Еще совсем недавно было сложно поверить, что компактные квадрокоптеры будут свободно продаваться в магазинах за относительно небольшие деньги. А еще через несколько лет в мире должен появиться новый рынок «тяжелых» дронов, которые помогут нам доставлять грузы в зону Арктики, обрабатывать фруктовые сады и перевозить людей. Катастрофические для традиционной модели предприятий авиаиндустрии последствия пандемии, видимо, только ускорят процесс формирования совершенно нового сегмента воздушных перевозок.
Игра по старым правилам
Все новые разработки соревнуются за место в небе с опробованными временем вертолетами. Такими, как итальянские двухместный Heli-Sport CH-7 или DF334; российский «Беркут-ВЛ»; американские Robinson R22 или Rotorway A600 Talon; французский Guimbal Gabri G2 или канадский Safari 400. Или — с новаторскими проектами типа летающей тарелки M200G Volantor компании Moller International, либо летающим креслом типа Springtail EFV-4 или креслом Jetpack от Martin Aircraft Company.
Но ни одно новое изобретение пока на рынок не вышло. А вскоре правила игры кардинально поменяются. Это будет сектор разработки, производства и эксплуатации беспилотных и частично пилотируемых систем аэрокосмического назначения, состоящий из частных малых и средних предприятий, конкурентоспособных на внутреннем и внешнем рынке.
Уже сейчас для работы над беспилотными летательными аппаратами в России на государственном уровне созданы две научные лаборатории — в Балтийском государственном техническом университете «Военмех» в Санкт-Петербурге и в Севастопольском госуниверситете. Первая будет разрабатывать силовые установки, аэродинамические схемы и конструктивные решения для планеров беспилотников, а вторая — создаст системы управления полетом и навигации. Лаборатории созданы в рамках выполнения плана мероприятий, предусмотренного Дорожной картой (ДК) «Аэронет» Национальной Технологической инициативы (НТИ). Кстати, уже c этого года «Аэронет» переименовали в «Аэроспейснет».
Аэродром для дронов
Директор Института национальной технологической инициативы СевГУ Сергей Дудников рассказал «Гражданской авиации», что к концу 2020 года будут представлены сразу несколько объектов. Один из них — стенд для моделирования аппаратов вертикального взлета и посадки. Другой — небольшой самоуправляемый катамаран, который будет выполнять сразу несколько функций. На крыше у него установят взлетно-посадочную станцию для беспилотников вертолетного типа. А снизу — систему захвата и фиксации для автономного неуправляемого подводного аппарата. Такая платформа сможет решать очень интересные задачи, особенно в ситуациях катастроф на море.
«Вначале над морем летят беспилотники и находят подозрительный объект. Платформа сама движется к этому месту, а дойдя до него — выбрасывает субмарину. Она, тоже самостоятельно ориентируясь под водой при помощи ультразвука, что-то находит и сообщает на базу, база сообщает беспилотникам, дрон — на берег. Мы считаем, что для решения экологических, спасательно-поисковых и специальных задач этот проект будет иметь коммерческий смысл», — рассказал Сергей Дудников «Гражданской авиации».
Воздушные грузовики
Еще несколько лет назад в России были разрешены только малые беспилотники, которые можно купить в интернет-магазинах, а использовать исключительно для любительской фото-видеосъемки. Теперь же разрешены беспилотники весом до 30 килограммов. Они уже используются для геодезических, картографических, вспомогательных, технических и других задач. Такие дроны могут нести один-два килограмма груза, но не более того.
Одной из важных целей Национальной технологической инициативы «Аэронет» является создание в России тяжелого транспортного беспилотника, который сможет поднимать от 30 и более 120 кг веса. Параллельно с этим развивается направление по созданию аэротакси, которое в ближайшем будущем сможет возить одного взрослого человека. А в перспективе будет способно осуществлять междугородние перевозки 3–4 человек.
Заместитель руководителя рабочей группы «Аэронет» Павел Булат рассказал «Гражданской авиации», что сегодня основные технические проблемы для беспилотников весом до 10–20 кг в основном решены. А при больших размерах дронов появляются проблемы принципиального характера.
«Мультикоптер отличается от вертолета тем, что его управление осуществляется не перекосом винта и изменением шага винта, а изменением скорости вращения одного или нескольких винтов. Чем больше винт, тем сложнее мгновенно изменять его частоту», — объясняет Павел Булат.
То, чего нет
Павел Булат отмечает, что попытки создать новые летательные аппараты показывают, что не получится взять отработанные решения — вертолеты или малые беспилотники, квадрокоптеры — масштабировать их в большую сторону и запустить.
Чтобы увеличенный коптер смог поднять 30–50 килограммов, ему нужно не 4, а 6 или 8 винтов. Но, если бесконечно наращивать вес конструкции, в итоге дрон будет только взлетать вертикально и садиться. Летать он не сможет. Такие системы тоже есть. Например, компания Boeing придумала оригинальный способ подъема тяжестей на небоскребы. Для этих целей собирается поле из 64 или 128 вентиляторов, и они летят вверх на тросах, доставляя груз на самые верхние этажи.
Рынок будущего подразумевает создание аппаратов, которые смогут летать в любых условиях: при ветре, в бурю, во время снегопадов. На сегодня среди беспилотных аппаратов всепогодных летательных машин вообще нет нигде в мире. Но именно это должно стать преимуществом беспилотников будущего.
Сейчас вся национально-технологическая инициатива «Аэронет» работает в интересах создания рынков, которых еще не существует. Государство инвестирует в эту сферу, чтобы через какое-то время, когда эти рынки возникнут, Россия заняла на них заметное место в мировой системе разделения труда. Будущими беспилотными системами у нас в стране целенаправленно занимается несколько частных компаний, специализирующихся на выпуске продукции для военных и силовых структур. А авиационные институты, со славным прошлым и настоящим, уже сегодня открыли направления по подготовке кадров по пилотированию дронов.
Стаи беспилотников
«Параллельно идет развитие технологий, которые позволят беспилотникам общаться друг с другом и самостоятельно принимать решения в условиях полностью автономного полета», — рассказал Сергей Дудников. В перспективе должно появиться понятие «роя беспилотников». Когда летит стая — рой легких беспилотников — и за полчаса обрабатывает поле. Или рой вылетает в район чрезвычайной ситуации на воде и ведет там поиск пропавшего объекта. Или залетает в шахту, где произошла авария. Идея такова, что дроны в стае ориентируются друг относительно друга, передавая информацию по цепочке.
По мнению Павла Булата, накопленные знания в сегменте беспилотной авиации и существующая база знаний по аэродинамике почти обнуляются, когда мы стремимся создать новый технологический уклад. А значит, у России сегодня есть шанс первой в мире занять эту нишу и построить принципиально новый беспилотный аппарат.
«Летательные аппараты должны быть тихими, а значит, мы не можем иметь открытые винты, поскольку они сильно шумят. К новым дронам должны предъявляться жесткие требования по безопасности взлета и посадки, чтобы аппарат безукоризненно садился без помощи оператора», — пояснил эксперт.
Его коллега Сергей Дудников убежден, что беспилотная авиация — это область повышенной опасности. И нельзя допустить, чтобы дроны начали падать на головы граждан. Поэтому сегодня запредельные по сравнению с другими видами транспорта требования по безопасности, существующие в классической авиации и космосе, переносятся на беспилотные системы.
Технологии дронов
Колоссальные изменения произойдут и в технологиях. Например, уже точно понятно, что поршневые моторы не подходят для крупных беспилотников нового поколения, поэтому идет поиск других типов силовых установок, в том числе ранее отвергнутых в автомобилестроении. Например, Центральный институт авиационного моторостроения совместно с Фондом Перспективных Исследований уже проработал вариант роторно-поршневого мотора с турбонаддувом на 75 л. с., что позволит летать беспилотникам на высоте до 9 км. Нужны и новые компактные газотурбинные двигатели (ГТД). В этой области пока наивысшим достижением может считаться турбовинтовой двигатель Д-27 — Запорожского машиностроительного конструкторского бюро «Прогресс», который установлен на военно-транспортном Ан-70. Новое слово в области создания двигателя с компактным теплообменником может сказать знаменитое конструкторское бюро им. Архипа Люльки со своим проектом Л-34.
Если говорить о горючем для беспилотников, то в 2035 году возможно появление новых синтетических и композитных видов топлива. Сейчас ученые экспериментируют с композициями метанолов, борсодержащими составами, тестируют различные формы горения, например, плазменное.
Потребуются и новые схемы охлаждения камер сгорания и турбин, например, новые покрытия для горячих частей, которые перераспределяют тепло от более нагретых к менее нагретым частям.
Одновременно силовые установки должны быть радикально упрощены. В этой области рассматриваются решения, связанные с отказом от масляной смазки в пользу газовых подшипников. Разрабатываются технологии проектирования узлов силовых установок, ориентированных на применение 3D-печати и топологической оптимизации силовой конструкции. Даже самые первые результаты показывают, что это позволит снизить вес моторов на 30–40%.
Беспилотная экономика
Как только в мире будет создан принципиально новый тяжелый аппарат вертикального взлета, этот рынок сразу начнет расти на 40–60% в год, считает Павел Булат. Создание летающего транспорта повысит и мобильность населения, и мобильность перемещения грузов. Успешными такие пассажирские и транспортные суда будут только тогда, когда их характеристики по скорости, безопасности, экономичности, экологичности и удобству будут на 30–70% превосходить классические личные автомобили. При этом стоимость доставки единицы груза должна быть не более, чем на 25% выше, чем у коммерческого автомобиля. И главное, низкой должна быть стоимость одного часа полета на новых беспилотниках. Сейчас, к слову, час полета на аэротакси (на вертолете) в Санкт-Петербурге стоит около 34 тысяч рублей.
Текст: Сергей Абрамов