Наибольшие требования по безопасности перевозок предъявляются к воздушному транспорту (ВТ), который, в силу технологических особенностей, использует высокоскоростные транспортные средства. Это предопределило попытки исключить человеческий фактор в силу инерционности принятия решений и дало первенство ВТ в степени автоматизации управления летательными аппаратами (ЛА).
Своеобразными демонстраторами достижений автоматизации стали современные беспилотные летательные аппараты (БПЛА). После военных беспилотников, самое массовое распространение получили минидроны под названием мультикоптеры с вертикальным взлетом и имеющие несколько воздушных винтов. Малоразмерные БПЛА и минидроны отдаленно напоминают авиамодели 70-х годов. Однако современные модели за прошедшие 30-40 лет достигли революционной автоматизации управления процессами полета. Раньше для ручного управления спортсмену-моделисту требовались знания аэродинамики, навыки пилотирования и быстрая реакция для удержания устойчивости аппарата в воздухе при внешнем воздействии, например, порывах ветра. Систему усложняли инерционность рулей, аналоговые сигналы и отсутствие курсового изображения из кабины, что требовало интуитивного управления по тангажу и крену, с высоким риском выхода на критические углы, срыва потока и падения модели.
В современных минидронах и, особенно мультикоптерах, эти проблемы решены с помощью миниатюрного аэронавигационного оборудования, IT-технологий и компьютерных программ. Практически на всех беспилотниках установлены системы полетного контроллинга, позволяющие по заранее составленным алгоритмам, осуществлять автоматизацию, как отдельных режимов полета, так управления движением на протяжении всего маршрута.
В систему полетного контроллинга входят микропроцессор и интегрированные с ним в один блок гироскоп и акселерометр, а также барометрический датчик и компас. Такой комплекс, копирующий систему автопилота в миниатюре, обеспечивает стабилизацию аппарата в воздухе. С помощью специальных программ и полученных сигналов от датчиков контроллер автоматически управляет работой двигателей и механизацией аппарата, компенсирует внешние воздействия, обеспечивает точную позицию удержания в воздухе или на заданной траектории.
Вместе с сигналами от датчиков контроллер, через подключенный бортовой приемник, так же получает сигналы с пульта управления оператора и управляется с земли, меняя режимы работы движков и рулей.
Более совершенные системы контроллинга в единый блок управления включают GPS (ГЛОНАС)-модуль, радио или лазерные высотомеры и дальномеры, курсовые камеры и передатчики потоковых цифровых сигналов. Последние передают сигналы на командный пульт для отображения на экране панорамы курсового вида и телеметрической информацию. Наличие оборудования GPS позволяет выстраивать движение аппарата по навигационным точкам и осуществлять полет полностью в автоматическом режиме. Наиболее привлекательной и востребованной функцией программного комплекса с GPS-модулем в современных моделях дронов является предустановленный алгоритм возврата беспилотника на место старта при критических уровнях заряда аккумуляторов или топлива силовых установок.
Автоматизация таких сложных задач управления ЛА в воздухе, как обеспечение устойчивости на всех режимах полета, и невысокие цены делают современные беспилотники доступными для любого человека, включая юных энтузиастов, и открывают широкие пути массового использования минидронов. Анализ цен примерно в трех десятках магазинов показал, что современные квадрокоптеры, не усложненные дорогим оборудованием, можно приобрести начиная от 4000-5000 рублей.
Вместе с тем, такая доступность порождает и проблемы с недобросовестным, а иногда хулиганским использованием дронов. В конце 2014 года во Франции были зарегистрированы случаи облетов мультикоптерами территорий атомных электростанций и военных объектов, а в феврале 2015 дроны летали над центром Парижа, Эйфелевой башней и даже президентским дворцом (1). В январе 2015-го дрон фирмы DJI упал около Белого дома в Вашингтоне и серьёзно озадачил охрану президента США, которая, проведя собственное расследование, вынуждена была начать серию технических тестов и проверок надежности защиты резиденции руководства страны от подобного вмешательства (2). В апреле 2015 г. дрон с камерой был обнаружен на крыше резиденции премьер-министра Японии (3).
Наиболее опасный случай подлета на близкое расстояние к персоне номер один произошел осенью 2014 г. в г. Дрезден, ФРГ. На митинге правящей партии минидрон-квадрокоптер приблизился к Ангеле Меркель, выступавшей на трибуне, но был нейтрализован охраной и упал рядом с трибуной (4). Многие тогда посчитали, что при замене фотокамеры минидрона на поражающее устройство данный инцидент мог иметь крайние негативные последствия.
Вместе с тем, произошедшее является исключением из общей практики использования малоразмерной беспилотной авиационной техники, хотя помнить об этом следует всегда.
Потребность в дронах с ростом их популярности расширяется из года в год. Функцию летающей платформы выталкивает с земли не только медлительная и загруженная автодорожная обстановка, как это произошло с тестированием доставки заказов всемирно известными сетями интернет-торговли Amazon, Google, UPS и, теперь, Alibaba. Главными заказчиками производства БПЛА гражданского использования в начале 2000-х годов стали различные ведомства, крупные энергетические, сельскохозяйственные, изыскательские компании. Первые аппараты нашли применение в системах контроля и наблюдения пограничных районов, морской акватории, лесоохраны, мониторинга стихийных бедствий, измерении загрязнений среды, инспектировании дорожного движения, источников и линий передачи электроэнергии, трубопроводов и т.д. В настоящее время беспилотники уже профессионально используются в научно-технических областях: проектирование инфраструктуры и градостроительства, аэрофотосъемке, картографировании, навигации, связи и т.д.
Они дали импульс ускоряющемуся в настоящее время коммерческому использованию дронов. Почта, фото и видео съемка, оцифровка пространственных данных, кадастровые, риэлтерские, строительные, логистические, складские, охранные услуги, это далеко не полный перечень применения БПЛА.
На ближайшее будущее запланировано тестирование модификаций дронов для оказания медицинских услуг по срочной доставке лекарственных и спасательных средств, проектируются дроны-агрономы, гиды, проводники, археологи, официанты и т.д.
Перечень профессий и специализаций беспилотников коммерческого использования с каждым годом растет и расширяется. Образно говоря, человеку не надо будет утруждаться: «поднимать себя и идти на кухню пить кофе», дроны принесут завтрак в постель.
Это далеко не бытовая или творческая фантазия, только в 2014 году, по данным французской радиостанции «Европа-1» (5), в мире было выпущено более полумиллиона мини дронов. Основной сегмент взрывающегося рынка пришелся на квадро и мультикоптеры, именно квадрокоптеры оказались в эпицентрах городских скандалов Вашингтона, Парижа, Дрездена и Токио.
Перспективы развития мирового рынка дронов имеют ещё более масштабные значения. По опубликованным отчетам ассоциации авиационных аналитиков Teal Group (6) до 2020-х годов в мире будет реализовано беспилотных летательных аппаратов на сумму более 91 млрд. долларов. В среднем от 10 до 15 млрд. долл. в год, тогда как в 2014 г. объем рынка БПЛА в мире составил 6,4 млрд. долларов. Учитывая, что стоимость простых квадрокоптеров, как уже отмечалось, составляет 100-200 долл., это сотни тысяч, если ни миллионы дронов ежегодно.
Данный ценовой порог уже позволяет осуществлять покупки молодой и амбициозной группе потребителей, которая, интенсивно используя их, будет «раскручивать популярность», расширять и продвигать этот рынок. Но молодая аудитория порождает и риски, которые в воздушном пространстве (ВП) могут иметь и трагические последствия; намного опаснее, чем пролет над президентским дворцом.
Беспилотники были признаны Национальным советом по безопасности на транспорте США (NTSB) как полноценные летательные аппараты (7) со всеми вытекающими к ним требованиями по сертификации, обеспечению безопасности полетов и юридической ответственностью их операторов. В России также подготовлен законопроект дополнения к Воздушному кодексу РФ в части использования БПЛА, другие страны, включая ЕС, срочно проводят соответствующие законодательные мероприятия. Всё это говорит о том, что огромная нерегулируемая авиагруппа БПЛА молниеносно вторгается в мировое воздушное пространство и грозит существенно повлиять на безопасность полетов пилотируемой гражданской авиации (ГА).
В последние годы и, в частности, в 2014 году авиационные инциденты самолетов ГА с беспилотниками стали постоянными участниками новостей. В декабре 2014 г. FAA сообщило о 150 случаях инцидентов гражданских самолетов с БПЛА (8). Ранее неоднократно цитировалась ноябрьская 2014 г. статья газеты The Washington Post, где опубликована полугодовая статистика докладов пилотов и авиадиспетчеров о 25 инцидентах с мини БПЛА, которые, вероятно, вошли в вышеприведенную статистику (9). Аналогичные случаи происходят и в европейском воздушном пространстве, в аэропорту Хитроу в июле 2014 г., пилот Airbus A320 заметил беспилотный летательный аппарат, который едва не столкнулся с самолетом (10).
Кроме проблем и инцидентов с самолетами, дроны стали представлять опасность и в обыкновенной жизни для городских и даже сельских жителей. Имели место случаи нанесения вреда здоровью от врезавшихся в человека мультикоптеров (11).
В ряде публикаций отмечалась нарастающая волна использования БПЛА криминальным сообществом. Это известный январский 2015 г. случай неудачной перевозки амфетамина мексиканскими наркоторговцами в районе города Тихуана на границе США и Мексики. Полицейскими обеих стран в 2014 г. было зафиксировано подобных попыток более ста случаев (12). Созвучные по теме случаи доставки дронами наркотиков, телефонов и ножей в тюрьмы зафиксированы в Англии в марте 2015 г. (13), в штатах Джорджия, Южная Каролина в США, в тюрьме Дублина Уитфилд в Ирландии.
Не исключено, что за криминалом и неправомерным использованием беспилотников последует попытки применение дронов и минидронов террористами. Аналитики и научные корреспонденты пока догадками рисуют картины распыления отравляющих веществ над стадионами и массовыми скоплениями людей, летающие бомбы и атаки на гражданские самолеты (14). Совмещая подобное с неконтролируемым ростом производства БПЛА в мире и свободным их приобретением возникает вопрос: насколько ситуация находится в контролируемом русле, насколько ответственно и адекватно владельцы минидронов воспринимают ответственность за их использование. Осознают ли коммерческие производители беспилотников свою ответственность за выпуск летательных аппаратов, представляющих потенциальную опасность здоровью и жизни человека.
Здесь необходимо напомнить, что ни одно средство объективного контроля не обнаружило и не зафиксировало беспилотник в Хитроу в июле 2014 г. Ввиду малого количества металлических деталей и небольшой отражающей поверхности дрона, особенно минидрона, современные локаторы беспомощны в борьбе с ними. Это на порядок увеличивает риски снижения уровня безопасности полетов в районе аэродромов.
Что на данный момент можно противопоставить дронам в экстраординарных случаях? В мире зарегистрированы несколько технологий по перехвату или перепрограммированию беспилотников. Разрабатываются также детекторы обнаружения дронов по звуку, по динамике полета, по радиосигналам, делаются попытки глушения сигналов радиоуправления дронами и GPS/ГЛОНАСС ориентации. Однако главными недостатками такой противобеспилотной техники являются: невозможность срочной дислокации в местах появления дронов, ограниченный радиус действия, дороговизна, оправданная только в военное время.
Подводя итог оценки вариантов противодействия операторам минидронов, нарушающим законы использования ВП, вынуждены согласиться с прессой, писавшей об инцидентах с дронами над Францией, что до сих пор техническими средствами бороться с ними трудно, существуют большие проблемы с их обнаружением и идентификацией. Поэтому совершенствование законодательной и нормативной базы остается одним из главных способов регулирования порядка использования и эксплуатации беспилотников.
Вместе с тем, меры, предложенные властями многих стран по регистрации дронов и их операторов, как, например, в Великобритании (17), могут быть недостаточны. Прогнозы показывают, что движение в воздухе, особенно в нижнем для ОрВД пространстве G и даже C классов, в ближайшие годы будет становиться все интенсивнее. Уведомительный характер использования ВП будет с каждым годом усложнять и перегружать диспетчеров местных диспетчерских пунктов (МДП), требуя снижения интенсивности. Что может породить бесконтрольность использования ВП операторами минидронов или игнорирование уведомительных процедур.
В такой ситуации становится неизбежным использование достижений научно-технического прогресса, который если не обеспечит полный контроль за движением минидронов, как это позволяет на современном этапе радиолокация, то позволит реализовать его отдельные функции.
Мы предлагаем более расширенное, чем только регистрация беспилотников, решение проблемы техническим методом, позволяющим в будущем перейти к автоматизации данной функции. Необходимо взаимоувязать вопросы регистрации, сертификации, лицензирования и идентификации производителей, владельцев и эксплуатантов минидронов.
Известно, что основной целью сертификации типа ВС, как транспортного средства (ТС), является его соответствие требованиям безопасной эксплуатации, соответствие установленным ГОСТам и возможность идентификации. По стандартам оно должно быть маркировано и иметь место для размещения знаков государственной регистрации. Поэтому процедура сертификации, если не каждого типа беспилотника, то их производителей и серий выпускаемых модификаций, необходима.
Наиболее перспективным методом идентификации ЛА и организации воздушного движения является технология ADS-B, использующая эффект вторичной локации. Но она в настоящее время является дорогой для малой авиации и минидронов.
Вместо технологии ADS-B для регистрации и лицензирования эксплуатанта и информации о сертификации производителя беспилотника могут быть использованы электронные технологии, применяемые в сетях мобильной связи. В мире с помощью GSM-сети в последние годы стали осуществляться многие функции мобильной навигации, породив систему A-GPS (Assisted GPS). Она позволяет более быстро установить связь приемника GPS со спутниками через специализированные центры, а также ускорить вычисление координат с использованием ресурсов интернета и базовых станций GSM-сети.
Система A-GPS и технологии мобильной связи активно используется многими транспортными и логистическими компаниями для слежения за местонахождением ТС, их техническим состоянием, уровнем использования топлива и т.д. Это осуществляется путём дискретных автоматических SMS-сообщений, направляемых от электронных устройств, включающих приемник GPS-сигналов и минителефон, с установленной в нем SIM-картой. Такое оборудование получило название GPS-трекер. Оно не является дорогим, располагается на транспортном средстве; SMS-сообщения поступают на специальные серверы транспортных компаний по GSM сети и используются для контроля нахождения ТС.
Учитывая складывающуюся ситуацию с ростом интенсивности воздушного движения в пространстве класса G, угрозу несанкционированного вмешательства минидронов в работу пилотируемой ГА, мы предлагаем создать систему организации и контроля за воздушным движением малой авиации на основе мобильных GSM сетей связи и A-GPS технологии.
Основным требованием к производителям дронов при сертификации будет обязательное наличие GPS-трекера со слотом под SIM-карту. Карта будет выдаваться при регистрации ЛА, независимо от его типа.
Введение на законодательном уровне системы регистрации и идентификации ЛА, посредством размещения на нем передающего оборудования GSM связи, позволит решить много вопросов по контролю использования малых ВС и БПЛА, а работа оборудования - снять нагрузку на диспетчерский состав органов ОрВД.
Это потребует проведения соответствующих мероприятий нормативно-правового, научно-технического, организационного характера. Создание данной системы, по ряду причин, должно происходить в несколько этапов, основными из которых могут быть следующие.
Первый этап
Принятие на правительственном уровне программы введения организации и контроля воздушного движения малой авиации и БПЛА на основе сетей мобильной связи. В программе должны быть предусмотрены следующие позиции:
- инициализация создания законодательной и нормативной базы регистрации, учета и контроля движения всех ЛА малой авиации, включая БПЛА, с использованием оборудования мобильной связи сетей GSM (или других стандартов);
- введение обязательной сертификации производителей ЛА малой авиации и БПЛА и лицензирования торговли ими на предмет наличия технического оборудования GPS/ГЛОНАС приемо-передатчиков (трекеров), устанавливающих координаты местоположения ЛА и передающего эти данные по GSM-сетям;
- проведение научно-исследовательских работ по совершенствованию структуры органов ОрВД, в части местных диспетчерских пунктов, дооборудования специальными серверами и другими необходимыми техническими средствами для перехода на систему контроля воздушного движения на основе GSM-сетей.
Второй этап
- Сертификация и введение регистрации и учета ЛА малой авиации и БПЛА на основе установления оборудования, индивидуальных сим-карт и излучаемых сигналов.
- Введение системы обязательного лицензирования эксплуатантов ЛА малой авиации и БПЛА на право выполнения полетов и использования воздушного пространства.
- Организация и проведение работ по созданию в системе ОрВД на базе местных диспетчерских пунктов (МДП) технически оборудованных рабочих мест (серверов, терминалов) контроля использования ВП по сигналам, передаваемым по GSM-сетям.
Третий этап
- Переход на полный контроль органами ОрВД использования ВП С и G классов на основе сигналов GPS/ГЛОНАС трекеров, передаваемых по GSM-сетям.
- Проведение научно-технических работ по изысканию возможностей, с применением более совершенных технологий быстродействия сетей передачи потоковых сигналов, перехода на непрерывный контроль движения малых ЛА и БПЛА в режиме реального времени.
- Усовершенствование структуры ВП С и G классов и правил выполнения полетов для достижения бесконфликтности движения малых ЛА и БПЛА в единых зонах выполнения полетов.
Четвертый этап
Разработка системы автоматического управления движением БПЛА в едином ВП для пилотируемых пассажирских, коммерческих, общего назначения, индивидуальных и других видов авиаперевозок.
Предложенное решение для такой технологически сложной отрасли, какой является авиация, с огромными рисками и высокими стандартами регулирования воздушного движения, является достаточно амбициозным и технически проблемным. Требования к надежности и точности работы оборудования в авиации одни из самых высоких. Но та интенсивность воздушного движения, которая лавиной увеличится, когда взлетят тысячи БПЛА и минидронов, требует технического вмешательства в работу диспетчера с дальнейшим движением к автоматизации.
Предложенное решение возможно к реализации при наличии, по крайней мере, двух условий:
- система идентификации и контроля на основе мобильной связи должна использоваться и развиваться в качестве дополнения к другим используемым радиотехническим средствам контроля, аэронавигации и самолетовождения;
- разработка и внедрение такой масштабной и технически не стандартизированной к авиации технологии возможна только на международном уровне, с одобрения авиационным сообществом эксплуатантов и научных экспертов.
Источники:
1). - http://nationalsafety.ru/n126500
2). - http://geektimes.ru/post/246462/
3). - http://www.interfax.ru/world/437696
4). - http://nnm-club.me/forum/viewtopic.php?t=701703
видео http://www.youtube.com/watch?v=qKV6g47hgRs
5). - http://www.europe1.fr/high-tech/ce-qu-on-peut-faire-et-ne-pas-faire-avec-un-drone-1801735
6). - http://tealgroup.com/
7). – http://www.vedomosti.ru/newspaper/articles/2015/02/17/dronu-zakon-pisan
8). – http://www.russianelectronics.ru/leader-r/news/snabworldmarket/doc/71092/
9). – http://www.washingtonpost.com/wp-srv/special/national/faa-drones/
10).-http://rrbnews.com/index.php/uk-news/item/2290-v-heathrow-samolet-chut-ne-stolknulsja-s-ronom
11).- http://www.gisa.ru/107813.html?searchstring=дрон
12).– http://narkonews.com/new/1872.html
13).- www.bbc.co.uk.russian/uk/2015/03/1
комментарии (3):
ЭКСПОРТ НОВОСТЕЙ/RSS