Беспилотные летательные аппараты: история разработки и применение

Первые беспилотные воздушные устройства протестировали 170 лет назад. Прототипы дронов потребовались военным, которые не могли захватить город. За полтора века рынок беспилотников вырос в сотни раз и, по прогнозам, к 2025 году его объем составит $42,8 млрд. Подробнее о том, где и когда появились первые беспилотные летательные аппараты, а также о современных моделях – в материале 24СМИ.

Задачи и применение беспилотных летательных аппаратов

Сферы применения беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) делят на шесть групп: военная, гражданская, служебная, коммерческая, спортивная и космическая.

Военные задачи:

• разведка;
• перехват воздушных целей;
• доставка грузов подразделениям;
• нанесение ударов по наземным и морским целям;
• защита объектов;
• обнаружение сигнала радиолокационных станций, постановка радиопомех, ретрансляция сообщений и данных, целеуказания.

В гражданской сфере:

• фото- и видеосъемка;
• реализация гуманитарных проектов. В 2016-м в Руанде запустили инициативу с применением БПЛА, которые доставляли пакеты с донорской кровью и лекарствами в медцентры, расположенные в труднодоступных местах. Скорость исполнения заявки – 30–60 минут, в зависимости от расстояния и погодных условий;
• распространение сигнала Wi-Fi и мобильной связи в труднодоступных местах или в условиях ЧП;
• мониторинг труднодоступных и опасных участков Земли; создание 3D-карт удаленной местности.

Служебные цели:

• пожарно-спасательные миссии: определение очага возгорания, тушение пламени;
• измерение радиационного и температурного фона, анализ проб воздуха;
• патрулирование, фотофиксация правонарушений;
• мониторинг масштабов стихийных бедствий и техногенных катастроф;
• поиск людей: оператор с земли управляет дроном, который облетает территорию поиска, делает 2–3 тыс. снимков, которые анализирует и отсеивает нейросеть; алгоритм используют сотрудники МЧС и члены ПСО «ЛизаАлерт».

Коммерческие задачи:

• участие в процессе разведки месторождений полезных ископаемых – БПЛА оснащают прибором для анализа магнитного поля: аппарат дает информацию о структурно-тектонических особенностях участка, находит разломы, которые указывают на месторождения ценных ресурсов;
• курьерские задачи, логистика и складирование;
• мониторинг состояния энергообъектов, инспекция инфраструктур;
• киносъемка: дроны использовались, например, во время работы над фильмами «Мстители: Война бесконечности», «Черная пантера», «Дэдпул 2», «Неудержимые 3»;
• фермерские работы: опыление растений, посадка семян, внесение удобрений, помощь в ирригации, мониторинг заболеваний растений, борьба с вредителями, наблюдение за животными (в аппараты американской компании Skycision встроена программа Doctor of Plant Medicine (DPM), которая после диагностирования дает инструкцию по обработке культур; в Гане налажено использование Amdrone Tech, которые за 30 минут опрыскивают удобрениями 2 га посевов).

Космические миссии:

• вспомогательное оборудование для изучения планет (первый беспилотный вертолет с собственным двигателем, предназначенный для многократного подъема в атмосферу другого небесного тела, получил название Ingenuity. БПЛА совершил полет над Марсом 19 апреля 2021 года – разработка беспилотного вертолета обошлось NASA в $85 млн);
• первый в истории неуправляемый полет в атмосфере другой планеты совершил советский аппарат «Вега-1» на Венере в 1985 году.

С середины 2010-х БПЛА используют в спортивной сфере: гонки на дистанционно пилотируемых аппаратах (ДПЛА) и дрон-рейсинг. Для участия в соревнованиях используют модели, размер которых не превышает 25 см в поперечнике. Скорость дронов – до 150 км/ч.

История появления первых дронов

В 1849 году австрийская армия осадила Венецию, которая объявила себя независимой республикой. Имперские военные вели артиллерийский обстрел города, но неблагоприятный рельеф местности снизил эффективность атак.

Офицер Франц фон Юхатик предложил командующему Йозефу Радецкому использовать аэростаты для бомбардировки Венеции. Воздушные устройства добирались до города при помощи ветра, а специальный механизм отцеплял подвешенный взрывчатый заряд.

Первая попытка провалилась – изменилось направление ветра. Во второй раз шрапнельные заряды достигли цели. Урон венецианцы понесли минимальный, но внезапное нападение вызвало панику среди горожан, подорвало боевой дух повстанцев.

Новый виток развития БПЛА начался после открытия электричества и изобретения радио. В 1892-м компания Томаса Эдисона презентовала противокорабельную торпеду, управляемую по проводам. Британский инженер Эрнест Уилсон в 1897 году запатентовал систему беспроводного управления дирижаблем, но сведений о постройке прототипа нет.

В 1899 году Никола Тесла представил модель миниатюрного радиоуправляемого судна. Способ дистанционного управления изобретатель назвал телеавтоматикой и подчеркнул, что технология найдет применение не только в военных проектах, но и в гражданских.

В годы Первой мировой войны и члены Тройственного союза и Антанты разрабатывали беспилотные летательные аппараты. Германия в 1915–1918 годах выпустила 100 беспилотных планеров, которые управлялись по проводам. Запускались аппараты с земли и дирижаблей и поднимали бомбовую нагрузку до 1 т. Радиоуправляемый бомбардировщик «Летучая мышь» обладал радиусом действия 200 км и поднимал в воздух груз до 150 кг.

Во время Первой мировой войны разработка БПЛА велась учеными и инженерами из США и Британии. В Америке собрали боевой «Автоматический аэроплан Хьюитта-Сперри», который перевозил 450 кг взрывчатки. Разработчики планировали, что в военных условиях ударный аппарат будут запускать с борта корабля и проводить атаки на прибрежные объекты.

Летательное устройство Хьюитта-Сперри:

• размах крыльев: 7,62 м;
• длина: 4,5 м;
• масса боевой части: 453,6 кг;
• мощность двигателя: 100 л. с.;
• скорость: 145 км/ч.

В боевых условиях ни одна из стран-участниц Первой мировой войны не применила БПЛА, но разработки тех лет легли в основу дальнейших изобретений. Британский инженер Арчибальд Лоу, которого называют «отцом радиоуправляемого полета», руководил проектом Larynx. Беспилотный самолет-снаряд с поршневым двигателем прошел успешные испытания в 1927–1929 годах. БПЛА управлялся по радио с корабля-носителя или наземного антенного пункта.

Характеристики RAE Larynx:

• размах крыльев: 6 м;
• длина: 4,4 м;
• масса: 635 кг;
• мощность двигателя: 200 л. с.;
• скорость: 322 км/ч.

Перспективу в развитии системы беспилотных полетов увидели в СССР в начале 1930-х годов. Советские конструкторы разработали «планеры специального назначения» – ПСН-1 и ПСН-2. Запускались воздушные аппараты при помощи тяжелого бомбардировщика ТБ-3 и самостоятельно приземлялись на воду. Планеры оснащались одной торпедой, которую наводили по инфракрасному лучу.

Первые прототипы советских БПЛА построили в 1935-м. Испытания провели через год, но в 1937–1938 годах из-за репрессий проект закрыли, а изготовленные образцы отправились на склад в 1940-м.

Дальнейшее развитие идеи

В 1924 году американский гидросамолет Curtiss F-5L совершил полный цикл радиоуправляемого полета: взлет, маневрирование и приземление на воду. Британцы в 1935-м собрали воздушное беспилотное судно DH.82B Queen Bee – первый в истории беспилотник, который совершил полет и вернулся к месту взлета. БПЛА англичан летал со скоростью 170 км/ч и поднимался на высоту 5 тыс. м. Британцы использовали беспилотный самолет до 1947-го.

За время Второй мировой войны Германия создала линейку радиоуправляемых видов оружия: планирующие бомбы Henschel Hs 293 и Fritz X, зенитный комплекс Enzian, самолет на основе реактивного истребителя Me. 163, крылатую ракету «Фау-1» и баллистическую ракету «Фау-2».

Американцы тестировали беспилотное воздушное судно Interstate TDR-1. Самолеты использовали в японской кампании: в 1944-м беспилотники с 900-киллограмовыми бомбами спикировали на судно противника и подорвали его. БПЛА управлялись по радиосигналам с самолетов Grumman TBF-3 Avenger.

Революция в строительстве БПЛА произошла после окончания войны. В 1951 году американцы собрали AQM-34 Firebee с реактивным двигателем. Аппарат использовался для сбора разведданных и наблюдения за вражескими радиокоммуникациями.

AQM-34 Firebee:

• размах крыла: 4,42 м;
• вес: 2,2 т;
• бомбовая нагрузка: 227 кг;
• скорость: 760 км/ч;
• максимальная высота полета: 15 тыс. м;
• дальность: 1,4 тыс. км.

Первым советским послевоенным БПЛА, доведенным до серийного производства, стал Ту-123 «Ястреб». Цельнометаллический моноплан с треугольным крылом и трапециевидным оперением начали выпускать в 1964 году.

Для запуска авиационного двигателя использовали два стартера-генератора, которые подпитывались от авиационного генератора на 28 В, установленного на мобильном комплексе МАЗ-537В. Ту-123 взлетал с максимальной массой 35 т, из которых 16,6 т – керосин, которого хватало на 3,5–3,6 тыс. км полета. Максимальная высота – 22,4 тыс. км, скорость – 2,3–2,7 тыс. км/ч.

В 1968-м правительство СССР поручило разработать и начать эксплуатацию нового беспилотного комплекса тактической разведки «Рейс» и входящего в него беспилотного самолета-разведчика, который при проектировании получил название Ту-143. Базовой моделью для конструкторов служил Ту-141. Испытания первого прототипа прошли в декабре 1970-го. Серийное производство наладили в 1973 году, и за 16 лет Воронежский авиазавод выпустил 950 единиц.

Ту-143:

• размах крыла: 2,24 м;
• длина: 8,06 м;
• высота: 1,5 м;
• масса: 1230 кг;
• скорость: 950 км/ч.

Разработка БПЛА под кодовым обозначением «Коршун» началась в 1982-м. Проект ударного назначения поручили создать бюро Сухого, но позже передали конструкторам Туполева. Инженеры успели собрать опытный образец, провести испытания, но работа над Ту-300 остановилась из-за финансового кризиса в середине 1990-х.

Ка-137 построили в 1998 году для решения задач МЧС и Минобороны РФ:

• грузоподъемность: 50 кг, максимальная – 80 кг;
• длина: 1,88 м;
• высота: 1,88 м;
• максимальная взлетная масса: 280 кг.

Современные модели БПЛА

Современные БПЛА делятся на четыре типа: мультироторные (3 и более пропеллеров), с неподвижным крылом (самолеты), однороторные (вертолеты), гибридные (крылья и винты). Возможности аппаратов ежегодно увеличиваются. Например, прототип 8-роторного 339-киллограммового дрона компании Boeing, информация о котором появилась в 2018-м, поднимает 200 кг груза. За два года до этого шведы собрали Megakopter, который перевез 61 кг груза и попал в Книгу рекордов Гиннесса.

Военное направление БПЛА развивается наравне с гражданским. Лидерство в разработке технологий сохраняют США, Китай, Израиль. Задачи боевых единиц связаны с разведкой и патрулированием маршрутов. Американский миниатюрный дрон-разведчик Wasp имеет длину 33 см и весит 200 г. США используют аппарат с 2008 года, когда беспилотник стоил $50 тыс. за единицу.

$5–10 млн – ценник более крупных моделей, которые предназначены для сброса бомб, стрельбы ракетами, выполнения роли камикадзе. Китайский гиперзвуковой WU-14 способен доставить ядерное оружие через материк. Пикирующие беспилотники начали использовать в Израиле. Разработка ближневосточного государства – Harop – использовалась осенью 2020 года в Нагорном Карабахе.

Параллельно с увеличением числа военных дронов развиваются технологии радиоэлектронного противодействия (РЭП) беспилотным летательным машинам. Подавление сигналов управления дроном и глобальной навигационной спутниковой системы, что дезориентирует воздушное судно.

GAAS Avenger

Беспилотник для авианосцев, модификация Predator, который ВВС США сняли с вооружения в 2020-м. Грузовой отсек машины вмещает две бомбы общей массой 440 кг и 1,5 т оружия и снаряжения. Скорость «Мстителя» – 740 км/ч, а предельная высота – 18 км.

Heron TP

Израильский беспилотник – «бестселлер» в мире военных БПЛА. Аппарат перевозит ударные комплексы и средства управления огнем. Скорость – 460 км/ч, максимальная высота полета – 13,7 км.

СH-5

Разведывательно-ударный БПЛА, созданный китайскими инженерами. Беспилотник оснащается 16 ракетами класса «земля-воздух» или другими боеприпасами, общая масса которых – 900 кг. Аппарат летает со скоростью 400 км/ч и обходится без дозаправки 60 часов.

«Орлан-10»

Россия развивает рынок беспилотного авиастроения. В 2010-м в РФ началась эксплуатация БПЛА «Орлан-10», который используют для наблюдения за объектами, проведения ремонтных и поисковых работ.

«Дозор-600»

Российский разведывательно-ударный беспилотник, разработка которого началась в 2010 году. «Дозор-600» предназначен для разведки в прифронтовой полосе. Предусмотрено дооснащение дрона оружием.

С-70 «Охотник»

Детальные характеристики «Охотника» пока засекречены, но есть информация, что вес машины – 22 т. Беспилотник оснастили ракетами «воздух-земля» Х-58, Х-35, Х-74М2 и корректируемыми авиабомбами КАБ-25. Скорость БПЛА – 920 км/ч, нагрузка – 6 т, а предельная высота – 18 км. Беспилотные летательные аппараты С-70 начнут массово выпускать к 2024 году.