Нам бы в небо! Дроны: что да как и почему
Беспилотные летательные аппараты могут доставлять грузы — от пиццы до человека, сломавшего ногу в горах, делать аэрофотосъёмку для гиодезистов и картографов, помогать отслеживать урожайность на полях и, конечно, снимать красивые видеоролики и фильмы.
Раньше для подобных задач нужно было поднимать в воздух вертолёт или воздушный змей. Обсудим, как люди использовали змеев с камерами сотню лет, какие бывают беспилотники сегодня и как их применяют.
История вопроса
Историю беспилотников нужно начинать с истории воздушных змеев, которая насчитывает, если верить легендам, более 2 500 лет — тогда китайский ремесленник Лу Бань сделал деревянную птицу, способную три дня провести в воздухе с человеком. Спустя ещё 300 лет, во II веке до нашей эры, другой китайский изобретатель Чжан Лян, перебросил ночью воинов в лагерь влага, чтобы они играли скорбные мелодии — это было нужно, чтобы пошатнуть боевой дух армии. В итоге противник сдался без боя.
На кадрах видео с 9-й минуты — памятник Лу Баню.
Воздушных змеев знали в Индии в эпоху моголов, в XVI-XVIII веках. Гравюры рассказывали истории о том, как молодые люди передавали любовные послания, искусно пилотируя змей. А сейчас каждый год в этой стране устраивают фестиваль на полтора месяца.
В XV веке Леонардо да Винчи создавал концепции летательных аппаратов: вертолётов, планёров, парашютов, орникоптеров. Для этого он изучал птиц и летучих мышей. Когда понял, что человек не сможет махать крыльями, чтобы подняться в воздух, он стал изучать возможность полёта без движений — и придумал дельтаплан.
Да Винчи говорил: «Крылья будут! Если их сделаю не я, вместо меня это сделает кто-нибудь другой».
В 1850-х британец Джордж Кейли опубликовал в журнале Mechanics» Magazine проект планера — «управляемого парашюта», как назвал его учёный — и взлетел на этом устройстве.
Отто Лилиенталь, один из пионеров авиации, до своей гибели в 1896 году совершил около 2 000 полётов. Максимальная дистанция — 200 метров, для этого нужно было стартовать со специально построенной башне. Братья Райт, известные созданием самолёта, в 1911 году вручили вдове Лилиенталя чек на 1 000 000 долларов, с учётом инфляции это около 27 млн.
Вернёмся к воздушным змеям. Можно ли на них летать? Ответ на этом страшном видео. Змей уносит ребёнка, и точно так же способен поднять в воздух взрослого мужчину.
Воздушных змеев использовали для того, чтобы смотреть на большие расстояния. В конце XIX века поднятый на 300 метров воздушный змей с помощью фотокамеры обнаружил судно на расстояние 80 км. В 1902 году французский капитан Жак-Теодор Саконней с помощью «Фотозмея» отснял береговую линию, что помогло детализировать карту побережья.
Благодаря этому применению змеев развивались технологии фотографии — появились автоматические камеры, изобретатели начали задумываться о стабилизации.
Также змеи были нужны для связи — они на большую высоту могли поднять радиоантенну, увеличив радиус действия оборудования. В 1930-е годы начали комплектовать спасательные шлюпки змеем-антенной.
Выходит, практически всё, для чего дроны используются сейчас, делали раньше с помощью воздушных змеев. Всё новое — хорошо забытое старое.
Типы беспилотников
Мультироторные
Квадрокоптеры, октокоптеры и прочие коптеры относятся к мультироторным БПЛА. Они бывают разного размера — от нескольких сантиметров до нескольких метров. Взлетают вертикально, отличаются высокой манёвренностью — летают во всех направлениях.
Фото: Ростех
БПЛА с неподвижным крылом
Такие беспилотники очень похожи на традиционные самолёты. Им нужен разгон, для запуска используют катапульту или взлетно-посадочную полосу. Двигатель у таких самолётов не всегда есть — кто-то из читателей может помнит модели самолётов, которые работали на двигателе из резинки или вовсе без него. Платформы с неподвижным крылом характеризуются большой дальностью полета, поэтому они подходят для продолжительных задач вроде оцифровки целого региона.
Фото: Геоскан
Однороторный дрон
Оснащённый одним главным ротором дрон обладает достоинствами вертолёта — манёвренностью, устойчивостью и хорошей грузоподъёмностью. Такой дрон можно использовать, например, для перевозки посылок. Однороторные дроны используются для аэрофото- и видеосъёмки, картографии, поисковых операций.
Российский беспилотник вертолетного типа VRT-300
Гибридные дроны
Конвертопланы и винтокрылы обладают преимуществами как квадрокоптеров, так и дронов самолётного типа. Они взлетают вертикально и имеют высокую энергоэффективность.
Российский конвертоплан ЭРА-100
Сферы применения
Спасательные операции и скорая помощь
В 2018 году председатель отряда «Лиза Алерт» рассказывал: «Сейчас мы активно применяем малую авиацию — вертолеты — и начинаем работать с беспилотниками». Беспилотник пролетал над квадратом 500 на 500 метров, делал 600 фотографий. Использовали краудсорсинг, чтобы отсматривать все фото — пока одни добровольцы занимались поиском на месте, другие помогали найти человека прямо из дома.
Если тогда Григорий Сергеев отмечал, что эффективность дронов для поиска не самая высокая, то сейчас даже силовые структуры работают с беспилотной авиацией «Лиза Алерт». А четыре года назад Билайн совместно с отрядом разработал нейросеть для поиска пропавших людей.
Применение дронов для различных спасательных операций может быть самое разное. Они могут доставить дефибрилятор или лекарственные препараты до больного, которому требуется немедленная помощь. В 2022 году Everdrone долетел до 71-летнего шведа быстрее, чем скорая, благодаря чему врач смог вовремя использовать дефибриллятор реанимировать пациента.
На воде беспилотник может скинуть тонущему человеку спасательный круг.
В 2021 году в Анапе другой дрон впервые спас человека, сбросив мужчине спасательный жилет.
Фото: Владимир Аносов/ РГ
Всепогодный дрон Seadrone от российских разработчиков способен спасать людей в сложных условиях — при ветре на скорости до 8 м/c с порывами до 15 м/c, температура воздуха от минус 5 до 0 градусов, влажности от 80% до 100%, высоты волны в среднем от 1 до 2 м. С другой стороны, он и в жару работает — можно спокойно посыпать его песком, после чего он полетит дальше.
А грузовой дрон от ГК «Эфко» может перевезти пациента на 20 км.
Обнаружение самостроев.
Оцифровка территории позволяет сравнить фактическую застройку, имеющиеся природные ресурсы с тем, что есть в базе документов организаций. БТИ проводит комплексные кадастровые работы с помощью дронов. Коптеры и искусственный интеллект используют в Москве и других регионах.
Взгляд сверху помогает узнать, где есть самострой, где организация или человек захватили больше земли, чем купили, пресечь земельные споры.
Беспилотник белорусского производства Гриф-К
Геодезия, картография
Возможность дрона преодолеть большие расстояния и показать территорию с высоты птичьего полёта позволяет использовать его в целях картографирования. Дроны помогают обновлять информацию об инфраструктуре — собирать данные о трассах и коммуникациях. Одним из примеров применения дронов в геодезии и картографии является создание 3D-моделей городов или территорий для планирования строительства или ландшафтного дизайна.
Применение дронов в геодезии и картографии значительно улучшает возможности и качество работы в этих отраслях, делая их более точными, эффективными и доступными.
Вместе с ростом рынка дронов импульс получают и сквозные технологии, в том числе искусственный интеллект и компьютерное зрение. В октябре 2023 года стало известно, что «Сбер» и «Геоскан» будут развивать геоаналитику с помощью искусственного интеллекта. Один из ведущих разработчиков БПЛА будет выполнять роль исполнителя услуг в области беспилотных авиационных систем, а «Сбер» будет обрабатывать и размечать фото и обучать модели машинного обучения.
Фото: Геоскан
Доставка грузов и перевозка людей
В 2014 году Додо Пицца стала одной из первых в мире компаний, которая осуществила доставку продуктов с помощью дронов. Промоутер в парке принимал оплату и выдавал покупателям чеки, после чего пицца прилетала на беспилотнике. Компанию за эту акцию суд оштрафовал на 50 000 рублей, но суд следующей инстанции штраф отменил.
С доставкой дронами работали по всему миру разные компании — и стартапы, и крупные корпорации. Не всегда удачно — например, работавший в Великобритании проект Amazon Prime Air пару лет назад закрылся.
«Почта России» и «Русдронопорт» тестируют доставку беспилотниками посылок до дронопортов-почтоматов.
Кроме доставки пиццы или других посылок дроны способны перевозить большие грузы. Hi-Fly Cargo может преодолеть 20 км на скорости до 100 км/ч с грузом до 170 килограммов.
Фото: ГК «Эфко»
Важно применение БПЛА для медицинских целей. Ещё в 2017 году в Руанде беспилотники доставляли донорскую кровь, что значительно повышало шанс на выживаемость пациентов. Ещё раньше, в 2015, сеть лабораторий Инвитро тестировала доставку анализов дронами. Иногда вместо длительной поездки на машине по горным серпантинам в течение нескольких часов легче отправить беспилотник, который пролетит напрямую до нужной точки в течение нескольких минут.
Фото: Zipline
Сельское хозяйство
Дроны могут использоваться для мониторинга и оценки урожайных полей, они могут выполнять аэрофотосъемку и создают детальные карты, позволяющие специалистам получить информацию о состоянии посевов, обнаружить болезни или вредителей, оценить потенциальный урожай. Беспилотные летательные аппараты помогают оптимизировать использование удобрений и пестицидов, а также предотвращать потери урожая.
Что будет, если оснастить дрон лазером? Правильно, лазер красного спектра сможет стимулировать рост растений на полях, повышая урожайность и масличность сельскохозяйственных культур, укрепляя иммунитет растений. Разработкой этого решения занимается компания «НовБиотех» из Санкт-Петербурга.
Фото: НовБиотех
Летом 2023 года петербургская компания «Геоскан» объявила о начале массового производства агродронов. До сих пор в России почти не производились дроны, предназначенные для точечного внесения средств защиты растений.
Шоу дронов и арт-проекты
В 2012 году в австрийском городе Линц впервые состоялось шоу дронов. В 2018 году Intel Установила рекорд, запустив во время зимних игр над Пхенчханом 1218 беспилотников Shooting Stars размером 38 на 38 сантиметров.
А российская я «Геоскан» в 2020 году назад побила рекорд Intel. В программе в честь 75-летия Победы были задействованы 2198 квадрокоптеров собственной разработки, это событие вошло в Книгу рекордов России.
На стене Новосибирского государственного технического университета в августе появился мурал «Эволюция 3.1» площадью около 300 квадратных метров. Он был нарисован с помощью дрона. Ключевые задачи, которые должна была решить команда, касались локализации и позиционирования дрона с высокой точностью, регулирования беспилотника в открытом пространстве и обеспечение четкого распыления краски при любых погодных условиях.
Кто работает над беспилотниками в России
На данный момент в 67 регионах России действует запрет на полёты дронов. Н Одновременно с этим Правительство летом утвердило Стратегию развития беспилотной авиации до 2030 года. Она предусматривает развитие серийного производства беспилотных авиасистем и их комплектующих, развитие необходимой инфраструктуры, стимулирование спроса на беспилотные авиасистемы отечественного производства; подготовку кадров в сфере разработки, производства и эксплуатации беспилотных авиасистем.
Потенциал российского рынка эксперты Фонда «Центр стратегических разработок» оценивают в $1 млрд. По данным Национальной Ассоциации участников рынка робототехники в стране работают 98 компаний-производителей беспилотных летательных аппаратов гражданского назначения. Средний возраст компаний — 8,5 лет. Интересно, что 11 компаний занимаются тяжёлыми БПЛА взлётной массой от 500 кг.
В Руднево создан Федеральный центр беспилотных авиационных систем. Он объединил российских разработчиков и производителей БПЛА К 2027 году на базе Центра могут быть выпущены более 60 тысяч беспилотников. А к концу этого года в индустриальном парке появится Центр коллективного пользования для разработчиков БПЛА. Уже сейчас в парке работают 12 ведущих производителей беспилотных летательных аппаратов.
Кроме того, готовятся новые кадры прямо со школы. В рамках Национальной технологической олимпиады проходит трек «Беспилотные авиационные системы», победители которого получают дополнительно 100 баллов к ЕГЭ.
Фото: МАИ
Итог
БПЛА берут на себя те задачи, которые ранее требовали отправки вертолёта или самолёта, что затратно с точки зрения стоимость топлива и зарплаты пилотов. С развитием технологий и удешевлением беспилотных летательных аппаратов, их использование стало доступным и экономически оправданным в различных отраслях.
