История и сферы применения — Документация Pioneer September update 2021

Автор: Костюк Иван Иванович

Возраст: 17 лет

Место учебы: Ленинградский социально-педагогический колледж

Краснодарский край, ст.Ленинградская

Руководитель: Харченко Марина Викторовна

Историко-исследовательская работа

по теме: Беспилотные разведчики: перспективы развития

План:

Введение:

Весь мир уже осознал, какую пользу и экономию могут принести беспилотные летательные аппараты не только в военной, но и в гражданской сфере. Их возможности во многом зависят от такого параметра, как высота полета. Сегодня предел составляет 20 км, а в перспективе и до 30 км. На такой высоте беспилотный самолет может конкурировать со спутником. Отслеживая все, что происходит на территории площадью около миллиона квадратных километров, он сам становится своего рода аэродинамическим спутником . Беспилотные самолеты могут взять на себя функции спутниковой группировки и выполнять их в режиме реального времени в рамках целого региона.

Чтобы из космоса вести фото – и киносъемку или наблюдать за каким-нибудь объектом, нужны 24 спутника, но и тогда информация от них будет поступать один раз в час. Дело в том, что спутник находится над объектом наблюдения всего 15-20 минут, а затем уходит из зоны его видимости и возвращается на то же место, совершив оборот вокруг Земли. Объект же за это время уходит из заданной точки, поскольку Земля вращается, и снова оказывается в ней только через 24 часа. В отличие от спутника, беспилотный самолет сопровождает точку наблюдения постоянно. Проработав на высоте около 20 км более 24 часов, он возвращается на базу, а ему на смену в небо уходит другой. Еще одна машина находится в резерве. Это огромная экономия, поскольку беспилотные самолеты на порядок дешевле спутников.

Беспилотные самолеты могут конкурировать со спутниками и в сфере создания телекоммуникационных сетей и навигационных систем.

На беспилотники можно возложить непрерывное круглосуточное наблюдение за поверхностью Земли в широком диапазоне частот. Используя их, можно создать информационное поле страны, охватывающее контроль и управление движением воздушного и водного транспорта, поскольку эти машины в состоянии взять на себя функции наземных, воздушных и спутниковых локаторов (совместная информация от них дает полную картину того, что делается в небе, на воде и на земле).

Беспилотные летательные аппараты помогут решить целый спектр научных и прикладных задач, связанных с геологией, экологией, метеорологией, зоологией, сельским хозяйством, с изучением климата, поиском полезных ископаемых… Они будут следить за миграцией птиц, млекопитающих, косяков рыбы, изменением метеоусловий и ледовой обстановки на реках, за движением судов, перемещением транспорта и людей, вести аэро-, фото – и киносъемку, радиолокационную и радиационную разведку, многоспектральный мониторинг поверхности, проникая вглубь до 100 метров.

Цель: изучить сферы применения беспилотных летательных аппаратов и перспективы развития беспилотных авиационных систем.

В связи с поставленной целью определим основные задачи:

• Изучить историю развития беспилотных летательных аппаратов / БПЛА.;
• рассмотреть советские и зарубежные беспилотные летательные аппараты;
• рассмотреть беспилотные авиационные системы в вооруженных конфликтах.

Глава I. Аналитическая часть.

1.1. История развития беспилотных летательных аппаратов / БПЛА..

Неважно то, что сегодня мы речь ведем о беспилотниках, история этих аппаратов начинается скорее на воде чем в воздухе. В конце XIX века, если быть точными, то в 1899 году, небезызвестный изобретатель, физик и инженер Никола Тесла сконструировал и продемонстрировал общественности первый в мире радиоуправляемый кораблик, что не осталось незамеченным в ученой среде и дало свой толчок развитию сферы управляемых объектов.

Одним из наиболее ярких примеров, безусловно, является разработка человечеством беспилотных летательных аппаратов. Впрочем, как известно всем, ничто не происходит просто так из альтруистических целей и в первую очередь всегда рассматривается экономический вопрос. Именно так и обстоит на данный момент с выпуском беспилотных летательных аппаратов, однако так было не всегда, особенно если учесть, что «предки» современных беспилотников служили всего-навсего обычными мишенями для тренировки летчиков и зенитчиков.

Несмотря на общий посыл Николы Тесла, следующим «беспилотником» оказалось не судно, а самый обыкновенный летательный аппарат. Военный инженер и изобретательЧарльз Кеттеринг в 1910 году, вдохновленный успехами братьев Райт, предложил создать летательный аппарат управляемый не человеком, а часовым механизмом, который в определенное время сбрасывал свои крылья и падал на врага. Удивительно, но, несмотря на инновационную и экстравагантную идею, Кеттерингу дали зеленый свет и с помощью финансирования из армии США ему удалось создать несколько рабочих моделей. Увы, после нескольких испытательных полетов, прошедших с переменным успехом, проект по не многу сошел на нет и в боевых действиях во время Первой Мировой войны разработка участия не принимала.

Впрочем, по-настоящему прорывным для беспилотников XX века стал 1933 год, который официально считается родоначальником всех дальнейших разработок. Именно в этот год, силами инженеров Великобритании был разработан первый БПЛА, который, к слову сказать, был ко всему прочему многократного использования. Проект получил название DH.82B Queen Bee, и представляли собой отреставрированные модели бипланов Fairy Queen, которыми дистанционно управляли с корабля по радио. И именно этому беспилотнику было суждено стать самолетом-мишенью для будущих асов и зенитчиков. DH.82B Queen Bee служил ВВС ее Величества с 1934 года по 1943.

Естественно, мимо подобного новшества во время Второй Мировой войны не могли пройти мимо ни Германия, ни СССР, ни США. Так, например, Германия использовала управляемые бомбы Henschel Hs 293 и Fritz X, которые успешно показали себя во время ведения боевых действий в Средиземном море, однако в массовое производство суждено было попасть не им, а «самолету-снаряду» ракете Фау-1, а с 1942 года, Фау-2. А вот в СССР времен Второй Мировой проектируемым конструкциям воплотиться в реальность не удалось, несмотря на попытки авиаконструктора Василия Никитина. Именно его стараниями существовал проект беспилотной летающей ракеты, чья дальность полета составляла от 100 км и более при скорости в 700 км/ч, но как уже говорилось, проект остался лишь на бумаге. Впрочем, в 1941 году СССР был успешно применен тяжелый бомбардировщик ТБ-3 в качестве беспилотного самолета для подрывов мостов.

Немецкая Фау-1 

А вот США пошли по стопам Великобритании и запустили в массовое производство беспилотники Radioplane QQ-2, которые использовали как самолеты-мишени. Более того, за время Второй Мировой, фирма Radioplane создала для ВВС США почти 15 тысяч подобных БПЛА, в том числе модели QQ-3 и QQ-14. Интересно, что авторство данных беспилотников принадлежит Дени Ридженатальту, который в 30-ых года XX века был преуспевающим актером и по происхождению являлся британцем. Однако позже проявил интерес к радиоуправляемым моделям, а в 1934 году открыл свой магазин в качестве хобби. Однако наиболее успешной разработкой США можно считать беспилотный ударный бомбардировщик Interstate TDR-1, который сравним лишь с Фау-1 и может считаться первым в мире беспилотным летательным аппаратом подобного типа и специализации. По 1944 год было выпущено несколько модификаций TDR-1: XTDR-1, TDR-1, XTD2R-1, XTD3R-1, XTD3R-2, TD3R-1. Однако, несмотря на обилие модификаций, в серийный выпуск попали лишь сам TDR-1 – более 180 штук и TD3R-1 – заказ в 40 штук, который, впрочем, позже был отменен.

Модель американского Interstate TDR-1 

Несмотря на то, что после Второй Мировой войны БПЛА так или иначе активно использовались лишь США и СССР, на данный момент ведущим лидером в разработке и применении беспилотников считается именно США. Достаточно сказать лишь то, что в 2021 году беспилотные летательные аппараты, состоявшие на вооружении ВВС США, составили 7494 штук, в то время как пилотируемых аппаратов насчитывается почти 11 тысяч.

1.2. Беспилотные авиационные системы в вооруженных конфликтах.

Беспилотные авиационные системы (БАС) нашли самое широкое применение в боевых действиях. Начиная с войны во Вьетнаме, на них стремились возложить не только выполнение разведывательных, но и ударных задач по уничтожению разнообразных объектов противника. Наиболее интересным является история беспилотного летательного аппарата (БПЛА) BQM-34.

Созданный как реактивная мишень для подготовки летного состава ВВС и авиации США и Канады в дальнейшем получил развитие в виде целого семейства БПЛА различного назначения (28 модификаций), включая модификацию для выполнения ударных задач. В 50-х годах ХХ века стояла задача сбора разведданных о инфраструктуре СССР. Была создана модификация BQM-34 с мощным фотооборудованием и большей площадью крыла для полета на большой высоте. Она получила обозначение AQM-34Q и впоследствии широко использовалась для сбора разведданных летая сначала над Кубой, а затем над Вьетнамом. Во время войны во Вьетнаме было выполнено несколько демонстрационных программ по решению задач подавления зенитной артиллерии противника, целеуказания и доставки оружия подразделениям американской армии.

Проводились испытания по использованию этого ЛА в боевых задачах “воздух-воздух”. Были, в частности, проведены успешные испытания по сбросу бомб массой 500 фунтов (~226,0 кг) и пуски управляемых ракет Maverick. Несмотря на успешное проведение испытаний в реальных боевых условиях окончание войны во Вьетнаме практически остановило развитие тематики по расширению сферы применения БАС в боевых действиях.

Применение AQM-34 во Вьетнаме в качестве воздушного разведчика позволило успешно решить следующие задачи:

• получить доказательства наличия в Северном Вьетнаме советских ракет SА-2;
• своевременно получить подтверждение появления на вооружении северо-вьетнамских ВВС советского МиГ-21 и сфотографировать его;
• постоянно проводить оценку результативности боевого применения B-52;
• обнаружение поставок советских вертолетов в войска Северного Вьетнама;
• получение фотографического изображения подрыва советской ракеты SА-2 с близкого расстояния и т.п.

За все время эксплуатации AQM-34 было выполнено более 3400 пусков. При этом был достигнут относительно высокий процент возврата БПЛА: ~84%. Обычно, при ведении боевых действий этот показатель находился в пределах 60,0…70,0%.

Использование БАС в реальной боевой обстановке позволило выявить целый ряд особенностей применения БПЛА. Несомненным достоинством БАС является возможность обеспечения непрерывного наблюдения за обширными участками местности, на которых ведутся боевые действия. Вместе с тем, само по себе появление беспилотного разведчика над позициями противника приводит к потере фактора внезапности. Это часто сводило к минимуму эффект от результатов полета БПЛА, давая запас времени на перемещение и маскировку противника.

1.3. Перспективы развития беспилотных авиационных систем.

Условно процесс развития боевых БАС можно разделить на три этапа:

– разработка и создание комплексов с БЛА различного назначения;

– формирование сложных систем оружия с БЛА, включая использование ранее созданных и вновь разрабатываемых целевых и многоцелевых БЛА;

– создание новых систем оружия с ДУАС различного назначения.

Основным направлением в разработке и создании комплексов с БЛА являлось создание комплексов разведки тактического, оперативно-тактического и стратегического уровней. Были созданы и успешно эксплуатировались комплексы с беспилотными самолетами-мишенями Ла-17 и его модификациями, БЛА – разведчиками Ту-121 «Ястреб», Ту-141 «Стриж», Ту-143 «Рейс» и его модификациями и др.

Развитие и совершенствование методов и способов ведения боевых действий, повышение мобильности воинских формирований потребовало увеличения оперативности обработки информации, расширения функций БЛА. Однако, несмотря на относительную дешевизну БЛА даже при нынешнем, весьма высоком, уровне развития приборной и вычислительной элементной базы, проблема создания многофункционального БЛА остается трудноразрешимой. Как показывают результаты научных исследований, такой ЛА будет не только очень дорогим, но и чрезвычайно сложным в производстве и эксплуатации.

Более рациональным и реально осуществимым является путь формирования сложных технических систем: сложных систем оружия с БЛА, включая использование ранее созданных и вновь разрабатываемых целевых и многоцелевых БЛА. Такой подход позволяет решить основные проблемы, возникающие при расширении области применения БАС военного назначения:

– проблематичность увеличения боевого радиуса при одиночном и групповом применении боевых БЛА;

– сложность информационного обмена между БЛА, пунктами управления и потребителями результатов функционирования БЛА;

– трудность оперативного перенацеливания БЛА и коррекции траектории его движения.

Как известно, существующие комплексы с БЛА фактически неспособны обеспечить эффективное применение БЛА по подвижным и ограниченно подвижным одиночным целям. Они все требуют предварительной разведки района с целью сужения области поиска. С другой стороны, в ближайшем обозримом будущем практически невозможно создать боевой БЛА, который был бы способен скрытно проникнуть в глубину боевых порядков противника, найти на заданной территории подвижную цель, идентифицировать ее и, по команде оператора боевого управления, поразить бортовым оружием.

Рис. 6 Схема организации системы оружия с БЛА 

Таким образом, задача определения координат места положения цели, ее идентификация и определение параметров движения становится определяющей как с точки зрения реализации боевой задачи, так и с экономических соображений. Результаты научных исследований и анализ опыта боевого применения БЛА БПП в вооруженных конфликтах (RQ-1A «Pre- dator» и др.) показывают, что такой ЛА имеет высокую эффективность при полете на скоростях от 1 00 до 200 км/ч (реализуются продолжительности полета более 10 часов и более результативная работа наземного экипажа при передаче ему информации в масштабе реального времени) и высотах от 1 до 4…5 км, но не более 6 км. В этом случае возможна полная реализация характеристик комплекта разведоборудования, установленного на борту. Однако на таких режимах полета БЛА БПП становится уязвим для средств ПВО противника, включая индивидуальные средства и малокалиберную зенитную артиллерию. Учитывая это, можно сделать вывод, что подобные ЛА могут иметь достаточно широкое самостоятельное применение в условиях отсутствующей или подавленной системы ПВО противника.

Несмотря на то, что большая продолжительность полета и бортовой комплекс разведоборудования позволяют, не входя в зону активного противодействия ПВО противника, обеспечить необходимую длительность наблюдения за его территорией, сложный профиль и естественная кривизна поверхности земли не дадут решить задачу точного определения координат целей во всей тактической глубине (Рис. 5). В данном случае можно говорить только об определении района, в котором находится искомая цель. Для точного определения координат цели, особенно подвижной, потребуется комплексирование БЛА БПП с БЛА целевой разведки. В случае уверенной идентификации цели и точного определения координат цели целесообразно осуществить передачу данных на ударный БЛА и пилотируемый ЛА соответствующего назначения.

При реализации этих требований в условиях современной войны обеспечивается достижение следующих результатов:

– значительно повышается боевая эффективность применения ВВТ и как следствие:

– обеспечивается экономия сил и средств при гарантированном поражении объектов противника;

– создаются условия для оперативного маневра ресурсами сил и средств;

– обеспечивается возможность быстрого сосредоточения необходимых сил и средств на критических направлениях ведения боевых действий;

– осуществляется требуемая длительность наблюдения за территорией противника с целью своевременного раскрытия его замысла и определения имеющихся у него сил и средств;

– обеспечивается устойчивая информационная поддержка боевых действий войск в различных условиях.

Отработка технологии применения сложных систем оружия с БЛА позволяет создать научно-технический задел и сформировать условия для развития перспективных БЛА – дистанционно управляемых авиационных систем (аналогов боевой пилотируемой авиации): начать третий этап развития БАС. Это позволит перейти на качественно иной уровень развития не только авиационной техники, но и всей идеологии построения структуры ВС и управления войсками в мирное время и при ведении боевых действий.

1.4. Гражданские беспилотные летательные аппараты.

Однако, несмотря на развитие БПЛА в военной сфере, нельзя забывать и о гражданском применении данных аппаратов. Во-первых, подобных аппаратов с каждым годом появляется все больше и больше. Во-вторых, некоторые из аппаратов разработанных частными компаниями являются более развитыми в технологическом плане за счет своей узкой специализации и малых объемов производства, что позволяет инженерам более оперативно реагировать на изменение рынка потребителей.

История развития гражданских дронов насчитывает гораздо меньше времени в отличие от своих военных предков, ведь первые гражданские беспилотники появились лишь в 2000 году и существенно отличались от своих предшественников, однако темпы развития этой отдельной ветви впечатляют гораздо сильнее. Уже сейчас в США законодатели серьезно обеспокоены, а в это время все чаще и чаще появляются стартапы, предлагающие производить не только крупные беспилотные самолеты, но и дроны для быта.

Одним из наиболее ярких примеров на данный момент является проект американской компании Amazon. Так, в декабре прошлого года, глава Amazon Джефф Безос пообещал своим пользователям действительно футуристический вариант доставки купленных через их интернет-магазин товаров. План Безоса состоит в том, что если вы находитесь на расстоянии не более 15 км от складов компании и совершили покупку, то буквально через полчаса к вам на порог приземлится дрон и оставит посылку. Звучит как минимум занимательно. Еще одним условием подобной затеи является вес посылки, которая не должна быть тяжелее 2 кг (к слову сказать, более 80% заказов Amazon весят меньше этой цифры). Данное техническое новшество, по словам Безоса должно увидеть мир в 2021 году. И все было бы хорошо, если бы не несколько моментов, которые заставляют усомниться в осуществлении данной задумки в жизнь. Причин тому несколько, среди которых есть как забавные (например, вашего почтового дрона может по дороге сбить меткий стрелок и забрать посылку), так и серьезные, на которых следует остановиться подробнее.

Amazon drone Prime Air 

Несмотря на всю демократичность США и склонность к введению инноваций, правозащитники уверенны, затея Безоса в 2021 году потерпит фиаско. На данный момент Федеральное управление гражданской авиации США просто не пойдет на такой шаг как разрешение введение в эксплуатацию подобных транспортных дронов, а вероятное «да», возможно не ранее 2020 года. Кроме того, назвать дроны безопасными вряд ли можно. Случаи сбоя техники далеко не редкость, а когда на густонаселенную территорию падает тяжелый дрон у которого в наличии взрывоопасные батареи и острые винты, то подобная затея Amazon кажется менее интересной.

Просмотрим на видео тест дрона-беспилотника AmazonPrimeAir.

Заключение.

Перспективы применения беспилотной авиации определяются также физиологическими возможностями летчика, которые на современном уровне развития пилотируемой авиации достигли своего предела. Большие объемы информации и воздействие больших перегрузок ставят пилота в экстремальные условия, когда в кратчайшие сроки необходимо проанализировать ситуацию и принять правильное решение. Отсутствие на борту беспилотного аппарата летчика и систем жизнеобеспечения делает этот аппарат предпочтительнее в использовании при решении многих задач.

В настоящее время основные усилия по созданию беспилотных комплексов нового поколения и модернизации существующих сосредоточены на следующих направлениях:

• создании унифицированных комплексов, сопрягаемыми с автоматизированными системами управления войсками;
• разработка базовых комплексов с перспективой наращивания их возможностей, в том числе применением сменной целевой нагрузки (разведки, целеуказания, радиоэлектронной борьбы, ретрансляции связи);
• модернизация базовых комплексов (совершенствование полезных нагрузок, увеличение дальности и продолжительности полета, повышение точностных характеристик, развитие программного обеспечения);

Беспилотная авиация может найти широкое применение для решения их специальных задач, когда использование пилотируемой авиации невозможно или экономически невыгодно: осмотр труднодоступных участков границы, наблюдение за различными участками суши и водной поверхности, определение последствий стихийных бедствий и катастроф, выявление очагов лесных пожаров, выполнение поисковых и других работ.

Список использованной литературы

1. Авиация: Энциклопедия / Гл. ред. Г. П. Свищёв. — М.: Большая Российская энциклопедия, 1994. — С. 108. — 736 с.

2. Б. Казарьян, А. Медведь Беспилотники ВВС США // «Крылья Родины», № 1-2, 2021. стр.70-75.

3. Зайцев А., Назарчук И. и др. Беспилотные ЛА зарубежных стран (рус.) // Армейский сборник : журнал. — 2021. — Февраль (т. 248, № 2). — С. 44-46.

4. Гончаров А. Беспилотники России (рус.) // Армейский сборник : журнал. — 2021. — Февраль (т. 248, № 2). — С. 39-43.