Как управлять дронами через геостационарную орбиту

Ученые из Московского авиационного института (МАИ) разработали и протестировали систему управления БПЛА через геостационарный спутник. Новая технология позволит контролировать дроны на огромных расстояниях, за пределами прямой радиовидимости. Это открывает путь к созданию беспилотной логистики в отдаленных уголках страны.

Исследования проведены совместно с АО «Газпром космические системы» и АО «Решетнев» (входит в госкорпорацию «Роскосмос») в рамках программы «Приоритет-2030» и проекта «Бесшовная операционная среда». Его цель — обеспечить бесперебойный обмен информацией между космическими, воздушными и наземными объектами.

— Рост рынка БПЛА выявил потребность в управлении ими «за горизонтом». Сейчас большинство таких систем ограничены прямой радиовидимостью — до 40–50 км. Управление через высотные космические спутники кратно увеличит радиус действия аппаратов. Это, в свою очередь, придаст толчок развитию сферы беспилотного транспорта. Дальность полета будет ограничена только его ресурсом, — рассказал руководитель проекта, заместитель директора Центра космических технологий (ЦКТ) МАИ Александр Туров.

Он объяснил, что преимущество геостационарной связи — в ее высокой стабильности. Такие спутники зависают над Землей в одной точке, обеспечивая обширное покрытие и постоянный, надежный канал связи. В то же время низкоорбитальные аппараты контролируют зону гораздо меньшего размера. Кроме того, они находятся в постоянном движении, что требует переключения между ними и усложняет протоколы передачи данных.

По словам ученого, технически связь с геостационаром обеспечивает терминал на борту дрона. Изначально устройство было предназначено для предоставления абонентам устойчивого сигнала в условиях ограниченного мобильного интернет-доступа и сотового покрытия. Терминал оснащен антенной, которая автоматически наводится на спутник на геостационарной орбите.

Где востребованы дальние беспилотные маршруты

Вместе с тем, по словам Александра Турова, управление техникой в режиме реального времени через высотный спутник сталкивается с рядом трудностей. В частности, задержка сигнала составляет 0,25 секунды. Это делает невозможным управление дроном в режиме реального времени, что критично для задач, которые требуют мгновенного отклика. Например, передачи видео, прямого пилотирования.

Чтобы решить проблему, конструкторы использовали алгоритмы директорного управления, рассказал ученый. Суть метода заключается в том, что оператор не передает беспилотнику команды в реальном времени, а задает ему координаты или маршрутные точки. Далее аппарат самостоятельно выполняет полученные инструкции, опираясь на собственные исполнительные механизмы и навигационную систему.

— Программа испытаний состояла из трех этапов, — объяснил руководитель проектов ЦКТ МАИ Никита Матасов. — Первый — тестирование терминала и его проверка его соответствия техническим требованиям. В ходе второго этапа ученые отработали интеграцию спутниковой системы на беспилотник и проверили конструктивную, электрическую и программную совместимость терминала с дроном. Финальный этап включал летные испытания на аэродроме.

По итогам исследований, сказал специалист, была подтверждена пригодность оборудовании. Впереди — аналогичная работа с тяжелыми дронами самолетного типа, которые непосредственно будут применяться на протяженных маршрутах.

Как считают специалисты, прототипы регулярных линий для дальних беспилотников появятся нашей стране в 2027 году. Также необходимо подготовить площадки для взлета и посадки, терминалы погрузки и разгрузки и прочую инфраструктуру. Помимо этого, нужно доработать правовые нормы и правила полетов.

— Задержка сигнала — особенность связи через геостационар. Однако для некоторых задач она не критична. Например, при управлении беспилотным катером. Корректировка его курса по данным телеметрии допускает задержку в доли секунды. Технические решения для этого существуют, — пояснил директор Института цифрового неба МФТИ Юрий Хворост.

Разработка терминалов для перемещающихся объектов — более сложная задача, поскольку антенна в движении должна постоянно отслеживать положение спутника в небе. Подобные компактные и надежные системы пока не получили распространения на рынке, добавил он.

— Преимущество геостационарных спутников — в широкой зоне охвата (всего четыре аппарата способны охватить весь земной шар) и стабильном сигнале. Вместе с тем этот вид связи имеет прикладные и экономические ограничения, — рассказал член экспертного комитета Минцифры РФ по дорожной карте перспективных сетей мобильной связи, основатель и генеральный директор компаний «Геофотоника», Voxtellar, СИКС, эксперт рынка «Аэронет» НТИ Сергей Алексеев.

По его словам, расстояние до геостационарной орбиты почти в 100 раз больше, чем до низких орбит. Во столько же раз выше задержка сигнала. При этом их сила получается в 10 тыс. раз слабее. Это накладывает существенные требования к приемо-передающей аппаратуре — ее массе, габаритам, энергопотреблению и цене.

— Дроны с управлением через геостационар не годятся там, где нужно быстрое реагирование на команды. Например, в условиях городской застройки. А для дистанционного зондирования они вполне подходят, — прокомментировал заместитель директора Исследовательского центра в сфере искусственного интеллекта НИЯУ МИФИ Владимир Зенин.

В частности, такие технологии найдут применение при мониторинге протяженных объектов железных и автомобильных дорог, линий электропередач и трубопроводов, предположил эксперт. Также они востребованы для изучения природных территорий, рыбопромысловых зон, ледовых полей, ведения поисковых работ широким фронтом, геологоразведки и картографии.