Первый в мире дрон и почему были созданы первые дроны и как они получили непревзойденное признание

Как минимум восемь беспилотных летательных аппаратов этим утром атаковали российскую столицу. Налет начался около 4 часов утра. Именно в это время в Подмосковье силы ПВО заметили первые цели. Все они были уничтожены на подлете к городу, некоторые упали сами, зацепившись за препятствия. Беспилотники видели в Одинцово, Красногорске и Барвихе. Там без пострадавших, так как аппараты упали не в населенных пунктах, хотя многие видели БПЛА прямо над своими головами.

«Прямо над нашим домом», – говорил очевидец, снимая видео.

Ближе к 7 утра – уже вторая волна. Три беспилотника долетели до границ Москвы, но были подавлены средствами радиоэлектронной борьбы. Потерявшие управление аппараты рухнули на жилые дома. Заряд, который они несли, не сработал, и уже сейчас взрывотехники завершили разминирование БПЛА.

О ситуации в столице – репортаж нашего корреспондента Багаудина Багаудинова. Подробности – в материале РЕН ТВ.

В России разработали первый в мире легкий беспилотник с гибридным двигателем

МОСКВА, 15 апреля. /ТАСС/. Первый в мире легкий беспилотный летательный аппарат (БПЛА) самолетного типа ZALA 421-16E5G, оснащенный гибридной силовой установкой с электромотором и двигателем внутреннего сгорания (ДВС), разработан российской компанией ZALA Aero (входит в состав Группы компаний «Калашников» госкорпорации «Ростех»). Об этом сообщил ТАСС руководитель направления специальных проектов ZALA Aero Никита Хамитов в ходе презентации нового БПЛА.

«Мы первыми в мире в данном классе беспилотников совместили ДВС и электродвигатель. Компания сделала последовательный гибрид — во время полета ДВС является не основным толкающим двигателем, а питает генератор и буферный аккумулятор. Это в свою очередь дает электропитание всем бортовым узлам и агрегатам, в том числе электродвигателю», — проинформировал Хамитов.

По его словам, применение гибридной силовой установки существенно увеличивает продолжительность полета беспилотника по сравнению с аналогами. «Благодаря такой схеме мы получили время полета более 16 часов, также предоставили возможность работать над объектом интереса в полностью бесшумном режиме», — отметил Хамитов.

По его словам, серийное производство БПЛА уже началось. «Уже есть заказчик. Серийное производство уже запущено», — проинформировал Хамитов, добавив, что производственные мощности ZALA Aero позволяют производить в общей сложности до 300 различных беспилотников в год.

ZALA 421-16E5G является первым в мире БПЛА самолетного типа и безаэродромного базирования, оснащенным гибридной силовой установкой в составе электромотора и двигателя внутреннего сгорания. Беспилотник позиционируется как разведывательный аппарат. «Полезная нагрузка позволяет применять системы целеуказания, ретрансляции связи, мониторинга сотовых сетей 2G, 3G, 4G. Он может провести радиотехническую разведку в районе и определить сотовые телефоны и их местонахождение, а также ретранслировать связь на несколько десятков километров», — добавил Хамитов.

Для чего были созданы первые дроны и как они стали непревзойденными разведчиками

Чтобы летало и чтобы управлялось дистанционно — в истории БПЛА важно было пересечение двух «чтобы». И оно состоялось в 1935 году в Великобритании, когда был создан беспилотный самолет Queen Bee. В нем было две кабины: в передней при необходимости мог разместиться пилот, в задней находилась аппаратура радиоуправления. Сам же самолет использовался для тренировки расчетов зенитной артиллерии.

Это событие состоялось благодаря большой предстартовой подготовке. Во-первых, надо отдать должное Devil Automata — радиоуправляемому судну (не самолету), которое в 1898 году на выставке изобретений представил Никола Тесла. Субмарину с длинной металлической антенной, передвигающуюся по бассейну по командам со специального пульта, можно считать прототипом всех будущих радиоуправляемых транспортных устройств.

Во-вторых, в начале XX века на смену дирижаблям и аэростатам стали приходить летательные аппараты тяжелее воздуха. Пионерами пилотируемой авиации самолетного типа были братья Райт. В 1903 году они совершили четыре полета на Flyer I с максимальной дальностью 260 метров и продолжительностью 59 секунд. Затем были конструкторские решения от братьев Бриге, Георгия Ботезата, Элмера Сперри и Чарльза Кеттеринга. Все, кроме первого, создавались для военных целей — и именно эта сфера стала локомотивом развития беспилотного направления.

Широко беспилотники стали эксплуатироваться в 60-70-е годы. Например, во время вoйны во Вьетнаме США использовали Ryan AQM-91 Firefly — БПЛА самолетного типа, который летал по заданному маршруту и выполнял аэрофотосъемку. Первое массированное и успешное применение беспилотников в боевых действиях было в ходе Ливанской вoйны. В 1982 году израильские военные задействовали большое количество самолетов-разведчиков IAI Scout при разгроме группировки сил и средств противовоздушной обороны Сирии.

Дроны навсегда. Каким был первый беспилотник и как будет развиваться эта технология

Первые беспилотники появились еще в середине XIX века и использовались в военных целях. Война — основная сфера применения дронов и сейчас, но в последние годы они начинают все шире использоваться и в мирной жизни. Что могут делать дроны и как будет развиваться эта технология, «Чердаку» рассказал доцент МАИ Дмитрий Сурков.

Многие современные технологии и девайсы, если немного поскрести, были придуманы десятки лет назад. Дроны — не исключение. При желании их историю можно возвести аж к середине XIX века, когда во время революции 1848−1849 годов в Италии австрийцы отправили на Венецию воздушные шары без пилотов, но с бомбами, которые автоматически сбрасывались над территорией врага. По крайней мере, таков был план. На практике же ветер во время операции поменялся, и часть воздушных шаров отнесло обратно к австрийцам. Впрочем, уже через полвека после этой неудачной военной операции Никола Тесла продемонстрировал в Нью-Йорке игрушечную лодку с радиоуправлением — так дроны управляются и по сей день.

Во время Первой мировой войны американские изобретатели Орвилл Райт и Чарльз Кеттеринг руководили созданием «самолетающей воздушной торпеды», которую прозвали «Жуком Кеттеринга». «Жук» запускался с катапульты подобно современным дронам. Операторы заранее рассчитывали, сколько оборотов двигателя ему понадобится, чтобы долететь до цели по прямой. После нужного количества оборотов он взрывался. Правда, применения в реальных боевых действиях «Жук» так и не получил: военные сомневались в его надежности и предсказуемости траектории его полета.

Наконец, в 1935 году в Канаде создали беспилотный самолет DH.82 Queen Bee. По виду он был похож на боевую машину, однако был сделан из легких и дешевых материалов для использования в качестве мишени при учениях. DH.82 Queen Bee управлялся по радиосвязи и именно после него за подобными аппаратами закрепилось название дронов — от английского drone, «трутень».

В общем, дроны — далеко не новинка. Долгое время они были либо серьезной военной техникой, либо игрушкой для любителей. Однако в последнее время они все чаще используются в мирных и при этом практических целях.

«Беспилотники можно использовать в сельском хозяйстве и картографии, строить 3D-модели ландшафта местности по снимкам, полученным с аппаратов, анализировать грунт, посевы и так далее. Кроме того, их можно использовать в качестве базовых станций/ретрансляторов для оперативного развертывания мобильной сети там, где это невозможно. Например, в местах стихийных бедствий или в горах», — говорит Дмитрий Сурков.

Подробно о том, как и для чего можно использовать дроны и как это делается в России, мы уже писали. Здесь и серьезное промышленное применение, например осмотр нефтегазовых труб или линий электропередач на предмет повреждений, и спасение людей, и развлечения вроде дронов-официантов.

Прогнозируют, что мирная сфера применения дронов будет только расти. Ну, а сами дроны, как и любая технология, будут совершенствоваться. «Два основных направления — это увеличение времени полета и улучшение навигационных систем. Наиболее актуальны сейчас компьютерное зрение, анализ видеоизображения в режиме реального времени и навигация аппарата по картинке, отказ от датчиков (GPS). Это позволит стабилизировать аппараты с миллиметровой точностью, вне зависимости от условий, качества датчиков, приема сигнала GPS», — рассуждает Сурков.

Дрон с системой компьютерного зрения облетает препятствия

Кроме того, в России нужно утрясти законодательные тонкости использования. «С эксплуатацией дронов в России есть определенные сложности. Связано это главным образом с непроработанными подзаконными актами. Кроме того, сейчас весьма непросто выяснить, какие структуры занимаются регулированием полетов БПЛА (по крайней мере, для частного лица это почти невозможно). Впрочем, все, что весит до 200 грамм, летает без разрешений», — продолжает Дмитрий.

Действительно, необходимость ограничивать свободный полет дронов есть, и не только в нашей стране. В частности, она связана с опасностью маленьких потребительских беспилотников для настоящих самолетов. Например, в прошлом году дрон в Москве залетел на территорию Шереметьево, а несколько дней назад в Канаде беспилотник врезался в пассажирский самолет. В обоих случаях ничего страшного не произошло, но, если бы дрон попал в двигатель самолета, дело бы кончилось плохо.

Дрон сталкивается с самолетом над Нью-Йорком

Кроме того, дроны иногда падают на людей и, конечно же, привлекают преступников возможностью отправлять небольшие посылки или наблюдать за определенной территорией.

Дмитрий Сурков — эксперт Олимпиады НТИ для школьников, профиль «Беспилотные авиационные системы».

ПН не понедельник

ПН (полезная нагрузка) — то, что модернизирует БПЛА и превращает его в многофункциональную платформу. В особенности это касается коптеров, которые могут зависать в воздухе и процедура запуска которых менее требовательна.

На БПЛА можно установить фото- и видеокамеру. Она может быть попроще для работающих на складах дронов, которым необходимо лишь считывать QR-коды товаров, а может быть посложнее — например, для съемок фильма. Помимо «обычных» есть мульти- и гиперспектральные камеры и тепловизоры.

Снимки с разного типа камер обрабатываются в специализированных ПО. Так можно получить ортофотоплан и 3D-модель местности (о том, как сшить фотографии и получить цифровую копию объекта, мы рассказывали здесь) или построить NDVI-карту для оценки состояния растительности.

Перспектива поднять прибор в воздух вместе с БПЛА подтолкнула разработать магнитометры и лидары для проведения аэромагниторазведки и воздушного лазерного сканирования (ВЛС).

В 2019 году компания RedTail LiDAR Systems презентовала лазерный сканер RTL-400. Примерно тогда же российскими производителями был разработан воздушный лазерный сканер АГМ-МС1. Его можно установить, например, на «Геоскан 401». ВЛС позволяет получать классифицированное облако точек лазерных отражений, цифровую модель рельефа и 3D-модель местности.

Геоскан 401 Лидар с лазерным сканером АГМ-МС3

Аэромагнитная разведка, в свою очередь, совмещает в себе скорость большой авиации и точность наземной съемки. В отличие от вертолета/самолета, БПЛА с прикрепленным к нему магнитометром может детально огибать рельеф — отсюда и более точные результаты. Наземный способ съемки тоже точный, так как данные магнитного поля фиксируются со скоростью пешехода, но медленный. Также он подвержен значительному количеству шумов. Учитывая все бонусы, аэромагнитная разведка сейчас набирает обороты.

Кто знает, что еще удастся поднять в небо с БПЛА!

Толчок вперед

До начала XXI века беспилотные аппараты в основном были самолетного типа и военного назначения. Страны были готовы экономически вкладываться в разработку технологий, способных помочь победить врага. К тому же, электроника прошлого века была достаточно дорогой и громоздкой, и ее могли позволить себе только военные. Поэтому, пожалуй, главным толчком для того, что БПЛА нашли себя впоследствии в гражданской сфере: от АФС полей до съемки контента для YouTube — стала разработка доступных и достаточно быстродействующих микропроцессоров и миниатюрных датчиков. На их основе появились первые проекты автопилота (он же полетный контроллер или, метафорично, мозг летательного аппарата). Важную роль сыграло и создание литиевых аккумуляторов.

Проверка плат автопилота квадрокоптера Gemini

Опыт одной компании

Сфера беспилотников развивается буквально на наших глазах. В качестве иллюстрации можно взять опыт компании TraceAir, которая от аэродоставки кофе в Парке Горького перешла в PropTech.

Их пилотный проект относится к 2014 году, когда дроны были абсолютным трендом. В Парке Горького (Москва) их беспилотники доставляли кофе через приложение кофейни Coffee and the City.

«Мы сами собирали коптеры (даже корпуса) и адаптировали их под доставку. Купить такие беспилотники просто-напросто было негде. Никто раньше не использовал их в коммерческих целях, а в России тогда отсутствовали правила регистрации беспилотников и регламенты по регулированию воздушного пространства», —отмечают в компании.

Сотрудники компании TraceAir

Влад Шатило / «Хайтек»

После тестирования бизнес-идеи компании столкнулись с рядом проблем, связанных с техническими возможностями БПЛА: литий-ионные аккумуляторы позволяли дронам летать не больше получаса, электроника была габаритной, неустойчивая радиосвязь сказывались на стабильности системы в целом. Такой проект невозможно было масштабировать. Владелец кофейни, оценив высокие расходы, отказался от технологии.

«После неудачной бизнес-идеи с доставкой кофе мы искали другое применение для дронов. Узнав о технологии АФС, мы решили попробовать ее для съемки строительных площадок. И это выстрелило. Автоматизированный контроль и управление строительством на основе данных с БПЛА зафиксировали эффект от использования в объеме 28 млн рублей на этапе контроля выполнения объема работ по благоустройству. Таким образом была определена наша сфера — PropTech».

Веб-платформа для контроля строительства на основе данных с дрона.

Фото предоставлено пресс-службой TraceAir

Литиевые аккумуляторы

Их изобретение также поспособствовало развитию беспилотной сферы. Для БПЛА необходимы легкие и высокоемкие аккумуляторы с большой токоотдачей, поэтому устанавливаются литий-ионные и литий-полимерные АКБ с большим ресурсом. Основные отличия вторых — большая легкость и компактность. Их можно установить на маленькие дроны весом 100 граммов, например на «Пионер Мини».

Управление Пионером Мини через телефон

Микропроцессоры

Три компании: Intel, Texas Instruments и Garrett AiResearch — почти одновременно приступили к созданию микропроцессора. А Intel 4004, выпущенный в 1971 году, считают первым в мире коммерчески доступным однокристальным микропроцессором.

Эволюция микросхем, которая привела их к компактности и дешевизне, обусловила и развитие БПЛА мультироторного типа. Из-за своей конструкции эти аппараты менее аэродинамически устойчивы, чем беспилотники с неподвижным крылом, и требуют постоянной электронной стабилизации в полете. И в воздух они поднимаются самостоятельно, без помощи катапульты/рук и воздушных масс. Поэтому нужны были хорошие моторы.

В конструкции легких БПЛА (массой до 15 кг) получили распространение бесколлекторные двигатели постоянного тока, состоящие из двух частей: ротора (подвижной части) и статора (неподвижной части), управление которыми осуществляется с помощью внешнего коммутатора (регулятора оборотов).

Партия регуляторов двигателей, готовых к установке в новые борта

Примерная хронология атак и рассказы очевидцев

На видео показали все, что осталось от беспилотника, который этим утром врезался в жилую многоэтажку на Ленинском проспекте. Основная часть корпуса аппарата продолжает лежать на земле. Осколки разлетелись на десятки метров вокруг.

Известно, что беспилотник влетел в квартиру на 14-м этаже многоэтажки. Серьезно пострадала лоджия, выбиты стекла. По нашим данным, летательный аппарат был начинен тремя взрывными устройствами, ни одно из которых, к счастью, не сработало.

На место происшествия вызвали спасателей, которые эвакуировали всех жильцов дома. Территорию оцепили. На улице оказались свыше трехсот человек. Многие сначала не поняли, что произошло. Известно, что в квартире, куда врезался летательный аппарат, в тот момент находились три девушки.

«Из квартиры три молодые девчонки выходили. 18-летние», – рассказал местный житель.

Надо отметить, что жильцы действовали спокойно. Еще до эвакуации многие сами покинули свои квартиры. Быстро собрали документы, взяли домашних животных и организовано вышли на улицу.

«Люди в шоке. И водой залило. И стекла выбило», – рассказала местная жительница.

Этим утром от беспилотников пострадали еще две московские многоэтажки. Как рассказали в Министерстве обороны, киевский режим провел террористическую атаку, выпустив сразу восемь беспилотных летательных аппаратов. Все они были поражены.

«Полетели окна. Я выглянул в окно – на 11-м этаже живу – полетели всякие предметы с крыши. Вышел на улицу – здесь собрался народ, приехала полиция. Обломки валялись», – рассказал местный житель.

Очевидцы сообщали о взрывах и в Подмосковье. Лидия из Красногорска проснулась от громкого хлопка. Сначала подумала, что рухнула бетонная плита на ближайшей стройке, но после того, как вышла на улицу, поняла, что произошло на самом деле.

«Было, конечно, реально страшно. Гром было слышно. Такой взрыв или еще что. Потом еще раз. Окна закрыла», – рассказала Лидия.

Одинцовский район. Местная жительница Анна Якушева до сих пор с ужасом вспоминает минувшее утро. Грохот стоял такой силы, что зазвенели стекла.

«Я проснулась и поняла, что это сработала противовоздушка, скорее всего», – рассказала Анна.

Журналистам РЕН ТВ удалось восстановить примерную хронологию атак в столице. В половине шестого утра беспилотник попал в жилой дом на улице Атласова в Новой Москве. Здание пострадало незначительно. Следом летательный аппарат врезался в дом на Профсоюзной улице. Жильцов эвакуировали. Боевая часть дрона, с тремя кумулятивными зарядами, влетела в квартиру на 16-м этаже, но, к счастью, не взорвалась.

В начале восьмого летательный аппарат попал в многоэтажку на Ленинском проспекте.

«Звук, как будто крыша падает, шифер. На моих глазах это мимо пролетело, непонятно что. Я сразу к окну – увидела там, сфотографировала сразу крыло разбитое», – рассказала очевидец Екатерина.

Поражение беспилотников

Если в Московской области для уничтожения беспилотников задействовали комплекс «Панцирь-С», то в столице все беспилотники были поражены средствами радиоэлектронной борьбы. Они сбились с курса и отклонились от назначенной цели. А для того, чтобы атака не произошла повторно, в городе на время ограничили работу спутниковых систем навигации.

«По предварительным данным, пострадавших нет. На месте работают экстренные службы города. Следователи-криминалисты и эксперты Главного следственного управления Следственного комитета по городу Москве также работают на месте происшествия. Устанавливаются лица, причастные к преступлению», – сообщила официальный представитель СК России Светлана Петренко.

Что касается эвакуированных жильцов, то им разрешили возвращаться в квартиры. Саперы и криминалисты закончили свою работу.

Датчики

Здесь важную роль сыграла разработка микроэлектромеханических систем, коротко МЭМС, в которых физические воздействия переводятся в электрический сигнал или наоборот. В такого рода интегральных схемах сосуществуют механика (к примеру, с миллиметровыми грузиками и подвесами) и электроника с полупроводниками.

МЭМС-технологии применяются для создания акселерометров и гироскопов — ключевых приборов для осуществления беспилотником полета. Они помогают аппаратам ориентироваться в воздушном пространстве. Условно говоря, дрон от ветра накренился, грузики в МЭМС-гироскопе среагировали, создался электрический сигнал, специальный датчик его уловил и отправил сообщение полетному контроллеру.

МЭМС-акселерометры, к примеру, начала выпускать в большом количестве компания Analog Devices. И это было лишь в 1993 году.