МИНИАТЮРНЫЕ РОБОТЫ В ВОЗДУШНОМ ПРОСТРАНСТВЕ

В настоящее время развитие науки и техники позволило вплотную подойти к созданию беспилотных летательных микроаппаратов (микроБПЛА), размеры которых не превышают размеров птиц или даже насекомых.

Большое количество экологически опасных производств и объектов в мире вызывает необходимость постоянного контроля для принятия своевременных мер безопасности. Особое внимание следует уделять нефтегазовым промышленным установкам, нефтегазопроводам, районам типа Чернобыльской АЭС. Постоянного наблюдения требуют также лесные массивы Сибири и такие уникальные природные образования, как озеро Байкал.

Применение в этих целях пилотируемых аппаратов не всегда безопасно для экипажей, особенно в зонах крупных катастроф, например Чернобыльской, сопровождающихся радиоактивным, химическим и биологическим заражением.

Для решения таких задач требуется оперативное, относительно недорогое средство, способное обеспечить регулярный эффективный экологический контроль. Весьма перспективным в этом отношении является использование различных типов микролетательных аппаратов и БПЛА, способных вести длительное патрулирование в воздухе, обследовать обширные территории, передавая информацию на наземный пункт, а при необходимости доставлять в заданный район средства подавления и локализации отдельных очагов опасности.

Большой интерес, проявляемый к разработке этого нового класса ЛА, обусловлен рядом факторов:

появлением технологической возможности изготовления таких аппаратов на основе технологий МСТ;

необходимостью проведения мониторинга окружающей среды и выполнения контртеррористических операций, особенно в городских условиях;

возможностью доставки и распространения с помощью МЛА сенсоров различного назначения с последующим объединением их в единую информационную сеть.

МЛА MicroSTAR будет использоваться для сбора информации, поиска целей и в качестве устройства поддержки мобильной радиосвязи. Для него разрабатываются различные миниатюрные датчики, системы передачи изображений в темноте в реальном масштабе времени и т.д. Вес MicroSTAR составляет 85 г, размах - 15 см, дальность полета достигает 5 км, длительность полета - 20 мин, скорость - 50 км/ч. MicroSTAR будет снабжен цифровой камерой весом менее 1 г, принимать изображение с которой можно на обычные мониторы с расстояния до 5 км. MicroSTAR разрабатывается в двух вариантах: с дистанционным управлением и с предварительно программируемым маршрутом и профилем полета.

Электрический мотор, работающий от литиевой батарейки, вращает винт диаметром 10 см. КПД винта составляет 82%. Аппарат оснащен цветной видеокамерой весом 2 г, передающей на Землю изображение в режиме реального времени на дальность до 1 км, и системой радиоуправления весом 3 г, занимающей на поверхности ЛА 2,5 см2. Разрабатывается система управления, использующая миниатюрные гироскопы, датчики скорости и угла атаки и систему GPS. Для запуска МЛА используется пневматическая пусковая установка, которая может входить в боевую экипировку солдата.

Проводятся работы над микросамолетом MITE. Размах крыльев составляет 15 см, вес 65 г. На законцовках крыла, в которых расположены батареи и/или топливные ячейки, установлены бесщеточные электродвигатели постоянного тока. Двигатели, вращая пропеллеры диаметром 12 см, позволяют развить скорость самолета до 10 м/с. В комбинированном вертикальном и горизонтальном оперении расположены элероны, управляемые сервоприводами.

Аппарат Kolibri, выполненный по вертолетной схеме, разрабатывает фирма “Lutronix”. Аппарат оснащен системой GPS, автопилотом и способен с 20-граммовой заправкой выполнять 30-минутный полет с возможностью зависания.

Другим направлением по созданию МЛА являются аппараты, в которых в качестве движителя будут преимущественно использоваться машущие крылья, приводимые в движение широким спектром двигателей - от традиционных микроэлектродвигателей, питаемых от электрогенераторов с газовой турбиной размером в несколько миллиметров, до миниатюрных прямоточных реактивных двигателей. Целью проекта “MicroBat” является создание МЛА с машущим крылом - орнитоптера весом меньше 15 г (включая видеокамеру и систему управления), а также исследование неизученных областей аэродинамики такого ЛА.

На ЛА установлены крылья, изготовленные по MEMS технологии с использованием титановых сплавов. Крылья приводятся в движение электрическим мотором через трансмиссию. В качестве источника энергии на аппарате установлена электрическая батарея. ЛА оборудован посадочным устройством. Были продемонстрированы первые удачные полеты продолжительностью до 3 мин с частотой взмахов крыльев 20 Гц. Продолжительность полетов во многом ограничена емкостью источника питания.

В работах по созданию механических насекомых, получивших название “энтомоптеры”, применяются сокращающиеся химические мускулы (RCM). Они производят механические колебательные движения крыльев, используя химический источник энергии. Помимо механических движений, RCM выделяют некоторое количество электрической энергии для питания бортовых систем и управления полетом. Следующими этапами развития МЛА, над которыми уже работают в лабораториях разных стран, являются дальнейшее уменьшение геометрических размеров, разработка новых движителей, источников энергии и других подсистем этих необычных, но чрезвычайно перспективных летательных аппаратов.

Также ведутся интересные разработки в области создания беспилотных вертолетов, в последнее десятилетие существенно пополнился ряд БПЛА за счет беспилотных вертолетов CL-227 (фирма “Canader”), Cypher (фирма “Sikorsky”), Sprite (фирма “Aviation Ltd”) и др. Большинство беспилотных вертолетов имеют небольшую массу (от 40 до 300 кг), относительно небольшие скорости полета (до 150-200 км/ч), потолок висения - 2-3 км, дальность полета - до 500 км, продолжительность полета - до 4 ч. Эти вертолеты, как правило, эксплуатируются вдали от пункта старта и должны выполнять автономный полет.

Интересно отметить, что практически все беспилотные вертолеты выполнены по соосной схеме, уникальный опыт создания которой имеет во всем мире только российская фирма “Камов”. Соосные вертолеты обладают рядом свойств - высокий КПД винтов, отсутствие потерь мощности на компенсацию реактивного момента, аэродинамическая симметрия, независимость органов управления, высокие пилотажные и маневренные характеристики, компактность и малые габариты, которые делают эту схему незаменимой для
беспилотных вертолетов, что и подтверждает мировой опыт. В этом отношении фирма “Камов” имеет неоспоримое преимущество.

Однако широко ведутся разработки по создания микровертолетов, масса и размеры которых будут существенно меньше, чем у приведенных выше вертолетов. Разработчики создали усовершенствованную модель летающего микроробота - mFR-Il. Диаметр несущих винтов mFR-ll составляет 136 мм, высота каркаса - 85 мм. Вес всей конструкции составляет 12,3 г, из которых 3,7 г приходится на аккумулятор, 2,9 г - на силовой агрегат, 0,6 г-на линейный исполнительный механизм, 3,1 г - на управляющий модуль, 2 г - на каркас.

Из широкого круга задач, решаемых МЛА и БИЛА, в качестве основных можно выделить следующие:

экологическая экспертиза на суше и над водной поверхностью;

систематическое наблюдение (патрулирование) районов аварий и чрезвычайных ситуаций;

биологический и химический контроль в биологически опасной для человека зоне;

радиационный контроль окружающей среды;

контроль и предупреждение аварий трубопроводов на газовых, химических и нефтяных магистралях;

охрана лесов и торфяников, предупреждение лесных пожаров, в том числе и пожаров на территории хозяйственных и промышленных объектов;

автономная рыборазведка и рыбоохрана на водоемах и прибрежных шельфах;

доставка и сброс экстренных грузов: сильнодействующих обеззараживающих растворов и порошков, пенообразуюших составов, локализующих разливы, медикаментов, продуктов и почты в процессе оказания помощи при ликвидации аварий и катастроф;

контроль автомобильных и железнодорожных магистралей; оперативная аэрофотосъемка;

региональная и местная ретрансляция телевизионных сигналов, в том числе и экстренного репортажа;

выдача необходимой информации, в том числе и телевизионной, соответствующим службам органов внутренних дел;

охрана важных объектов;

обеспечение круглосуточного пограничного контроля на труднодоступных участках над сушей и морем;

борьба с бандформированиями и наркобизнесом.

Интересно и использование МЛА и микроБПЛА для управления наземными роботами, выполняющими задачи в зонах разрушений и катастроф, где зачастую невозможно управление ими по радиолинии из-за наличия препятствий и необходимости для оператора находиться на большом удалении от очага опасности.