SkyRod - система посадки беспилотников самолетного типа на корабли, платформы и другие объекты

Проект “Малый палубный беспилотник”

Изначально к проектированию системы посадки предъявлялись следующие требования:

• простота адаптации под систему для производителей беспилотных летательных аппаратов: крепим на аппарат один модуль и беспилотник становится "палубным"

• универсальный механизм посадки для всех аппаратов всех производителей беспилотников: наличие на беспилотнике вышеописанной детали должно дать гарантию его посадки на любой объект, оснащенный системой посадки

• универсальность системы посадки для всех судов: система должная иметь возможность быть установленой на любом судне, с которого, для решения поставленных задач, необходимо использовать беспилотные летательные аппараты

• безопасность для команды судов, т.е. отсутствие необходимости блокирования пространства на судне в момент посадки

• возможность размещения системы посадки при полном отсутствии на объекте свободных площадей: любой корабль может стать "авианосцем"

• исключение контактов аппарата с любыми объектами, способными причинить вред его техническому состоянию: конечное состояние аппарата после посадки - зависание в воздухе

• возможность создания мобильных вариантов системы, не отличающихся по своей функциональности от стационарных: возможность применения точной системы посадки беспилотного летательного аппарата должна быть везде

• исключение серъезных последствий для судна и экипажа при нештатной ситуации: посадка аппарата, поврежденного противником, имеющего неизрасходованный запас топлива, не приведет к негативным последствиям для корабля при неудачном завершении посадки, если посадочная система будет вынесена за пределы палубы

• минимизация рисков при неблагоприятных погодных условиях: при неудачных заходах на посадку, аппарат должен иметь возможность бесприпятственно повторить попытку

• минимальное влияние на качество посадки расположения посадочной системы на судне: система посадки должна располагаться таким образом, чтобы она была наилучшим образом различима с курсовой камеры аппарата, для обеспечения принятия максимально правильного решения оператором или качественной обработки получаемого изображения программами машинного зрения

• возможность передачи управления беспилотным летательным аппаратом между операторами, находящимися на разных судах: беспилотный аппарат, запущенный с корабля и имеющий в полетном задании конечные координаты, выйдя из зоны управления своего оператора, будет лететь в неконтролируемом автоматическим режиме, пока не войдет в зону контроля другого оператора, которому будет разрешено управление дальнейшими действиями аппарата, вплоть до его посадки на посадочную систему своего судна

Проблематика

Идея создания палубного беспилотника малого класса появилась давно.

У мультироторных  систем малая скорость и недостаточный запас хода.  Конвертопланы пока несовершенны, чтобы их можно было использовать для решения практических задач, да и в самолетном режиме они менее эффективны, чем классические самолеты.

Так появилась задача использования беспилотника самолетного типа, но если запустить БПЛА с палубы не составляет труда, то приземление вызывает большие сложности. Посадка легкого самолета весом  до 5 кг в сеть вполне реализуема, но при большем весе такой вариант посадки становится опасным для целостности аппарата.

Система планируется, как универсальная, чтобы любой аппарат любого производителя можно было посадить на любом объекте, оснащенным системой посадки, а переоборудование под нее беспилотников не требовало больших усилий. Система разрабатывается для посадки беспилотных аппаратов весом до 30 кг: беспилотник такого веса с бензиновым двигателем может летать на протяжении 10 часов с полезной нагрузкой в 5 кг и осуществлять посадку при ветре более 15 м/с. Для более тяжелых аппаратов, основные принципы функционирования системы посадки остаются такими же, но добавляется ряд конструкционных особенностей, позволяющих выдерживать соответствующие нагрузки и более четко контролировать процесс посадки.

Решаемые задачи

Обладая такими характеристиками, БПЛА с кораблей может быть использован для большого количества задач:

Картография:

• мониторинг и картографирование объектов, к которым нет или затруднен доступ с земли: маяки, острова, технические сооружения на воде, поймы рек

• картографирования и построения 3D моделей водных объектов: нефтедобывающие платформы, порты, прибрежные территории

С борта судна можно произвести аэрофотосъемку прибрежных и других сложно доступных территорий для задач картографии и построения 3D моделей объектов.

Геологоразведка:

• обнаружение льдин и прочих предметов по курсу следования исследовательских судов

• поиск оторвавшегося оборудования

• магнитометрические и другие исследования при размещении на борту специального оборудования

Геологоразведывательные суда обладают большим количеством оборудования, которое буксируется за судном и такие "хвосты" могут тянуться на много километров. Разворот судна при обнаружении льдины или другого объекта, которое может повредить дорогостоящее оборудование, составляет несколько километров. Для оценки обстановки по курсу следования корабля можно использовать беспилотник, при помощи которого можно не только мониторить окружающую обстановку, но и проводить другие исследования, установив, например, магнитометр.

Экологический мониторинг:

• мониторинг техногенных катастроф: разливы нефти и т.п.

• выявление скоплений мусора

Мониторинг зон протечек подводных нефтепроводов и аварий нефтеналивных танкеров; для координирования с воздуха операций по сбору разлившейся нефти.

МЧС:

• обнаружение и фиксирование места крушения

• поиск людей

• сброс плавсредств с радиомаяками, сигнальными фонарями и прочими полезными приспособлениями

Поиск и спасение: 

• Бензиновый бесплотник может пролететь до 1000 км за вылет, при этом нести камеру оптического диапазона и тепловизор. Ширина захвата камеры оптического диапазона составит порядка 500 м при разрешении 10 см на пиксел, что позволит различить в воде не только человека, но и более мелкие объекты, а тепловизор поможет увидеть нагретые объекты и в непогоду.  1000 км х 500 м, т.е. мы получаем площадь съемки за один полет до 500 кв.км, а наличие нескольких подобных аппаратов, увеличивает эту площадь в соответствующее количество раз. При этом само судно может обладать скромными размерами.

• На борт БПЛА можно установить и активные антенны для поиска металлических объектов, это могут быть и обломки упавшего самолета и подводная лодка предполагаемого противника. Сейчас такие системы активно используются на БПЛА.

• Доставка и сброс в указанной точке или по команде оператора спасательных жилетов, кругов, плотов и т.п. со встроенными радиомаяками, сигнальными огнями, средством отпугивания акул, средствами поддержки жизнедеятельности организма, датчиками для определения загруженности плавсредства и т.д.

• Стоимость использования вертолета при спасательной операции составляет 200-300 тысяч рублей в час, да и не на каждом судне есть вертолетная площадка.

Доставка грузов

• возможность построения сети по оперативному обмену грузами на суше и на водных объектах
  

• Появляется возможность оперативно доставлять небольшие грузы, например медикаменты, на большие расстояния с борта судна в труднодоступные районы и получать грузы с суши и других кораблей. Оперативность такой доставки будет в разы выше, а стоимость намного меньше, чем при существующих на текущий момент вариантах. Некоторые беспилотники уже имеют конструкционные возможности для размещения достаточно объемных грузов весом до 7 кг и системами их сброса при отсутствии возможности посадки в конкретном пункте.

Службы контроля границ и территорий

Выявление и преследование нарушителей, с фиксацией событий. Это могут быть как нарушители границы государства, так и браконьеры.

Планируется, что систему посадки можно использовать на большой скорости движения объекта, т.е. осуществлять посадку "на ходу", что потребует большей точности, но снизит перегрузки из-за уменьшения скорости самолета относительно посадочной системы.
 

Организация радиосвязи

Беспилотные аппараты можно использовать для оперативной организации радиосвязи.

• Военно-морские силы (с кораблей, подводных лодок и мест базирования)

• поиск сил противника;

• обнаружение летательных аппаратов противника в воздухе и на местах базирования;

• обнаружение надводных кораблей на открытой воде и на местах базирования;

• обнаружение подводных лодок противника;

• целеуказание и наводка на цель;

• обнаружение наземных сил и стационарных объектов противника;

• проведение поисково-спасательных операций;

• поиск мин;

• постановка различного рода помех;

• сопровождение высадки десантных групп;

• доставка малых грузов на борт (с борта) корабля;

• установка радиомаяков и других целеуказателей;

• и в частности, участие в решении такой задачи, как обнаружение пиратов и принятию мер по предотвращению нападения;

Система может решать и большой спектр задач на суше 

• точная посадка БПЛА в труднопроходимых местах: горы, болота, прибрежные территории.

• точная посадка БПЛА на застроенных территориях в интересах экстренных и других служб, например, на стационарную взлетно-посадочную площадку, расположенную на крыше высотного дом.

• Мобильный вариант системы посадки можно быстро развернуть практически в любой местности, что позволит осуществить посадку БПЛА в условиях, в которых другим способом это сделать невозможно.

• Кроме того посадить БПЛА можно на движущиеся объекты на достаточно большой скорости.

• Можно производить посадку на нестабильные платформы, приземлиться на которые без такой системы невозможно или с большим риском.

• Установка посадочных систем возможна в городах, для оперативного направления БПЛА в точку интереса, будь то ДТП, пожар, митинг или правонарушение.

Описание проекта, системы

Система возможна для применения не только на кораблях, но также на объектах и территориях, где обычными способами посадку произвести затруднительно без риска для окружающих, ущерба для аппарата и навесного оборудования. Принцип достаточно прост: с беспилотного аппарата спускается якорь, которым необходимо зацепиться за устойство, размещенное на рее. При успешном зацеплении, происходит вытаскивание парашюта посадочным тросом, после чего аппарат переходит на траекторию вращения на тросе вокруг реи. Возможно множество варианов приспособлений и устройств, гасящих скорость аппарата и его колебательные и рыскающие движения, и они будут подробно описаны в других статьях.

Немного истории

Идея создания и боевого применения корабельной авиации и авианесущих кораблей родилась в России. Офицеры Корпуса корабельных инженеров капитан Л. М. Мациевич и подполковник М. М. Конокотин представили в Главный морской штаб свои предложения по этому вопросу еще в 1909…10 гг.

Первыми корабельными летательными аппаратами (ЛАК) практического военного значения стали гидросамолеты (поплавковые, а затем более мореходные летающие лодки). Первые в мире самолеты этих схем конструкций Я.М.Гаккеля и Д.С.Костовича также появились в России (1911 г.). Среди модификаций «Ильи Муромца» И.И.Сикорского был и поплавковый вариант, им же созданы гидросамолеты С-5А и С-10А. В 1915 г. завершила испытания летающая лодка М9 Д.П.Григоровича, которая имела более высокие летно-технические характеристики (ЛТХ), чем зарубежные морские самолеты того времени.

17 июля - День основания морской авиации ВМФ России

Несомненно, что управляют и обслуживают технику профессионалы высочайшего класса. Сегодня авиация ВМФ РФ является родом сил Военно-морского флота России и условно делится на корабельную авиацию и авиацию берегового базирования. Собственной авиацией располагают все четыре флота России — Балтийский, Северный, Тихоокеанский и Черноморский. 
 

Основные задачи корабельной авиации, которые могли бы взять на себя беспилотники, уменьшив риски и затраты:

Картография

• cоздание ортофотопланов высокого разрешения и карт
  

• обнаружение льдин и прочих предметов по курсу следования исследовательского судна

• магнитометр

Экологический мониторинг

• разлив нефти

• выявление скоплений мусора

МЧС

• обнаружение и фиксирование места крушения

• поиск людей

• сброс плавсредств с радиомаяками, сигнальными фонарями и прочими полезными приспособлениями

 Военно-морские силы (с кораблей и подводных лодок)

• поиск сил противника

• обнаружение летательных аппаратов противника в воздухе и на местах базирования

• обнаружение надводных кораблей на открытой воде и на местах базирования

• обнаружение подводных лодок противника

• целеуказание и наводка на цель

• обнаружение наземных сил и стационарных объектов противника

• проведение поисково-спасательных операций

• поиск мин

• постановка различного рода помех

• сопровождение высадки десантных групп

• доставка малых грузов на борт (с борта) корабля

• установка радиомаяков и других целеуказателей

 Выводы о необходимости палубной авиации:

• авиационное обеспечение ВМФ является первостепенной, неотложной задачей, связанной с вопросами развития морских стратегических ядерных сил; без авиационного прикрытия в условиях господства авиации вероятного противника мы не сможем обеспечить не только боевую устойчивость, но и развертывание наших ударных сил флота: надводных кораблей с ракетным оружием, подводных лодок, как с баллистическими ракетами, так и многоцелевых, являющихся главной ударной силой ВМФ;

• без авиационного прикрытия невозможна успешная деятельность морской ракетоносной, противолодочной и штурмовой авиации берегового базирования — второго по значению ударного компонента ВМФ.