Полезная нагрузка бпла доклад

Обновлено: 30.06.2024

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.

На сегодняшний день в России созданы три тактических комплекса БПЛА:

Рис.1. Классификация БПЛА

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.

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.

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.

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:

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.

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 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).

Перспективными направлениями по разработке БПЛА являются:

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.

Как сообщает веб-ресурс Mil.Press Военное в материале Валерия Бутымова "БПЛА "Форпост" сменит израильскую полезную нагрузку на новые российские системы", тактический беспилотный летательный аппарат "Форпост-Р" станет носителем российских гиростабилизированных оптико-электронных систем. Изделия разработки Уральского оптико-механического завода (входит в холдинг "Швабе" госкорпорации "Ростех") и НПП "Авиационная и морская электроника" заменят многоцелевую оптико-электронную систему MOSP (Multi-mission Optronic Payload) производства TAMAM Division (подразделение Israel Aerospace Industries, IAI). Российские cпециалисты по оптике и беспилотным летательным аппаратам рассказали Mil.Press Военное, зачем это потребовалось и какие преимущества дает.

Беспилотный летательный аппарат "Форпост" (IAI Searcher Mk II) / Фото: Mil.Press Военное

На военном форуме в 2019 году корреспондент Mil.Press Военное сообщал, что НПП "Авиационная и морская электроника" представило гиростабилизированную оптико-электронную систему ГОЭС-4, предназначенную для БПЛА "Форпост-Р".

Оптико-электронная система массой 32 кг включает в себя тепловизионный блок с охлаждаемой матрицей 3-5 мкм, телевизионный блок и лазерный дальномер-подсветчик НТЕВ.461321.011 производства компании "Квантовая оптика".

В то же время, существует другая система – ГОЭС-540, разработкой которой занимался Уральский оптико-механический завод.

"Ростех" в своем отчете относит разработку и поставку этой системы к ключевым достижениям холдинга "Швабе" в 2018 году.

ГОЭС-540, как и ГОЭС-4, включает в себя оптический канал видимого диапазона, канал теплового диапазона и лазерный дальномер. Система может применяться в температурном диапазоне от минус 60°С до плюс 55°С. Масса изделия – около 30 кг.

Вадим Бадеха, генеральный директор Уральского завода гражданской авиации, производящего "Форпост", прокомментировал Mil.Press Военное вариативность полезной нагрузки БПЛА: "Форпост" может работать с обеими оптико-электронными системами. Какая конкретно будет применяться, решает заказчик. Основной системой считается ГОЭС-540 производства УОМЗ. ГОЭС-4 от НПП "АМЭ" будет опциональной".

Эксперт по беспилотной авиации Денис Федутинов положительно оценил политику УЗГА по диверсификации поставщиков, когда два предприятия производят полезную нагрузку для одного изделия: "Возможность выбора различных вариантов систем наблюдения для оснащения БПЛА "Форпост-Р" держит в тонусе разработчиков. Во-первых, они понимают, что их положение на рынке не монопольно. Во-вторых, это может положительно сказаться на расширении круга их потенциальных заказчиков. При этом, если разработка НПП "АМЭ" пройдет госиспытания по линии Минобороны РФ, у нее будут перспективы не только гражданского применения".

Оценивая израильское изделие, специалист добавил, что MOSP-3000 поставлялась в Россию в "урезанном варианте": без аппаратуры измерения дальности и подсветки цели для управляемого вооружения.

Гиростабилизированная оптико-электронная система ГОЭС-4 производства АО "НПП "Авиационная и морская электроника" (НПП "АМЭ", Санкт-Петербург) / Фото: Mil.Press Военное, Андрей Сергеев

Собеседник Mil.Press Военное из "Швабе", знакомый с изделием УОМЗ, сообщил, что разработка уральского завода превосходит израильскую систему, которая применялась до сих пор. По его словам, оригинальная MOSP-3000 обладала выдающимися качествами, когда появилась, но сейчас устарела. "Мы создали российскую систему, которая отвечает современным требованиям к средствам оптико-электронной разведки. Она поможет повысить эффективность боевого применения модернизированного "Форпоста", – подытожил собеседник из "Швабе".

БПЛА "Форпост" – это локализованная версия израильского беспилотника Searcher Mk II компании IAI. Изначально он собирался из иностранных комплектующих, но в 2016 году УЗГА взял курс на импортозамещение.

О поставках модернизированных комплексов, собранных на отечественной компонентной базе, представители УЗГА сообщали в начале 2017 года, когда завод посетил министр обороны России Сергей Шойгу.

В конце 2017 года заместитель министра Юрий Борисов высоко оценил комплексы, применявшиеся в Сирии, и уточнил, что по заказу Минпромторга завод выполнил работу по импортозамещению.

В декабре 2019 года Интерфакс сообщил, что российский БПЛА "Форпост-Р" прошел заводские испытания и готовится к государственным.

В последние годы появилось большое количество публикаций по использованию для решения топографических задач беспилотных летательных аппаратов (БПЛА), или беспилотных авиационных систем (БАС). Такой интерес в немалой степени вызван простотой их эксплуатации, экономичностью, относительно невысокой стоимостью, оперативностью и т.д. Перечисленные качества и наличие эффективных программных средств автоматической обработки материалов аэрофотосъемки (включая выбор необходимых точек) открывают возможности широкого использования программно-технических средств беспилотной авиации в практике инженерно-геодезических изысканий.

В этом номере обзором технических средств беспилотной авиации мы открываем серию публикаций о возможностях БПЛА и опыте их использования при полевых и камеральных работах.

БЕСПИЛОТНЫЕ ЛЕТАТЕЛЬНЫЕ АППАРАТЫ: ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА

Часть 1. Обзор технических средств

Беспилотные летательные аппараты появились в связи с необходимостью эффективного решения военных задач — тактической разведки, доставки к месту назначения боевого оружия (бомб, торпед и др.), управления боевыми действиями и пр. И не случайно первым их применением считается доставка австрийскими войсками бомб к осажденной Венеции с помощью воздушных шаров в 1849 году [1]. Мощным импульсом к развитию БПЛА послужило появление радиотелеграфа и авиации, что позволило существенно улучшить их автономность и управляемость.

Так, в 1898 году Никола Тесла разработал и продемонстрировал миниатюрное радиоуправляемое судно, а уже в 1910 году американский военный инженер Чарльз Кеттеринг предложил, построил и испытал несколько моделей беспилотных летательных аппаратов [2]. В 1933 году в Великобритании разработан первый БПЛА

многократного использования, а созданная на его основе радиоуправляемая мишень использовалась в королевском флоте Великобритании до 1943 года.

После окончания Великой Отечественной войны интерес к БПЛА существенно возрос, а начиная с 1960-х годов отмечается их широкое внедрение для решения задач невоенного характера.

В целом историю БПЛА можно условно разделить на четыре временных этапа [3]:

1.1849 год–начало ХХ века — попытки и экспериментальные опыты по созданию БПЛА, формирование теоретических основ аэродинамики, теории полета и расчета самолета в работах ученых.

2.Начало ХХ века — 1945 год — разработка БПЛА военного назначения (самолетов-снарядов с небольшой дальностью и продолжительностью полета).

3.1945–1960 годы — период расширения классификации БПЛА по назначению и создание их преимущественно для разведывательных операций.

4.1960 годы — наши дни — расширение классификации и усовершенствование БПЛА, начало массового использования для решения задач невоенного характера.

КЛАССИФИКАЦИЯ БПЛА

Общеизвестно, что аэрофотосъемка, как вид дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ), — это наиболее производительный метод сбора пространственной информации, основа для создания топографических планов и карт, создания трехмерных моделей рельефа и местности. Аэрофотосъемка выполняется как с пилотируемых летательных аппаратов — самолетов, дирижаблей мотодельтапланов и аэростатов, так и с беспилотных летательных аппаратов (БПЛА).

Беспилотные летательные аппараты, как и пилотируемые, бывают самолетного, а также вертолетного типа (вертолеты и мультикоптеры — летательные аппараты с четырьмя и более роторами с несущими винтами). В настоящее время в России не существует общепринятой классификации БПЛА самолетного типа. Missiles.

Легкие БПЛА малого радиусадействия. К этому классу относятся несколько более крупные аппараты — взлетной массой от 5 до 50 килограммов. Дальность их действия — в пределах 10–120 километров.

Взлетная масса, кг

Дальность действия, км

Среднетяжелые БПЛА. Этот класс имеют схожую с БПЛА предыдущего класса дальность применения, но обладают несколько большей взлетной массой — от 300 до 500 килограммов.

Беспилотные боевые самолеты (ББС). В настоящее время в мире активно ведутся работы по созданию перспективных БПЛА, имеющих возможность нести на борту оружие и предназначенных для ударов по наземным и надводным стационарным и подвижным целям в условиях сильного противодействия сил ПВО противника. Они характеризуются дальностью действия около 1500 километров и массой от 1500 килограммов.

На практике для аэрофотосъемки, как правило, применяются БПЛА весом до 10–15 килограммов (микро-, мини-БПЛА и легкие БПЛА). Это связано с тем, что при увеличении взлетного веса БПЛА растет сложность его разработки и, cоответственно, стоимость, но снижается надежность и безопасность эксплуатации. Дело в том, что при посадке БПЛА выделяется энергия E = mv2 / 2, а чем больше масса аппарата m, тем больше его посадочная скорость v, то есть выделяемая при посадке энергия очень быстро растет с ростом массы. А эта энергия может повредить как сам БПЛА, так и находящееся на земле имущество.

Беспилотный вертолет и мультикоптер лишены этого недостатка. Теоретически, такой аппарат можно посадить со сколь угодно малой скоростью сближения с Землей. Однако беспилотные вертолеты слишком дороги, а коптеры пока не способны летать на большие расстояния, и применяются только для съемки локальных объектов (отдельных зданий и сооружений).

Рис. 1. БПЛА Mavinci SIRIUS [5] Рис. 2. БПЛА Geoscan 101 [6]

ПРЕИМУЩЕСТВА БПЛА

Превосходством БПЛА перед пилотируемыми воздушными судами является, прежде всего, стоимость производства работ, а также значительное уменьшение количества регламентных операций. Само отсутствие человека на борту самолета значительно упрощает подготовительные мероприятия для проведения аэрофотосъемочных

Во-первых, не нужен аэродром, даже самый примитивный. Беспилотные летательные аппараты запускаются или с руки, или с помощью специального взлетного устройства — катапульты.

Во-вторых, особенно при использовании электрической двигательной схемы, отсутствует необходимость в квалифицированной технической помощи для обслуживания летательного аппарата, не так сложны мероприятия по обеспечению безопасности на объекте работ.

В-третьих, отсутствует или намного увеличен межрегламентный период эксплуатации БПЛА по сравнению с пилотируемым воздушным судном.

Данное обстоятельство имеет большое значение при эксплуатации аэрофотосъемочного комплекса в удаленных районах нашей страны. Как правило, полевой сезон аэрофотосъемочных работ короток, каждый погожий день необходимо использовать для производства съемки.

УСТРОЙСТВО БПЛА

Основными частями беспилотного аэрофотосъемочного комплекса являются: корпус, двигатель, бортовая система управления (автопилот), наземная система управления (НСУ) и аэрофотосъемочное оборудование.

Корпус БПЛА изготавливают излегкого пластика (например, углепластика или кевлара), чтобы защитить дорогостоящую фотоаппаратуру и средства управления и навигации, а его крылья — из пластика или экструдированного пенополистирола (EPP). Этот материал легок, достаточно прочен и не ломается при ударе. Деформированную деталь из ЕРР зачастую можно восстановить подручными средствами.

Легкий БПЛА с посадкой на парашюте может выдержать несколько сотен полетов без ремонта, который, как правило, включает замену крыльев, элементов фюзеляжа и др. Производители стараются удешевить части корпуса, подверженные износу, чтобы расходы пользователя на поддержа-БПЛА в рабочем состоянии были минимальными.

Надо отметить, что наиболее дорогостоящие элементы аэрофотосъемочного комплекса, наземная система управления, авионика, программное обеспечение, — вообще не подвержены износу.

Силовая установка БПЛА можетбыть бензиновой или электрической. Причем, бензиновый двигатель обеспечит намного более продолжительный полет, так как в бензине, в расчете на килограмм, запасено в 10–15 раз больше энергии, чем мож-но сохранить в самом лучшем аккумуляторе. Однако такая силовая установка сложна, менее надежна и требует значительного времени для подготовки БПЛА к старту. Кроме того, беспилотный летательный аппарат с бензиновым двигателем крайне сложно перевозить к месту работ на самолете. Наконец, он требует от оператора высокой квалификации. Поэтому бензиновый БПЛА имеет смысл применять только в тех случаях, когда необходима очень большая продолжительность полета — для непрерывного мониторинга, для обследования особо удаленных объектов.

Электрическая двигательная установка, напротив, очень нетребовательна к уровню квалификации обслу-живающего персонала. Современные аккумуляторные батареи могут обеспечить длительность непрерывного полета свыше четырех часов. Обслуживание электрического двигателя совсем несложно. Преимущественно это только защита от влаги и грязи, а также проверка напряжения бортовой сети, что осуществляется с наземной системы управления. Зарядка аккумуляторов производится от бортовой сети сопровождающего автомобиля или от автономного электрогенератора. Бесколлекторный электрический двигатель БПЛА практически не изнашивается.

Автопилот —с инерциальной системой (рис. 3) — наиболее важный элемент управления БПЛА.

Автопилот весит всего 20–30 граммов. Но это очень сложное изделие. В автопилоте, кроме мощного процессора, установлено множество датчиков — трехосевые гироскоп и акселерометр (а иногда и магнитометр), ГЛО-НАСС/GPS-приемник, датчик давления, датчик воздушной скорости. С этими приборами беспилотный летательный аппарат сможет летать строго по заданному курсу.

Рис. 3. АвтопилотMicropilot[7]

В БПЛА имеется радиомодем, необходимый для загрузки полетного задания, передачи в наземную систему управления телеметрических данных о полете и текущем местоположении на участке работ.

Наземная система управления

(НСУ) —это планшетный компьютерили ноутбук, оснащенный модемом для связи с БПЛА. Важная часть НСУ — программное обеспечение для планирования полетного задания и отображения хода его выполнения.

Как правило, полетное задание составляется автоматически, по заданному контуру площадного объекта или узловым точкам линейного объекта. Кроме того, существует возможность проектирования полетных маршрутов, исходя из необходимой высоты полета и требуемого разрешения фотоснимков на местности. Для автоматического выдерживания заданной высоты полета есть возможность учесть в полетном задании цифровую модель местности в распространенных форматах.

Кроме обеспечения навигации и обеспечения полета автопилот должен управлять фотоаппаратом, чтобы получать снимки с заданным межкадровым интервалом (как только БПЛА пролетит нужное расстояние от предыдущего центра фотографирования). Если заранее рассчитанный межкадровый интервал не выдерживается стабильно, приходится настраивать время срабатывания затвора с таким расчетом, чтобы даже при попутном ветре продольное перекрытие было достаточным.

Автопилот должен регистрировать координаты центров фотографирования геодезического спутникового приемника ГЛОНАСС/GPS, чтобы программа автоматической обработки снимков смогла построить модель быстро и привязать ее к местности. Требуемая точность определения координат центров фотографирования зависит от технического задания к выполнению аэрофотосъемочных работ.

Аэрофотосъемочное оборудование на БПЛА устанавливается в зависимости от его класса и цели использования.

На микро- и мини-БПЛА устанавливаются компактные цифровые фотокамеры, комплектуемые сменными объективами с постоянным фокусным расстоянием (без трансфокатора или zoom-устройства) весом 300–500 граммов. В качестве таких камер в настоящее время используются фотоаппараты SONY NEX-7

с матрицей 24,3 МП, CANON600D матрицей 18,5 МП и подобные им. Управление срабатыванием затвора и передача сигнала от затвора в спутниковый приемник производится с помощью штатных или незначительно доработанных электрических разъемов фотоаппарата.

На легкие БПЛА малого радиуса действия устанавливаются зеркальные фотокамеры с большим размером светочувствительного элемента, например CanonEOS5D(размер сенсора 36×24 мм) , NikonD800 (матрица 36,8 МП (размер сенсора 35,9×24 мм)), Pentax645D(CCD-сенсор 44×33 мм, матрица 40 МП) и им подобные, весом 1,0–1,5 килограмма.

Рис. 4. Схема размещения аэроснимков (голубые прямоугольники с подписями номеров)

ВОЗМОЖНОСТИ БПЛА

Выше указывалась аппаратура, интегрированная в автопилот: это микробарометр, датчик воздушной скорости, инерциальная система, навигационная спутниковая аппаратура. По проведен-ным испытаниям (в частности, БПЛА Geoscan101) были установлены следующие отклонения реальных параметров съемки от заданных:

• уклонения БПЛА от оси маршрута — в диапазоне 5–10 метров;

• уклонения высот фотографирования — в диапазоне 5–10 метров;

• колебание высот фотографирования смежных снимков — не более 2 метров.

Применение двухчастотной ГЛО-НАСС/GPSспутниковой геодезической системы для определения координат центров снимков позволяет в процессе постобработки получить координаты центров фотографирования с точностью лучше 5 сантиметров, а применение метода PPP(PrecisePointPositioning) — позволяет определять координаты центров снимков без использования базовых станций или на значительном удалении от них.

Беспилотный летательный аппарат "Форпост" (IAI Searcher Mk II) (c) каталог "Оружие России" / Mil.Press Военное

На форуме "Армия-2019" корреспондент Mil.Press Военное сообщал, что НПП "Авиационная и морская электроника" представило гиростабилизированную оптико-электронную систему ГОЭС-4, предназначенную для БПЛА "Форпост-Р".

Читайте также: