В нашу редакцию поступила просьба от читателей газеты «Абакан» — рассказать о таком техническом новшестве, как дроны. Что это такое и с чем связано их появление?
Дроны вторглись в нашу жизнь как дорогое развлечение и полезный инструмент для фотографов и видеографов. Однако за последние полтора года их репутация стала более мрачной. Дроны, или беспилотные летательные аппараты (БПЛА), зарекомендовали себя важным средством разведки и передовым оружием в современной войне, хотя первые беспилотники в боевых действиях начали использовать еще в середине XIX века. Впрочем, сегодня дроны — востребованная вещь во всех сферах жизни, от логистики до сельского хозяйства.
Практика СВО показала: дроны являются не только средством разведки, но также и эффективным оружием, особенно коптеры с системой управления first-person view (FPV), когда видео с камеры дрона транслируется на монитор или очки виртуальной реальности пилота. Удаленное управление, а в некоторых случаях и полная автономность этих устройств открывают потенциал для исследований и задач в областях, где человеческое присутствие невозможно. С помощью экспертов Московского института электроники и математики им. А.Н. Тихонова авторы научно-популярного портала Национального исследовательского университета «Высшая школа экономики» рассказывают об особенностях работы беспилотников и перспективах их применения. Вначале несколько интересных фактов о БПЛА.
Первые военные БПЛА
В середине XIX века состоялась первая попытка военного использования дронов. В 1849 году австрийские войска попытались атаковать Венецию с помощью беспилотных воздушных шаров со взрывчаткой. Всего над городом на воде было запущено около 200 таких шаров, каждый из которых нес от 11 до 14 кг бомб. Однако из-за изменения направления ветра только одна бомба достигла цели. Несмотря на ограниченный успех, эта попытка стала важным шагом в развитии военных технологий.
Дроны-почтальоны
Одна из крупнейших компаний США успешно использует беспилотники для доставки посылок. Каждый из таких дронов (гексакоптер) способен доставить груз весом до 2,2 кг на расстояние около 12 км за полчаса. Коптер использует компьютерное зрение для обхода препятствий (проводов, бельевых веревок и домашних животных).
Орлы VS БПЛА
Полиция Нидерландов и Франции использует охотничьих орлов для перехвата дронов. Птицы обучены ловить небольшие БПЛА и обеспечивают безопасность и общественный порядок в воздухе. Орлы также сбивают дроны, которые незаконно снимают концерты под открытым небом.
В помощь аграриям
В Израиле разработаны автономные дроны для сбора фруктов. Это решение было создано в ответ на нехватку работников в местных садах. Аппарат с помощью камер и компьютерного зрения определяет местоположение и степень зрелости фруктов. С роботизированными манипуляторами дроны могут работать даже ночью.
Дроны на Марсе
В апреле 2021 года дрон Ingenuity вместе с марсоходом Perseverance достиг Красной планеты в рамках миссии NASA Mars-2020. Там он совершил исторический полет, став первым летательным аппаратом, который взлетел на другой планете. Использование дронов открывает новые возможности для исследования Марса с воздуха в будущих космических миссиях.
А теперь более подробно о работе БПЛА.
Что такое дроны?
Дроны (от англ. сущ. drone «трутень» и одновременно гл. «жужжать») — это летательные аппараты без экипажа на борту. За этим наименованием скрываются устройства разных типов, размеров и способов управления. Дроны делятся на многороторные, самолетного типа, вертолетные и гибридные.
У многороторных БПЛА есть несколько винтов, что позволяет им вертикально взлетать и приземляться. Они идеальны для аэрофотосъемки, но имеют ограниченное время полета из-за множества двигателей. У аппаратов самолетного типа — длинные крылья, поэтому они требуют взлетной полосы или специальной пусковой установки, но могут летать дольше и дальше. Дроны-вертолеты имеют один большой ротор (винт) и способны перевозить тяжелые грузы. Гибридные дроны сочетают характеристики разных типов, обеспечивая как вертикальные взлет/посадку, так и длительное время полета.
Корпус БПЛА обычно сделан из прочных материалов (но бывают и вариации из картона и пенопласта), внутри него — процессор, радиопередатчик и другая электроника. Для полета дроны используют пропеллеры и моторы, а энергией их обеспечивают аккумуляторы. Снаружи беспилотники оснащены камерами, иногда тепловизорами и различными датчиками для сбора данных.
Дистанция полёта
Дальность полета дронов определяют их размер и конструкция, уровень энергопотребления, а также технология радиосвязи. Поэтому для маленьких любительских мультикоптеров она колеблется от нескольких сотен метров до одного километра. У более профессиональных моделей, предназначенных для фотосъемки, разведки, переноски грузов, — до 15 км. У барражирующих боеприпасов и военных дронов самолетного типа — от 40–50 км до 300 км, но возможны 1 000 км и даже 1 000–2 000 км.
С помощью чего можно управлять ими?
Радиосвязь — наиболее распространенный метод управления БПЛА. Радиосигналы используются для передачи данных и команд между пультом управления и дроном. С их помощью оператор на земле полностью контролирует движение беспилотника и выполнение им задач. Дрон отвечает на посылаемые сигналы, меняя ориентацию, скорость и направление полета. Маленькие коптеры на расстоянии не больше 20 метров могут управляться с пульта или смартфона посредством технологии Bluetooth. Другие дроны «понимают» Wi-Fi.
Кроме того, все беспилотники активно используют систему GPS (российские — ГЛОНАСС), что позволяет дронам определить свое местоположение с точностью до нескольких сантиметров, получая сигналы от спутников с орбиты Земли. Если же БПЛА работает в помещении или в условиях, где сигнал GPS слабый, отсутствует или заглушен, то он может использовать метод оптического потока. Тогда посредством камеры дрон анализирует движение объектов на поверхности, а специальные алгоритмы определяют его положение относительно окружающей среды и корректируют полет аппарата.
Дополнительно БПЛА оснащены инерциальными измерительными устройствами (ИИУ), которые определяют положение и ориентацию дрона в пространстве. Эти устройства работают независимо от внешних сигналов, что делает их идеальным дополнением к GPS, особенно в условиях помех. Новейшие технологии позволяют дронам получать команды напрямую со спутников.
Почему они стали умными?
Это случилось благодаря алгоритмам искусственного интеллекта (ИИ), главным образом машинного обучения и компьютерного зрения, которые позволяют дронам выполнять разнообразные задачи без непосредственного участия оператора. ИИ помогает беспилотникам обнаруживать препятствия на своем пути и избегать их, корректируя маршрут, или же автоматически следить за движущимся объектом, например автомобилем, сохраняя его в кадре камеры. На основе различных параметров, таких как заряд батареи и препятствия на пути, БПЛА может автоматически планировать свой маршрут.
Что такое рой дронов?
Некоторые дроны могут работать в режиме группового полета. Они обмениваются между собой радиосигналами, способны выполнять согласованные действия и коллективно адаптироваться к изменяющимся условиям среды, демонстрируя стайное или роевое поведение. Похожим образом ведут себя стаи птиц, косяки рыб или рой пчел. Для формирования роя дронов нужны сложные алгоритмы искусственного интеллекта и стабильные высокоскоростные коммуникации, позволяющие устройствам быстро обмениваться данными и принимать решения на основе общей информации.
Групповые полеты чрезвычайно полезны для множества задач — от сугубо мирных, вроде координированных поисково-спасательных операций или аэрофотосъемки больших территорий, до масштабных миссий разведки либо преследования группы целей в боевых действиях.
Как подавляют дроны?
Сегодня дроны впервые в истории человечества массово используются для ведения боевых действий. Поэтому возникла необходимость в разработке методов их подавления. Чаще всего для этого используют технологии радиоэлектронной борьбы (РЭБ).
Радиоэлектронная борьба — это комплекс различных средств, разработанных для контроля и противодействия радиоэлектронным системам, включая БПЛА. Цель РЭБ состоит в том, чтобы нарушить работу беспилотника, ограничить его способность к передаче и получению данных или даже захватить управление над ним. РЭБ используется как для военных, так и для гражданских целей, обеспечивая безопасность на крупных мероприятиях или защиту важных объектов инфраструктуры.
Почему дроны так сложно подавить? Во-первых, беспилотники могут использовать нестандартные частоты связи. Во-вторых, некоторые дроны защищены от РЭБ с помощью шифрования своих коммуникаций, имеют встроенные механизмы обнаружения помех и автоматического возврата на базу при потере связи.
С постоянным развитием технологий дроны и системы РЭБ будут продолжать эволюционировать. Ожидается, что появятся более эффективные методы обнаружения и нейтрализации дронов, в которых также на первый план выйдет искусственный интеллект. Впрочем, не менее важно для России разработать и законодательство, которое обеспечит безопасное и ответственное использование технологий РЭБ, предотвратит злоупотребление ими.
По материалам научно-популярного портала ВШЭ iq.hse.ru
Подготовила
Ольга ПЕТРОВА
