Беспилотные летательные аппараты, или дроны, незаметно, но неотвратимо сошли со страниц научной фантастики прямо в нашу окружающую реальность. Сейчас, без всякого преувеличения, какой-нибудь городской житель, скажем, Нью-Йорка может выйти из дома, поднять голову вверх и заметить летающие платформы, проплывающие над домами и кронами деревьев, жужжа электромоторами. Обыденность этой картины не может не удивлять. Откуда и каким путем в нашей жизни появились дроны и будет ли польза от их применения?
Рождение дрона
Появление беспилотных аппаратов стало возможным уже довольно давно – после активной электрификации планеты и изобретения радио. Известно, что уже в 1849 году австрийская армия осаждала бунтующую Венецию и применяла в качестве бомбардировщиков воздушные шары, управление которыми велось при помощи электрических проводов.
Любопытно, что первый радиоуправляемый беспилотный аппарат был сконструирован не для полетов, а для покорения водной стихии, и вместе с тем для развлечения многочисленных зрителей, собравшихся в 1899 году на выставке в Мэдисон-cквер-гарден, Нью-Йорк. Автором любопытной игрушки был знаменитый физик и изобретатель Никола Тесла. Радиоуправляемый кораблик без всяких проводов повиновался движениям рук инженера и послушно скользил по поверхности воды. Изобретение привлекло к себе много внимания и фактически положило начало целой отрасли строительства управляемых извне объектов.
Военные дроны
Довольно скоро, спустя 11 лет, в США появился другой беспилотный аппарат, на этот раз – летающий. Финансированием разработок этого прадедушки современных БПЛА занималось военное ведомство США, а автором идеи и конструктором выступил изобретатель Чарльз Кеттеринг. Идея функционирования его детища была простой и гениальной: летательный аппарат оснащается специальным часовым механизмом, поднимается в воздух и, по прошествии заранее заданного времени, отбрасывает крылья и обрушивается с неба на головы врагов. Конечно, эффективность беспилотной боевой единицы существенно повышается, если снабдить ее полезным грузом взрывчатки. Над похожими проектами также трудились изобретатель гирокомпаса Элмер Сперри (США) и будущий изобретатель дистанционно управляемой ракеты Арчибальд Лоу (Великобритания).
В 1914 году военное министерство Германии обратилось к коллегам из Комиссии по транспортным технологиям с поручением разработать систему дистанционного управления для применения на обоих флотах – воздушном и морском. Глава проекта, профессор Йенского университета Макс Виен в тесном сотрудничестве с компанией Siemens & Halske сумел за год разработать устройство, которым можно было оснастить корабли, но не воздушные суда. Siemens & Halske, а после Mannesmann-MULAG перехватили инициативу у профессора Виена и к 20-м годам представили заказчикам рабочие модели летательных аппаратов с возможностью управления с земли.
Начало эпохи дронов
Несмотря на то, что в Первой мировой войне дроны участия не приняли, чертежи, схемы и идеи не были забыты и получили свое развитие в 20 – 30-е годы. Первый полностью радиоуправляемый полет без участия пилота осуществили уже в 1924-м. Его совершил дрон-амфибия Curtiss F5L, разработанный в США. Беспилотник успешно выполнил взлет, маневрирование и приводнение, продемонстрировав перспективность подобных разработок.
1933 год оставил за бортом кайнозойскую эру беспилотников и победоносно представил миру БПЛА под названием DH 82B Queen Bee. «Королевская пчела» была создана силами британских военных инженеров на основе модели биплана Fairy Queen. Аппарат прекрасно управлялся с земли посредством радиопульта и на протяжении 11 лет, до 1934-го, служил тренировочной подвижной мишенью для летчиков и зенитчиков вооруженных сил Великобритании. Любопытно, что если курсанты не сбивали беспилотник во время учебных стрельб, аппарат возвращали на землю для повторного использования.
Военным инженерам в США пришелся по нраву опыт британских коллег в создании и использовании БПЛА. Заказ на серийное производство беспилотных летательный аппаратов от американских военных получила фирма Radioplane Company. Любопытно, что во главе компании стоял британский актер Дени Ридженальт, который управлял авиаконструкторской фирмой в качестве хобби. Увлечение оказалось прибыльным – армия США заказала у компании в общей сложности 15 тыс. беспилотных аппаратов Radioplane для использования в качестве мишеней для летчиков и ПВО. Управление дронами велось с земли при помощи радиопульта. Любопытно, что именно на заводе Radioplane Company 26 июня 1945 года армейский фотограф Дэвид Коновер увидел и сфотографировал прелестную работницу по имени Норма Джин Мортенсон, впоследствии ставшую известную как Мэрилин Монро.
Вторая мировая война, в отличие от Первой, ознаменовалась активным применением БПЛА ударного типа. Так, Германия разработала и использовала знаменитые ФАУ-1 и ФАУ-2 – беспилотные ракеты, несущие взрывчатку, а также планирующие бомбы Henschel Hs 293, Fritz X, и зенитный БПЛА Enzian. США в годы Второй мировой работали над созданием «авиационных торпед» – БПЛА одноразового использования, которые управлялись в том числе с помощью телевизионного наведения. Один из первых многоразовых ударных дронов был также создан в США. Interstate TDR-1 был сконструирован для перевозки и сброса торпед или бомб и был успешно использован в бою в конце июля 1944 года. Целью боевого аппарата стало японское торговое судно Yamazuki Maru, которое было переоборудовано под стационарный пункт зенитной артиллерии и посажено на мель в районе Соломоновых островов. Interstate TDR-1 успешно справился с поставленной задачей и уничтожил цель.
СССР также проводил работы по созданию подобных устройств. Так, известно о проектах беспилотных планеров ПСН-1 и ПСН-2, которые разрабатывались конструкторами Валком и Никитиным для реализации идеи радиоуправляемого полета и бомбометания. К сожалению, эти идеи так и остались на бумаге в конструкторских бюро.
Развитие военных БПЛА
Пожалуй, именно США в полной мере осознали перспективность беспилотников, так как после Второй мировой войны эта страна вышла в лидеры по инвестициям в сферу БПЛА. Результаты не замедлили появиться – были созданы такие ударные и разведывательные беспилотники, как Ryan Firebee, Ryan Model 147A Fire Fly, Ryan Model 147B LIghtning Bug и другие. Кроме того, для защиты судов от советских подводных лодок в США был разработан беспилотный вертолет QH-50 DASH. Из-за малых размеров боевой дрон мог базироваться практически на любом судне, и при этом был способен атаковать цели торпедами Mark 44 или 325-фунтовыми глубинными бомбами Mark 17. Вспыхнувшая война во Вьетнаме показала высокую эффективность дронов. В период конфликта американские БПЛА совершили 3435 вылетов, в общей сложности потери составили свыше полутысячи дронов, однако это были всего лишь машины, а не человеческие жизни.
Приняв эстафету, СССР также начал активные работы в области создания БПЛА, результатом чего стало появление аппаратов Ту-123 «Ястреб», Ту-141 «Стриж» и Ту-143 «Рейс». Их основным преимуществом перед американскими аналогами стала возможность старта с земли.
Молодой и окруженный недоброжелателями в середине ХХ века Израиль также активно разрабатывал беспилотные аппараты. Их эффективность была наглядно продемонстрирована в таких конфликтах, как Война на истощение в 1967 – 1970-м, Война Судного дня в 1973-м, боевые действия в долине Бекаа в 1982-м. Успех израильских дронов в этих конфликтах обусловил лидерство страны на последующие 20 лет в области экспорта беспилотных аппаратов. Плодом активного сотрудничества конструкторов из Израиля и США стал разведывательный дрон RQ-2 Pioneer.
Беспилотники-убийцы
Дальнейшее развитие и совершенствование дронов обязано скачкообразным прорывам в области связи и навигации. Так, появление системы глобального позиционирования (GPS) открыло поистине новые горизонты для беспилотных аппаратов. Во время операции «Буря в пустыне» дроны-разведчики RQ-2 Pioneer буквально не покидали воздушное пространство над территорией конфликта, постоянно рапортуя в центр о боевой обстановке. Их активная роль в качестве целеуказателей для артиллерии, бомбардировщиков и истребителей приводила к тому, что иракские войска начинали сдаваться в плен, только завидев на горизонте беспилотник.
Применение дронов во многих горячих точках по всему миру (Косово, Афганистан, Ирак и др.) привело к пересмотру их роли в авиации. С 2000-х годов акцент в создании БПЛА сместился с разведданных на возможность самостоятельного нанесения удара. Так как процесс получения данных с дрона, передачи их в центр, анализа, принятия решения и нанесение удара с основного средства (самолета, корабля, стационарной батареи) занимало слишком много времени, было принято решение оснастить беспилотники всем необходимым для уничтожения наблюдаемых объектов. Так появились американские ударные дроны MQ-1 Predator, MQ-9 Reaper, RQ-4 Global Hawk. При этом доля беспилотников в бюджете, который ежегодно выделялся правительством США на развитие авиации, увеличился с 5% до 25% (или в денежном эквиваленте с 284 млн. долларов в 2000-м до 3,2 млрд. долларов в 2010-м). Такие меры позволили США стать мировым лидером в области военных БПЛА – около половины всего военно-воздушного флота Штатов занимают дроны. В данный момент внушительное их количество на вооружении ВВС также имеют Израиль, Китай, Канада и Великобритания. Россия ведет активные разработки дронов с 2008 года, и результатом уже стало появление БПЛА «Форпост», «Застава», «Орлан-10», «Дозор-600», «Альтиус» и др.
Мирные дроны
Как и многие другие явления, например тот же GPS, беспилотные летательные аппараты из военной сферы проникли в гражданскую жизнь. Примерно с 2000-х годов на гражданский рынок сначала в США, а потом и в других странах, стали поступать относительно недорогие дроны. Если в военной сфере аппараты имели все признаки самолетов – то есть крылья, хвост, корпус, то гражданские версии беспилотников были созданы на базе легких платформ с несколькими пропеллерами (обычно 4, отчего пошло название этих дронов – квадрокоптеры). Такие модели могут легко маневрировать и осуществлять вертикальный взлет и приземление. Любопытно, что в начале 2010 года Федеральное управление гражданской авиации США спрогнозировало, что к началу следующего десятилетия в сугубо мирных целях будет использоваться около 15 тыс. дронов. Спустя 6 лет, в 2016-м, этот прогноз был пересмотрен и повышен почти в 40 раз – до 550 тыс. БПЛА. Однако и это предположение оказалось ошибочным, так как, по подсчетам New York Times, только в США в 2016 году было продано почти 3 млн. гражданских БПЛА различных конструкций на общую сумму около 1 млрд. долларов. По оценкам аналитиков компании Pricewaterhouse Coopers в 2020 году рынок гражданских дронов будет оцениваться в 127 млрд. долларов. Цифры действительно впечатляют.
Любопытно, что треть от общего количества дронов используется для развлечения и досуга. Многочисленные технические новшества позволяют владельцу БПЛА делать высококачественные фотографии и видео с высоты птичьего полета или с помощью очков дополнительной реальности погрузиться в виртуальный мир воздушных сражений и гонок, управляя аппаратом как бы из кабины, но находясь при этом в удобном кресле на лужайке. Безусловно, развлечения – важная часть человеческой жизни. Однако мирные дроны способны на большее.
Интернетизация планеты от Alphabet
Право на доступ в Интернет было закреплено ООН в июне 2011 года как одно из основополагающих и неотъемлемых прав человека. Последней каплей перед принятием декларации послужили боевые действия в Сирии, в ходе которых доступ в Сеть отключался так же регулярно, как и электричество.
Принимая во внимание, что Интернет получил новый статус, подтвержденный и закрепленный самой Генассамблеей, многие крупные компании из сферы IT и коммуникаций решили помочь доброй половине населения Земли реализовать это право. Собственно, работы над интернетизацией планеты стартовали гораздо раньше 2011 года, однако именно в этом году они получили, что называется, второе дыхание.
Так, компания Alphabet, в которую на глобальном уровне преобразовалась корпорация Google, поставила себе целью обеспечить Интернетом отдаленные уголки земного шара, с особым акцентом на развивающиеся страны. В этой нелегкой задаче, по замыслу разработчиков, центральное место отведено дронам-стратостатам.
Существует два способа работы с БПЛА, предназначенными для гражданских полетов, суть которых состоит в следующем: оператор может либо управлять одним дроном, либо включить «стайный» режим и руководить целой группой беспилотников. Возможности зависят от программного обеспечения и технологичности модели, при этом значительное место в «стайном» режиме занимает система координации действий, которая управляет общей структурой полетов.
Именно на основе таковой системы функционирует Project Loon от Alphabet. По замыслу инженеров, запустив в стратосферу над территорией покрытия дроны, можно будет создать стабильно функционирующую сеть интернет-передатчиков. Устройства оснащены стратостатами – огромными, 15х12 м, воздушными шарами из полиэтилена, наполненными гелием, на которых они парят над выделенной территорией на высоте около 18 км. В стратосфере потоки ветра бегут, подобно рекам, их течение можно прогнозировать и визуализировать. Специализированное программное обеспечение на основе системы позиционирования GPS и точнейших данных о погоде будет руководить полетом безмолвных футуристических шаров, несущих пользователям Интернет на скоростях, сравнимых с частотами 4G и LTE. Зона покрытия одного аэростата составляет 5000 км². Поддерживают автономную работу дрона панели фотоэлементов, которые позволяют устройству парить в воздухе целый день и накапливать энергию в аккумуляторах для ночной работы. В случае необходимости специально построенная программа сможет собрать дроны в стайку и доставить в место старта для дозаправки гелием или ремонта. В случае экстренных ситуаций, поломки оборудования, прорыва несущего баллона от жесткого падения дрона предохранит аварийный парашют.
Любопытно, что к идее автономных дронов, подвешенных к воздушным шарам, специалисты, не задействованные в проекте, отнеслись сперва весьма скептически. Знаменитый воздухоплаватель Пер Линдстранд комментировал планы проекта по автономному дрейфу в течение хотя бы трех недель как абсолютно нереальные. Однако прошло совсем небольшое время, и Махеш Кришнасвами, руководитель производства в Project Loon, на очередной презентации с гордостью сообщил: «Когда мы начинали, 10 дней были достижением. Затем мы достигли 30, потом 70 дней, и теперь для нас обычное дело уложиться в 100 дней полета».
Сейчас срок службы одного стратостата превышает 100 дней, при этом изготовление обходится фантастически дешево – основной бюджет уходит на электроначинку и фотоэлементы, в то время как тело шара выполняется из сверхпрочного и дешевого полиэтилена.
Успешные запуски дронов Project Loon состоялись в далеком 2013 году. В настоящий момент технология опробована над труднодоступными районами Новой Зеландии, Индонезии, Индии, Южной Африки, в Калифорнийской долине, Северо-Восточной Бразилии и других местах. Впечатляет размах и амбиции проекта – чтобы завоевать доверие ведущих операторов сотовой связи в Индонезии, Project Loon осуществила 17 млн. тестовых полетов над островами, разбросанными в океане на площади 1 919 440 км2.
Интернет-дрон от Facebook
Суперуспешный флагман всех социальных сетей мира – компания Facebook – также успешно работает над глобальной возможностью человечества получить доступ в Интернет. В реализации этой нелегкой задачи специалистам также помогает дрон, и не просто стандартный квадрокоптер или шар, а самый настоящий беспилотный самолет с размахом крыльев больше, чем у Boeing 737. Беспилотник под названием Aquila был успешно испытан в июле минувшего года в США.
Полевые испытания дрона являются выводом на финишную прямую большого проекта Internet.org, в котором кроме Facebook задействованы такие компании, как Samsung, Qualcomm, Mediatek, Ericsson, Nokia и Opera. Проект призван обеспечить бесплатным Интернетом более чем 4 млрд. человек, которые проживают в экономически нестабильных или даже конфликтных регионах.
Дрон Aquila был создан дочерней компанией Facebook, Connectivity Lab, в тесном сотрудничестве с британскими специалистами в области аэрокосмических технологий из компании Ascenta. При таких внушительных габаритах вес аппарата довольно мал – всего 455 кг. Легкость устройства обусловлена применением углепластика и четкой оптимизации всех частей – от корпуса до начинки. Работает дрон на высокоэффективных солнечных батареях и может находиться в автономном полете до трех месяцев. Безопасность беспилотника, а также долгий срок его автономной работы без приземления достигается за счет рабочей высоты. Она составляет до 27,4 км над землей. Там нет опасности столкновения с самолетами, а солнечные батареи почти постоянно освещены солнцем. Радиус зоны покрытия дрона – до 50 км. Обеспечение передачи данных основано на лазерной технологии и по скорости сравнимо с качеством связи через оптоволоконный кабель.
Воздушные почтальоны от Amazon
Еще одним блестящим примером системного привлечения мирных дронов на службу человечеству является проект от американской компании Amazon. Этот интернет-сервис приобрел мировую популярность, так как одним из первых начал продавать товары через Всемирную сеть. Очевидно, их было необходимо доставлять покупателям. С этой задачей успешно справлялись обычные почтовые службы и привычные почтальоны, однако с появлением доступных гражданских дронов в компании задумались о полном преобразовании системы доставки.
Так появился проект Amazon Prime Air, который был успешно протестирован в Великобритании в прошлом году. Согласно деталям, новая система доставки Amazon будет следующей. Пользователь заказывает некрупный товар через интернет-магазин. Заказ поступает на ближайший склад, комплектовщик укладывает вещь в специальную упаковку и крепит ее к почтовому квадрокоптеру. После чего доставка приобретает автономный характер – дрон стартует со складской базы, руководствуясь координатами GPS, направляется прямиком к заказчику и, приземлившись буквально у порога дома, отцепляет посылку. Весь путь аппарата и статус доставки можно отследить в реальном времени. При тестовых полетах в графстве Кембриджшир груз был доставлен заказчику за 13 минут – просто недостижимая скорость для классических почтовых и курьерских служб. Как отметил глава компании Amazon, Джефф Безос, в скором времени почтовые дроны будут встречаться в небе так же часто, как грузовые фуры на автострадах.
Недостатки БПЛА
Конечно, гражданские БПЛА имеют иную степень защиты, нежели военные, из чего вытекают очевидные риски их применения. Так, уже в 2012 году группа ученых Техасского университета в Остине наглядно продемонстрировала возможность перехвата контроля над теми моделями дронов, которые используют незашифрованный гражданский сигнал GPS. А в случае с перспективной почтовой беспилотной сетью от Amazon во весь рост встает человеческий фактор – за дронами с посылками могут в буквальном смысле охотиться другие люди, пусть даже не из корыстных, а из сугубо хулиганских побуждений. Также зарегистрированы неоднократные нападения на летящие дроны крупных диких птиц, а в моменты взлета и приземления аппаратов – диких и домашних животных, например кошек. А это приводит не только к порче аппарата, но и в некоторых случаях к травмам атакующей стороны. На этот пункт особенно сильно нажимают природоохранные организации.
Вместе с этим перспективы использования гражданских дронов поистине впечатляют. Сюда входят не только работы по интернетизации планеты и услуги почты, но и быстрая доставка гуманитарной помощи в пострадавшие регионы, поисковые операции, мониторинг состояния флоры и фауны над труднодоступными территориями, например, в непроходимых джунглях или над океаном, быстрый сбор сведений для нужд картографии, сфера искусства фотографии и кино и многое другое. С уверенностью можно сказать, что в самом скором времени мы станем свидетелями расцвета эпохи дронов.
