Дроны спешат на помощь: беспилотники изучают огромные территории и поднимаются выше Эвереста

«У нас в стране сильно развит нефтегазовый сектор, а территории необъятны, – объясняет Вадим Кузнецов, заместитель директора по инновациям ГК "Беспилотные системы". – Поэтому протяженность трубопроводов, линий электропередачи просто огромна. За их состоянием надо постоянно следить, и мультикоптер с такой задачей не справится».

Действительно, средняя скорость дронов не превышает 50 км/ч, а время полета редко дотягивает до часа. За один запуск они могут осмотреть около 20 км трассы, после чего машина вынуждена вернуться, чтобы сменить аккумулятор. В случае сотен и тысяч километров ЛЭП или газовой трубы этого явно недостаточно.

Для долгих линейных полетов, не требующих особой маневренности, оптимальное воздушное судно – самолет. Им и занялись в Ижевске. Главной моделью стал беспилотник Supercam S350, способный двигаться со скоростью 80–90 км/ч и оставаться в воздухе 4,5 часа, осматривая до 150 км трассы за каждый вылет. «После посадки можно поменять аккумуляторы и слетать в противоположную сторону, – добавляет Вадим. – Так, работая с одной точки, наши операторы проверяют пару сотен километров линии. При удачном стечении обстоятельств в тот же день можно погрузиться в машину, переехать на следующий участок и повторить полет, покрыв за день до 400 км».

Supercam S350 вырос не из технических фантазий, а из необходимости. Именно с этим связан, например, выбор двигательной системы – электроприводов вместо ДВС. Конечно, в теории работающая на топливе машина могла бы охватить и большие расстояния. Но никто не сможет обеспечить ей стабильную радиосвязь на таких дистанциях, особенно в сибирской тайге или Заполярье, где никаких сотовых вышек нет и не предвидится.

А ведь непрерывного контакта с БПЛА требует не только законодательство – от этого зависит элементарная безопасность, да и сама работа. «С аппарата нужно постоянно получать информацию – телеметрию и данные проводимой съемки, – объясняет Вадим Кузнецов. – Допустим, беспилотник летит над трубой и ищет протечки или незаконные врезки. Нужно иметь возможность покружить над подозрительным участком, тщательно осмотреть его. Нарушения находили не раз; бывало, операторам даже угрожали, требовали не мешать "делать бизнес". Иногда приходилось маскироваться, не использовать автомобили с фирменной символикой, чтобы их не связывали с осмотревшим врезку самолетом».

Кроме того, ДВС требует качественного топлива, достать которое в глубинке не всегда возможно. А вот розетка для подзарядки аккумуляторов найдется везде. Ресурс электродвигателей измеряется тысячами часов, они не глохнут при сильных перепадах высоты и не зависят от капризной топливной системы. Все это делает электрический беспилотник исключительно надежным и позволяет ему работать в любое время года, на разных высотах и при практически любой температуре, от –40 до +40 °C. Главной опасностью остается обледенение крыла, но, по словам разработчиков, это не слишком актуальная проблема: обледенение обычно развивается в условиях сильной влажности, тумана и дымки, когда аэрофотосъемка и без того невозможна.

Беспилотный самолет стартует с катапульты, против ветра, а вернувшись, снижается на парашюте. Перед самой посадкой он делает горку и приземляется на «спину», чтобы не пострадали расположенные внизу полезная нагрузка и вертикальное оперение. Верхняя часть машины сделана из сверхпрочного стеклопластика, поэтому легко принимает многократные удары о землю и даже о камень. «Наш главный конструктор любит показать, что, если человек весом 80–100 кг попрыгает на самолете, конструкция не пострадает», – добавляет Вадим Кузнецов.

Однако, если при посадке дует сильный боковой ветер, беспилотник может накрениться и приземлиться на крыло. Чтобы это не стало проблемой, аппарат легко разваливается. «Наш самолет разбирается на три части: центроплан и боковые консоли, – объясняет Вадим. – Между собой они связаны разъемами запатентованной конструкции, с мягкими медными шплинтами. При боковом ударе шплинт срезается, консоль отцепляется, но остается целой. Ее можно тут же установить на место, заменить соединение и снова запустить машину».

Аналогичным образом S350 защищается и при падении носом. В мотогондоле, куда утоплен двигатель, предусмотрены слабые места, и она разрушается заранее запланированным образом. «За годы работы конструкция показала себя очень хорошо и стала, можно сказать, классической, особенно для аппаратов таких размеров – с крылом 3–3,5 м и массой до 15 кг, – продолжает Вадим. – Сегодня технику на основе аналогичных решений производят и в России, и в Беларуси, и даже в США».

Благодаря такой «встроенной надежности» S350 способен подняться выше, чем какой-либо другой беспилотник на электрической тяге. Проводя переговоры с индийскими партнерами, разработчики из Ижевска оказались прямо на «крыше мира», в Гималаях, и, чтобы продемонстрировать возможности своей машины, решили провести показательный полет. Для этого потребовалось лишь слегка облегчить планер и установить винт, подходящий для работы в разреженном воздухе. А Эверест был и вовсе под боком, так что аппарат стартовал из его предгорий.

«Использование электрического двигателя облегчило установку рекорда. У ДВС более серьезные ограничения по высоте: им не хватает воздуха для горения, – рассказывает Вадим Кузнецов. – У нашего же самолета с температурой проблем не было: в горах не холоднее, чем в Заполярье или на Северном полюсе, где он уже летал. То есть это был пусть и не серийный S350, но лишь слегка адаптированный».

Дистанционное управление для S350 не предусмотрено, да и не нужно. Вести самолет намного сложнее, чем коптер: он не позволяет в случае чего зависнуть в воздухе и осмотреться. Если не считать сложных задач вроде высшего пилотажа, автоматика справляется с управлением лучше среднего человека, позволяя гарантированно выполнять нужные задачи, проводить линейную съемку и возвращаться на базу. В случае потери сигнала GPS автопилот может использовать бортовую инерциальную систему навигации и даже привязываться к местности, опираясь на собственную съемку.

«Пока технология еще тестируется, – признается Вадим. – Мы заранее загружаем в аппарат карту. Когда машине приходится двигаться без спутникового сигнала, она ориентируется на инерциальную систему. А в дополнение каждые несколько секунд сопоставляет картинку, которую видит, с картой и определяет свое текущее положение. Точность зависит от того, насколько местность неоднородна. Если кругом только вода или снежное поле – до сотен метров. Но чем больше объектов, тем точнее: над городской застройкой или сетью дорог – до 10 м и менее».

Работы над повышением автономности S350 идут полным ходом. Сейчас оператор не участвует в управлении машиной, но следит за ее полетом и объектами интереса, которые она обнаруживает на пути, включая врезки и разливы из трубопроводов. В будущем и эти задачи дрон научится выполнять самостоятельно.

У такой автономности есть еще одно преимущество. Если избавиться от необходимости передавать видеопоток оператору, можно снять с машины тяжелые и энергоемкие системы связи, оставив только телеметрический сигнал. Это позволит самолету дольше держаться в воздухе либо взять на борт больше полезной нагрузки.

Модель S350 оказалась настолько удачной, что легла в основу целой серии доработанных вариантов. «В нашем самолете все прекрасно, за исключением одного: для запуска ему нужен ровный участок примерно 50х100 м, – продолжает Вадим. – И для посадки на парашюте тоже требуется довольно большой квадрат, чтоб аппарат не снесло в сторону». В итоге появилась новая версия дрона, из боковых консолей которой вытягиваются четыре луча с подъемными винтами.

Модернизированный SX350 фактически тот же самолет, но способный к вертикальному взлету и посадке: ему достаточно пятачка площадью 5х5 м. Правда, увеличившиеся масса и сопротивление привели к снижению аэродинамического качества, а значит, и времени полета. «Это неизбежный компромисс, – соглашается Вадим Кузнецов. – Но они все равно летают вдвое дольше и быстрее, чем любой коптер, так что производительность получается выше».