихся грибников по тепловизору, энергетики осматривают провода, не отключая линию. Требования у всех разные, и потому разные сами машины: у одних важна грузоподъёмность, у других камера, у третьих время в воздухе.

На рисунке 1 видно, насколько различается это время. Любительский квадрокоптер держится в воздухе меньше часа и садится, когда разрядится батарея. Большие разведчики с поршневым или турбовинтовым двигателем летают сутки и больше. Разница в десятки раз объясняется просто: литр бензина запасает намного больше энергии, чем литиевый аккумулятор той же массы.

Среди беспилотников есть и рекордсмены. Британо-европейский Zephyr с солнечными панелями на крыльях в 2018 году провисел над Аризоной почти 26 суток, днём подзаряжаясь, ночью доживая на батареях. Это уже не самолёт в привычном смысле, а скорее атмосферный спутник, и именно так его и рекламируют.

Главная тенденция последних лет состоит в том, что беспилотники становятся умнее. Современный коптер сам облетает дерево, сам возвращается домой, если связь пропала, а несколько машин могут лететь роем по общей программе. Электроника продолжает дешеветь, и то, что десять лет назад стоило как автомобиль, сейчас продают в магазине бытовой техники.

Однако у этого развития есть и обратная сторона. Чем больше дронов в небе, тем острее вопросы о безопасности полётов возле аэропортов, о частной жизни, о запретных зонах над городами. Правилам и ограничениям, а заодно классификации современных БПЛА, посвящена вторая глава доклада.