Беспилотные летательные аппараты - разведка пожаров. Распределенная инерциальная система

Полезная модель относится к системам автоматического управления летательными аппаратами, беспилотными летательными аппаратами, например, (БПЛА) и может быть использована для навигации и управления БПЛА, проверяющих магистральные нефте и газопроводы (далее трубопроводы). Технической задачей является повышение точностных характеристик для безусловного выполнения полетного задания БПЛА, т.е. точного следования по оси магистрального трубопровода. Для решения поставленной задачи распределенная - инерциальная система комплекса из n=3 БПЛА, каждый из которых содержит индивидуальную инерциальную систему, в состав которой входит: микроконтроллер, два трехстепенных гироскопа, первый - третий операционные усилители, акселерометр, модем с приемопередающей антенной, наземная станция управления и связи с третьим радиоканалом, отличающаяся тем, что в нее введены первый и второй радиоканалы приема навигационных сигналов спутников GPS и/или ГЛОНАСС соответственно и четвертый радиоканал двухсторонней связи с каждым из "n" БПЛА; система имеет следующие соединения: выходы информационных сигналов первого и второго гироскопов по углам крена, тангажа и курса через первый, второй и третий операционные усилители соответственно соединены с первым - третьим входами микроконтроллера, выход акселерометра соединен первой шиной связи с четвертым входом микроконтроллера, приемо-передающая антенна через модем и вторую шину связи соединена входом/выходом микроконтроллера, первым радиоканалом антенна соединена с спутником навигационной системы GPS, вторым радиоканалом с спутниками навигационной системы ГЛОНАСС, третьим радиоканалом - с наземной станцией управления и четвертым радиоканалом - с индивидуальными станциями каждого из "n" БПЛА; микроконтроллер в своем составе содержит АЦП для преобразования аналоговых сигналов первого и второго гироскопов в цифровую форму, фильтр Калмана для качественной оценки движения БПЛА, дифференциальный вычислитель определения координат БПЛА от.GPS и ГЛОНАСС и вычислитель среднеквадратического значения координат комплекса из "n" БПЛА, также микроконтроллер содержит цифро-аналоговые преобразователи для управления приводами элеронов, рулей высоты и направления, а количество БПЛА в комплексе из n=3 в зависимости от конкретных условий полетного задания.

Полезная модель относится к системам автоматического управления летательными аппаратами, например, беспилотными летательными аппаратами, (БПЛА) и может быть использована для навигации и управления БПЛА, проверяющих магистральные нефте и газопроводы (далее трубопроводы).

Известным недостатком существующих систем с одиночным БПЛА является тот факт, что при потере связи с БПЛА, либо самого БПЛА появляются три проблемы:

Остается невыполненной поставленная задача.

Непонятна причина случившегося.

Потерян сам БПЛА.

Проблемы 2 и 3 серьезных последствий не имеют - это всего лишь технические проблемы. Проблема 1 имеет существенное значение, поскольку является проблемой для заказчика.

В случаях, когда выполнение задачи БПЛА имеет приоритетное по отношению к затратам значение, целесообразно создание «облака» - то есть комплекса из нескольких БПЛА, связанных между собой определенным алгоритмом поддержки и функционирования. Ранее, когда БПЛА обладали высокой стоимостью, концепция «облака» была труднореализуема. Сейчас стоимость отдельного БПЛА имеет устойчивую тенденцию к снижению, поэтому применение «облака» выгодно - во-первых, потому, что вероятность выполнения задачи увеличивается, а во-вторых, потому, что увеличение этой вероятности не приводит к существенному увеличению стоимости решения.

Система управления беспилотным летательным аппаратом (СУ БПЛА) предназначена для контроля и управления БПЛА, а также решения остальных задач, связанных с выполнением БПЛА задания оператора.

Еще одной проблемой контроля трубопроводов в автоматическом режиме без участия оператора наземной станции управления и наведения является максимально точное следование над ниткой трубопровода. Погрешность отклонения от нитки должна быть минимальной и не превышать ±(3,0-6,0) метра от оси трубопровода. Также проблемой является минимальные габаритно-массовые характеристики (ГМХ) инерциальной системы, т.к. сам вес БПЛА может лежать в пределах десятков или даже единиц кГ.

Известна инерциальная система БПЛА фирмы TRANSAS, см. www.transas.ru, включающая в себя датчик магнитного курса, инерциальную спутниковую навигационную систему БИСНС-11.

Недостаток: при приемлемых ГМХ недостаточная точность определения: курса 5°, координат ±20 метров, накопление погрешности определения координат равной 12 м за час полета, определение координат 20 м. Далее, высокая масса до 4,5 кг.

Также известен бортовой комплекс БПЛА навигации и управления см. www.teknol.ru, включающий в себя: ИНС/СНС интегрированную систему и полностью автоматический полет по заданному маршруту; стабилизация углов ориентации БПЛА в полете; оперативное изменение маршрута в полете (при наличии канала радиосвязи).

Комплекс содержит: инерциальную навигационную систему; приемник спутниковой навигации GPS или ГЛОНАСС; автопилот; накопитель летных данных (опция); датчик воздушной скорости (опция).

Недостатки: использование только или GPS или ГЛОНАСС (одновременное использование не предусмотрено), собственная инерциальная система отсутствует, что приводит к значительным ошибкам определения координат, и как следствие к ошибке следования по оси трубопровода, т.е. к некачественному контролю его состояния.

Известен комплекс «ФИЛИН-1» предназначен для выполнения задач по оперативно-тактической разведке техническими средствами, обладает большой автономностью и мобильностью. Наличие шести БПЛА в составе комплекса позволяет вести постоянную разведку или целеуказание в районе объекта наблюдения. Комплекс «ФИЛИН-1» решает ряд боевых задач: патрулирование местности в любое время суток; обнаружение и идентификация объектов; передача информации о представляющих угрозу объектах; подавление средств ПВО.

Мониторинг воздушной и наземной обстановки БПЛА связан с просмотром некоторого участка местности и получением информации с помощью фото-, теле- и видеосистем с сохранением ее на бортовом накопителе. В процессе полета в заданном районе БПЛА по радиоканалу в реальном масштабе времени может передавать разведывательную информацию на модуль системы связи, управления и обработки информации.

Оператор БПЛА оценивает поступающую информацию и по командному радиоканалу управляет самим БПЛА и его целевой нагрузкой, например телевизионной камерой, с целью наилучшего наблюдения неподвижных или движущихся объектов и определения их типа и координат - ПРОТОТИП, см., ж.»АвиаСоюз», Москва, 6, 2007, стр.50, www. aviationunion.ru.

Недостатки: большие погрешности выдерживания координат полета в связи с отсутствием приема навигационных сигналов GPS и/или ГЛОНАСС, корректировка полета от оператора наземной станции управления и наведения. Отсутствие связи по радиоканалам между БПЛА в составе комплекса, это затрудняет точное определение координат комплекса в целом. Все это обусловлено военной направленностью комплекса.

Технической задачей является повышение точностных характеристик для безусловного выполнения полетного задания БПЛА, т.е. точного следования по оси магистрального трубопровода, конечно, с минимально допустимой ошибкой.

Для решения поставленной задачи распределенная инерциальная система комплекса из n=3 БПЛА, каждый из которых содержит индивидуальную инерциальную систему, в состав которой входит: микроконтроллер, два трехстепенных гироскопа, первый - третий операционные усилители, акселерометр, модем с приемопередающей антенной, наземная станция управления и связи с третьим радиоканалом, отличающаяся тем, что в нее введены первый и второй радиоканалы приема навигационных сигналов спутников GPS и/или ГЛОНАСС соответственно и четвертый радиоканал двухсторонней связи с каждым из "n" БПЛА; система имеет следующие соединения: выходы информационных сигналов первого и второго гироскопов по углам крена, тангажа и курса через первый, второй и третий операционные усилители соответственно соединены с первым - третьим входами микроконтроллера, выход акселерометра соединен первой шиной связи с четвертым входом микроконтроллера, приемо-передающая антенна через модем и вторую шину связи соединена входом/выходом микроконтроллера, первым радиоканалом антенна соединена с спутником навигационной системы GPS, вторым радиоканалом с спутниками навигационной системы ГЛОНАСС, третьим радиоканалом - с наземной станцией управления и четвертым радиоканалом - с индивидуальными станциями каждого из "n" БПЛА; микроконтроллер в своем составе содержит АЦП для преобразования аналоговых сигналов первого и второго гироскопов в цифровую форму, фильтр Калмана для качественной оценки движения БПЛА, дифференциальный вычислитель определения координат БПЛА от GPS и ГЛОНАСС и вычислитель среднеквадратического значения координат комплекса из "n" БПЛА, также микроконтроллер содержит цифро-аналоговые преобразователи для управления приводами элеронов, рулей высоты и направления, а количество БПЛА в комплексе из n=3 в зависимости от конкретных условий полетного задания.

На чертеже показана структурная электрическая система навигационной системы одного БПЛА, на которой изображено: 1 - первый гироскоп, выдающий сигналы крена () и тангажа (), 2 - второй гироскоп, выдающий сигнал курса (), 3 - первый, второй и третий операционные усилители (ОУ) по сигналам , и соответственно, 4 - микроконтроллер (МС), 5 - акселерометр, 6 - модем, 7 и 8 - спутниковые системы GPS и ГЛОНАСС соответственно, 9 - наземная станция управления и наведения БПЛА, 10 - "n" других БПЛА образующих группу («облако»), 11 - источник питания, первый - четвертый радиоканалы, А - антенна БПЛА, первая шина связи акселерометра с МС4, вторая двунаправленная шина связи модема с МС4. МС4 имеет в своем составе АЦП4-1 и ЦАП4-5 фильтр Калмана 4-2, дифференциальный вычислитель координат по сигналам GPS и ГЛОНАСС 4-3, вычислитель среднего значения координат группы -комплекса- БПЛА 4-4 и мультиплексор 4-6.

Схема каждой инерциальной системы имеет следующие соединения.

Распределенная инерциальная система, входящая в комплекс из "n" БПЛА 10, каждый из которых содержит индивидуальную инерциальную систему, содержащую два трехстепенных гироскопа 1 и 2, акселерометр 5 и микроконтроллер 4, отличающаяся тем, что в нее введены первый - третий операционные усилители 3, АЦП4-1, модем 6 с приемной антенной со следующими соединениями: выходы первого и второго гироскопов по каналам крена -- и тангажа -- и курса -- соответственно через первый - третий операционные усилители 3 соединены через мультиплексор 4-6 со входами АЦП4-1 микроконтроллера 4, с четвертым информационным входом которого первой шиной связи соединен выход акселерометра 5, выход антенны А через модем 6 второй шиной связи соединен с дифференциальным блоком 4-3 обработки навигационных сигналов спутников ГЛОНАСС+GPS, выходы ЦАПов микроконтроллера 4 соединен с приводами управляющих поверхностей: элероны, руль направления, рули высоты и пр.; информационные сигналы спутников ГЛОНАСС 8+GPS 7 первым и вторым радиоканалами соединены с антеннами А каждой инерциальной системой соответственно, выход наземной станции 9 управления и наведения также соединен третьим радиоканалом с антенной А инерциальной системы; микроконтроллер 4 в своем составе содержит: мультиплексор 4-6, АЦП4-1 для преобразования аналоговых сигналов первого и второго гироскопов в цифровую форму, ЦАП 4-5 для управления приводами, фильтр Калмана 4-2 для качественной оценки движения БПЛА 10, фильтр Калмана 4-2 реализован программным путем при обработке навигационных сигналов ГЛОНАСС 8+GPS 7; дифференциальный вычислитель 4-3 определения координат БПЛА 10 от GPS 7 и ГЛОНАСС 8 и вычислитель среднеквадратического значения 4-4 координат группы БПЛА 10, если таковая имеется; количество БПЛА 10 в комплексе n>3 в зависимости от конкретных условий полета.

Распределенная инерциальная система работает следующим образом. Работа индивидуальной инерциальной системы. Аналоговые сигналы с выходов гироскопов 1 и 2 усиливается малошумящими прецизионными операционными усилителями 3 до величины, различимой АЦП4-1. Регулярно опрашивая АЦП4-1, МС4 получает данные о пространственном положении объекта-БПЛА (гироскопов) в цифровом виде. Цифровой акселерометр 5, также по запросу МС4, передает ему информацию о значении ускорения по трем координатам. Обрабатывая полученные от гироскопов 1 и 2 и акселерометра 5 данные по определенному алгоритму, МС4 формирует сигналы управления для управляющих поверхностей БПЛА и двигателей. Два источника питания необходимы ввиду разного питающего напряжения используемых компонентов:+3,3 В и 5 В.

Через приемо-передающую антенну А индивидуальная система обеспечивает решение следующих задач:

Прием и обработку сигналов СНС ГЛОНАСС+GPS по открытым гражданским кодам СТ и С/А в диапазоне L1;

Автоматическую непрерывную выработку трех координат (широта, долгота, высота), времени, курса и скорости;

Выдачу во внешние устройства текущих координат в системе координат WGS-84, ПЗ-90, ПЗ-90.02, СК-42, СК-95;

Обновление координат с частотой 1, 2, 5 Гц;

Оценку точности определения координат места потребителя;

Прием, хранение и обновление альманахов и эфемерид СНС ГЛОНАСС+GPS (альманахи, эфемериды и последние обсервованные координаты сохраняются в энергозависимой памяти при отключении питания приемника);

Автоматический выбор созвездия из видимых НКА СНС ГЛОНАСС+GPS с учетом их технического состояния;

Обмен информацией с внешними системами по протоколу NMEA-0183 (IEC 1162) или по протоколу BINR;

Прием и учет корректирующей информации в соответствии с рекомендациями RTCM SC-104 V2.2;

Выдачу потребителям метки времени;

Среднеквадратической погрешности определения текущих значений навигационных параметров при полностью развернутых СНС ГЛОНАСС+GPS.

Работа в составе комплекса («облака»). В этом режиме каждая индивидуальная система обменивается текущей координатной информацией с наземной станцией управления и наведения 9 и с каждым из "n" БПЛА. По принятой от других "n" БПЛА текущей информации каждая индивидуальная инерциальная система вычисляет среднее значение координат комплекса («облака»), которое и является истинным (конечно с учетом ошибки). Дифференциальный режим обработки сигналов ГЛОНАСС+GPS вместе с применением фильтра Калмана значительно повышает точность определения координат комплекса, следовательно повышается точность следования по маршруту трубопровода, а значит повышается вероятность безусловного выполнения поставленного полетного задания и контроль его состояния (разрыв трубопровода, утечка и т.д.).

Распределенная инерциальная система комплекса из n=3 беспилотных летательных аппаратов, каждый из которых содержит индивидуальную инерциальную систему, в состав которой входит: микроконтроллер, два трехстепенных гироскопа, первый-третий операционные усилители, акселерометр, модем с приемопередающей антенной, наземная станция управления и связи с третьим радиоканалом, отличающаяся тем, что в нее введены первый и второй радиоканалы приема навигационных сигналов спутников GPS и/или ГЛОНАСС соответственно и четвертый радиоканал двухсторонней связи с каждым из "n" беспилотных летательных аппаратов; система имеет следующие соединения: выходы информационных сигналов первого и второго гироскопов по углам крена, тангажа и курса через первый, второй и третий операционные усилители соответственно соединены с первым-третьим входами микроконтроллера, выход акселерометра соединен первой шиной связи с четвертым входом микроконтроллера, приемопередающая антенна через модем и вторую шину связи соединена с входом/выходом микроконтроллера, первым радиоканалом антенна соединена с спутником навигационной системы GPS, вторым радиоканалом - с спутниками навигационной системы ГЛОНАСС, третьим радиоканалом - с наземной станцией управления и четвертым радиоканалом - с индивидуальными станциями каждого из "n" БПЛА; микроконтроллер в своем составе содержит АЦП для преобразования аналоговых сигналов первого и второго гироскопов в цифровую форму, фильтр Калмана для качественной оценки движения БПЛА, дифференциальный вычислитель определения координат БПЛА от GPS и ГЛОНАСС и вычислитель среднеквадратического значения координат комплекса из "n" БПЛА, также микроконтроллер содержит цифроаналоговые преобразователи для управления приводами элеронов, рулей высоты и направления, а количество БПЛА в комплексе из n=3 в зависимости от конкретных условий полетного задания.

НАУКА И ВОЕННАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ № 2/2008, стр. 38-40

Ю.Н. ЧАХОВСКИЙ ,

генеральный директор Минского авиаремонтного завода

Б.С. КОВЯЗИН ,

старший научный сотрудник

Научно-исследовательского института Вооруженных Сил Республики Беларусь

Бурное развитие в ведущих странах мира информационных технологий неизбежно привело к переосмыслению концепций применения беспилотных летательных аппаратов (БПЛА), путей дальнейшего их развития, совершенствованию полезной нагрузки и приданию им многоцелевого характера. БПЛА занимают достойное место в производственных программах ведущих авиастроителей мира. Исходя из задач обеспечения национальной безопасности, Республике Беларусь следует ускорить выход на международный уровень разработки и производства многофункциональных БПЛА.

Эффективность способов ведения боевых действий определяется показателями качества средств поражения, разведки, связи и автоматизированных систем управления (АСУ). Отсутствие современных комплексов разведки и управления не реализует в полном объеме потенциальные возможности средств поражения. Возможности существующих в настоящее время наземных средств радиолокационной и оптико-электронной разведки ограничены дальностью прямой видимости и не обеспечивают обнаружения целей и объектов противника, находящихся за естественными укрытиями. Использование БПЛА в военных целях стало одним из важных направлений развития современной авиации и позволяет автоматизировать управление войсками, сократить потерю личного состава в бою за счет оперативной разведывательной информации о текущей обстановке. В этой связи актуальна задача создания мобильных, простых в эксплуатации и дешевых средств ведения воздушной разведки.

Основные достоинства использования БПЛА в военных целях:

отсутствие потерь летного состава;

отсутствие необходимости выделения сил и средств на поиск и спасение;

невысокая стоимость БПЛА;

малые затраты на обслуживание БПЛА и подготовку расчета;

возможность выполнения маневров с высокими перегрузками;

малые размеры и эффективная отражающая поверхность;

способность применять вооружение с малых расстояний;

возможность дистанционного пилотирования посменно несколькими операторами.

Использование БПЛА в военных целях.

БПЛА применяются в военной сфере уже более 30 лет. Так, например Израиль использовал БПЛА в 1973 г. для ведения разведки и в качестве ложных воздушных целей.

В настоящее время в США разработаны, испытаны и приняты на вооружение разведывательные БПЛА различного назначения, в том числе: «Hunter», «Predator», «Global Hawk».

В Великобритании разрабатывается беспилотный разведчик «Феникс», предназначенный для обнаружения и автоматического сопровождения целей.

В войне в Ираке беспилотные аппараты стали использоваться в массовых количествах. Они применялись не только в разведывательных целях, но периодически наносили удары ракетами «Hellfire» по позициям иракских войск. БПЛА «Predator», летая со скоростью 120 км/ч на высоте от 3 до 4,5 км над полем боя в течение 24 ч, передавал на землю четкую «картинку» любого участка территории, над которой находился. Изображение в режиме реального времени передавалось на мониторы компьютеров, которыми были оснащены полевые командные пункты.

На сегодняшний день в России созданы три тактических комплекса БПЛА:

комплекс «Строй-П» с БПЛА «Пчела-1» (разработан в 1990 году, размещен на десантном бронетранспортере, старт носителя происходит за счет двух пороховых ускорителей, вес БПЛА - 140 кг);

гражданский аэродинамический наблюдатель телевизионный «ГрАНТ» (разработан в 2001 году; размещен на двух автомобилях УАЗ, старт носителя происходит за счет энергии опускающегося груза, вес БПЛА -20 кг);

Рис.1. Классификация БПЛА

ближний разведчик аэродинамический телевизионный «БРАТ» (разработан в 2003 году; для дальностей до 10 км - переносной; для дальностей 50 - 90 км - пункт управления аналогичен пункту управления комплекса «ГрАНТ», вес - 2,8 кг).

обеспечение радиолокационного обнаружения замаскированных объектов и автоматическое их распознавание;

обеспечение целенаправленного доступа потребителей к результатам воздушной разведки;

увеличение времени патрулирования и дальности полета БПЛА;

разработка микролетательных аппаратов;

разработка боевых (ударных) БПЛА.

Разработка комплексов БПЛА на Государственном предприятии «Минский авиаремонтный завод».

Эффективность мониторинга воздушной и наземной обстановки во многом определяется летно-техническими характеристиками БПЛА, уровнем оснащения радиоэлектронным оборудованием, надежностью систем запуска, связи и управления, автономностью и быстротой обслуживания БПЛА.

С учетом этих требований на Государственном предприятии «Минский авиаремонтный завод» разрабатывается мобильный авиационный разведывательный комплекс «ФИЛИН», в состав которого входит универсальный оперативно-тактический БПЛА «Турман». Универсальность данного изделия обусловлена модульной конструкцией аппарата, что позволяет использовать различную по массогабаритным характеристикам и назначению бортовую аппаратуру, обеспечивает скрытность развертывания, простоту эксплуатации аппарата.

Комплекс «ФИЛИН» предназначен для выполнения задач по оперативно-тактической разведке техническими средствами, обладает большой автономностью и мобильностью. Количество БПЛА, находящихся в составе комплекса, позволяет вести постоянную разведку или целеуказание в районе цели.

патрулирование местности в любое время суток и при любых метеорологических условиях;

обнаружение и идентификация объектов;

уничтожение обнаруженных объектов, представляющих угрозу;

подавление средств ПВО.

Мониторинг воздушной и наземной обстановки БПЛА связан с просмотром некоторого участка местности и получением снимков на фотопленке, магнитной ленте или диске. В процессе полета в заданном районе БПЛА по радиоканалу в реальном масштабе времени (или близком к реальному) может передавать разведывательную информацию на модуль системы связи, управления и обработки информации. Оператор БПЛА оценивает поступающую информацию и по командному радиоканалу управляет самим БПЛА и его целевой нагрузкой, например телевизионной камерой, с целью наилучшего наблюдения неподвижных или движущихся объектов, определения их типа и координат.

Тактика действия комплекса «ФИЛИН»:

взлет с места дислокации и полет в район патрулирования;

поиск объектов и наблюдение за местностью;

обнаружение объектов и определение их координат;

идентификация объектов наблюдения;

передача информации оператору БПЛА;

возврат к месту дислокации или продолжение поиска новых объектов.

Оператор БПЛА работает по следующему алгоритму:

поиск объекта;

обнаружение объекта;

распознавание объекта;

измерение координат объекта;

оперативное доведение информации до потребителя.

Оператор управляет движением БПЛА по маршруту, на котором ожидается присутствие интересующих оператора объектов, и наблюдает изображение подстилающей поверхности. Заметив подозрительную точку, оператор выполняет управляющие действия (наведение БПЛА на объект, сужение поле зрения телевизионной камеры, переключение на телевизионную камеру с более узким полем зрения и др.), чтобы лучше рассмотреть ее. Когда изображение подозрительного объекта становится достаточно крупным, то оператор принимает решение об его обнаружении, то есть убеждается, что подозрительная точка не является просто неоднородностью местности, а входит во множество интересующих его объектов.

Далее оператор БПЛА продолжает рассматривать обнаруженный объект, определяет его тип («командный пункт», «радиолокационная станция», «танк» и т.п.) и измеряет координаты выбранного объекта, например, путем совмещения перекрестия на экране с изображением объекта и подачи в ЭВМ команды на вычисление координат. По результатам работы с объектом оператор БПЛА формирует доклад об объекте, содержащий его тип и координаты, и оперативно доводит информацию до потребителя. Завершив работу с первым объектом, оператор управляет полетом БПЛА по намеченной программе в целях дальнейшего наблюдения поля боя.

Основные задачи, решаемые оператором БПЛА:

выработка решения на выполнение действий по поиску объектов на основании результатов анализа событий и уровня располагаемых возможностей БПЛА;

обеспечение устойчивого управления движением БПЛА по маршруту, на котором ожидается присутствие интересующих оператора объектов;

прием, переработка и анализ достоверности получаемой по радиоканалу от БПЛА информации;

обнаружение, распознавание и определение координат выбранного объекта;

использование технических возможностей бортовых устройств и систем БПЛА;

контроль использования ресурсов бортовой системы энергоснабжения БПЛА;

использование принципа выбора объекта по степени его важности и приоритетности;

оперативное доведение полученной информации до потребителя.

После выполнения полетного задания БПЛА выходит на точку запуска, где оператор комплекса «ФИЛИН» переводит БПЛА в режим визуальной посадки с помощью аппаратуры дистанционного управления. Посадка может осуществляться, в зависимости от условий посадки, при помощи парашюта или по-самолетному, на посадочную фюзеляжную лыжу. Особенность конструкции системы посадки обеспечивает сохранность деталей БПЛА от повреждений во время приземления.

После проверки бортового оборудования, укладки парашюта и заправки топливом БПЛА вновь готов к запуску. За время подготовки к запуску БПЛА № 1, можно запустить БПЛА № 2, что дает возможность увеличить время пребывания в районе цели (т.е. обеспечить непрерывное слежение за целью).

Поскольку планер БПЛА выполнен из отдельных модулей, это дает возможность замены деталей, поврежденных при посадке или в результате огневого воздействия при выполнении задания. Кроме того, имея базовый модуль (фюзеляж и центроплан), можно менять геометрические размеры и аэродинамическую схему БПЛА (нормальная, «бесхвостка», типа «утка») при производстве с наименьшими потерями по времени и затратам.

Для подготовки расчетов комплекса «ФИЛИН» необходимо проведение курсов по обучению расчетов. Эти задачи на высоком методическом уровне готовы выполнить высококвалифицированные специалисты Минского авиаремонтного завода. В настоящее время на заводе идет проработка вопросов разработки тренажной системы для подготовки расчетов комплекса «ФИЛИН», позволяющей оценить уровень подготовки операторов управления БПЛА в различных условиях боевой работы.

В целях дальнейшего развития беспилотных летательных аппаратов и создаваемых на их базе комплексов, разрабатываемый на Государственном предприятии «Минский авиаремонтный завод» комплекс «ФИЛИН» с БПЛА «Турман» может стать основой беспилотной авиации Вооруженных Сил Республики Беларусь. Предприятие обладает возможностями для выпуска целой серии различных по своим характеристикам БПЛА и комплексов, создаваемых на основе базовой модели модульной конструкции, предназначенных для выполнения различных полетных заданий. Это позволит создать технологическую гибкость при производстве новых модификаций БПЛА и уменьшит конечную стоимость изделий.

Важное место при разработке БПЛА занимает сотрудничество с научно-исследовательскими институтами и предприятиями оборонной промышленности Республики Беларусь. Только кооперация производственного и научно-технического потенциала в целях создания беспилотной авиации Вооруженных Сил Республики Беларусь может дать положительный результат. Предприятие «Минский авиаремонтный завод» разрабатывает и создает БПЛА, систему запуска и транспортировки, а предприятия оборонной промышленности - бортовое оборудование - малогабаритные системы дальнего дистанционного визуального управления и наблюдения, систему навигации, а также боевые части и специальную аппаратуру. Нельзя исключать и сотрудничество с российскими предприятиями, имеющими богатый опыт в подобных разработках.

Необходимость оснащения Вооруженных Сил Республики Беларусь дешевой системой тактической беспилотной разведки давно назрела. В интересах ВС РБ БПЛА «Турман» комплекса «ФИЛИН» могут быть использованы в качестве управляемых мишеней для тренировки экипажей летчиков истребительной авиации и расчетов ЗРК, ведения разведки, постановки помех, контроля результатов нанесения огневых ударов авиацией, ракетными войсками и артиллерией, контроля обстановки на поле боя в тактической, оперативно-тактической и оперативной зонах обороны. В интересах пограничного ведомства - решать задачи по охране Государственной границы; в интересах МВД - обеспечивать выполнение задач по охране общественного порядка, соблюдению правил дорожного движения и решения других задач, в т.ч. по предотвращению террористических акций; в интересах МЧС - проводить сбор данных обстановки, масштабов и причиненного ущерба при возникновении чрезвычайных ситуаций, выявлять очаги пожаров, разрушения, затопления и заражения.

На Государственном предприятии «Минский авиаремонтный завод» также разработан БПЛА аэродромного старта «Стерх» (рис.2).

Перспективными направлениями по разработке БПЛА являются:

Автоматическое распознавание может быть решено традиционными статистическими процедурами распознавания, а также способными к обучению «интеллектуальными» алгоритмами, например, на базе нейросетевых технологий. Актуальными в настоящее время являются также задачи создания помехозащищенной и не допускающей сбоя радиосвязи с высокой степенью сжатия передаваемой информации.

Боевые задачи, решаемые комплексом «ФИЛИН»:

БПЛА «Стерх» выполнен по нормальной аэродинамической схеме с прямым крылом и наплывом в корневой части. Крыло имеет элероны, флапероны и простые закрылки. Хвостовое оперение выполнено по двухкилевой, двухбалочной схеме с Т-образным стабилизатором. Шасси выполнено по трехточечной схеме с носовым неуправляемым колесом, взлет и посадка по-самолетному.

В хвостовой части фюзеляжа установлен бензиновый поршневой двигатель мощностью 19 л.с. объемом 200 смЗ германского производства фирмы 3W с толкающим трехлопастным винтом производства Государственного предприятия «Минский авиаремонтный завод».

Летно-технические характеристики БПЛА «Стерх»:

размах крыла -3,8 м;

длина фюзеляжа - 3 м;

взлетный вес - 53 кг;

вес целевой нагрузки - до 30 кг;

максимальная скорость - до 200 км/ч;

крейсерская скорость - 130 км/ч;

продолжительность полета - до 3 ч;

дальность полета - 300 км.

Сравнительная характеристика летно-технических параметров БПЛА «Стерх», RQ-7 «Shadow» (США), «Пчела» (Россия) представлена в таблице 1.

Таким образом, повышение эффективности средств разведки может быть достигнуто использованием БПЛА, которые способны решать достаточное количество боевых задач. Основные усилия по разработке БПЛА следует сосредоточить на создании массово выпускаемых, дешевых и многофункциональных аппаратов с современным навигационным оборудованием и системами управления, что вполне под силу Государственному предприятию «Минский авиаремонтный завод».

Для комментирования необходимо зарегистрироваться на сайте

В тех случаях, когда возникает опасность поражения значительной зоны территории катастрофами, вызванными техногенными, террористическими или природными факторами, пилотная авиация не всегда может успешно применяться по ряду причин. Главными проблемами являются высокая стоимость полёта, которая составляет в среднем 25 тысяч рублей в час, метеорологические условия, которые препятствуют полёту и время реагирования до 6 часов. Поэтому беспилотные летательные аппараты (БПЛА) приобретают все большую популярность при тушении пожаров и возгораний в лесных массивах, полях и прочих угодьях.

Временные промежутки, в которые осуществляется тушение пожаров , имеют определённую динамику, поэтому процесс ликвидации источников возгорания привязан к этому фактору. Горение до обнаружения пожара – это начальный промежуток. После установления факта возгорания и выезда оперативной бригады к месту пожара проходит также определённый период.

Разведка пожара и начало тушения входят в следующие временные интервалы, после чего следует тушение непосредственно пламени, локализация беспламенного горения и дотушивание – ликвидация прочих очагов горения на территории, подвергшейся действию огня. Окончательным этапом работ является окарауливание, во время которого осуществляется тушение скрытых очагов пожара. Поэтому БПЛА исполняют роль разведывающего устройства, контролирующего размеры очагов возгорания, осуществляют оперативную подачу картины пожара и таким образом помогают руководителю тушения пожара правильно координировать действия пожарного расчёта.

Функциональные характеристики БПЛА

БПЛА оперативно предоставляет информацию о виде пожара, участках его локализации, скорости огня, возможных направлениях распространения, в том числе в направлении населённых пунктов, производственных объектов и мест с повышенными характеристиками пожароопасности (торфяники, лесозаготовочные и деревообрабатывающие пункты). Это позволяет руководителю тушения пожара направлять в наиболее опасные места возгорания технические средства, пожарную технику и боевой расчёт. Оценивая финансовые аспекты использования БПЛА , можно отметить, что цена часа эксплуатации в пять раз ниже в сравнении с традиционными средствами авиационной охраны лесов (вертолёты и самолёты).

Инновационными способами воздушной разведки является оснащение БПЛА специальными датчиками, работающими в микроволновом и инфракрасном режимах. Дополнительно к ним необходимо монтировать теплолокатор, который позволит определить границы горящей площади и размеры зоны активного действия пламени. БПЛА , оснащённые необходимой аппаратурой весом до 50 кг, прошли успешную проверку при использовании сотрудниками МЧС в Удмуртии. Управление аппаратами осуществляется со станций наземного управления.

При возникновении ситуаций, когда разведка проводится в особо опасных для человека условиях, отличающихся повышенной радиоактивной и химической опасностью, обычно применяются вертолётные БПЛА , которые передвигаются с относительно невысокой скоростью и могут чётко фиксировать все изменения на изучаемой площади.

Дополнительное специализированное оборудование беспилотных аппаратов

БПЛА часто оснащаются лидарными комплексами, проводящими зондирование в спектральном диапазоне. Аэрозольный лидар применяется для оценки, характеристики и изучения перемещения аэрозольных частиц. Жидкость и кристаллические частицы в атмосфере изучают поляризационные лидары. При авариях на АЭС применяются лидары DIAL, осуществляющие измерение изотопов йода в атмосфере. Направление и скорость ветра, уровень содержания высокомолекулярных примесей определяет СО 2 -гетероидный лидар, а характеристику турбулентности в атмосфере можно сделать по показаниям турбулентного лидара.

В том случае, когда необходимо обнаружить взрыв , выбросы раскалённых газов, применяется радиометр с инфракрасным излучением. Компактность и многофункциональность лидарного комплекса, установленного на БПЛА , позволяет использовать его в самых разных ситуациях при мониторинге параметров внешней среды.

GPS-приёмник ГЛОНАС представляет общую картину по результатам зондирования в спциальной картографической системе, когда результаты измерения накладываются на зоны изучаемой территории, показывая места изменения концентрации веществ и локализации очагов пожара.

Компьютерные системы, которыми оснащены БПЛА , наличие нескольких ретрансляторов позволяет оценивать тушение пожара на расстоянии нескольких тысяч километров, оперативно регулируя действия пожарно-спасательных бригад.

Основные виды российских моделей БПЛА

В число наиболее используемых на территории РФ БПЛА входит дистанционно-пилотируемый аппарат «Искорка» , который ретранслирует оператору картину пожара на расстояние нескольких десятков километров. Он представляет собой что-то среднее между ракетной беспилотной техникой и обычной авиацией. Благодаря монтажу ИК-аппаратуры и телекамеры картина чрезвычайных случаев развёртывается, словно из-под крыла летательного устройства.

Тепловизионную или телевизионную круглосуточную передачу изображения обеспечивает ДПЛА «Пчела-1Т» , которая подаёт информацию в режиме рабочего времени, показывая, таким образом, постоянную картину меняющихся условий. Изначально эта модель использовалась в военно-промышленном комплексе.

Беспилотные вертолёты класса ZALA разработаны для наблюдения за изменением метеорологических условий на подстилающей поверхности. В их задачу входит теле- и тепловизионное изображение местности, накопление и анализ информации, а также ретранслирование, уточнение координат. Особенно ценным является тот факт, что в условиях возникновения чрезвычайных ситуаций, представляющих угрозу для жизни человека, беспилотные вертолёты успешно выполняют свои функции.

Преимуществами вертолётных БПЛА является возможность посадки на неподготовленных участках, автоматический взлёт и приземление, наличие компьютеризированного контроля, который позволяет изменять дальность и высоту полёта.

Таким образом, технические возможности БПЛА настолько высоки, что они позволяют не ограничиваться физиологическими характеристиками человека, удобны, экономичны, многофункциональны. Это делает отрасль производства БЛА наиболее перспективной ввиду способности локально, перманентно и дистанционно оценивать различные условия и производить ретрансляцию в отдалённые точки на центральные пульты контроля.

Применение БЛА в гражданском секторе в настоящее время находится в ожидании решения некоторых технических и организационных проблем, без чего невозможно стабильное использование БЛА.

Основные проблемы связаны с использованием воздушного пространства, выделением частотного диапазона для управления БЛА и передачи информации с борта на землю и наоборот и, наконец, с развитием рынка гражданских услуг, который находится в стадии становления.

Из поставленных гражданским сектором рынка задач применения БЛА, в первую очередь, хочется отметить такие, которые в ближайшее время могут стать востребованными. Это, в первую очередь, контрольные функции БЛА. С помощью беспилотных систем можно контролировать как техническое состояние объектов, так и их безопасность и функционирование, притом, что контролируемые объекты могут находиться на большом удалении (протяженные объекты).

Отсюда можно сделать вывод, что интерес, который в последнее время проявляют организации ТЭК к использованию БЛА, закономерен. Имея в своей структуре сотни тысяч километров трубопроводов, которые довольно слабо охраняются, а зачастую и вообще не охраняются, предприятия ТЭК напрямую заинтересованы в использовании беспилотных систем. Простая экономическая выгода подталкивает предприятия ТЭК к принятию решений по использованию БЛА, и этот процесс, находящийся в данный момент в начальной стадии, будет неуклонно развиваться.

К сожалению, в руководстве этих компаний до сих пор нет единого представления о том, как с помощью БЛА получить наибольший эффект (экономический, в том числе) от применения беспилотных систем. В недрах некоторых серьезных организаций начались формироваться представления об использовании БЛА и, в связи с этим, концепции по применению БЛА в интересах компаний.

Здесь существует другая опасность - опасность зарегулировать этот вопрос таким образом, что его трудно будет решить вообще.

Хотелось бы, чтобы потенциальные пользователи беспилотных системам выступили инициаторами введения некоторых Правил применения БЛА в интересах гражданского сектора в небе России.

Основной вопрос в этой сфере - это получение статуса воздушного судна (ВС) беспилотными аппаратами.

БЛА, не являясь ВС, не подлежат регистрации в реестре ВС и не имеют Свидетельства о регистрации и годности к использованию. Им невозможно, да и не нужно получать разрешение на использование воздушного пространства. А это уже чревато самыми серьезными последствиями. Аппарат, способный летать на высоте до 4 км со скоростью до 250 км/час, массой около 100 кг, может подняться в воздух без разрешения на использование воздушного пространства, ведь по классификации - это радиоуправляемая модель. В этой ситуации скорее нужны не запретительные меры, а организация разрешительных мероприятий. «Джин» из бутылки вылетел, нужно срочно научить его летать, притом правильно.

В рамках действующего законодательства есть вид авиации, в котором «беспилотники» могут существовать на законном основании. Это – экспериментальная авиация. По этому пути идут и другие страны (США, Европа). В этой отрасли есть многолетний опыт использования летательных аппаратов, нормативные документы, разработанные десятилетиями, также есть возможность контроля за техническим состоянием БЛА и многое другое. Получив статус ВС в рамках экспериментальной авиации, БЛА смогут использовать воздушное пространство по существующим правилам.

Конечно, все БЛА должны быть застрахованы от ущерба третьим лицам. БЛА должны иметь на борту транспондеры, отвечающие всем требованиям ИКАО в этой области. Те БЛА, которые не способны нести аппаратуру СНВ-2, могут летать только в специально отведенных районах по предварительным заявкам с большим сроком уведомления.

Цель всех организаций, участвующих в регламентации использования БЛА в воздушном пространстве России, состоит в том, чтобы достигнуть уровня безопасности полетов любого класса БЛА, эквивалентного к уровню безопасности полетов самолетов. Для этой цели необходимо разработать технические требования к БЛА, которые бы способствовали выполнению этой задачи.

БЛА в последние годы активно применялись военными, поэтому наработанный ими опыт эксплуатации БЛА в различных условиях отбрасывать ни в коем случае нельзя. Наоборот, нужно привлечь военных к выработке технических требований к БЛА с учетом того, что цели и задачи применения БЛА в гражданском секторе некоторым образом отличаются от задач решаемых военными.

Думается, что было бы целесообразно создать некую новую организацию, способную решить вопросы, связанные с эксплуатацией БЛА в гражданских целях и способную сформулировать некую долгосрочную регулирующую политику в области применения БЛА.

Итак, подводя итоги, можно отметить тот факт, что использование БЛА в воздушном пространстве России не только возможно, но и необходимо. Полеты БЛА возможны при условии выполнения требований (выработанных) для получения Свидетельств о летной годности и регистрации. Это можно сделать в рамках экспериментальной авиации.

Вопросы применения БЛА для обеспечения безопасности объектов на сегодняшний день выходят на первые роли.

Угроза жизнедеятельности различных организаций заставляет все больше обращать внимание на новые методы контроля и мониторинга земной поверхности.

Больше всего это беспокоит такие организации, которые имеют протяженные объекты, контроль за которыми довольно сложно организовать. В первых рядах - это владельцы различных трубопроводов, Пограничные войска ФСБ России, ОАО РАО «ЕЭС России», ОАО «Российские железные дороги». Все эти организации могут ощутить экономический эффект от применения беспилотных систем через очень короткий период времени.

Ввиду высокой протяженности и территориальной обширности объектов наблюдения воздушный мониторинг является наиболее эффективным средством наблюдения и дистанционного сбора данных об их состоянии.

В настоящее время воздушное патрулирование осуществляется авиационными средствами в соответствии с Положением о воздушном патрулировании трасс магистральных трубопроводов.

Согласно данному положению, периодичность выполнения облетов планируется с учетом технических характеристик объектов, условий их эксплуатации, не реже 2-х раз в месяц.

Взрывной рост рынка БЛА и связанных с ним услуг прогнозируется при преодолении в скором времени ряда технических и административных барьеров, ограничивающих использование БЛА в национальном воздушном пространстве.

Использование беспилотных авиационных комплексов (БАК) в гражданской области на сегодняшний момент практически ограничивается частными случаями локальных применений в интересах решения текущих производственных или хозяйственных задач, преимущественно в экспериментальном порядке.

Ситуация с БАК в Российской Федерации наглядно иллюстрируется прошедшими в 2007 и 2008 годах форумами-выставками «Беспилотные комплексы в интересах ТЭК» и на авиасалонах МАКС 2005 и МАКС 2007.

Ряд разработок соответствует современному уровню развития авиастроения, средств связи, управления и систем дистанционного зондирования. Наибольший интерес представляют компании, предлагающие комплексное системное интегрирование несущей платформы, средств сбора и обработки данных мониторинга. Некоторые из разработок находятся в стадии предсерийных прототипов и предлагаются в качестве законченных систем, включающих носители различного типоразмера, комплексы целевой нагрузки, средства наземной поддержки и обработки информации.

В процессе выполнения полета, как правило, управление БЛА осуществляется автоматически посредством бортового комплекса навигации и управления, в состав которого входят:

• приемник спутниковой навигации, обеспечивающий прием навигационной информации от систем ГЛОНАСС и GPS;
• система инерциальных датчиков, обеспечивающая определение ориентации и параметров движения БЛА;
• система воздушных сигналов, обеспечивающая измерение высоты и воздушной скорости;
• различные виды антенн, предназначенные для выполнения задач.

Бортовая система навигации и управления обеспечивает:

• полет по заданному маршруту (задание маршрута производится с указанием координат и высоты поворотных пунктов маршрута);
• изменение маршрутного задания или возврат в точку старта по команде с наземного пункта управления;
• облет указанной точки;
• автосопровождение выбранной цели;
• стабилизацию углов ориентации БЛА;
• поддержание заданных высот и скорости полета (путевой либо воздушной);
• сбор и передачу телеметрической информации и параметрах полета и работе целевого оборудования;
• программное управление устройствами целевого оборудования.

Бортовая система связи:

• функционирует в разрешенном диапазоне радиочастот;
• обеспечивает передачу данных с борта на землю и с земли на борт.

Данные, передаваемые с борта на землю:

• параметры телеметрии;
• потоковое видео- и фотоизображение.

Данные, передаваемые на борт, содержат:

• команды управления БЛА;
• команды управления целевой аппаратурой.

Информация, полученная с БЛА, должна классифицироваться в зависимости от степени представляемой угрозы. Классификация проводится оператором наземной станцией управления (НСУ), либо непосредственно бортовым компьютером БЛА. Во втором случае программное обеспечение комплекса содержит элементы искусственного интеллекта, и требуется выработать количественные критерии и градации уровней угрозы. Такие критерии могут быть сформулированы путем экспертных оценок и формализованы таким образом, чтобы минимизировать вероятность ложного сигнала тревоги.

Полеты беспилотных летательных аппаратов ничем не отличаются от полетов пилотируемой авиации. БЛА оснащены системами наведения, бортовыми радиолокационными комплексами, датчиками и видеокамерами. В производственной программе ЗАО «Транзас» есть БЛА, который по всем показателям превышает аппараты производства Великобритании и Франции, а по цене значительно дешевле, чем БЛА США. Это БЛА «Дозор-3». Летные испытания данного образца начнутся в 2008 году и к 2009 году БЛА «Дозор-3» будет готов к использованию.

Главный конструктор БЛА Г.В. Трубников. ЗАО «Транзас» Статья с uav.ru .