Реферат: Беспилотные самолеты

Беспилотники различаются по массе (от аппаратов весом в полкилограмма, сравнимых с авиамоделью, до 10-15-тонных гигантов), высоте и продолжительности полета. Беспилотные летательные аппараты массой до 5 кг (класс микро ) могут взлетать с любой самой маленькой площадки и даже с руки, поднимаются на высоту 1-2 километра и находятся в воздухе не более часа. Как самолеты-разведчики их используют, например, для обнаружения в лесу или в горах военной техники и террористов. Беспилотники класса микро массой всего 300-500 граммов, образно говоря, могут заглянуть в окно, поэтому их удобно использовать в городских условиях.

За микро идут беспилотные летательные аппараты класса мини массой до 150 кг. Они работают на высоте до 3-5 км, продолжительность полета составляет 3-5 часов. Следующий класс - миди . Это более тяжелые многоцелевые аппараты массой от 200 до 1000 кг. Высота полета достигает 5-6 км, продолжительность - 10-20 часов.

И, наконец, макси - аппараты массой от 1000 кг до 8-10 т. Их потолок - 20 км, продолжительность полета - более 24 часов. Вероятно, вскоре появятся машины класса супермакси . Можно предположить, что их вес превысит 15 тонн. Такие тяжеловозы будут нести на борту огромное количество аппаратуры различного назначения и смогут выполнять самый широкий круг задач.

Если вспомнить историю беспилотных летательных аппаратов, то впервые они появились в середине 1930-х годов. Это были дистанционно управляемые воздушные мишени, используемые на учебных стрельбах. После Второй мировой войны, точнее, уже в 1950-х годах, авиаконструкторы создали беспилотные самолеты-разведчики. Еще 20 лет понадобилось на то, чтобы разработать машины ударного назначения. В 1970-х - 1980-х годах этой тематикой занимались конструкторские бюро П. О. Сухого, А. Н. Туполева, В. М. Мясищева, А. С. Яковлева, Н. И. Камова. Из туполевского КБ вышли беспилотные разведчики Ястреб , Стриж и находящийся на вооружении и сегодня - Рейс , а также ударный Коршун, созданный совместно с НИИ Кулон . Достаточно успешно занималось беспилотными самолетами КБ Яковлева, где разрабатывались аппараты мини - класса. Наиболее удачным из них стал комплекс Пчела , который до сих пор стоит на вооружении.

В 1970-х годах в СССР были развернуты научно-исследовательские работы по созданию беспилотных самолетов с большой высотой и продолжительностью полета. Ими занималось ОКБ В. М. Мясищева, где разрабатывали машину макси - класса Орел . Тогда дело дошло только до макета, но почти через 10 лет работы возобновили. Предполагалось, что модернизированный аппарат сможет летать на высоте до 20 км и находиться в воздухе 24 часа. Но тут наступил реформенный кризис, и в начале 1990-х годов программу Орел из-за отсутствия финансирования закрыли. Примерно в то же время и по тем же причинам были свернуты работы над беспилотным летательным аппаратом Ромб . Этот уникальный по своей конструкции самолет, созданный совместно с НИИ ДАР при участии разработчика радиолокационной системы Резонанс Главного конструктора Э. И. Шустова, представлял собой разрезной биплан из четырех крыльев, составленных в виде ромба, в которые монтировались крупногабаритные антенны, обслуживающие радиолокационную станцию. Масса его была порядка 12 тонн, а полезная нагрузка достигала 1, 5 тонны.

После первой волны разработок беспилотников в 1970-х - 1980-х годах наступило длительное затишье. Армию оснащали дорогостоящими пилотируемыми самолетами. Под них выделяли большие средства. Этим и определялся выбор тематики разработок. Правда, все эти годы беспилотниками активно занималось Казанское опытно-конструкторское бюро Сокол . ОКБ Сокол стало, по существу, специализированным предприятием по производству беспилотных авиационных систем. Основное направление - беспилотные воздушные мишени, на которых отрабатываются боевые действия различных военных комплексов и наземных служб, в том числе и комплексов ПВО.

Сегодня беспилотные летательные аппараты мини - и миди - класса представлены достаточно широко. Их производство под силу многим странам, поскольку с этой задачей могут справиться небольшие лаборатории или институты. Что же касается аппаратов класса макси , то для их создания нужны ресурсы целого авиастроительного комплекса.

В чем же преимущества беспилотных летательных аппаратов? Во-первых, они в среднем на порядок дешевле пилотируемых самолетов, которые нужно оснащать системами жизнеобеспечения, защиты, кондиционирования… Нужно, наконец, готовить пилотов, а это стоит больших денег. В итоге получается, что отсутствие экипажа на борту существенно снижает затраты на выполнение того или иного задания.

Во-вторых, легкие (по сравнению с пилотируемыми самолетами) беспилотные летательные аппараты потребляют меньше топлива. Представляется, что для них открывается более реальная перспектива и при возможном переходе на криогенное топливо.

В-третьих, в отличие от пилотируемых самолетов, машинам без пилота не нужны аэродромы с бетонным покрытием. Достаточно построить грунтовую взлетно-посадочную полосу длиной всего 600 метров. ( Беспилотники взлетают с помощью катапульты, а приземляются по-самолетному , как истребители на авианосцах.) Это очень серьезный аргумент, поскольку 70% аэродромов в Украине нуждаются в реконструкции, а темпы ремонта сегодня - один аэродром в год.

Основной критерий выбора типа летательных аппаратов - стоимость. Благодаря стремительному развитию вычислительной техники существенно подешевела начинка - бортовые компьютеры беспилотников . На первых аппаратах использовались тяжелые и громоздкие аналоговые вычислительные машины. С внедрением современной цифровой техники их мозг стал не только дешевле, но и умнее, компактнее и легче. Это означает, что аппаратуры на борт можно взять больше, а ведь именно от нее зависят функциональные возможности беспилотных самолетов.

Если же говорить о военном аспекте, то беспилотные летательные аппараты находят применение там, где в разведывательной операции или воздушном бою можно обойтись без пилота. На IХ международной конференции по беспилотникам , прошедшей в 2001 году во Франции, прозвучала мысль о том, что в 2010-2015 годах боевые операции сведутся к войне автоматизи рованных систем, то есть к противоборству роботов.

Специалисты ОКБ Сухого проанализировали развитие существующих в мире научно-технических программ по созданию беспилотников и обнаружили стойкую тенденцию к увеличению их размеров и массы, а также высоты и продолжительности полета. Аппараты с большим весом могут дольше находиться в воздухе, выше подниматься и дальше видеть . Макси берут на борт более 500 кг полезной нагрузки, которая позволяет решать задачи большого объема и с лучшим качеством.

Анализ показал, что беспилотные самолеты класса макси и супермакси сегодня востребованы как никогда. Судя по всему, они могут изменить расклад сил на мировом рынке летательных аппаратов. Пока эта ниша освоена только американскими конструкторами, которые начали работать над беспилотниками макси - класса на 10 лет раньше нас и успели создать несколько очень хороших самолетов. Наиболее популярный из них Глобал Хоук (рис.5.1): он поднимается на высоту до 20 км, весит 11, 5 тонны, имеет продолжительность крейсерского полета более 24 часов. Конструкторы этой машины отказались от поршневых моторов и оснастили ее двумя турбореактивными двигателями. Именно после показа Глобал Хоука на авиасалоне в Ле-Бурже в 2001 году на Западе началась борьба за захват нового сектора рынка.

Еще во время создания первых беспилотных самолетов макси - класса Орел и Ромб была разработана концепция, согласно которой начали строить беспилотные аппараты, обеспечивающие наилучшие условия для размещения в них полезной нагрузки. На Ромбе , например, смогли совместить большие антенные блоки размером 15-20 м с элементами самолета. Получилась летающая антенна . Сегодня создается, по сути, летающуя платформа для аппаратуры наблюдения. Соединив полезную нагрузку с бортовыми системами, можно получить полноценный интегрированный комплекс, максимально оснащенный радиоэлектронным оборудованием (рис.5.2). Это будет качественно новый вид авиационной техники - стратосферная платформа для решения задач, которые либо не по силам низко-, средневысотным пилотируемым и беспилотным машинам, либо требуют неоправданно больших затрат при выполнении их спутниковыми группировками.

Весь мир уже осознал, какую пользу и экономию могут принести беспилотные летательные аппараты не только в военной, но и в гражданской сфере. Их возможности во многом зависят от такого параметра, как высота полета. Сегодня предел составляет 20 км, а в перспективе и до 30 км. На такой высоте беспилотный самолет может конкурировать со спутником. Отслеживая все, что происходит на территории площадью около миллиона квадратных километров, он сам становится своего рода аэродинамическим спутником . Беспилотные самолеты могут взять на себя функции спутниковой группировки и выполнять их в режиме реального времени в рамках целого региона.

Чтобы из космоса вести фото - и киносъемку или наблюдать за каким-нибудь объектом, нужны 24 спутника, но и тогда информация от них будет поступать один раз в час. Дело в том, что спутник находится над объектом наблюдения всего 15-20 минут, а затем уходит из зоны его видимости и возвращается на то же место, совершив оборот вокруг Земли. Объект же за это время уходит из заданной точки, поскольку Земля вращается, и снова оказывается в ней только через 24 часа. В отличие от спутника, беспилотный самолет сопровождает точку наблюдения постоянно. Проработав на высоте около 20 км более 24 часов, он возвращается на базу, а ему на смену в небо уходит другой. Еще одна машина находится в резерве. Это огромная экономия, поскольку беспилотные самолеты на порядок дешевле спутников.

Беспилотные самолеты могут конкурировать со спутниками и в сфере создания телекоммуникационных сетей и навигационных систем.

На беспилотники можно возложить непрерывное круглосуточное наблюдение за поверхностью Земли в широком диапазоне частот. Используя их, можно создать информационное поле страны, охватывающее контроль и управление движением воздушного и водного транспорта, поскольку эти машины в состоянии взять на себя функции наземных, воздушных и спутниковых локаторов (совместная информация от них дает полную картину того, что делается в небе, на воде и на земле).

Беспилотные летательные аппараты помогут решить целый спектр научных и прикладных задач, связанных с геологией, экологией, метеорологией, зоологией, сельским хозяйством, с изучением климата, поиском полезных ископаемых… Они будут следить за миграцией птиц, млекопитающих, косяков рыбы, изменением метеоусловий и ледовой обстановки на реках, за движением судов, перемещением транспорта и людей, вести аэро-, фото - и киносъемку, радиолокационную и радиационную разведку, многоспектральный мониторинг поверхности, проникая вглубь до 100 метров.

Потребность мирового рынка в беспилотных авиационных системах с большой высотой и продолжительностью полета представлена в виде диаграммы на рис. 5.3.

Сферы применения гражданского беспилотного самолета

ОБНАРУЖЕНИЕ МАЛОРАЗМЕРНЫХ ОБЪЕКТОВ:

· воздушных

· надводных

· наземных

УПРАВЛЕНИЕ ВОЗДУШНЫМ ДВИЖЕНИЕМ:

· в труднодоступных районах

· при стихийных бедствиях и авариях

· на временных воздушных трассах в авиации народного хозяйства

КОНТРОЛЬ МОРСКОГО СУДОХОДСТВА:

· поиск и обнаружение судов

· предупреждение аварийных ситуаций в портах

· контроль морских границ

· контроль правил рыболовства

РАЗВИТИЕ РЕГИОНАЛЬНЫХ И МЕЖРЕГИОНАЛЬНЫХ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ СЕТЕЙ:

· системы связи, в том числе мобильные

· телерадиовещание

· ретрансляция

· навигационные системы

АЭРОФОТОСЪЕМКА И КОНТРОЛЬ ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ:

· аэрофотосъемка (картография)

· инспекция соблюдения договорных обязательств

· (режим «открытого неба»)

· контроль гидро-, метеообстановки

· контроль активно излучающих объектов контроль ЛЭП

КОНТРОЛЬ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ОБСТАНОВКИ:

· радиационный контроль

· газохимический контроль

· контроль состояния газо - и нефтепроводов

· опрос сейсмических датчиков

ОБЕСПЕЧЕНИЕ СЕЛЬХОЗРАБОТ И ГЕОЛОГОРАЗВЕДКИ:

· определение характеристик почвы

· разведка полезных ископаемых

· подповерхностное (до 100 м) зондирование Земли

ОКЕАНОЛОГИЯ:

· разведка ледовой обстановки

· слежение за волнением моря

· поиск косяков рыбы