Прилетит вдруг волшебник — беспилотный мультикоптер

Фото: Shutterstock

Беспилотники из дорогой игрушки превращаются в один из важнейших видов транспорта. Они способны спасать и убивать, а иногда то, что они научились делать, кажется чудом. Изменят ли они наш мир так же, как его изменили автомобили и самолеты?

В середине июля 2020 года спикер Совета Федерации Валентина Матвиенко потребовала ужесточить законодательство в отношении использования дронов. «Сегодня нужно жесткое законодательство, которое отрегулировало бы использование летательных аппаратов в России, в том числе в целях защиты важных инфраструктурных объектов», — процитировала ее «Парламентская газета». Буквально за неделю до этого Франция запретила эксплуатацию дронов весом более 800 граммов без радиомаячков.

Двумя месяцами ранее, в условиях мирного времени и прекрасной погоды, Латвия на три дня закрыла из-за дронов свое небо: в нем… потерялся мультикоптер. Penguin производства латвийской компании UAVFactory — не детская игрушка. Владелец UAVFactory Константин Попик сообщил в интервью Neatkarīgā Rīta Avīze, что такой аппарат стоит от 100 тыс. евро и выше, его масса — 26 кг, поднимается дрон до пяти километров над уровнем моря, без подзарядки может летать 90 часов и сам шифрует свои сигналы. К тому же его крайне сложно перехватить.

Столкновение с таким устройством в воздухе — смерть для любого самолета, поэтому небо и закрыли. Всем миром искали дрон — и не нашли. То ли где-то тихо приземлился, когда батарейки сели, то ли кто-то умыкнул. Министр сообщения Латвии Талис Линкайтс порадовался, что из-за пандемии самолеты все равно не летали — не было бы счастья, да несчастье помогло.

Инциденты с коптерами случаются все чаще. Они отрубали куски крыльев у самолетов, падали людям на головы. В небе становится тесно: по оценке NY Times, в мире ежегодно продается около 10 млн дронов. Треть из них – гражданского назначения.




Рисунок 1. Продажи коммерческих мультикоптеров в мире. Источник: J’son & Partners Consultin

 Данные федерального сетевого оператора НП «ГЛОНАСС» говорят о наличии в России порядка 800 тыс. БВС, включая личные и коммерческие аппараты. Точной статистики нет, поскольку регистрируются далеко не все беспилотники: лишь те, что тяжелее 250 граммов (и то с сентября 2019 года). За прошедшее время процедуру регистрации прошли 15,3 тыс. дронов.



Рисунок 2 Источник: J’son & Partners Consulting

Абсолютное большинство продаваемых и используемых беспилотных воздушных судов (БВС) — вертолетного типа (см. справку 1). Это, собственно, вертолеты без летчиков, конвертопланы (их двигатели могут ориентироваться по горизонтали и вверх), мультикоптеры (три винта и более). Еще есть планеры, но они не слишком популярны.




Рисунок 3. Источник: J’son & Partners Consulting

С каждым месяцем эти аппараты становятся все дешевле. Благодаря внедрению новых материалов, аккумуляторов и массового производства стоимость многих моделей оказалась ниже тысячи долларов (за что большая благодарность прежде всего китайским компаниям, таким как DJI). Во-вторых: применяемое на БВС навесное оборудование стало настолько разнообразным, что позволило использовать дроны в самых разных сферах человеческой деятельности. Но к чему ведет новая технология и каковы далекоидущие последствия применения БВС?

Дрон с тысячью лиц

Сегодня беспилотники (и в первую очередь мультикоптеры) применяются любителями, а также кинорежиссерами, тележурналистами и свадебными операторами для панорамных съемок. Дроны обследуют трубопроводы, доставляют продукты питания и медикаменты в отдаленные вахтовые поселки. Опрыскивают поля, оценивают состояние растений, почв и даже пасут скот. В труднодоступных местах с помощью беспилотников ведется поиск и спасение людей, разведка и тушение очагов лесных пожаров. В строительстве БВС используют для проведения геодезических работ, подъема и перемещения стройматериалов, в труднодоступных местах — для окраски стен, сварки, слесарных работ, в банковской сфере — для инкассации или ее сопровождения.

Дроны применяются даже там, где вчера их трудно было представить. Ученые из Гонконгского университета создали беспилотник для поиска окаменевших животных и растений. Для палеонтологов разведка всегда была очень трудоемким процессом — приходилось неделями бродить в пустынях и степях. Теперь эту работу делает дрон Laser Raptor. По ночам с высоты четырех метров он облучает лазером минералы и соли: окаменелости начинают светиться, а обычные камни остаются темными. Беспилотник фиксирует координаты замеченных объектов и передает их ученым. Laser Raptor был успешно протестирован в США на бесплодных землях Аризоны и Вайоминга. В будущем он может быть приспособлен для поиска таких вещей, как драгметаллы, драгоценные камни или даже археологические артефакты.

Есть интересные кейсы и в российской практике. В июне 2020 года энергетики Тамбова промониторили с дрона 65 км магистральных, распределительных и подводящих теплосетей. Аппарат оснастили двумя камерами: фотокамерой высокого разрешения и тепловизионной. БВС, пролетая над сетями, фиксировал их трассировку и температурные аномалии (утечки теплоносителя, отсутствие теплоизоляции). Во время обследования тамбовских сетей беспилотник сделал около 20 тыс. снимков.

«Тепловые сети необходимо регулярно обследовать. Благодаря беспилотным технологиям нам удалось в короткий срок проверить сети даже в труднодоступных для наших специалистов местах. Полученные данные мы учли при проведении летней ремонтной кампании», — рассказал местным СМИ представитель тамбовской теплоэнергетической компании Олег Висков.

Сегодня наиболее востребованные заказы из промышленной сферы по использованию БВС — съемка под инженерно-геодезические изыскания (получение информации при облете дронами о плановом и высотном положении объектов для последующего использования при создании топографических планов) и создание 3D-модели какого-либо объекта (например, для составления дефектной ведомости при реставрации старого особняка). Применение беспилотников в этих случаях, в зависимости от масштабов, ускоряет и удешевляет работы в 5–20 раз.

БВС против COVID

Кажется, что как только появляется проблема, люди придумывают, как применить к ней дроны. В апреле этого года рабочая группа «Аэронет» Национальной технологической инициативы (НТИ) совместно с разработчиками, бизнесменами и Фондом перспективных исследований предложила свои решения по борьбе с COVID-2019. Доставка грузов, анализов, вакцин и лекарств в труднодоступные районы, распыление противовирусных аппаратов, фото- и видеомониторинг мест скопления людей — все это могут БВС. Московское ОКБ «АТМ грузовые дроны» (HOVERSURF) предложило дрон — «скорую помощь» с использованием технологий искусственного интеллекта и новейшего поколения связи 5G. Беспилотник в условиях города или пересеченной местности способен доставлять не только медикаменты и оборудование, но даже медперсонал и пациентов. Компания заявляет о готовности этого аппарата к серийному производству в октябре-ноябре 2020 г.

За рубежом борьба с пандемией коронавируса также расширила спектр применения БВС. В одном из округов американского штата Вирджиния дроны компании Alphabet начали доставлять книги школьникам, которые не имели возможности посещать библиотеки из-за COVID-2019. По сообщению CNN, в первые дни после запуска сервиса беспилотники доставили школьникам больше 30 книг.

Человек, подвинься!

Еще три года назад Билл Гейтс выступил с заявлением о том, что роботы могут заменить человека во многих профессиях. Оно вроде бы и неплохо — но куда деваться людям, которые лишатся работы? Билл Гейтс даже предложил обложить роботов налогами в пользу новых безработных. Один из самых главных претендентов на замену человека — дрон. Эксперты неоднократно высказывали предположения, что работы полностью или частично лишатся курьеры, саперы, автоинспекторы и люди многих других профессий — прежде всего связанных с риском, а также с передвижениями на большие расстояния (фермеры, геодезисты, туристические проводники и другие).

Мы составили табличку с перечнем профессий, в которых дроны могут помочь… или потеснить людей.

Как видно из описания функционала БВС, они не способны будут взять на себя абсолютно всю работу. Более того, в большинстве случаев речь идет об ограниченных обязанностях. Даже самым автономным дроном кто-то должен управлять: ставить ему задачу, контролировать исполнение. По мере увеличения количества дронов в воздухе понадобится более жесткий контроль за ними — в том числе со стороны человека. Преимущество в прекрасном «беспилотном будущем» получат те, кто будет с дронами на ты. Так что если вы нашли в перечне профессий свою и хотите оседлать волну успеха (или просто не остаться не у дел), то самое время освоить управление беспилотниками. В России для этого функционируют соответствующие центры (см. «Чтобы число взлетов равнялось количеству посадок»). Практика показывает, что стажеры осваивают навыки управления дронами на профессиональном уровне примерно за год. Повышение квалификации на этом не заканчивается — это непрерывный процесс, поскольку на рынке примерно каждые полгода появляются инновации, связанные с созданием новых автопилотов, систем управления, навесных приборов и многого другого (подробнее см. интервью «Чтобы число взлетов равнялось количеству посадок»). Такие новинки необходимо постоянно отслеживать и тестировать, иначе можно быстро проиграть конкурентную борьбу.

Совместимость гения со злодейством

Любое изобретение человечество способно использовать как с пользой для себя, так и во вред — случайно или намеренно. На YouTube уже достаточно большое количество роликов, в которых дроны создают опасные ситуации в воздухе или даже сталкиваются с самолетами:

Нередко такие аппараты пролетают над запрещенными участками, опасно сближаются с авиатехникой, сталкиваются со зданиями, сооружениями и памятниками, падают на людей (см. ниже — «Громкие инциденты с использованием дронов»). Эти происшествия можно списать на безответственность, но с помощью дронов все чаще прямо нарушают закон — ведут несанкционированную слежку за конкурентами или неверными супругами, транспортируют наркотики… В последние годы во многих странах мира, включая Россию, США и другие, стало расти количество инцидентов с дронами и заключенными: на зону дронами провозят наркотики, оружие, смартфоны.

В Великобритании в 2013 году не было зафиксировано ни одного случая появления беспилотников возле тюрем. В 2014 году случилось два таких инцидента, в 2015-м — уже 33. В 2016 году в результате происшествия с БВС погиб первый англичанин: полицейские заметили рядом с тюрьмой дрон, а также подозрительный автомобиль неподалеку, откуда им управляли. Водитель попытался убежать от стражей порядка. Все закончилось аварией — шофер получил травмы, а женщина, находящаяся на заднем сиденье, скончалась.

В нашей стране в мае 2020 года сотрудники оперативного отдела нижегородского СИЗО сбили самодельный квадрокоптер. Как сообщает «Коммерсантъ», он уже перелетел через ограждение территории изолятора. К аппарату были прикреплены 46 сим-карт, 31 сотовый телефон, 14 зарядных устройств и семь мобильных гарнитур. Все оборудование изъяли сотрудники ГУ ФСИН. Аналогичный инцидент произошел в 2017 году в СИЗО Новосибирска, где бдительные сотрудники камнями сбили сразу два квадрокоптера с телефонами для заключенных. Бывают и другие инциденты (см. справку 2) Мер противодействия БВС пока немного: их сложно отследить вручную, еще сложнее — автоматически. Известен случай с атакой йеменских хуситов на нефтеперерабатывающие заводы в Саудовской Аравии — тогда дроны совершили успешный налет, хотя производство защищали три батареи ПВО и зенитные комплексы. Однако, как рассказал нам управляющий директор «Лаборатории Касперского» в Центральной Азии, СНГ и Балтии Евгений Питолин, сейчас вовсю идут разработки систем обнаружения таких аппаратов с помощью искусственного интеллекта. Нейросеть должна будет определить, где дрон, а где птица или другой объект. После обнаружения дрон может быть уничтожен из огнестрельного оружия (или же его электроника будет поражена электромагнитным импульсом с земли).

«Слава богу, у нас не случалось таких инцидентов (потери или поломки БВС), в результате которых мы нанесли бы кому-то какой-то ущерб. Но абсолютно все компании, использующие дроны, их так или иначе теряют, — поделился генеральный директор компании Aerostream (Санкт-Петербург) Андрей Буторин.

Андрей Буторин, из личного архива

 — В крупных городах уже работает очень много систем подавления — средств радиоэлектронной борьбы. Сейчас можно за вполне приемлемые деньги купить глушилки, которые способны подавлять радиосигналы в радиусе до 500 м. Все дроны, которые залетают в зону подавления, теряют сигналы от спутников и уже не слушаются внешнего пилота. Но те, кто регулярно использует беспилотники, естественно, заранее изучают, в какой зоне они будут применяться. Полеты согласовываются, получаются разрешения от администрации населенных пунктов и на использование воздушного пространства РФ, на специальном портале изучаются воздушные зоны. В некоторых случаях бывает, что вы попадаете дополнительно в зону ФСО, например. И если у вас согласован полет, то ФСО на это время отключает свои глушилки. Инциденты, скорее, возникают у тех, кто летает без согласований», — считает он.

Таким образом, компании — профессиональные эксплуатанты дронов, как правило, страхуют ответственность внешних пилотов, ведь им часто приходится работать в больших городах. Если беспилотник упал и нанес ущерб, то компенсацию пострадавшей стороне выплачивает страховая компания.

«Городские власти Москвы уже требуют такую страховку при использовании беспилотников. Да и нам так спокойнее работать, — говорит Андрей Буторин. — Инциденты случаются даже при наличии необходимых согласований. Например, в прошлом году мы работали в Москве, наш заказчик все эти вопросы согласовал. Тем не менее наш сигнал периодически глушили. Ни мы, ни ФСО так и не узнали, кто это делал. Инциденты также возникают из-за глушилок, которые устанавливаются на фурах против системы «Платон». В радиусе около 150 метров от машины глушат сигнал».

Век мультикоптеров

Производители дронов тоже не игнорируют искусственный интеллект. Он позволяет свести к минимуму участие человека в полете аппарата: в случае какого-то отказа, потери связи с оператором или иной нештатной ситуации аппарат может сам вернуться на базу и приземлиться.

Эволюция дронов идет и по другим направлениям. Со стороны бизнеса есть запрос на повышение автономности и эффективности беспилотных воздушных судов. В ответ разработчики расширяют функционал дронов, в основном навешивая на них новое оборудование. Например, они оснащают БВС гиперспектрометрами, способными точечно определять состав вещества. Это позволяет дронам контролировать процессы в сельском хозяйстве «с точностью до листика». Другая инновация — микрогазохроматограф, с помощью которого можно проводить быстрый и качественный химический анализ атмосферы. Активно развивается и такое направление, как визуальное ориентирование БВС на местности без привязки к спутникам.

Разрабатываются нетривиальные летные схемы, в том числе различные гибридные варианты. Например, многие производители, в том числе российские, скрещивают дроны вертолетного типа (они эффективнее в городе) с беспилотниками самолетного типа (у них высокие скорости и грузоподъемность). В итоге создаются различные модели конвертопланов, доля которых будет только расти.

Еще один микс — совмещение двигателей разных типов, оптимизированных для отдельных этапов полета. К примеру, привязные дроны, подключенные кабелем к наземному источнику энергии, теоретически способны висеть в воздухе бесконечно. Такие системы уже отлично зарекомендовали себя в качестве мобильных ретрансляторов спутникового или GSM-сигнала.

Производители пытаются снизить вес дронов с помощью новых материалов — например, углепластика. Композиты позволяют сократить количество деталей, что ускоряет сборку аппаратов, но делает их более хрупкими: после удара в таких деталях образуются микротрещины, которые при циклических нагрузках приводят к расслоению материала. Из композитов можно изготовить фюзеляж, крылья, хвостовое оперение, но нельзя сделать детали двигателя, потому что полимеры не выдерживают высокой температуры. Эти проблемы пытаются решать: так, группа ученых с кафедры химической технологии МГУ разработала полимер, выдерживающий повышенные температуры. Эта работа уже дошла до этапа опытно-промышленного производства.

Еще один тренд — создание полностью электрических дронов, где нет ни гидравлики, ни пневматики, а все приводы являются электрическими.

Если же говорить о сферах применения дронов, то одна из самых перспективных — перевозка тяжелых грузов и людей. По прогнозам экспертов, такие воздушные мультикоптеры можно будет приравнять по стоимости к массовому легковому транспорту. В Китае уже были опробованы при неблагоприятных погодных условиях, в темноте и тумане «крылатые такси», которые совершили более тысячи тестовых перелетов с пассажиром на борту. В России подобная техника внесена в «Дорожную карту» развития рынка, однако эксперты считают, что поддержку этого направления нужно усиливать (См. интервью «Надо создавать собственный беспилотный авиапром»).

Мультикоптер промышленного назначения Braeron от московской компании «Индустриальные дроны» может стать первым официально зарегистрированным тяжелым беспилотником на территории России: в июне 2020 года производитель отправил в Росавиацию соответствующую заявку. По утверждению разработчиков, Braeron способен перевозить грузы до 200 кг на расстояние до 300 км. Аппарат может находиться в воздухе до двух с половиной часов, разгоняться до 70 км/ч и летать в труднодоступных регионах в любое время суток при широком спектре погодных условий. Максимальная взлетная масса мультикоптера заявлена на уровне 600 кг в сельскохозяйственном назначении и 640 кг в логистическом. Его основные задачи — перевозить грузы, орошать поля и тушить пожары. Основные вопросы здесь связаны с гарантией полной безопасности пассажирских перевозок и созданием новых аккумуляторных батарей высокой мощности. Пока что БВС, предназначенные для пассажирских перевозок, способны летать до 25 минут на максимальной скорости 130 км/ч.

Не оставляя следов

Разные государства по-разному подходят к использованию БВС. Выступлению Валентины Матвиенко с требованиями ужесточить законодательство предшествовала либерализация рынка: с февраля 2020 года в России разрешили запускать дроны весом до 30 кг в светлое время суток на высоту до 150 м без разрешения на использование воздушного пространства. Только вблизи аэропортов или других зон с ограничениями полетов нужна «бумажка». Другое дело, что такая зона может быть в двух шагах от вашего дома, а вы об этом можете не знать.

Впрочем, эксперты считают, что это мнимый либерализм — следствие непроработанности вопроса (подробнее см.  интервью «Депутаты не могут угнаться за дронами»). Зачастую он оборачивается ужесточением правил регулирования БАС в частных вопросах (подробнее см. «Рынок беспилотников живет «под колпаком»). Как соблюсти интересы экономики, для которой дроны становятся своего рода «сквозной» технологией, и защитить общество от неправомерного использования беспилотников? Пока ни у кого в мире нет ответа на этот вопрос. Преимущества БВС слишком велики, чтобы жестко запрещать их, но и угрозы тоже значительны. Очень похоже на ситуацию с машинами: чтобы научиться жить рядом с ними, человечеству понадобилось 43 года — от производства первого серийного автомобиля Карла Бенца (1888 г.) до международной унификации правил дорожного движения (1931 г., Женева). Хотя первые БВС были выпущены еще во время Первой мировой войны, эпоха дронов наступила в начале XXI столетия. Интересно, сколько времени понадобится еще, чтобы унифицировать правила для беспилотников?

Справка 1. Классификация беспилотников

Фото: Shutterstock

По типу конструкции (в зависимости от элементов и их количества, обуславливающих метод полета аппарата) беспилотные воздушные суда делятся на беспилотники самолетного и вертолетного типа.

БВС самолетного типа обладают неподвижным крылом, чья поверхность создает подъемную силу. Благодаря жесткому крылу они более устойчивы к ошибкам пилотирования или техническим неисправностям.

Такие аппараты, в отличие от дронов вертолетного типа, могут переносить больше оборудования на бóльшие расстояния и с меньшей затратой энергии. Они подходят для доставки небольших грузов и выполнения длительных миссий. Но для задач, требующих высокой точности, следует выбрать иной тип дронов, поскольку БВС с неподвижным крылом не способны зависать над одним местом и, соответственно, не могут обеспечить точную позицию камеры.

Полет БВС вертолетного типа осуществляется за счет подъемной силы, создаваемой несущими винтами. Главное преимущество таких аппаратов — возможность вертикального взлета и посадки, что позволяет использовать эти беспилотники в ограниченном пространстве. Возможность зависнуть и маневрировать позволяет данному типу БВС выполнять высокоточные миссии, например, инспекции железной дороги, трубопроводов, электросетей, мостов и пр. С другой стороны, дроны вертолетного типа требуют большего ухода с точки зрения техобслуживания и ремонта.

БВС вертолетного типа подразделяются на, собственно, дроны-вертолеты и мультикоптеры с тремя и более несущими винтами (есть разновидности дронов даже с 16 винтами). Мультикоптеры легче в управлении и более стабильны, поэтому они применяются для решения задач, требующих исключительной точности: например, для киносъемки, топографической аэрофотосъемки, мониторинга инфраструктуры. При этом мультикоптеры, как правило, обладают меньшим запасом энергии и дальности полета.

Одним из наиболее перспективных типов БВС в последнее время считается конвертоплан — это аппарат с поворотными двигателями, который взлетает так же, как вертолет, а в полете движется как самолет. Сочетание преимуществ первых двух типов беспилотников делает такие дроны универсальными: они могут выполнять очень широкий спектр задач, что позволяет им претендовать на ощутимую долю рынка.

Справка 2. Громкие инциденты с использованием дронов

Октябрь, 2015 г. В штате Калифорния, в Голливуде беспилотник врезался в линию электропередач и рухнул на перекресток. Никто не пострадал, но в результате инцидента примерно на три часа было отключено электричество в домах, где проживали около 650 человек.

Апрель, 2016 г. На концерте в Лондоне надувной беспилотник группы Muse, известный среди поклонников группы как Dildrone, упал на зрителей. К счастью, никто не пострадал. Ранее этот дрон уже падал во время концерта Muse — прямо на сцену, впрочем, тоже никого не задев.

Апрель, 2016 г. За попытку запустить беспилотник над Колизеем, чтобы получить красивые кадры, в Италии арестован французский турист. Он нарушил сразу несколько итальянских законов — поднял дрон слишком высоко, направил его над скоплением людей и управлял им со слишком далекого расстояния.

Июль, 2017 г. В парке города Огаки (Япония) демонстрировались роботизированные технологии. Четырехкилограммовый беспилотник диаметром 85 см разбрасывал сверху конфеты. Внезапно он врезался в толпу, в результате чего ранения получили шесть человек, включая детей. Пилот БВС имел разрешение от японского Минтранса на эксплуатацию беспилотника на мероприятии.

Март, 2020 г. Почти на два часа была приостановлена работа международного аэропорта во Франкфурте-на-Майне по причине обнаруженного на его территории беспилотника. Это не первый случай приостановки функционирования главной воздушной гавани Германии: в 2019 году это случалось дважды — в марте и мае. В обоих случаях аэропорт не работал по полчаса.

Хотите стать частью перспективного рынка AeroNet? Присоединяйтесь к цифровому сообществу рынка AeroNet НТИ здесь: https://nti2035.ru/nti_new/community

Автор публикации

не в сети 2 месяца

Платформа НТИ

Комментарии: 1Публикации: 329Регистрация: 27-07-2020

Добавить комментарий

Авторизация
*
*
Регистрация
*
*
*
Пароль не введен
Генерация пароля