Развитие беспилотных аппаратов, в том числе и летательных, ― это задача, обозначенная на государственном уровне. В течение ближайших шести лет, до 2030 г. в России должна сформироваться отрасль экономики, связанная с созданием и использованием гражданских беспилотников. Это обозначено в национальном проекте «Беспилотные авиационные системы».
Их развитие во многом связано с созданием устойчивой отечественной элементно-компонентной базы, важная часть которой ― микроэлектронные технологии. О перспективах развития и широкого внедрения беспилотных летательных аппаратов корреспондент портала «Научная Россия» поговорил с исполнительным директором АО «Научно-производственное предприятие “Радар ммс”», кандидатом технических наук Иваном Георгиевичем Анцевым на форуме «Микроэлектроника 2023».
Иван Георгиевич Анцев
Фото: Александр Бурмистров / «Научная Россия»
Какой степени автоматизации необходимо добиться в развитии беспилотных аппаратов? Можно ли прогнозировать сроки их внедрения, и когда появится беспилотное аэротакси? Электричество или горючее топливо станет источником энергии для беспилотников?
― В каком направлении стоит ждать развития беспилотников: это более совершенные аппараты, управляемые оператором, или максимально автономные от человека устройства?
― Развитие беспилотных летательных аппаратов однозначно движется в сторону полной автоматизации, то есть к полному отсутствию пилотов или наземных операторов, координирующих их действия. Все идет к широкому внедрению дронопортов.
Выполняя какую-либо циклическую задачу, например мониторинг стационарных объектов или дорожной инфраструктуры, беспилотный летательный аппарат должен заряжаться, взлетать, выполнять работу, возвращаться на станцию для подзарядки и снова взлетать. При работе дронов в группе, единой связке, когда несколько аппаратов решают одну задачу, они будут функционировать 24 часа семь дней в неделю. Это так называемый бесшовный мониторинг, необходимый для различных задач наблюдения, при котором дрон постоянно находится в воздухе. Такую идеологию можно применить и к доставке грузов в системе постаматов. Дрон должен приземлиться в точку, где находится груз, например посылка, деньги или документы, загрузиться и доставить в следующий пункт выдачи.
Значительная часть беспилотников и сегодня летают в автоматическом режиме по заданной полетной программе. Ими никто не управляет, но оператор постоянно мониторит состояние всех подсистем, чтобы перехватить управление при необходимости и, например, обеспечить безопасную посадку. Но в перспективе мы должны прийти именно к полностью автоматизированным системам, способным круглосуточно выполнять задачи без участия оператора. Такие системы сами смогут контролировать состояние беспилотников. Это сервисы предиктивной аналитики, принимающие решения об определенных действиях, например о посадке или о возвращении на базу в случае замеченных нарушений. Такое может случиться, если заканчивается ресурс какого-либо узла, отмечаются нестандартные вибрации, незапланированно меняются давление, напряженность или температура в определенных точках аппарата. При этом в центр мониторинга за беспилотниками будет отправлен сигнал о том, что такой-то дрон имеет такую-то проблему и возвращен в такой-то дронопорт.
За этим я вижу будущее беспилотных летательных аппаратов, причем в разных весовых категориях ― от самых маленьких до крупных устройств, способных переносить значительные грузы. Конечно, такая идеология работает только с беспилотниками вертикального взлета и посадки: конвертопланами, вертолетами, квадро- и оптокоптерами.
― Сегодня популярна тема нейроинтерфейсов, с помощью которых в перспективе можно будет полноценно управлять различными аппаратами, в том числе летательными. Вы рассматриваете эту область развития беспилотников?
― Я считаю, что внедрение таких когнитивных технологий, которые позволили бы управлять беспилотником не с помощью джойстика, а направляя в модуль команды напрямую из мозга, не так уж необходимы.
По какому принципу сейчас работают беспилотники? Есть задача долететь из точки А в точку Б. Оператор строит маршрут на компьютере (по сути, сейчас это уже делается двумя кликами мыши), и система автоматически выбирает оптимальный безопасный маршрут. После команды «старт» беспилотник отправляется выполнять задание. Оператор не участвует ни во взлете, ни в посадке, его роль сводится к контролю телеметрических показаний.
А в перспективе нужно вообще уходить от операторов, чтобы не задействовать лишний человеческий ресурс.
Иван Георгиевич Анцев
Фото: Александр Бурмистров / «Научная Россия»
― Выпустить сами беспилотники и системы, способные за ними следить, ― этого мало для их широкого внедрения. Это также работа, связанная как минимум с созданием инфраструктуры и разработкой законов…
― Эта работа предусмотрена в нацпроекте по развитию беспилотных авиационных систем, который запустил президент РФ В.В. Путин. Над проектом работают различные ведомства со всех точек зрения: законодательства, вопросов сертификации, определения доступных для полета зон, разработки сквозных НИОКР, необходимых для решения инфраструктурных задач и непосредственно создания беспилотных летательных аппаратов.
Кроме того, развитие и широкое внедрение беспилотных летательных аппаратов и сопровождающих их систем ― это формирование новых профессий, а значит, создание новых факультетов и кафедр в вузах. В этой части задачу решает Министерство науки и высшего образования. В целом, выполнение задач нацпроекта требует развития в абсолютно разных сферах.
― Насколько мы близки к этому будущему? Можно ли прогнозировать какие-то сроки?
― Прогнозировать стоит не сроки, а динамику. И сегодня в гражданском государственном заказе по беспилотным системам звучат очень интересные цифры. Это десятки тысяч аппаратов, которые отрасль должна произвести в год. А такое количество дронов несомненно не только станет драйвером развития беспилотной отрасли, но и потянет за собой в массовый сегмент рынка всю микроэлектронику.
Это навигационные системы, бортовая электроника, автопилоты, электродвигатели, провода… Важно, что в рамках нацпроекта будет создаваться именно отечественная доверенная продукция.
― Электричество или двигатели внутреннего сгорания в перспективе станут основным источником энергии для беспилотников?
― Я верю в развитие электрических беспилотников в сегменте и тяжелых, и средних авиационных систем. В ближайшие годы произойдет технологический прорыв в области аккумуляторных батарей, и, по моим ощущениям, их КПД вырастет на 25%. В такой ситуации двигатели внутреннего сгорания перестанут быть эффективнее электрических и исчезнет смысл производить такие аппараты. Более того, уже сегодня используются последовательные гибриды, показавшие эффективность. Это беспилотники с вертикальным взлетом: при взлете включаются электрические пропеллеры, а по маршруту он двигается на двигателе внутреннего сгорания. Такие дроны могут находиться в воздухе до 16 часов, это очень хороший показатель.
Пока для тяжелых дронов используются преимущественно двигатели внутреннего сгорания, в основном это самолеты и вертолеты. При этом беспилотники самолетного типа на электрическом двигателе уже способны неплохо доставлять тяжелые грузы на большие расстояния: они спокойно находятся в воздухе полтора-два часа, а с учетом скорости 150–200 км/ч, покрывают значительные расстояния.
― А что касается беспилотного аэротакси? Стоит ждать?
― Это будущее, которое может появиться в горизонте 10–15 лет. Но здесь много нормативных, регуляторных и технических аспектов. Надо обеспечить максимальную безопасность.
Сегодня крайне важная задача ― обеспечение безопасности доставки грузов, и она сопоставима с задачей перевозки человека. Мы должны сейчас натренировать на грузах безопасные полеты беспилотных систем. Даже в случае отказа какого-то элемента беспилотник должен аварийно, но успешно приземлиться без последствий для груза и наземной инфраструктуры. Как только мы решим эти задачи, начнется прямая дорога к аэротакси. Но пока мы к этому не готовы ― человеческие жизни бесценны.
― Развитие беспилотников во многом связано с микроэлектронной базой. У нас есть отечественные критически важные технологии для создания беспилотного будущего?
― Производство массового продукта тянет за собой и развитие элементно-компонентной базы. Элементная база, которая сегодня используется для создания беспилотников, общедоступна, и в ней нет исключительно уникальных компонентов. Новые микроэлектронные решения нужны, например, для повышения точности инерциальных систем и улучшенного решения навигационных задач в помеховой обстановке. Но подобное развитие процессорной линейки необходимо стране не только в области беспилотников, но и для любых других высокотехнологичных отраслей.
Понятно, что любой мозг беспилотника ― это технически сложное устройство, содержащее микроконтроллеры и микропроцессоры, которых не хватает в России. Но мы видим движение в правильном направлении и, уверен, решим эту проблему.
Фото: Александр Бурмистров / «Научная Россия»