Разработки в сфере малоразмерных беспилотников с вертикальным взлетом
Scout от Datron/Aeryon Labs получил известность в связи тем, что он использовался ливийскими повстанцами для круглосуточного наблюдения
Наполеон сказал, что каждый солдат носит в своем ранце маршальский жезл. В ближайшем будущем, по меньшей мере, один солдат в каждом взводе может вполне носить в своем ранце небольшой летательный аппарат, который может взлетать и садиться вертикально и предоставлять изображение из-за соседнего холма и даже больше, много больше!
Известное своими достижениями в развитии технологий Управление перспективных исследований и разработок Darpa применяет «массовый аутсорсинг» для того, чтобы малозаметный разведывательный дрон стал доступен широкому спектру «сообществ вне рамок традиционного процесса закупок министерства обороны».
Еще в мае 2011 года Darpa, работая с центром космических и военно-морских систем департамента ВМС в Атлантике (SSC-Atlantic), объявило о конкурсной программе по беспилотному аппарату UAVForge. Была поставлена задача по созданию «интуитивно понятного, носимого в ранце БПЛА (Беспилотный Летательный Аппарат), который мог бы тихо влетать в критическое пространство и вылетать из него с целью ведения постоянного наблюдения продолжительностью до трех часов».
ARPA проводило открытое мероприятие UAVForge примерно в течение года. Основная идея: построить практический демонстратор минибеспилотника, пригодного для транспортирования одним человеком и способного более или менее автономно выполнять простые задачи. Ключевая особенность - использование модного “краудсорсинга”, когда в оценке идей и формировании направлений разработки при помощи Интернета напрямую задействована большая группа людей, изъявивших желание принять участие в проекте.
Летом 2012 итоговое испытание включало в себя полёт по маршруту в заданный район, находящийся вне пределов видимости оператора, ведение видеосъёмки (с трансляцией) из заданной точки, возвращение обратно. Более подробное описание есть на сайте. Результат такой: ни одной из участвовавших команд не удалось выполнить требований итогового испытания , главный приз никто не выиграл, хотя все команды-лидеры предприняли несколько попыток.
Сколько винтов (роторов)?
Одиночный несущий винт (или два соосных ротора) имеет недостаток в том, что управление высотой (и таким образом поступательной скоростью) требует цикличного изменения тангажа или отклонения потока воздуха вниз. И наоборот, компоновка с четырьмя роторами проста для управления за счет изменения мощности подаваемой на двигатели; для управления тангажом поворачиваются передние и задние винты, а для управления креном левый и правый винты.
Управление рысканием (отклонением от направления движения) для четырех винтов несколько сложнее. Если, например, два тангажных винта поворачиваются по часовой стрелке, а два креновых винта поворачиваются против часовой стрелки, тогда момент рысканья может создаваться за счет приложения большей мощности к тангажной паре и меньшей к креновой паре или наоборот. С целью получения продольной устойчивости может быть добавлено хвостовое оперение.
Дрон Dragonfly для городских условий производства французской компании Sagem базируется на Novadem NX110m; впервые был показан на выставке Eurosatory 2010. В отличие от большинства квадрокоптеров у него сенсоры размещаются внутри корпуса
AR100-B от немецкой Airrobot имеет максимальную взлетный массу 900 грамм и диаметр 102 см. Продолжительность полета более 25 минут, аппарат может работать при силе ветра до 25 км/ч
Двухкилограммовый Tarkus от WB Electronics предназначен для поддержки специальных сил в городских операциях, включая его использование внутри зданий. Разработка финансировало польское министерство обороны
В эпоху становления пилотируемых судов вертикального взлета и посадки (50–60-ые годы) были заявления, что подъемная сила может быть значительно увеличена за счет использования «раструбных» фланцев вокруг воздухозаборников, втягиваемый воздушный поток создает всасывание на этих изогнутых поверхностях. Впрочем, полномасштабные натурные испытания показали в сравнении с лабораторными тестами меньшее увеличение подъемной силы.
Тем не менее, подъемная сила винтов увеличивается от окружающих обтекателей, что также может уменьшить шум и обеспечить защиту для винтов (и того, что они заденут) в случае удара. Они могут защитить авионику и бортовую аппаратуру от погоды. С другой стороны обтекатели добавляют массы, ухудшают переносимость и усложняют доступ к авионике.
Квадрокоптер (четырехроторный аппарат вертикального взлета) нейтрально устойчив или неустойчив при тангаже и крене, поэтому он требует блока инерциальных измерений с акселерометрами и гироскопами для измерения прямолинейного и углового движения и обеспечения указаний направления и положения в воздухе. Сигналы спутника (обычно GPS) обеспечивают более точную навигацию в течение длительного периода времени.
Другое авиационное оборудование обычно включает альтиметр и канал связи для получения команд навигации и целеуказания и передачи изображения.
Квадрокоптеры доминируют в категории небольших дронов вертикального взлета и посадки. Однако, в связи с тем, что производители квадрокоптеров стоят перед потребностью в большей грузоподъемности кажется неизбежным то, что они скорее будут совершенствовать конструкции, переходя на шестироторные схемы, а не разрабатывать более крупные квадрокоптеры.
Восьмироторная, восьмидвигательная конфигурация (с 4 или 8 осями вращения), развивая концепцию на шаг вперед, предлагает полезную степень избыточности. Полномасштабным пилотируемым аналогом в 1965 году стал Dassault Mirage IIIV с восемью подъемными двигателями – единственный боевой летательный аппарат вертикального взлета, который способен был выжить при поломке двигателя во время зависания.
Хотя и разработанный для гражданских целей, Parrot AR Drone может найти военное применении при обучении операторов дронов. На снимке аппарат без защитного кожуха для работы вне помещений
Дрон вертикального взлета и посадки Asio от Selex Galileo, имея собственную массу 6,5 кг, в кольцевом обтекателе в комплекте с наземной системой управления и своим ранцем весит менее 20 кг. Стабилизированный сенсорный модуль может устанавливаться сверху ротора или под ним
Европа
Поскольку Америка и Израиль образовали своего рода дуополию на рынке крупных БПЛА, Европа имеет веские причины разрабатывать небольшие модели для отдельного солдата.
В 2005 году Европейское оборонное агентство начала программу по миниатюрному воздушному аппарату Mavdem (Miniature Air Vehicle Demonstration) стоимостью 4 миллиона евро, целью которой является обеспечение базы для ранцевого дрона с размахом крыльев менее 50 см, продолжительностью полета 30 минут и крейсерской скоростью 20 м/с.
Было рассмотрено большое число возможных конфигураций, и в 2007 году контракт был выдан на квадрокоптер, предложенный многонациональным консорциумом, включающим французскую Onera (с Alcore Technologies в качестве субподрядчика), итальянскую Oto Melara, испанскую Sener и норвежскую Tellmie. Были построены три аппарата, прошедшие предварительные летные испытания в Испании в первой половине 2008 года, за ними несколько месяцев спустя последовали заключительные испытания в Норвегии.
Интересно, что вторым претендентом на Mavdem была обычная вертолетная конфигурация с фюзеляжем, с малым аэродинамическим сопротивлением и сенсорным блоком между двумя соосными винтами.
Было проведено несколько состязаний микродронов нацеленных на ведущие академические центры мира. Одним из таких экспертных центров является французский национальный центра гражданской авиации Enac (Ecole Nationale de l'Aviation Civile), который имеет выдающиеся результаты в такого рода соревнованиях. Среди достижений центра Enac: выигрыш соревнования по европейскому микродрону Emav (European Micro Aerial Vehicle) в Брауншвейге в 2004 году, французских испытаний Challenge DGA (Delegation Generale pour l'Armement) в 2009 году и соревнования Imav (International Micro Air Vehicle) в Брауншвейге в 2010 году.
Одним из ключей к успеху центра Enac стала электронная система управления полетом Paparazzi. Система была применена в различных дронах с неподвижным крылом или винтокрылых, включая Spy'Arrow от Thales. На Imav 2010 система от Enac была использована в квадрокоптере Blender с размахом крыла 32 см и массой 330 грамм.
На выставке Eurosatory 2010 компания Sagem представила новый квадрокоптер для городского боя под названием Dragonfly, базирующийся на NovademNX110m.
На выставке Eurosatory 2014 компания Thales представила свой новый БПЛА вертикального взлета под названием Infotron IT180.
Парижская компания Parrot, наиболее известная своим AR Drone, «принесла» квадрокоптеры в массы. Ценой примерно 500 долларов AR Drone управляется по беспроводной связи Wi-Fi с ручных устройств Apple iPhone или iPod Touch и передает видео со своих камер на дисплеи.
Parrot AR Drone весит 400 грамм со своим (для внутренних помещений) защитным кожухом, который образует квадрат со стороной 52 см. Он работает на операционной системе на базе Linux, имеет процессор 486 МГц, встроенное управление, ультразвуковой альтиметр, трехосный акселерометр, двухосный гороскоп тангажа/крена и шестиосный курсовой гороскоп. Он питается от трех литий-полимерных аккумуляторов на 11,1 Вольт и 1000 мАч. Четыре двигателя мощностью по 15 Ватт разгоняют винты до 3500 об/мин. Продолжительность полета составляет 15 минут, максимальная скорость 18 км/ч, при этом БПЛА не может летать при сильном движении воздуха (ветре).
Подзарядка батарей без вмешательства человека может упростить цикличные полеты туда-обратно. БПЛА Ibis от Oto Melara заряжается от наземного робота Praetor этой же компании
В августе 2013 года компания Israel Aerospace Industries показала свой минидрон Ghost массой 4 кг с тандемным расположением винтов. Внешне похожий на миниатюрный Chinook, Ghost имеет продолжительность полета 30 минут и максимальную скорость 65 км/ч
Одна из самых интересных разработок в сфере дронов - нанодрон Hummingbird от Aerovironment профинансированный управлением Darpa; весит всего 19 грамм вместе с видеокамерой
Одним из лидеров Германии в этой области является Ascending Technologies (Asctec). Дрон от Asctec использовался в качестве платформы центром Enac в соревнованиях DGA Challenge 2009, дроны Asctec Pelican используются в программе Mast американской армии и Asctec Hummingbird используются в федеральной технической академии ETH (Federal Technical Academy) в Цюрихе. Asctec относит свои успехи на счет стабильности обеспечиваемой высокой частотой обновления (1000 Гц) своего блока инерциальных измерений и за счет оптимизированных для разных приложений электронных компонентов, разрабатываемых самой компанией.
Наверху линейки квадрокоптеров Asctec находится стоящий 5195 евро Pelican с габаритами 50 x 50 cм, массой 750 грамм с литий-полимерной батареей на 11,1-вольт и 6000-мАч, которая обеспечивает продолжительность полета от 15 до 25 минут. Специализирующийся на ведении фотосъемки, GPS-управляемый Asctec Falcon 8 стоимостью 10 499 евро имеет восемь роторов, располагающихся в V-образной конфигурации вокруг камеры, что позволяет ему за счет изменения угла тангажа без поворота лететь в обратную сторону. Falcon 8 может работать при ветре до 10 м/с.
Другие немецкие модели включают 900-грамм Sensocopter от Diehl BGT Defence и AR100-Band от Airrobot и серию Microdrone md4, самый тяжелый из которых md4-1000 весит 5,55 кг. Rheinmetall Kolibri 60 массой 1,6 кг предназначен специально для потенциального военного рынка. EMT Penzberg Fancopter массой 1,5 кг необычен тем, что имеет два соосных винта.
Италия сохранила традиционную вертолетную схему в БПЛА Ibis от Oto Melara массой 14 кг. Он может повторно заряжать свою батарею при посадке на Praetor UGV (автоматический наземный аппарат) этой же компании. Asio массой 6,5 кг и Spyball массой 2 кг от Selex Galileo фактически уникальны тем, что являются аппаратами вертикального взлета с электроприводом в кольцевом обтекателе.
Польский Tarkus массой 2,0 кг от WB Electronics разрабатывается для специальных операций в городских районах. На выставке Idef 2011 турецкая компания Atlantis UVS показала свой квадрокоптер Aero Seeker AES-405 . Сообщается, что мини-вертолет массой 12 кг Malazgirt от Baykar-Makina уже стоит на вооружении.
В августе 2011 года Insitu объявила о своем 1,1-кг дроне Inceptor на конференции по воздушным средствам для правоохранительных органов в Новом Орлеане. Стоит он около 50 000 долларов, то есть столько же, сколько обычная патрульная полицейская машина
Впервые на международной арене на конференции AUVSI 2011 в Вашингтоне дебютировал китайский 1,5-кг дрон Shenzhen от AEE Technology F50, который имеет продолжительность полета 30 минут и максимальную скорость 100 км/ч
На фото результат четырехлетних исследований по программе незаметного постоянного наблюдения (SP2S), проводимой под эгидой управления Darpa. БПЛА Shrike от Aerovironment массой 2,27 кг способен зависать на 40 минут или снимать несколько часов видео
США
По программе управления Darpa названной Nav (Nano Air Vehicle) компания Aerovironment разработала миниатюрные дроны, которые могут зависать и летать, используя взмахи крыльев для подъема, поступательного движения и контроля полета. Поистине замечательный Aerovironment Hummingbird весит всего 19 грамм с видеокамерой и передатчиком/приемником.
Лаборатория американской армии возглавляет консорциум Mast (Micro Autonomous Systems and Technology – микроавтономные системы и технологии) по разработке платформ и авионики для БПЛА, которые могли бы садиться и вести наблюдение, устанавливать сенсоры на земле и вести поиск в зданиях и пещерах людей и взрывных устройств.
Подразделение компании Boeing фирма Insitu недавно показала 1,1-кг Inceptor, который представляет собой традиционный вертолет с продолжительностью полета 20 минут и максимальной скоростью 55 км/ч.
Возможно, самым известным квадрокоптером на американском континенте является 1,17-кг Scout от Datron/Aeryon Labs, который участвовал в морской части соревнований Empire Challenge 2011 в Северной Каролине. В настоящее время эта усовершенствованная конструкция отличается легко взаимозаменяемыми пристегивающимися компонентами и лопастями винтов из композиционного материала, а недавно этот дрон появился на всех заголовках (см. первое фото). Scout был также использован ливийскими повстанцами в их борьбе с режимом Каддафи.
Компания Tialinx специализируется на разработке многороторных дронов с сверхширокополосными миниатюрными радарами, ее изделия включают шестироторный Phoenix40-A и восьмироторный (четыре оси) Phoenix50-H, оба массой менее 4,5 кг.
В июле 2011 года американское агентство по перспективным исследованиям IARPA объявило о конференции претендентов на программу GHO (Great Horned Owl). Целью этой программы является разработка тихих дронов с более продолжительным временем полета, чем у небольших систем с батарейными блоками.
Остальной мир
Небольшие дроны вертикального взлета разработаны в самых разных странах: в Бразилии есть 1,5-кг Gyrofly Gyro 500, Канада имеет серию Draganfly Innovations Draganflyer, Китай имеет Dragonfly от China Electronic Trading, Израиль 4,0-кг Ghost 44 от IAI , Россия 1,5-кг шестироторный Zala Aero 421-21 и Тайвань имеет 1,45-кг шестироторный Gang Yu AI Rider. Технологический НИИ японского министерства обороны работает над «летающим шаром» (роторы в корпусе).
Израильтяне больше всего преуспели в создании военных БПЛА разных типов, от беспилотников наблюдения до ударных дронов. Израильские программы по ударным дронам имеют достаточную государственную и финансовую поддержку. Корреспондент международного интернет-портала VICE.com Симон Островски посетил израильскую авиабазу, где проходят испытания новейшие БПЛА местной разработки...
Возможно, достойна внимания из всей гаммы дронов «остального мира» серия канадских Draganflyer, которых было продано во всем мире 8000 штук. После четырехроторного X4 массой 980 грамм и шестироторного (на трех осях) X6 массой 1,5-кг, наверху модельного ряда находится 2,7-кг Draganflyer X8, грузоподъемность которого составляет один килограмм, он имеет батарею на 14,8-вольт и 5200 мАч, приводящую в действие посредством восьми двигателей восемь роторов (на 4 осях).
Дрон, который может тихо зависнуть и смотреть целый час в окно Овального кабинета, и который контролируется вне линии прямой видимости, пока является делом будущего. Но, в конечном счете, любой может иметь дрон, который будет взлетать вертикально, контролироваться по высоте простым барометрическим высотомером, и нести камеру по многоточечному маршруту, определяемому с помощью GPS. Подобные БПЛА предлагаются не только в обычных магазинах, но уже и в Интернете по вполне приемлемым ценам. Просто сверьтесь с правилами летного регулирования воздушных моделей в вашей стране!
