Автор: Кирьянов Андрей Владимирович
Возраст: 14 лет
Место учебы: МОБУ Гимназия №5 Муниципального района Давлекановский район Республика Башкортостан
Руководитель: Серик Галина Евгеньева
Историко-исследовательская работа на тему: «Беспилотные разведчики: перспектива развития»
План:
1. Цель и задачи.
2. Проблема и актуальность.
3. История БПЛА.
4. Классификация.
5. БПЛА категории «микро»..
а) Вертолеты.
б) Квадролеты.
в) Самолёты.
г) БПЛА в космосе.
д) «Стриж»
6. «Тяжелые» БПЛА.
а) Самый большой БПЛА.
б) Российские тяжелые БПЛА.
в) Ударные БПЛА
7. Мирное применение.
8. Заключение.
1. Цель и задачи.
Цель: доказать, что БПЛА могут быть применены как в мирное время, так и в военное. Что БПЛА заменят пилотов авиации России и других стран.
Задачи:
- Рассказать о различных БПЛА
- Сделать вывод о возможности или невозможности их применения в различных сферах.
2. Проблема и актуальность.
Из-за сложности технической реализации систем управления, недостаточное развитие БПЛА и их применения.
Актуальность
В наше время жизнь человека – то самое главное и драгоценное в этом мире. Я считаю, что примение БПЛА в военных дествиях, может предотвратить жертвы на выполнение военных заданий.
3. История БПЛА.
Сама идея управлять объектами возникла еще в XIX веке. В 1898 году знаменитый изобретатель Никола Тесла разработал и продемонстрировал миниатюрную радиоуправляемую лодку.
Первый опыт по созданию БПЛА был в 1910 году. Молодой американский военный инженер из Огайо Чарльз Кеттеринг предложил использовать летательные аппараты без человека. По его замыслу управляемое часовым механизмом устройство в заданном месте должно было сбрасывать крылья и падать, как бомба, на врага. Получив финансирование армии США, он построил и с переменным успехом испытал несколько устройств, получивших названия The Kattering Aerial Torpedo, Kettering Bug (или просто Bug), но в боевых действиях они так и не применялись.
В 1933 году в Великобритании разработан первый БПЛА многократного использования «Queen Bee». Были использованы три отреставрированных биплана, дистанционно управляемые с судна по радио. Два из них потерпели аварию, а третий совершил успешный полёт, сделав Великобританию первой страной, извлёкшей пользу из БПЛА.
Военное применение.
В СССР в 1930 - 1940 гг. авиаконструктором Никитиным разрабатывался торпедоносец-планер специального назначения (ПСН-1 и ПСН-2) типа «летающее крыло» в двух вариантах: пилотируемый тренировочно-пристрелочный и беспилотный с полной автоматикой. К началу 1940 г. был представлен проект беспилотной летающей торпеды с дальностью полёта от 100 км и выше (при скорости полёта 700 км/ч). Однако этим разработкам не было суждено воплотиться в реальные конструкции. 19 июля 1940 года приказом наркома ВМФ Кузнецова прекращены все работы на заводах и оборудование (со всеми материалами) было сдано на склад.
В 1941 году были удачные применения тяжёлых бомбардировщиков ТБ-3 в качестве БПЛА для уничтожения мостов. Немецкие войска не смогли сколько-нибудь эффективно помешать полётам советских планеров – они стали единственным типом авиационной техники, ни разу за всю войну не сбитой противником.
В течение Второй мировой войны немецкие учёные вели разработки нескольких радиоуправляемых типов оружия, включая управляемые бомбы Henschel Hs 293 и Fritz X, ракету Enzian и радиоуправляемый самолёт, наполненный взрывчатым веществом. Несмотря на незавершённость проектов, они с успехом использовались на Средиземном море против бронированных военных кораблей.
В США было запущенно в массовое производство БПЛА-мишень Radioplane OQ-2 для тренировки летчиков и зенитчиков. Также, США в 1944 году применили впервые в мире классический ударный БПЛА - Interstate TDR.
В дальнейшем, БПЛА применялись в военных конфликтах для слежки, разведки, наведения, фото- и видеосъемки. 9 января 2008 года с беспилотного самолёта QF-4 (модификации F-4 «Фантом») впервые был осуществлён пуск боевой ракеты класса «воздух-земля».
4. Классификация.
БПЛА различают по:
Способу управления:
1. беспилотные дистанционно-пилотируемые летательные аппараты (ДПЛА).
2. беспилотные автоматические;
3. беспилотный неуправляемые;
По массе, высоте и длительности полета:
1. «тяжёлые» — с высотами полёта до 20 километров и временем полёта 24 часа и более.
2. «мини» — массой до 50 килограммов, временем полёта несколько часов и высотой до 3 — 5 километров;
3. «миди» (средние) — до 1 000 килограммов, временем 10—12 часов и высотой до 9—10 километров;
4. «микро» (условное название) — массой до 10 килограммов, временем полёта около 1 часа и высотой до 1 километра;
По месту старта/посадки:
1. Наземные
2. Воздушные
3. Воздушно-космические
4. Космические
Схема построения систем управления
1. Исполнительные механизмы
5. Мотоустановка
6. Приемник радиосигнала
7. Телеметрия
8. Стабилизирующая электроника
9. Дополнительные исполнительные механизмы
10. Автопилот
11. Пульт управления
12. Излучатель радиосигнала
13. Средства связи (радиомодем, Wi-Fi, Bluetooth)
Способы стабилизации в полете
1. трехосный гироскоп
2. эхоколатор
3. трехостный магнитометр
4. система навигации ГЛОНАСС/GPS
5. оптический датчик
6. трехосный акселерометр
7. трехосный ИК датчик
8. датчик давления
5. БПЛА категории «микро».
В категории «микро» мы рассмотрим: самолеты, вертолеты, квадролеты, «Стрижи» . Если рассматривать БПЛА гражданского назначения, то это, в основном, радиоуправляемые модели, способные нести фото- и видео записывающую аппаратуру на борту. Недавно появилась новая разработка- FPV.
FPV (First Person View) - комплект приемопередающего оборудования для полетов собственно по видео. Включает в себя бортовую камеру и передатчик, устанавливаемые на борт, а также приемник и монитор, установленные на земле. Монитор в большинстве случаев выполняется в виде очков или маски, одеваемые на лицо пилота. Управление ведется не по наглядному наблюдению за моделью со стороны, а по бортовой камере. Дополнительно можно установить блок, дающий телеметрию борта на экран пилота: горизонт, угол атаки, координаты, азимут, скорость, высота, бортовое напряжение, ток и т.п. Сейчас эта технология развивается быстрыми темпами и получает широкое распространение в развлекательных целях.
Квадролеты.
Квадролеты (мультикоптеры) - новый вид ДПЛА, в котором используется нестандартный способ управления полетом. Мультикоптер является летучей платформой, для которой используются несколько бесколлекторных двигателей. По отношению к земле данная платформа находится горизонтально, предусмотрена возможность зависания в необходимом месте, перемещения в любом направлении – вперед, назад, влево, вправо, вверх, вниз. Благодаря пропеллерам, встроенным на жесткой раме мультикоптера, аппарат способен взлетать и приземляться аналогично вертолету. Сами изобретатели утверждают, что использование мультикоптеров оказывается существенно безопаснее по сравнению с вертолетами. Контроль скорости и направления полета обеспечивается благодаря бортовым компьютерам.
Данные БПЛА имеют схожие перспективы и могли бы реализовать свое преимущество при:
1. Тушении пожаров.
2. Маневрирования в узких и труднодоступных участках, недоступных самолетам и другим ЛА.
3. Перенос большей (по сравнению с самолетами) полезной нагрузки на небольшие расстояния.
4. Осмотр высотных конструкций.
5. «Зависание» на месте и осмотр территории.
Самолеты.
Самолеты - один из самых распространенных БПЛА. Сейчас получили широкое распространение и используются как для развлечения (полеты на радиоуправляемых моделях), так и для серьезных задач (слежка, съемка).
Перспектива применения данных БПЛА:
1. В поисковых операциях.
2. Наблюдение за большими территориями.
3. Быстрое перемещение и первичная разведка.
4. Хозяйственные цели.
5. Доставка небольших грузов.
Вертолеты.
Вертолеты – второй по популярности вид ДПЛА. В качестве силовой установки обычно используются 2-тактные калильные двигатели внутреннего сгорания или электрические бесколлекторные двигатели. Также на вертолёты устанавливают бензиновые и турбореактивные двигатели. В наше время выделяют новый вид вертолетной компановки-квадролет.
«Стриж»
Ту-141 «Стриж» - многоразовый советский оперативно – тактический разведовательный беспилотный летательный аппарат разроботки ОКБ им. Туполева, входил в состав комплеска ВР-2
Предназначался для ведения разведки на глубину в несколько сотен километров от линии фронта на трансзвуковых скоростях. Оснащался средствами фото- и инфракрасной разведки, что позволяло использовать его при любых условиях и в любое время суток. Посадка самолёта Ту-141 осуществлялась с помощью парашютной системы, расположенной в хвостовой части.
Комплекс выпускался на ХАЗе, состоял на вооружении ВВС СССР c 1979 по 1989 годы, преимущественно дислоцировался на западной границе СССР.
Ту-141 имел цельнометаллический планер, низкоплан, с компоновкой типа «бесхвостка». Максимальный диаметр носовой части фюзеляжа — 950 мм. Нос — конусообразный. Треугольное крыло с двухсекционными элевонами и трапециевидное вертикальное оперение было выполнено со значительными углами стреловидности, по передней кромке равными 58° и 41° соответственно. Воздухозаборник ТРД над фюзеляжем — дозвуковой, в том числе из-за этого максимальная скорость полёта была конструктивно ограничена нижним трансзвуком.
Ту-141 имел один турбореактивный двигатель со статической тягой, равной 2000 кгс.
Для запуска самолёта использовался твердотопливный ускоритель, размещаемый под хвостовой частью фюзеляжа.
6. Тяжелые БПЛА.
В наше время основное применение БПЛА - это разведка и уничтожение небольших группировок противника. Управление осуществляется с помощью специального оборудования, расположенного на земле и на самом БПЛА. Данное направление может развивается т.к. имеет ряд достоинств:
1. Практически неуязвимы для зенитного огня.
2. Использование в горной местности, что особо опасно для пилотов на борту.
3. Возможность посадки с парашютом (при наличии) на пересеченной местности.
4. Продолжительное время полета на разных режимах.
5. Относительная точность фото- и видео съемки.
6. Использование в условиях, где человек физически не может находиться (ограниченное пространство, отсутствие кислорода, задымленность).
7. Отсутствие риска для пилота.
Не стоит думать, что беспилотный летательный аппарат – это просто самолет без экипажа. На самом деле Global Hawk состоит из целого комплекса оборудования, чья стоимость составляет порядка 125 миллионов долларов, из которых цена самого аппарата всего лишь 35 миллионов. Комплекс состоит из трех трейлеров с антеннами и кабелями, генераторами и станциями, отдельно управляющими взлетом/посадкой и полетом. Кроме того, в комплекте силовая аппаратура, двигательный стенд и запчасти. Все это добро транспортируется двумя военно-транспортными самолетами C-17.
Фюзеляж RQ-4A Global Hawk алюминиевый, а V-образный хвост и крылья из композитных материалов. Комплект самого современного оборудования позволяет выполнять как разведывательные, так и боевые функции. БПЛА может нести 1 390 кг полезной нагрузки, но основное его оборудование: радар, дневная и инфракрасная цифровые камеры, которые имеют два режима работы: сканирование десятикилометровой полосы или съемку квадратами со стороной в 2 километра с разрешением 0,3 метра. Радар позволяет производить съемку в любых погодных условиях с разрешением в 1 метр. Связь с управляющим комплексом может производиться по спутниковому каналу со скоростью 50 Мбит/с или по радиоканалу УКВ со скоростью 137 Мбит/с. За сутки работы Global Hawk может произвести съемку 138 тысяч квадратных километров или получить почти две тысячи снимков.
В настоящий момент в мире 33 аппарата Global Hawk различных модификаций: RQ-4A и улучшенная версия RQ-4B, вариант RQ-4E Euro Hawk для немецких ВВС и MQ-4C для ВМФ США. Кроме того, сейчас разрабатывается полностью автономная модификация KQ-4.
Также существуют такие БПЛА как: БПЛА Reaper, БПЛА ГрАНТ, БПЛА «Пчела»
Сейчас такие аппараты используются, в основном, только для разведки, но, по-моему, их потенциал сильно недооценен. Если мы будем развивать данное направление и увеличивать размеры и полезную нагрузку БПЛА, то появятся новые возможности их применения.
Тяжелые БПЛА могли бы использоваться:
1. При тушении пожаров.
2. Разведка труднодоступных областей в хозяйственных целях (геологическая разведка в горах).
3. Поисково-спасательные работы (как крупными, так и менее большими ДПЛА).
4. Контроль территории (приграничные зоны).
5. Доставка грузов в труднодоступные места (горы, космические станции).
6. Хозяйственное использование (орошение полей удобрениями).
7. Ретрансляторы (смогут выполнять роль спутников на небольшой территории).
8. Наведение систем дальнего действия на цели.
9. Проведение особо опасных испытаний (поведение объекта при перегрузках, на большой высоте).
10. Установка оборудования, способного создавать помехи и выводить из работоспособного состояния (радары, системы наведения ПВО).
Российские тяжелые БПЛА
В нашей стране идет две основные перспективные разработки БПЛА для различных целей: "Скат" РСК МиГ и Як-133БР.
На авиасалоне "МАКС-2007", прошедшем в подмосковном Жуковском, российская самолетостроительная корпорация "МИГ" впервые представила программу создания боевого беспилотного летательного аппарата "Скат".
Боевой беспилотный летательный аппарат "Скат" предназначен для нанесения ударов как по заранее разведанным стационарным целям, в первую очередь средствам ПВО, в условиях сильного противодействия зенитных средств противника, так и по мобильным наземным и морским целям при ведении автономных и групповых, совместных с пилотируемыми летательными аппаратами, действий. На сегодняшний день построен полноразмерный макет БПЛА "Скат", предназначенный для отработки конструкторско-компоновочных решений, а также для проведения оценок и оптимизации характеристик БПЛА. Работа над этим аппаратом началась в 2005 году. Аппарат предназначен для уничтожения малоразмерных целей. Все оружие находится внутри "беспилотника". На первом этапе создания аппарат будет пилотируемый. Затем будет построен беспилотный летательный аппарат.
Работу по созданию боевого беспилотного летательного аппарата корпорация "МИГ" ведет самостоятельно. В перспективе "Скат" планируется предлагать для поставки на экспорт.
Программа предусматривает постройку летающей лаборатории - демонстратора, предназначенную для отработки технологии БПЛА. Его планируется испытывать в двух вариантах: пилотируемом и беспилотном.
В ходе испытаний летающей лабораторией будет проведена окончательная доводка и демонстрация всех технологий "Ската", включая применение оружия.
На презентации отмечалось, что дальнейшая программа работ предусматривает постройку и испытания прототипа "Ската" с полным набором боевых функций.
Як-133БР
Проект беспилотного разведчика с использованием наработок по учебно-боевому самолету Як-130.
ОКБ рассматривает ряд перспективных межвидовых многофункциональных беспилотных авиационных комплексов. Разработку БЛА "Клёст" и "Ворон" предлагается проводить обычным путем, в то время как создание наиболее сложных и дорогостоящих БЛА семейства "Прорыв" планируется вести по нетрадиционной схеме. Важно, что эта разработка базируется на научно-техническом заделе, полученном в процессе создания УБС Як-130. Значительная часть отработанного БРЭО и СУ самолета Як-130 может быть перенесена на БПЛА. Это позволит провести разработку беспилотного авиационного комплекса с меньшими, чем при традиционном проектировании, затратами, в более короткие сроки и с меньшим техническим риском. Кроме того, БПЛА этого семейства — разведчик, радиолокационного дозора (РЛД) и ударный — имеют большой процент взаимозаменяемых агрегатов и систем.
Беспилотные разведчики обеспечивают выполнение практически всех задач воздушной разведки и проведения специальных операций. Представленная концепция создания БПЛА имеет высокий уровень преемственности с концепцией разработки УТС (учебно-тренировочного самолета) Як-130, который в настоящее время успешно проходит летные испытания.
Предложенные БПЛА идеологически и конструктивно связаны между собой. Такой подход обеспечивает разработку новых БПЛА с минимальными затратами и в сжатые
сроки. При этом технический риск разработки сводится к минимуму.
Для успешной реализации программ развития комплексов с БПЛА необходимо создать организационный механизм, который должен быть взаимоувязан по всем уровням управления производственным процессом и по целевой направленности самих комплексов. По нашему глубокому убеждению, основанному на оценке опыта создания беспилотных авиационных комплексов в нашей стране, в этих работах главная роль должна отводиться самолетостроительным ОКБ, поскольку любой ЛА является системообразующим элементом авиационного комплекса, а эти ОКБ имеют богатейший опыт создания подобных сложных технических систем и обеспечения их жизненного цикла.
7.Мирное применение.
На нём впервые на всеобщее обозрение специалистов и посетителей опытно-конструкторское бюро «Сокол» из Казани показало беспилотный авиационный комплекс экологического мониторинга «ДАНЭМ».
В интересах топливно-энергетического комплекса (ТЭК) РФ беспилотный комплекс способен решать задачи дистанционной технической диагностики и производственно-технологического мониторинга объектов ТЭК, осуществлять цифровое картографирование перспективных районов и районов производственной деятельности предприятий, охрану объектов при своевременном обнаружении угроз и их идентификации, а также геологическую разведку с применением дистанционных методов.
Для решения этих и других задач беспилотный самолет может быть оборудован тепловизионной и телевизионной системами, радиолокационной станцией, лазерным газоанализатором, сканером подстилающего рельефа. Кроме того, на нем может быть установлена и другая полезная нагрузка, определяемая решаемыми задачами.
При взлетной массе в 500 кг и крейсерской скорости 120-140 км/ч беспилотный самолет может совершать полеты на высотах до 6000 м в течение до 20 часов с целевым оборудованием, массой до 100 кг. Эксплуатационные перегрузки могут составлять от +5 до -3 единиц.
8.Заключение.
БПЛА могут хорошо выполнять узкоспециализированные задачи. Для каждой задачи – свое конструктивное решение, оптимальное для выполняемой задачи.
Основная сложность в проектировании и эксплуатации БПЛА это:
- управляемость;
- дальность действия;
- помехоустойчивость;
- поведение в нестандартной ситуации;
Развитие современных средств связи (спутниковая связь, ретрансляторы), позиционирования (ГЛОНАСС, GPS) и компьютерных технологий (самообучающиеся системы, искусственный интеллект) позволяют надеяться, что проблема управляемости БПЛА может быть успешно решена в недалеком будущем.
Решив существующие проблемы БПЛА можно получить экономичный, безопасный и во многих случаях незаменимый инструмент для решения задач:
- связанных с опасностью для жизни;
- невозможностью пилотирования человеком;
- требуется компактное, высокоманевренное устройство;
- автоматическое высокоточное пилотирование с использованием глобальных систем позиционирования.
- тактическое фотографирование местности и проведение видеосъёмки вражеских объектов.
- наблюдение и регистрация радиационной обстановки
- получение точных метеоданных в районе ведения боевых действий
- наведение ракет на цель и корректировка огня артиллерии
- точечное уничтожение вражеских объектов и проведение диверсий
Благодаря развитию технологий, человечество сможет создать ещё больше НОВОГО.
Используемая литература:
https://ru.wikipedia.org/wiki/
http://fb.ru/article/158192/bespilotnyie-letatelnyie-apparatyi-harakteristiki-bespilotnikov
http://www.sciencedebate2008.com/development-of-unmanned-aerial-vehicles/
| 
