Автор: Абзалилов Ильдус Рустемович
Возраст: 18
Место учебы: ФГБОУ ВО "УГАТУ"
Город, регион: г. Уфа
Руководитель: Дикова Флорида Амировна, ФГБОУ ВО "УГАТУ"
Перспективы развития беспилотных аппаратов
Иллюстрации нужно закачать на сайт олимпиады, иначе их демонстрация не гарантирована
Содержание
Введение
1 История беспилотных летательных аппаратов.
1.1 История изобретения и усовершенствования БПЛА.
1.2 БПЛА в мирных целях.
1.3 БПЛА в недавних военных конфликтах.
2 Конструкция БПЛА.
2.1 Виды БПЛА.
2.2 Система связи и бортовая аппаратура управления БПЛА.
2.3 Технические недостатки БПЛА.
3 Беспилотные самолеты в гражданской авиации.
4 Заключение.
5 Список использованных источников.
Введение
Какие перспективы развития беспилотных летательных аппаратов? Сейчас это вопрос актуален как никогда. На нынешнем уровне развития компьютер может посадить самолет даже в сложных погодных условиях и при ограниченной видимости. Кроме того, уже давно разные страны используют военные самолеты-беспилотники — эти технологии также могут быть применены в гражданской авиации. Появление беспилотных самолетов благотворно скажется и на пассажирах: по оценкам, автоматизация полетов приведет к снижению цен на авиабилеты на 10%. Кроме того, летать на беспилотных самолетах будет безопаснее, чем на пилотируемых. Автоматизация исключит возможность ЧП из-за человеческого фактора.
Задачи моей историко-исследовательской работы:
- Изучить историю создания БПЛА.
- Рассмотреть современное состояние БПЛА.
- Понять какие перспективы развития у БПЛА.
1. История беспилотных летательных аппаратов
1.1. История изобретения и усовершенствования БПЛА
Первым, кто предоставил на обозрение общественности миниатюрное воздушное судно на радиоуправлении, был известный физик и инженер Никола Тесла. Это произошло в году 1899 и произвело настоящий восторг в научном мире.Через 21 год Чарльз Кеттерин, военный инженер из США предложит свой вариант «беспилотника». Разработанная им конструкция, управлялась с помощью обычного часового механизма. Предназначенное непосредственно для боевого применения устройство, в определенном месте должно было, подобно бомбе, падать вниз на противника, разрушая все на своем пути. Проект талантливого изобретателя был одобрен американским правительством, однако, спустя некоторое время, так и не достигнув массового производства, Кеттерин прекратил свои разработки.В 1933 году английские ученые и инженеры по заказу правительства сконструировали первый беспилотный летательный аппарат, главным преимуществом которого являлось не только радиоуправление, но и возможность многократного использования. Устройство получило наименование DH.82B Queen Bee. Что касается области применения, то данный БПЛА многие годы использовался в качестве мишени для зенитчиков.
Вторая мировая война внесла свои коррективы в развитие истории мировой авиации, ведь внимание было акцентировано исключительно на вооружении. Три главных участника: Германия, СССР и США боролись за первенство в разработках беспилотных летательных аппаратов, которые можно было бы использовать в качестве радиоуправляемого оружия. Немецкие бомбы Henschel Hs 293 и Fritz X, сконструированные на базе механизма беспилотника, не получили массовое признание военных специалистов, однако существенно повлияли на ход войны, в частности, успешно применялись во время действий на Средиземноморье. Более востребованными оказались беспилотные комплексы Фау-1, с возможностью запуска с земли или воздуха.
Фау-1
После войны США и СССР лидируют в мире по производству беспилотных аппаратов. В настоящее время, первенство в этой сфере принадлежит Америке.
1.2. БПЛА в мирных целях
С июня 2017 года на Международной космической станции находится японский дрон IntBall, созданный для работы в условиях невесомости. Беспилотник работает автономно, но им можно дистанционно управлять с Земли. IntBall представляет собой сферическое устройство с встроенной камерой, он снимает фото- и видеоотчеты об экспериментах, проводимых на станции, тем самым экономя время космонавтов на орбите.
Также БПЛА применяют в сфере обслуживания. К примеру, в 2013 году компания Amazon объявила, что работает над организацией доставки посылок в города Америки с помощью коптеров. В 2017 году была подана заявка на патентование башни, которая станет отправной точкой для дронов. Воздушный курьер будет отслеживать расположение получателя через приложение на смартфоне последнего и сможет направиться непосредственно к цели, сканируя местность и избегая столкновений с животными и людьми на своем пути.
1.3. БПЛА в недавних военных конфликтах
27 сентября Азербайджан обвинил в провокациях Армению и непризнанную Нагорно-Карабахскую Республику. Азербайджанская армия перешла в наступление; Баку объявил своей целью полную ликвидацию непризнанной республики.
Боевые действия начались с ударов БПЛА разных типов (турецкие ударные аппараты Bayraktar TB2 с высокоточными ракетами и бомбами, «дроны-камикадзе» Harop израильского производства, которые в том числе наводятся на радиоизлучение радаров ПВО, и нескольких видов «камикадзе» малого размера) по армянской ПВО. Кроме того, Азербайджан использовал переделанные под БПЛА кукурузники Ан-2 — в качестве приманки для ПВО, которая обстреливала их и тем самым обозначала свои позиции.
В первые же дни армия Карабаха потеряла десятки установок ПВО — главным образом устаревших, доставшихся Армении после распада СССР. Точное количество подбитой функционирующей техники определить невозможно: многие установки, очевидно, использовались как макеты-приманки для вражеской авиации; если судить по видео с атакующих дронов, которые распространяло Минобороны Азербайджана были уничтожены 26 установок ПВО и 12 радаров. Избиение ПВО затем продолжилось: в октябре и ноябре были подбиты несколько элементов дальнобойных зенитно-ракетных комплексов С-300 и одна пусковая установка самого современного из стоящих на вооружении Армении комплекса Тор-М2КМ российского производства.
После решения проблемы ПВО дроны переключились на другую технику: танки, боевые машины, артиллерию и грузовики, перевозившие боеприпасы и подкрепления. За этим последовала серия ударов непосредственно по позициям армянской пехоты и по складам с боеприпасами. Кроме того, на протяжении всей войны дроны наводили на технику и скопления пехоты свою артиллерию. Один из эпизодов комбинированного — непосредственно с дронов и из установок залпового огня — удара по массе пехоты случился во время большого наступления армянской армии.
В результате тяжелых потерь армян от авиаударов фронт на юге Карабаха был прорван, после чего (в начале ноября) азербайджанская пехота, наступая через гористую местность, которую Армения считала своей «естественной крепостью», вышла к жизненно важным районам непризнанной республики — городам Шуша и Степанакерт.
Таким образом, война стала первой, в которой основные задачи, обычно решаемые «традиционной» авиацией — разведка, целеуказание, нанесение ударов по технике, позициям и резервам, — выполнили беспилотники. И многие эксперты считают, что это не просто замена одного вида авиатехники на другой, а решающий поворот в давно наметившейся революции в военном деле. Главным творцом победы стали турецкие аппараты и разработанная Турцией тактика использования дронов.
2. Конструкция БПЛА
2.1. Виды БПЛА
По разнообразию конструкции существует 4 основных типа беспилотных летательных аппаратов:
- Мультироторные – мультикоптерные дроны;
- Беспилотник с неподвижным крылом;
- Однороторный дрон – беспилотный вертолет;
- Гибридные дроны.
1. Мультироторные дроны - наиболее распространенные типы дронов, которые используются как профессионалами, так и любителями. Такой дрон представляет собой летающую платформу с 3, 4, 6, 8, 12 бесколлекторными двигателями с пропеллерами. В полете дрон держит горизонтальное положение относительно поверхности земли и может зависать над определенным местом, перемещаться влево, вправо, вперед, назад, вверх и вниз, а так же, поворачиваться вокруг своей оси. Все действия совершаются путем изменения тяги на каждом моторе.
2. Беспилотные летательные аппараты с неподвижным крылом полностью отличаются по конструкции от аппаратов с несколькими роторами. Для полета, и создания подъемной силы они используют "крыло", как его используют обычные самолеты. Эти беспилотники не могут зависать на месте в воздухе, борясь с гравитацией. Вместо этого они могут двигаться вперед по заданному курсу идо тех пор, пока позволяет их источник энергии.
3. Однороторные дроны очень похожи по конструкции и на настоящие вертолеты. В отличие от многороторного дрона, у одноготорного дрона есть один большой ведущий винт плюс небольшой по размеру винт на хвосте, чтобы контролировать курс. Однороторные дроны гораздо эффективнее, чем многороторные версии. Они имеют более высокое время полета и могут даже приводиться в действие двигателями внутреннего сгорания.
4. Гибридные версии сочетают в себе преимущества моделей с неподвижным крылом, такие как - более высокое время полета, с преимуществами моделей на основе винтов – возможность пареня. Гибридные конструкции летательных аппаратов проектировались с 1960-х годов, но не имели особого успеха. Однако с появлением датчиков нового поколения (гироскопов и акселерометров) гибридность конструкции получила новую жизнь и направление развития.
2.2. Система связи и бортовая аппаратура управления
В качестве бортовой аппаратуры управления, как правило, используются специализированные вычислители на базе цифровых сигнальных процессоров или компьютеры формата MicroPC под управлением операционных систем реального времени. Программное обеспечение пишется обычно на языках высокого уровня.
Для передачи на пункт управления данных, полученных с бортовых сенсоров, в составе БПЛА имеется радиопередатчик, обеспечивающий радиосвязь с наземным приёмным оборудованием. В зависимости от формата изображений и степени их сжатия пропускная способность цифровых радиолиний передачи данных с борта БПЛА может составлять единицы-сотни Мбит/с.
2.3. Технические недостатки БПЛА
«Ахиллесовой пятой» БПЛА и особенно ДПЛА является уязвимость каналов связи — сигналы GPS навигаторов, как и любые сигналы, принимаемые и отсылаемые летательным аппаратом, можно глушить, перехватывать и подменять. Для управления БПЛА требуются каналы связи высокой пропускной способности, которые сложно организовать, особенно для загоризонтной (в том числе спутниковой) связи.В 2012 году учёными из Техасского университета в HYPERLINK "Слишком длинная, неправильно оформленная ссылка" Остине была доказана практическая возможность взлома и перехвата управления БПЛА путём так называемого «GPS-спуфинга», но только для тех аппаратов, которые используют незашифрованный гражданский сигнал GPS.
Для стойкости к противодействию дрон обязан так или иначе иметь стойкость, сопоставимую с полноценными комплексами, что так или иначе повышает стоимость дрона и резко повышает риск массового уничтожения дронов минимальными средствами. Дрон зачастую ещё более тихоходен, маломанёвренен и зависим от помех, чем крылатая ракета. Одним из примеров успешного боевого применения дронов является прицельный огонь самодельными устройствами на базе гражданских минидронов по танкам Абрамс при штурме Мосула. Однако, средства противодействия, например, радиоподавление канала управления, могли полностью отключить дроны любого технического уровня.
3. Беспилотные самолеты в гражданской авиации
Аналитики швейцарского банка UBS поделились результатами своего исследования относительно развития беспилотных технологий на самолетах гражданской авиации. Прежде всего они считают, что первые авиалайнеры, которые будут совершать полеты без пилотов на борту и управляться дистанционно с земли, могут появиться уже в 2025 году. При этом экономический эффект должен быть значительным – полный переход на беспилотные самолеты позволит авиакомпаниям экономить суммарно порядка 35 млрд USD в год.
Однако, если авиаперевозчики заинтересованы в такой экономии, то их клиенты пока не готовы идти на такие нововведения. Например, опрос потенциальных пассажиров показал, что более половины откажутся от полетов, если на борту самолетов не будет настоящих пилотов. И это при том, что появление беспилотных самолетов должно привести к снижению цен на билеты минимум на 10%. Среди тех, кто не боится новых технологий на авиатранспорте, а таковых оказалось 17%, были в основном молодые люди и выпускники ВУЗов. Учитывая все эти факторы можно предположить, что до полного отказа от пилотов на пассажирских самолетах еще пока далеко. Скорее всего, подобную технологию начнут сначала испытывать на транспортных самолетах. С пассажирскими перевозками будет же по-другому – сначала число пилотов сократится с двух до одного. При этом второй пилот фактически останется, так как будет помогать пилотировать с земли. И только после длительных испытаний возможен полный переход на беспилотные самолеты.
4. Заключение
На данный момент БПЛА являются очень перспективным направлением.Сейчас они достигли такого технического уровня что начинают заменять пилотируемый транспорт во многих отраслях. Но говорить о полностью беспилотной авиации еще слишком рано. Беспилотный транспорт еще слишком не безопасен, да он исключает некоторый человеческий фактор, но в то же время его можно взломать, и он еще не умеет действовать в критических ситуациях. Поэтому остается только ждать дальнейшего совершенствования беспилотного транспорта.
5. Список использованных источников
- Статья в wikipedia: https://ru.wikipedia.org/wiki/Беспилотный_летательный_аппарат#Система_связи_и_бортовая_аппаратура_управления
- ООО "Авиационные измерительные технологии": https://aviatest.aero/kompaniya/
- Э-Вести культурно-политический журнал:
- http://www.e-vesti.ru/ru/bespilotnye-samolety-v-grazhdanskoj-aviatsii-poyavyatsya-v-2025-g/
- Сайт Комерсанть Авто: https://www.kommersant.ru/doc/3383432
| 
