Краткая история БПЛА: для чего были созданы первые дроны и как они стали непревзойденными разведчиками

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.

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.

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).

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.

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».

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.

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».

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.

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.

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!