Беспилотный летательный аппарат
Материал из Documentation.
Беспилотный летательный аппарат (БПЛА) — искусственный мобильный объект (летательный аппарат), как правило, многоразового использования, не имеющий на борту экипажа (человека-пилота) и способный самостоятельно целенаправленно перемещаться в воздухе для выполнения различных функций в автономном режиме (с помощью собственной управляющей программы) или посредством дистанционного управления (осуществляемого человеком-оператором со стационарного или мобильного пульта управления). Различают БПЛА автоматические, работающие в соответствии с заложенными в их бортовой компьютер программами (самолёты-разведчики и др.), и дистанционно пилотируемые летательные аппараты (ДПЛА), которые также относятся к классу БПЛА.[1]
БПЛА функционирует не абсолютно самостоятельно, а в составе комплекса. Такой комплекс называют беспилотной авиационной системой — БАС (Unmanned Vehicle System — UVS). В БАС входит не только сам летательный аппарат (аппараты), но также вся инфраструктура и средства обеспечения: транспортно-пусковое устройство, средства связи, наземный пункт управления, диспетчерские пункты, ретрансляционные узлы, станции подзарядки, средства транспортирования, запуска, посадки и т. д.[2]
До недавнего времени к БПЛА относились, например, крылатые ракеты, самолёт-снаряд ФАУ-1 и др. Например, крылатые ракеты во многом очень похожи на беспилотные самолёты, что позволяло считать их разновидностью БПЛА, хотя крылатая ракета — это прежде всего средство доставки до цели боевого заряда, который является главным компонентом ракеты и интегрирован с другими подсистемами, подчинёнными главной задаче — поражению цели, после чего ракета перестаёт существовать. Именно из-за специфичности назначения и вытекающих отсюда особенностей функционирования подобные объекты сейчас не принято рассматривать как беспилотные мобильные средства (unmanned vehicle — UV).[3]
По новой классификации к БПЛА не относятся баллистические и крылатые ракеты, управляемые и неуправляемые снаряды, бомбы, торпеды, одноразовые ракеты-носители, предназначенные для вывода космических аппаратов на орбиту, объекты, которые не имеют собственной энергетической подсистемы и движителя (например, буксируемый за кораблём на тросе исследовательский зонд, метеорологический зонд, свободно дрейфующий в атмосфере), аэростаты без двигателей и другие безмоторные летательные аппараты.[4]
К БПЛА относятся аппараты условно-многоразового использования (например, мобильные мишени и аппараты диверсионного назначения), которые могут быть уничтожены при первом применении, однако при определённых условиях они могут возвращаться на базу. Любой непилотируемый космический аппарат (например, космический корабль «Буран») также можно считать беспилотным мобильным средством. К БПЛА относятся беспилотные дирижабли, моторные дельтапланы и парапланы. ДПЛА относится к тем аппаратам, которые управляются оператором дистанционно по радио с наземного пункта, тогда как в общем случае БПЛА может выполнять задачу и автономно, по заложенной в нём программе.[5]
В начале XXI веке роль БПЛА значительно возросла, чему способствовало появление новых лёгких и прочных композитных материалов; развитие микроэлектроники и микропроцессорной техники; систем распознавания на базе нейронных сетей и нейрокомпьютеров; микроконтроллеров, навигационных датчиков, приёмников-передатчиков радиосигналов, различных СВЧ-устройств, миниатюрных видеокамер и т. д.; разработка надёжных источников питания на основе литий-полимерных аккумуляторов, топливных элементов и др.; разработка новых типов электродвигателей, реактивных и поршневых двигателей; развитие спутниковых систем глобального позиционирования.[6]
Сами БПЛА, как правило, гораздо дешевле пилотируемых самолётов и вертолётов; дешевле, чем подготовка лётчика, обходится и подготовка оператора беспилотной системы. Отсутствие пилота позволяет исключить бортовые системы жизнеобеспечения, уменьшить массу и габариты БПЛА, а также увеличить диапазон допустимых перегрузок и влияющих факторов. Большое значение имеет и фактор безопасности — потери беспилотных аппаратов не ведут к потере пилотов.[7]
Различают микро- и мини-БПЛА ближнего радиуса действия (взлётная масса до 5 кг, дальность действия до 25-40 км); лёгкие БПЛА малого радиуса действия (взлётная масса 5-50 кг, дальность действия 10-70 км); лёгкие БПЛА среднего радиуса действия (взлётная масса 50-100 кг, дальность действия 70-150 км, некоторые виды до 250 км); средние БПЛА (взлётная масса 100—300 кг, дальность действия 150—1000 км); среднетяжёлые БПЛА (взлётная масса 300—500 кг, дальность действия 70-300 км); тяжёлые БПЛА среднего радиуса действия (взлётная масса более 500 кг, дальность действия 70-300 км); тяжёлые БПЛА большой продолжительности полёта (взлётная масса более 1500 кг, дальность действия около 1500 км); беспилотные боевые самолёты (взлётная масса более 500 кг, дальность действия около 1500 км).[8]
Назначение современных БПЛА не ограничивается только военной областью. Стремительно расширяется и сфера их гражданского применения в нефтегазовой промышленности, на транспорте, в строительстве, сельском хозяйстве, связи и др. Полностью автономные беспилотные мобильные средства встречаются редко. Как правило, автономность не является стопроцентной: обычно оператор имеет возможность корректировать поведение аппарата или переводить его на ручное дистанционное управление. В военных БПЛА по степени автономности мобильных средств различают системы с управляемыми объектами, когда удалённый оператор является необходимым звеном системы управления (man-in-the-loop systems) с контролируемыми объектами; когда все обычные задачи решаются без участия оператора, а вмешательство его требуется только в ответственных случаях (man-on-the-loop systems); и полностью автономные системы, когда оператор только инициирует систему для выполнения задачи (fully autonomous systems).[9]
Содержание |
[править] Основные узлы
Одной из главных характеристик, по которой можно отличить БПЛА от ДПЛА, является наличие полноценной системы автоматического управления. Так, для управления БПЛА стратегического и тактического назначения чаще всего применяют стационарные пункты управления. Для управления БПЛА оперативного назначения целесообразно размещать пункты управления на мобильных платформах — на автомобилях или кораблях, а для управления лёгкими аппаратами небольшого радиуса действия чаще всего используют носимые портативные комплекты, быстро разворачиваемые и собираемые в полевых условиях.[10]
Схема БПЛА включает: устройства получения видовой информации (спутниковую навигационную систему, устройства радиолинии видовой и телеметрической информации, командно-навигационной радиолинии с антенно-фидерным устройством, устройство обмена командной информацией, устройство информационного обмена, бортовую цифровую вычислительную машину, устройство хранения видовой информации); обзорные устройства (телевизионное, инфракрасное, радиолокационное и т. п.), обеспечивающие необходимую зону захвата на местности; встроенный блок питания (обеспечивает согласование по напряжению и токам потребления бортового источника питания и устройств, входящих в состав полезной нагрузки, а также оперативную защиту от коротких замыканий и перегрузок в электросети). Для обеспечения связи на значительные расстояния и повышения помехозащищённости за счёт пространственной селекции в комплексах управления БПЛА широко используются остронаправленные антенные системы.[11]
Таким образом, наиболее важной составляющей беспилотного авиационного комплекса является система управления и связи.[12]
[править] Классификация
[править] По назначению
По назначению БПЛА бывают для научных (испытания новой техники, в том числе новых принципов полёта, наблюдения за природными явлениями и др.) и прикладных целей (подразделяются на БПЛА для военного и гражданского применения).[13]
[править] Военные
По функциональному назначению классифицируют на наблюдательные (могут использоваться, в частности, для корректировки огня на поле боя); разведывательные; ударные (для ударов по наземным целям посредством ракетного вооружения; разведывательно-ударные; бомбардировочные; истребительные для уничтожения воздушных целей); радиотрансляционные; БПЛА РЭБ (для целей радиоэлектронной борьбы); транспортные; БПЛА-мишени; БПЛА-имитаторы цели; многоцелевые БПЛА.[14]
[править] Гражданские
Применяются для мониторинга различных объектов [видеонаблюдение с целью охраны различных объектов; мониторинг лесных массивов службой лесоохраны; наблюдение за движением на железных и шоссейных дорогах, контроль судоходства; наблюдение за посевами предприятий сельского хозяйства; картографирование земной поверхности; разведка и составление планов помещений с помощью малых БПЛА внутри разрушенных или опасных зданий; мониторинг нефтегазовых объектов, особенно трубопроводов; радиационная и химическая разведка на опасных территориях; видеофотосъёмка труднодоступных промышленных объектов (линий электропередач, опор мостов, дымовых труб, ветрогенераторов, антенн и т. д.); мониторинг опасных природных явлений (паводков, извержений вулканов, лавиноопасных горных районов и др.); поиск полезных ископаемых с помощью специальных средств зондирования и др.]; рекламных, познавательных акций (видео- и фотосъёмка объектов архитектуры, природы, бизнеса, а также массовых мероприятий с целью презентации или рекламы; использование БПЛА в качестве носителей рекламы; авиамоделизм и авиаконструирование; использование малых БПЛА в качестве арт-объекта или объекта развлечения и др.); для доставки грузов и подобных мероприятий (доставка почты; доставка инструментов, комплектующих и материалов на строительные объекты; монтаж различных конструкций; распыление химикатов и внесение удобрений на полях; прокладка кабеля в опасных зонах; доставка продуктов, горючего, запчастей, источников питания и т. д. в труднодоступные районы для обеспечения альпинистов, туристов, экспедиций; сброс маркеров — световых, радиоизлучающих, для обозначения каких-либо объектов; доставка медикаментов и медоборудования для пострадавших в зоны аварий и катастроф и др.); ретрансляции сигналов (ретрансляция радиосигналов с целью увеличения дальности действия каналов связи; использование БПЛА в качестве носителей осветительного оборудования и др.).[15]
[править] По принципу полёта
По принципу полёта БПЛА можно разделить: на БПЛА с жёстким крылом (самолётного типа); с гибким крылом; с вращающимся крылом (вертолётного типа); с машущим крылом; аэростатического типа, а также на различные гибридные подклассы аппаратов, которые трудно однозначно отнести к какой-либо из перечисленных групп. Особенно много таких БПЛА, которые совмещают качества аппаратов самолётного и вертолётного типов.[16]
[править] Самолётного типа
У БПЛА самолётного типа подъёмная сила создаётся аэродинамическим способом за счёт напора воздуха, набегающего на неподвижное крыло. Аппараты такого типа, как правило, отличаются большей длительностью полёта, максимальной высотой полёта и высокой скоростью. БПЛА самолётного типа различаются по взлётной массе и бывают лёгкие (взлётная масса меньше 20 кг; выполнены в основном по схеме «летающее крыло», обладающей наибольшей несущей площадью и полезным объёмом при минимальных габаритах; используется в основном электродвигатель; время полёта около 1 ч, высота полёта до 1 км), средние (от 20 до 200 кг; наряду с электродвигателями применяют современные ДВС малой кубатуры; время полёта несколько часов и высота до 3-5 км); тяжёлые (более 200 кг, время полёта 10-12 ч и высота до 9-10 км; базируются на аэродромах, могут взлетать и садиться на асфальтовые и грунтовые аэродромы, а также взлетать с катапульты или с использованием твердотопливных ускорителей; в основном применяются бензиновые двигатели внутреннего сгорания, чаще всего 4-цилиндровые, имеют гиростабилизированную поворотную платформу для установки полезной нагрузки), сверхтяжёлые (более 1500 кг; высота полёта до 20 км, время полёта 24 ч и более; такие аппараты появились сравнительно недавно и мало распространены, используются как аппараты-аналоги пилотируемых самолётов и сверхдальние стратегические разведчики).[17]
[править] С гибким крылом
Это дешёвые и экономичные летательные аппараты аэродинамического типа, в которых в качестве несущего крыла используется не жёсткая, а гибкая (мягкая) конструкция, выполненная из ткани, эластичного полимерного материала или упругого композитного материала, обладающего свойством обратимой деформации. В этом классе БПЛА можно выделить беспилотные моторизованные парапланы, дельтапланы и БПЛА с упруго деформируемым крылом. Крыло в аппаратах такого типа выполняется из композитного материала с большой степенью упругости. Это позволяет сворачивать крыло без опасения потерять его форму.[18]
[править] Вертолётного типа
БПЛА с вращающимся крылом. Подъёмная сила у аппаратов этого типа также создаётся аэродинамически, но не за счёт крыльев, а за счёт вращающихся лопастей несущего винта (винтов). Крылья либо отсутствуют вовсе, либо играют вспомогательную роль. Очевидными преимуществами БПЛА вертолётного типа являются способность зависания на месте и высокая маневренность, поэтому их часто используют в качестве воздушных роботов.[19]
[править] С машущим крылом
Основаны на бионическом принципе — копировании движений, создаваемых в полёте летающими живыми объектами — птицами и насекомыми.[20]
[править] Аэростатического типа
Особый класс БПЛА, в котором подъёмная сила создаётся преимущественно за счёт архимедовой силы, действующей на баллон, заполненный лёгким газом (как правило, гелием). Этот класс представлен, в основном, беспилотными дирижаблями.[21]
[править] История
Первые БПЛА (летающие модели планёров и самолётов) появились в начале XX в. В середине 1930-х годов создавались дистанционно управляемые воздушные мишени, используемые на учебных стрельбах. С 1950-х годов во многих странах стали создавать БПЛА для аэрофотосъёмки, мониторинга окружающей среды, военной разведки, а также для точечного поражения военных целей. Первые ударные БПЛА появились в 1950-х гг. Это был дистанционнопилотируемый противолодочный вертолёт QH-50 DASH со взлётным весом 1000 кг, оснащённый поршневым двигателем. БПЛА по командам корабельной системы наведения выходил в район нахождения подводной лодки и сбрасывал противолодочную самонаводящуюся торпеду. Боевой радиус действия составлял 50-70 км.[22]
[править] Перспективы
По прогнозу Forecast International, опубликованному в апреле 2014 года, в ближайшие 10 лет объём продаж БПЛА в мире вырастет с $0,942 млрд в 2014 году до $2,3 млрд в 2023 году.[23]
