Беспилотные авиасистемы для грузоперевозок: оценка разработок (часть 2)

Подробно об авторе: директор Центра перспективных исследований Группы «Кронштадт», к.т.н

Беспилотные авиаперевозки в Российской Федерации

Значительная часть территории нашей страны относится к так называемым труднодоступным районам. Это Арктическая зона Российской Федерации, районы Сибири и Дальнего Востока. Природно-климатические условия этих районов делают наземное сообщение с ними возможным только в ограниченный период года, а между тем в них сосредоточена значительная часть природных ресурсов страны, разработка которых является стратегической задачей экономики. Реализация планов социально-экономического развития этих территорий невозможна без обеспечения регулярных и надежных грузоперевозок. Строительство инфраструктуры наземной транспортной сети (автомобильные дороги) сопряжено со значительными инвестиционными и временными затратами. Расширение авиационных перевозок сдерживается их высокой стоимостью и недостатком у отечественных авиакомпаний специализированных транспортных воздушных судов. Внедрение беспилотных технологий в сферу гражданской авиации позволит не только снизить стоимость летного часа при сопоставимых летно-технических характеристиках воздушных судов на 30–40%, но и уменьшить зависимость от погодных факторов, а также обеспечить отсутствие риска для жизни экипажей при выполнении авиаработ в условиях ЧС. Кроме того, беспилотники (БЛА) подходят и для экстренной доставки.

Группой "Кронштад" разработана программа создания роботизированной транспортной беспилотной авиационной системы (БАС). Программа реализуется в несколько стадий, на каждой из которых достигаются прорывные решения, качественно влияющие на развитие авиационной отрасли страны и решение социально-экономических задач:

  • На уже достигнутом российскими компаниями технологическом уровне создается экспериментальный демонстратор роботизированного грузового воздушного судна. ОАК, группа "Кронштадт", другие предприятия отечественного авиапрома обладают научно-техническим заделом, позволяющим начать экспериментальные полеты в течение 12–18 месяцев. В качестве носителя может быть использован серийный самолет грузоподъемностью 1–3 т.
  • В ходе разработки демонстратора создается промышленная технология конвертации пилотируемых летательных аппаратов практических любых типов в беспилотные или опционально-пилотируемые. Такая технология имеет самостоятельное практическое значение, в т. ч. оборонное, а также экспортный потенциал.
  • С применением демонстратора грузового беспилотного воздушного судна на территории Дальневосточного региона и Арктической зоны России развертывается пилотный проект по регулярной доставке товаров и грузов, медицинских препаратов, технологического оборудования по всей территории региона.
  • Формируются предложения по внесению изменений в нормативно-законодательную базу, обеспечивающие полномасштабное применение беспилотных воздушных судов для доставки грузов.

Технологии

В ходе военной кампании армии США в Афганистане в 2011–2013 годах два беспилотных вертолета Kaman K-MAX выполнили 600 вылетов, проведя в воздухе свыше 700 ч, и обеспечили перевозку более 900 т различных грузов для снабжения военных формирований на удаленных локациях :: Lockheed Martin

Технологии беспилотных авиационных систем развиваются всеми ведущими мировыми авиационными фирмами. Корпорации Boeing (США), Airbus (Евросоюз), IAI (Израиль), AVIC (КНР) имеют в своем составе специализированные подразделения по исследованиям и развитию программ беспилотной авиации. Ставшие еще в прошлом десятилетии массовыми применения БЛА для решения задач обеспечения обороны и безопасности доказывают, что технологии выполнения автоматического полета беспилотников различных типоразмеров достигли максимального, 9-го уровня по классификации Technology Readiness Level (подтверждено успешными выполнениями задач). БЛА способны выполнять все этапы полета по заложенной программе: совершать автоматические взлет и посадку, следовать маршруту полета с заданными параметрами скорости, высоты, курса без участия человека. Современные технологии мобильной робототехники позволяют дронам выполнять руление по рулежным дорожкам, выбирать направления движения, идентифицировать стационарные и подвижные препятствия.

Тем не менее гражданские применения БЛА в общем воздушном пространстве потребуют ряда специальных технологических решений. Например, обеспечения принципа "обнаружил и уклонился" при выполнении полета, осуществления непрерывной голосовой радиосвязи между диспетчером УВД и оператором БЛА, находящемся в наземном пункте управления беспилотником (станция внешнего пилота).

Читайте также  Перевозки грузов и почты на ВВЛ между федеральными округами и внутри них, т

В целом существующий уровень беспилотных технологий вполне достаточен для выполнения демонстрационных проектов по перевозке, и ряд зарубежных компаний уже развернули такие работы.

Программы создания транспортных БАС

Развитие беспилотных комплексов традиционно идет от систем военного назначения. В боевых операциях экспедиционных сил США на Ближнем Востоке уже несколько лет успешно применяется беспилотный вертолет Kaman. В Израиле идет разработка Air Mule. В США Агентство перспективных оборонных исследований DARPA финансирует программы  VTOL Experimental Plane, корпорация Lockheed Martin ведет программу Aerial Reconfigurable Embedded System (ARES), российский Фонд перспективных исследований финансирует проект "Свободный взлет" по созданию транспортного БЛА внеаэродромного базирования.

Нет сомнений, что эти разрабатываемые технологии будут коммерциализованы и применены для гражданских целей.

Анализ действующих программ создания транспортных БАС гражданского назначения показывает, что эта тематика хотя и не составляет пока главного направления развития беспилотных авиационных систем, тем не менее активно развивается в последние два-три года.

Европейская компания Airbus провела конкурс по разработке грузового беспилотника будущего — Airbus Cargo Drone Challenge. Компания рассматривает его в качестве летного испытательного стенда, который позволит развивать компоненты автономных технологий для будущих решений. Лидер израильской авиационной промышленности —  корпорация IAI проводит исследования по конвертации пилотируемых летательных аппаратов в беспилотные.

С 2015 г. идет франко-германский проект создания беспилотного самолета-амфибии Singular Aircraft.

Беспилотник-амфибия Singular Aircraft :: Singular Aircraft

Размах крыла – 14 м

Взлетная масса – 4000 кг

Полезный груз – 1800 кг

Дальность полета:
с грузом 1100 кг – 1400 км
с грузом 1600 кг – 420 км

Статус: демонстратор

Другой грузовой беспилотник, и тоже амфибийного типа, разрабатывается в рамках американского проекта Natilus.

БПЛА амфибийного типа Natilus :: Natilus

Взлетная масса – 5,4 т

Полезный груз – 2 т

Дальность полета ~ 2000 км

Статус: испытания демонстратора с размахом крыла 9 м

Коммерческая идея авторов проекта, среди которых есть наши соотечественники, состоит в том, чтобы обеспечить скоростную трансокеанскую доставку контейнерных грузов между крупными портами. Это позволит радикально увеличить скорость перевозки и при этом обойтись без модернизации аэродромной инфраструктуры. На наш взгляд, авторы проекта не учитывают тот факт, что морские перевозки доставляют именно тот сегмент грузов, для которого высокая скорость доставки не является критическим фактором.

Интересной представляется разработка, выполняемая американской компанией Aurora Flight Sciences (в 2017 г. вошла в состав корпорации Boeing), — роботизированный второй пилот. Проект имеет целью заменить второго пилота роботом без существенной модернизации летательного аппарата и его оборудования. На место второго пилота устанавливаются электромеханические приводы, воздействующие на органы управления летательным аппаратом. Система технического зрения, размещенная в кабине пилота, контролирует действия робота.

Система технического зрения, размещенная в кабине пилота, контролирует действия робота :: Evolving Science

Хотя проект не относится непосредственно к транспортным авиационным системам, его разработчики называют транспортные самолеты среди наиболее вероятных потребителей технологии, позволяющей снизить в будущем остроту проблемы нехватки пилотов. Остается открытым вопрос восприятия командиром воздушного судна такого "напарника".

Беспилотный проект SF Express

В сентябре 2017 г. профильные СМИ, освещающие тематику беспилотных систем, сообщили о том, что разработчики КНР создали транспортный беспилотный летательный аппарат тяжелого класса АТ-200 на базе новозеландского серийного самолета короткого взлета PAC P-750 XSTOL.

Транспортный беспилотный летательный аппарат тяжелого класса АТ-200 создан на базе новозеландского серийного самолета короткого взлета PAC P-750 XSTOL :: Kalispera Dell // Wikimedia.org.

Взлетная масса, max – 3,4 т
Грузоподъемность – 1,5 т
Дальность полета – 2000 км
Практический потолок – 6 км
Крейсерская скорость – 260 км/ч
Максимальная скорость – 313 км/ч
Продолжительность полета – 8 ч
Объем грузового отсека – 10 куб. м

Читайте также  Перевозки грузов и почты через аэропорты России на международных и внутренних воздушных линиях

Сообщалось, что самолет предназначен для снабжения продовольствием и припасами удаленных локаций, таких как пограничные заставы, островные территории. Однако впоследствии цепочка сообщений привела к главному интересанту проекта — китайскому логистическому гиганту SF Express, осуществляющему экспресс-доставку почтовых и других отправлений как внутри КНР, так и по всему миру.

SF Group намеревается к 2025 г. довести численность парка грузовых воздушных судов до 100 единиц и образовать национальную сеть воздушных грузовых перевозок. Таким образом должна быть обеспечена доставка грузов в пункты второго уровня на следующий день или даже на следующее утро (формат доставки — 24 ч). По оценке SF Express, применение БЛА для замены обычных грузовых самолетов на китайском рынке воздушного транспорта позволит не только снизить расходы на оплату летного персонала, но и частично решить актуальную для КНР проблему нехватки пилотов.

Начав с экспериментов с доставкой отдельных посылок легкими дронами мультикоптерного типа, SF Express быстро пришла к заключению, что аппараты самолетного типа обладают преимуществами продолжительности полета, грузоподъемности и способны обеспечить более эффективное функционирование работы транспортной сети. Таким образом, компания рассчитывает обеспечить гарантированную 24-часовую доставку в города и в регионы, отнесенные по классификации SF Express ко второму и третьему уровням[1].

Серьезность намерений SF Express по внедрению беспилотных технологий в транспортную логистику подтверждается тем, что компанией образовано специализированное подразделение SF UAS для развития беспилотной тематики. В ноябре 2017 г. SF UAS осуществила экспериментальную доставку комплекта технологического оборудования с помощью тяжелого беспилотника Shunfeng. Доставка выполнена путем сброса на парашюте грузового контейнера в заданную точку.

 

[1] В КНР города и регионы разделены на четыре уровня:

  1. Провинциальный уровень – четыре города центрального подчинения
  2. Окружной уровень – городские округа окружного значения (города и прилегающие сельские территории)
  3. Уездный уровень – города и городские районы уездного значения
  4. Волостной уровень –  сельские территори, разделенные на сельские волости и городские поселки
 

Беспилотник Shunfeng

Характеристики:

Размах крыла – 20 м

Взлетная масса – 3 т

Полезная нагрузка – 1,2 т

По сообщению издания China Daily, крупнейшая китайская логистическая компания (вторая после Alibaba) JD.com начала финансирование разработки грузового беспилотника, способного перевозить груз весом 1 т на расстояние до 1500 км. Предполагается, что прототип для летных испытаний будет готов в 2019 г. Сейчас компания перешла от пробных беспилотных грузовых перевозок к масштабным НИОКР. В июле 2017 г. SF Group объявила о плане сотрудничества с правительством провинции Чэнду и инвестировании 740 млн юаней в строительство штаб-квартиры БЛА, национального центра обработки данных и операционного центра.

В качестве примера повышения эффективности работы транспортной компании приводится цепочка доставки груза из глубинных районов КНР в индустриальный портовый центр Шэньчжэнь. Сегодня перевозка груза из города Паньжихуа, расположенного в предгорьях Тибета (провинция Сычуань), в Шэньчжэнь выглядит следующим образом: сначала груз из Паньчжихуа доставляется автомобилем в региональный хаб Чэнду Хуакси в течение 15 ч. Затем по воздуху за 1,5 ч перевозится в концентратор Эчжоу, производится перегрузка, последующая авиаперевозка с доставкой до терминала. Общая продолжительность доставки превышает 20 ч, из которых 15 ч приходится на часть маршрута от Панчьжихуа до Чэнду, где используется автотранспорт.

Доставка груза из Паньчжихуа в хаб Хуакси (провинция Чэнду) посредством грузового беспилотного летательного аппарата сократит время этой перевозки до 2,5 ч, а общее время доставки до Шэньчженя — более чем в два раза. Подобная инновация наиболее актуальна для территорий со сложным рельефом, горной и пустынной местности в центральных и западных регионах КНР. Применение грузовых БЛА позволит логистическим компаниям существенно расширить свои возможности по оказанию услуг на удаленных территориях и обеспечит население этих территорий эффективной связью с внешним миром.

Читайте также  Супер-CASS

Основным препятствием в развертывании авиатранспортной сети для БЛА самолетного типа является необходимость аэродромов с взлетно-посадочной полосой определенной длины и качества покрытия. В КНР существует национальная программа развития малых местных аэропортов, использовать которые SF Express намеревается для развития беспилотных авиагрузоперевозок.

Регулирование

В апреле 2018 года вышло постановление правительства Российской Федерации, утвердившее план мероприятий по совершенствованию законодательства и устранению административных барьеров для обеспечения реализации плана мероприятий (дорожной карты) Национальной технологической инициативы по направлению «Аэронет».
Реализация дорожной карты направлена на развитие и продвижение новых технологий, продуктов и услуг, обеспечивающих приоритетные позиции российских компаний на формируемых глобальных рынках, предусмотренные планом мероприятий Национальной технологической инициативы по направлению «Аэронет».

Авиационные власти практически всех экономически развитых стран мира, как и международные, декларировали программы, или дорожные карты, интеграции беспилотных (точнее, дистанционно пилотируемых) воздушных судов в общее воздушное пространство. Такие программы ведутся ICAO, FAA, IATA и другими организациями. В России в 2016 г. приняты поправки в Воздушный кодекс, на основании которых ведется разработка подзаконных актов, легализующих применения БВС для задач гражданской авиации, включая грузоперевозки. Главным регулятором процесса является Минтранс России, а интересы уже сформировавшегося в нашей стране беспилотного сообщества представляет Ассоциация разработчиков и эксплуатантов беспилотных авиационных систем "Аэронет". Снятие законодательных барьеров является также одной из ключевых задач Национальной технологической инициативы (НТИ). Вопросы нормативно-законодательного обеспечения полетов БВС представляют тему для отдельной публикации. В рамках данной статьи необходимо отметить, что процесс формирования нормативно-законодательной базы идет, определены регуляторы и интересанты процесса, от исхода которого зависит, удастся ли нашей стране занять достойное место в первых рядах стран, пользующихся технологическими и экономическими преимуществами от внедрения беспилотных авиационных систем в экономическую и хозяйственную деятельность. Важнейшей предпосылкой для успешного продвижения беспилотных технологий в РФ являются географические особенности ее территории: наличие огромных расстояний, больших пространств с минимальным воздушным трафиком. Это обстоятельство позволяет выделять зоны воздушного пространства для применения беспилотных воздушных судов без ущерба для полетов  на регулярных авиалиниях.

Загрузка воздушного пространства Европы и Российской Федерации, по данным сайта www.flightradar24.com

Заключение

Рынок гражданских применений беспилотных авиационных систем сейчас находится приблизительно в той же стадии, что и рынок мобильной связи 20 лет назад. Те, кто придет в числе первых и займет на этом рынке позиции производственные, эксплуатационные, сервисные, финансовые, окажется в гарантированно выигрышном положении. У Российской Федерации — страны с прочными традициями в авиационной отрасли — есть хорошие шансы оказаться среди лидеров мировой отрасли.

Нажмите, чтобы развернуть окончание материала >>

Для того, чтобы сразу видеть материалы целиком,
пройдите простую регистрацию или
авторизуйтесь на сайте.

Возможности и перспективы беспилотных авиасистем для грузоперевозок также рассмотрены в первом обзоре, который можно прочесть, перейдя по ссылке.