Кто же, бродя по бренной земле, хоть раз не мечтал о небе? Но за штурвал самолета не каждому дано попасть, а статус воздушного пассажира предполагает гораздо меньшую активность. Но вот появились они — дроны. Теперь, даже оставаясь на земле, можно не только «обнимать» небо, созерцая мир глазами птицы, улетевшей в поднебесье, но и решать в воздухе немало важных, чисто земных проблем.
Что такое дрон
Название дрон (drone) заимствовано из английского языка. Его смысл («трутень») указывает на способность дрона летать, но в то же время удивляет: ведь созданы эти устройства для кропотливой работы на общее благо, чего от данного представителя класса насекомых трудно ожидать. Попросту говоря, дрон — это беспилотный аппарат, управляемый дистанционно. Выступая, по сути, в «детском» образе радиоуправляемой игрушки, этот агрегат способен на очень серьезные действия.
! КСТАТИ
Перед самыми первыми дронами — в период Второй мировой войны — ставились чисто военные задачи (быть летающей тренировочной мишенью, самолетом-снарядом, совершать разведоперации и т.п.).
А к концу прошлого века стали производить и гражданские аппараты, наделенные мирно-созидательными функциями.
Главным достоинством дрона является отсутствие пассажиров на его борту, что исключает человеческий фактор и повышает автономность полета. Управлять беспилотным летательным аппаратом (БПЛА) военного назначения можно, находясь на огромном расстоянии от него — хоть на другом континенте. В качестве силовых установок в этих беспилотниках могут использоваться реальные авиадвигатели, обеспечивающие большую дальность передвижения.
В горячих точках встречались дроны фанерного типа многократного использования — с одноцилиндровым двухтактным двигателем внутреннего сгорания (как у бензопилы), с дальностью полета 100 км, грузом до 15 кг и скоростью 70–80 км/ч.
Какие они бывают
Будучи обкатанными на потребностях военных ведомств, сегодня дроны «примерили на себя» многие общественно-полезные функции. Оказалось, что и в обыденной жизни из положения «над землей» многие задачи решаются гораздо эффективнее, чем на ее поверхности. Например, многочисленные коммерческие (они же гражданские) беспилотники доставляют грузы, удобряют поля, контролируют строительство сооружений, состоят «на службе» у охранных предприятий, осуществляют мониторинг лесов, помогают вести статистику, служат инструментами научных исследований, участвуют в поисковых мероприятиях. Круг выполняемых потребительскими дронами задач связан также с досугом, образованием и развлечениями.
Уже сейчас разрабатываются БПЛА с солнечными батареями, позволяющими беспилотнику держаться в воздухе до двух недель.
Наряду с разделением по функциям, в США, к примеру, принято делить все БПЛА на классы по диапазону отведенных им высот. Класс А может работать в промежутке высот 5,4–18 тысяч м. Беспилотники классов B, C, D летают на высотах до 3 тысяч м.
Кроме того, все дроны делятся еще по одному параметру — весу:
- легкие, весящие до 50 кг; их запускают с руки или из катапульты;
- средние, весом 200 кг и более;
- тяжелые, от 500 кг.
Конечно, представители разных весовых категорий отличаются друг от друга не только массой. Так, тяжелые дроны могут забираться на высоты более 10 тысяч м, проводить 40 часов в полете, и способны брать груз, равный собственному весу. Дронам среднего класса по плечу высота 9–11 тысячам, перевозка груза в 15 кг, а время их автономного полета составляет 14 часов. У легких же аппаратов время полета может достигать 3–4 часов, радиус действия управляющего радиосигнала составляет не более 10 км.
Существуют и совсем игрушечные подвиды, которые могут летать всего 7 минут при радиусе радиоуправления до 50–70 м. О грузоподъемности здесь речи нет, поскольку сам аппарат может весить 20–50 г. И даже среди профессиональных моделей есть работающие лишь от одного заряда батареи — 20–30 минут. Зато они уже снабжаются системами облета препятствий и имеют радиус управления не менее 1 км.
Что касается еще одного важного параметра — максимальной скорости передвижения, то, в зависимости от вида БПЛА, она вписывается в диапазон 54–137 км/ч. Однако, некоторые дроны, специально оснащенные для участия в соревнованиях, удавалось разогнать до скорости свыше 260 км/ч.
63 км — длина маршрута, который считается рекордом автономной перевозки груза потребительским беспилотником. Совершен в штате Невада дроном самолетного типа Savant, доставившим медикаменты. Полет проходил на высоте 457 м.
Как они устроены
При всем разнообразии дронов, базовый состав конструкции у них одинаков. В него входит, прежде всего, рама, как место монтажа всех остальных узлов БПЛА. Чаще всего это крестовина из полимеров или прочных сплавов, в которой имеются технологические отверстия для крепления деталей, проводов, шлейфов и (в качестве возможного варианта) кожуха-корпуса.
На концах крестовины устанавливаются электродвигатели, которые вращают пропеллеры. В случае использования ДВС, его обычно помещают в середину рамы, а привод на винты осуществляется ременными передачами. В квадрокоптер устанавливают два левосторонних и два правосторонних электродвигателя — для баланса момента количества движения. В случае применения двигателя внутреннего сгорания привод на пропеллеры должен, соответственно, обеспечивать разностороннее их вращение.
Самой интеллектуальной частью дрона является плата управления — контроллер. Именно сюда «стекаются» данные со всех датчиков: о состоянии двигателей, частоте вращения винтов, давлении атмосферы, ускорении БПЛА, а также сигналы GPS. Обрабатывая эту информацию, контроллер формирует управляющие сигналы для коррекции траектории, исполняет заданные программой и/или оператором функции (видеосъемка, перезарядка, действия с грузом и т.п.). Оптимальное место для монтажа контроллера — в середине рамы-крестовины.
Пропеллеры, в зависимости от конструкции, могут располагаться в верхней или нижней части осей, связанных с двигателями. Они также должны быть лево- и правовращающимися. Эту деталь и эксплуатационщики, и производители дружно относят к самой расходной позиции из всей сборки дрона, поэтому рекомендуется пользоваться специальными защитными дугами или кожухами. Геометрия пропеллеров (размер, угол наклона лопастей и их количество) заметно влияет на аэродинамические показатели всего БПЛА, и обычно в запас берутся несколько разных комплектов винтов.
Следующий обязательный элемент дрона — аккумулятор. В полностью электрическом варианте именно от него зависит степень автономности полета. В каждом виде БПЛА конструкторы стремятся соблюсти оптимальный компромисс между весом батареи и ее емкостью: большая емкость влечет за собой увеличение веса, а, следовательно, требует и бóльших энергетических затрат. Обычно используются аккумуляторы секционного типа, что позволяет подобрать нужный параметр.
В окончательной комплектации не обойтись без элементов, поставляющих информацию в контроллер. Это гироскоп (определяет положение дрона в пространстве); барометр (высотомер); акселерометр (анализирует ускорение в трех координатах); GPS-навигатор (отслеживает местоположение дрона); приемо-передатчик для обмена информацией с дистанционным пультом управления (ДПУ).
! КСТАТИ
В 2000-х гг. в небо стали взмывать частные беспилотники, в том числе и самодельные, для изготовления которых в ход шли детали от смартфонов (процессоры, GPS-навигаторы, датчики движения, видеокамеры и т.п.). Сейчас комплекты для самостоятельной сборки дронов доступны в продаже и изначально спроектированы для единого изделия.
Расширяя профориентацию
Чтобы оценить потенциал возможной помощи от дронов в конкретном деле, представьте, что вы находитесь в лесу, но ваша цель — вовсе не азартное наполнение корзинки спрятавшимися грибами, а выполнение производственного задания: сосчитать число деревьев во всем лесном массиве. Даже при огромном служебном рвении, но в расчете лишь на собственные силы, вы встретили бы свой пенсионный возраст за выполнением этого задания где-то между кустом папоротника и елкой. Но ведь есть дроны! Проведя мониторинг над кронами, они выдадут вам информацию, которая сделает подсчет количества деревьев легким и быстрым. Не потребуется проведение масштабных полевых работ на протяженных объектах и в труднодоступных местах.
Лесник, курьер, инспектор-контролер, фотограф, метеоролог — эти профессии уже освоены беспилотными летательными аппаратами. В сфере сельского хозяйства дроны работают с удобрениями, борются с насекомыми, выявляют больных животных в стадах, сканируют посевные площади и почву. В метеорологии — обрабатывают облака, вызывая осадки. В строительном деле — ведут авторский надзор за возведением сооружений. В радиолокации — формируют из самих себя (собравшись роем) антенну любой направленности. В кинопроизводстве — заменят не только съемочный кран, но и дорогостоящий вертолет. Они осваивают доставку корреспонденции (правда, известна неудача с российским летающим почтальоном, врезавшимся в стену, но лиха беда начало). Раздают интернет. Участвуют в грандиозных шоу и транслируют спортивные состязания в потрясающих ракурсах.
Воздушные тревоги и надежды
Бурный всплеск популяции «винтокрылых», да еще в условиях растущей доступности (их уже насчитывают миллионы), может привести к «броуновскому движению» в атмосфере, с его неизбежными столкновениями. Но даже и без этого поводов для волнения достаточно.
Так, в США пожарная авиация вынуждена была остановить тушение пожара из-за опасности столкновения с любительскими дронами, налетевшими для созерцания горящего леса. В японском городе Огаки шесть человек получили ранения от врезавшегося в толпу БПЛА, разбрасывавшего сладости над парком. Все чаще беспилотники пролетают над исправительными заведениями с попытками сбросить запрещенные вещества и предметы. В Великобритании только за 2015 год число таких случаев возросло в 16 раз — охранники даже открывали огонь по дронам. В Италии арестован турист, запустивший беспилотник над Колизеем ради красивых кадров. Итальянское законодательство может оценить созданную им опасность штрафом в 113 тысяч евро.
Не отстает и Россия. В Нижнем Новгороде двух операторов решили привлечь к административной ответственности в ситуации, когда съемка достопримечательностей совпала с проведением многолюдного митинга. Были у нас и случаи опасного сближения беспилотников с пассажирскими самолетами. По данным Росавиации, число нарушений порядка использования воздушного пространства российскими владельцами беспилотников растет в год примерно на 30%, причем в стране еще даже не наработан порядок фиксации подобных авиапроисшествий.
Президент Международного консультативно-аналитического агентства «Безопасность полетов» Валерий Шелковников уверен, что необходима доработка российской нормативной базы касательно условий и порядка применения беспилотных авиационных систем, их регистрации, учета и сертификации. Полное интегрирование беспилотной авиации в воздушное движение (по планам Минтранса) должно произойти в 2021–2027 годах.
Если вовремя не определиться с законодательными нормами, то беспилотники могут стать источниками технологических фобий. Но все же технический прогресс не однобок, и параллельно с юридическими разработками развиваются технические системы распознавания опасности и предотвращения столкновений. Возможно, поэтому специалисты так оптимистично пытаются привлечь инвестиции даже на проекты массовых беспилотных перевозок пассажиров. Стало быть, контроллеры нынешних дронов четко запрограммированы на полет в будущее.
Дрон — аппарат беспилотный. Но он может взять на борт и «водителя»
УЧЕТ БВС
27 сентября 2019 вступили в силу Правила учета беспилотных гражданских воздушных судов с максимальной взлетной массой от 0,25 килограмма до 30 килограммов , ввезенных в Российскую Федерацию или произведенных в Российской Федерации, утвержденные постановлением Правительства Российской Федерации от 25.05.2019 № 658.
Оно распространяется на всех лиц, находящихся на территории России, и почти все беспилотники.
Таким образом, в обновленном законодательном акте определяется процедура регистрации любых дистанционно управляемых летательных аппаратов:
- авиамоделей
- кордовых моделей,
- вертолетов,
- мультикоптеров,
- аппаратов на реактивной тяге,
- планеров.
Под действие закона не попадают воздушные змеи.
Согласно Постановлению, беспилотники делятся на:
- До 250 грамм включительно
- От 250 грамм до 30 килограмм
- Свыше 30 килограмм
Первая категория не требует регистрации.
Вторая подчиняется Постановлению и требует регистрацию в упрощенном режиме.
Третья приравнена к самолетам и вертолетам. Такие аппараты регистрируются как полноценное пилотируемое летательное средство.
Текст: Владимир Бреус