Дроны, беспилотники - инновация XXI века и примета нашего поколения? Достанем "дедушкин фотоальбом" и удивимся.
С самого начала двухтысячных, нельзя было представить научно-популярный журнал, который бы не упоминал пресловутый квадрокоптер или дрон в каждом новом выпуске. Эта технология действительно пережила настоящий бум на нашем веку, и сегодня такие "игрушки" прочно вошли в нашу жизнь, обретя множество функций и применений. Они стали неотъемлемыми помощниками в различных сферах, от сельского хозяйства и киноиндустрии до военного дела. Но что насчет их прошлого?
Стоит оговориться: Когда мы говорим о технике и её истории, мы обычно стремимся к систематизации, пытаясь выявить достоверную хронологию и причинно-следственные связи. Однако когда дело касается самых первых прототипов, такой подход может оказаться чрезмерно сложным. Отследить истинных первопроходцев в области авиации — это нетривиальная задача, требующая аккуратной работы историков. Зачастую, общественности известны лишь те, кто оставил после себя значимые следы. Но стоит помнить, что многие другие инженеры и изобретатели, вносившие свой вклад, могли остаться в тени истории.
Поэтому сегодня наша редакция подготовила лишь несколько зарисовок из истории беспилотной авиации, о самых примечательных шагах развития технологии дронов. Для начала поговорим о появлении винтокрылых машин, ведь именно такой принцип полета лежит сегодня в основе большинства миниатюрных автоматических летательных аппаратов.
Гюстав де Понтон д'Амекур (1825 - 1888) - был одним из пионеров в области авиации в 19 веке. Он жил и работал во Франции, занимаясь исследованиями в области винтокрылых машин. Одним из его наиболее заметных достижений была разработка парового вертолета в 1863 году. Эта модель вертолета использовала два несущих горизонтальных винта, и своими размерами напоминала современные компактные дроны. Не сохранилось достоверных данных, смог ли изобретатель добиться подъемной силы, достаточной для взлета. Тяжелый паровой двигатель - не самое удачное решение для воздушной техники, однако в то время у инженера просто не было других вариантов.
Тем не менее, д'Амекур опередил своё время в плане компоновки вертолета. Несущие винты противонаправленного вращения, расположенные на одной оси друг над другом - невероятно технологичное и прогрессивное решение. Подобное устройство роторов для вертолетов впоследствии было надолго отложено, и стало вновь применяться инженерами только благодаря развитию высокоточной промышленности в середине XX века. Примерами тому служат винтокрылые машины, разработанные ОКБ Камова, такие как Ка-27 и Ка-52. Подобную схему имеет автоматический дрон-вертолет Ingenuity от NASA - он стал первым атмосферным летательным аппаратом тяжелее воздуха, совершившим полет на другой планете - Марсе.
Георгий Александрович Ботезат (1882-1940, имя на английский манер - Джордж де Ботезат) был выдающимся инженером и ученым в области аэродинамики. Он родился в Санкт-Петербурге, в конце 19-го века и получил образование в Российской Империи. В России он стал признанным специалистом в области аэродинамики и гидродинамики, а во время Первой мировой войны работал над различными авиационными проектами. Однако, после Октябрьской революции в 1917 году и последующей Гражданской войны, Ботезат решил покинуть страну.
В начале 1920-х годов он переехал в США. Его уникальные знания и опыт привлекли внимание военных, и он получил заказ на создание экспериментального вертолета - работы над ним велись в 1922-1923 годах. Аппарат, над которым работал Ботезат, был необычным по своей конструкции - это был четырехвинтовой вертолет, где каждый из роторов размещался на концах крестообразной рамы. Эта конструкция была выбрана для улучшения устойчивости и управляемости машины - и по всей видимости инженер таким образом изобрел квадрокоптер, один из первых в мире.
В поздних версиях, основой для двигательной установки вертолета служил роторный двигатель Bentley мощностью 220 лошадиных сил. Этот мотор был размещен в центре рамы и передавал вращение на все четыре винта. Такая мощность позволяла квадрокоптеру подниматься над землей, но добиться полноценного управляемого полета, по всей видимости, не удалось.
Несмотря на новаторское решение и уникальную конструкцию, проект не был коммерчески успешным и не пошел в производство. Однако стоит понимать, что успешных летающих винтокрылых машин в те годы не существовало вообще, и инженеры прошли еще долгий путь к пониманию принципов устройства подобной техники. В итоге, несмотря на свой вклад в развитие авиации, Георгий Ботезат не получил широкой известности в США и в мире. Однако его научные труды и разработки оставили заметный след в истории авиации.
Со временем, винтокрылая авиация пришла к "стандартной" вертолетной схеме с одним несущим винтом. Однако, конструкторы продолжали экспериментировать с многороторными машинами, пытаясь по максиму использовать преимущества такой компоновки.
Например, в конце 1950-х годов, в рамках экспериментальной программы "воздушного джипа", был разработан Curtiss-Wright VZ-7. Этот проект был инициирован армией США в рамках их стремления исследовать возможности вертикального взлета и посадки для улучшения мобильности на поле боя. Работы по аппарату начались в 1956 году. Машина была спроектирована по той же "квадрокоптерной" схеме, которая впоследствии стала самой распространенной для современных дронов. Такой дизайн предназначался для обеспечения максимальной стабильности и маневренности полета, при относительно небольших габаритах.
Основной задачей для проекта VZ-7 было создание летательного аппарата, который мог бы служить для разведки, наблюдения и возможно для перевозки небольших грузов на короткие расстояния. Помимо этого, важным преимуществом считалась возможность пилотировать машину на сверхнизких высотах, практически у самой земли - для стандартных вертолетов это было почти недоступно. После завершения конструирования, прототип был готов к испытаниям к 1958 году. Несмотря на то что в ходе тестов он показал определенный потенциал, были выявлены проблемы с управляемостью и стабильностью.
К 1960 году, после ряда испытаний и модификаций, армия США приняла решение не вводить данный прототип в эксплуатацию и не продолжать финансирование проекта. Однако, сами по себе пилотируемые квадрокоптеры не были заброшены совсем. Некоторые модели пошли в серию, пусть и занимали они всегда достаточно узкоспециализированную и малочисленную нишу. Один из ярких примеров - футуристичный квадрокоптер-конвертоплан Bell-X22, эксплуатируемый в 1960-80-е годы.
Но не так важна аэродинамическая схема для беспилотного летательного аппарата, как автоматические системы управления, позволяющие совершать полет без экипажа на борту. И наверняка это стало возможным только с развитием микроэлектроники, верно? Оказывается, вовсе нет. Первая беспилотная воздушная техника появилась еще в начале XX века.
Kettering Bug, разработанный во время Первой мировой войны, считается одним из первых когда-либо созданных автоматических дронов и предшественником современных беспилотников. Этот аппарат был создан в результате сотрудничества между американским инженером Чарльзом Кеттерингом и армией США. По сути, он представлял собой авиационную бомбу с мотором и крыльями - сегодня мы могли бы классифицировать его как крылатую ракету, однако сами авторы называли его "воздушной торпедой".
Внешне Kettering Bug напоминал примитивный самолет с крыльями из дерева и легкой обшивкой. Он имел длину около 4 метров и размах крыльев около 4,5 метров. Аппарат был оснащен двигателем, который позволял ему развивать скорость около 80 км/ч.
Основной особенностью дрона-самолета была его система навигации. Вместо сложных радиосистем или дистанционного управления аппарат использовал механический гироскоп и встроенный анемометр (измеритель скорости ветра) для определения пройденного расстояния. Перед запуском в гироскопе устанавливались значения, которые позволяли "ракете" лететь прямо на определенное расстояние. После того как дрон пролетал заданный путь, механизм автоматически отсекал хвостовую часть, что приводило к падению аппарата и взрыву бомбы на борту.
Запуск Kettering Bug производился с помощью специальной тележки, которая разгоняла его до необходимой скорости, после чего аппарат поднимался в воздух. Несмотря на свою простоту, аппарат был революционным изобретением своего времени. Он успешно прошел ряд испытаний и даже был принят на вооружение, однако Первая мировая война закончилась до того, как дрон был отправлен на фронт.
Таким образом, можно смело сказать, что беспилотники-камикадзе, массово применяющиеся в современных военных конфликтах, были впервые разработаны, и даже пошли в серийное производство более ста лет назад. Тот факт, что в 1918 году удалось создать полностью автономный беспилотник, даже без использования вычислительной техники на борту, подтверждает истину: гениальность в простоте.
Позже, с внедрением радиосвязи и технологий беспроводной передачи информации, во многих странах велись разработки небольших самолетов с дистанционным управлением - они часто использовались для тренировочных воздушных боев, в качестве мишеней для ПВО и истребителей. Однако, полноценно осветить все это в одной статье невозможно, поэтому в качестве заключительной главы этой публикации перейдем к автоматическим дронам вертолетного типа.
Одним из примечательных примеров можно считать DASH (Drone Anti-Submarine Helicopter, противолодочный дрон-вертолет). Он был разработан в США в 1959 году и представлял собой беспилотный вертолёт, с уже знакомой нам тандемной схемой расположения винтов. Его создали специально для борьбы с подводными лодками - задачей этого аппарата было доставить торпеду в район расположения субмарины противника, и сбросить ее в воду. Базировался дрон на корабле-носителе, тандемная схема расположения винтов делала его достаточно компактным, и эффективным для таких целей. По компоновке он напоминает хорошо знакомый русскоязычной аудитории советский вертолет Ка-27, также используемый во флоте.
Для пилотирования DASH использовалась система радиоуправления. Пилот, находясь на корабле, мог управлять вертолетом на расстоянии, направляя его к месту, где предполагалось наличие целевой подводной лодки. После достижения целевого сектора, вертолет сбрасывал торпеду, а затем возвращался на корабль. Основное преимущество заключалось в том, что он позволял кораблям осуществлять антисубмаринную оборону на расстоянии от себя, не подвергая свои экипажи риску.
Однако, несмотря на все преимущества, программа столкнулась с рядом технических и операционных проблем. Из-за сложностей с управлением и надежностью многие вертолеты потерпели крушение во время испытаний и эксплуатации. В конечном итоге, в 1970-х годах программа была закрыта.
Подводя итог, можно сказать, что технология беспилотных летательных аппаратов, часто кажется нам инновацией 21 века, но на деле уходит корнями в уже далекое от нас прошлое. Как только для цивилизации открылась возможность постройки летательных аппаратов тяжелее воздуха, энтузиасты пытались создать машины, способные выполнять свои функции без человека за штурвалом. Промышленная революция в конце XIX - начале XX веков, позволила инженерам экспериментировать с разнообразными конструкциями, пытаясь найти оптимальные решения для воздухоплавания, и уже тогда родились хорошо знакомые нам квадрокоптеры и прочие винтокрылые машины.
Но несмотря на всю интенсивность подобных исследований, только к концу XX века стало возможным массовое производство беспилотных летательных аппаратов различных размеров и назначений - благодаря комбинации технологий авиастроения, внедрению микроэлектроники и автоматизации. Таким образом, та технология, которую мы сегодня ассоциируем с современностью, на самом деле является результатом многих десятилетий труда, исследований и экспериментов, проведенных авиастроителями и учеными, как минимум, с середины XIX века.
Воздушный джип для армии США:
Прим.: Друзья, мы заметили техническую проблему связанную с просмотром GIF-анимаций с ПК-платформ. Если Вы замечаете у себя подобную проблему - дайте знать об этом в комментариях.
