История беспилотной авиации

История беспилотной авиации: от военных БВС до гражданских беспилотников
Для начала определимся: что такое беспилотное воздушное судно (БВС)?
К БВС относятся как автономные дроны, способные летать без участия человека (внешнего пилота), так и дистанционно пилотируемые.
Как работают БВС?
В движение их приводит реактивный, поршневый или электрический двигатель. В своей работе дроны способны к устойчивому горизонтальному полёту вне зависимости от типа управления.
Применение беспилотников.
В наши дни гражданские беспилотники широко используются в сельском хозяйстве, тушении пожаров, поиске людей, доставке медикаментов и многих других процессах, в которых становятся практически незаменимы.
Но мирным целям они служат относительно недавно. Изначально беспилотники создавались для выполнения различных боевых задач и использовались исключительно в военном деле.
XX век заслуженно можно считать веком развития боевой авиации – как пилотной, так и беспилотной. Ниже мы обратим внимание на самые основные эпизоды истории её становления.
Но для начала проясним ещё один момент.
В чём отличие БВС от крылатой ракеты?
Военный беспилотник предназначен для переноса боеприпасов и стрельбы, в то время, как крылатая ракета и есть боеприпас. Соответственно, после выполнения своей миссии дрон остаётся цел, а боеприпас уничтожается, поражая цель.
Существуют также барражирующие боеприпасы (дроны-камикадзе) – это класс беспилотников, промежуточный между классическим дроном и крылатой ракетой. Они совмещают функции разведки, поражения и наблюдения, используя искусственный интеллект.
Всё это – современные реалии беспилотной авиации, а с чего начиналась история дронов?
Радиоуправляемая лодка Николы Теслы
Вы удивитесь, но беспилотники – это новинка не XXI века, и даже не прошлого столетия. Первый прототип устройства, управляемого удалённо, представил Никола Тесла в XIX веке. Он даже зарегистрировал патент на транспортное средство, пилотируемое с помощью радиоволн. И сделать это удалось только после личного визита служащего патентного бюро, который приехал из Вашингтона в Нью-Йорк, чтобы увидеть разработку Теслы своими глазами, ведь она казалась невозможной.
Это была первая радиоуправляемая лодка. Изобретатель продемонстрировал её в 1898 году в пруду нью-йоркского Мэдисон-сквер-гарден.
Металлическая лодка в длину составляла около 1,2 метра, а в высоту – 1 метр. Сверху на ней были установлены антенны, внутри – аккумулятор, электрические моторы и радиоприёмник. Помимо лодки, Тесла собрал устройства для дистанционного управления ею.
Газетные заголовки того времени сделали упор на возможном использовании лодки Теслы в качестве радиоуправляемой торпеды, но планы самого учёного не были направлены на ведение войны.
«Гарантированная и безграничная разрушительность моего изобретения позволит установить и поддерживать вечный мир среди народов», – считал Тесла.
В течение следующих нескольких лет изобретатель утратил интерес к радиоуправляемым устройствам, военные США сочли применение лодки Теслы слишком сложным для сражений, а сам Тесла отказался от проекта и сосредоточился на беспроводной связи. Однако многие современные беспилотники существуют благодаря именно его наработкам.

Автоматический самолёт Hewitt-Sperry
Этот проект американца Элмера Сперри зародился ещё до Первой мировой войны. Инженер создал систему стабилизации летающего аппарата – своего рода автопилот, основанный на принципах гироскопа. В 1911 году Военно-морские силы США обратили внимание на идею Сперри превратить аэроплан в летающую торпеду, оснастив его радиоуправлением.
К проекту Элмера Сперри присоединились его сын, инженер Лоренц Сперри, и изобретатель устройств с использованием радиоволн Питер Хьюит.
Полученный в результате самолёт Curtiss N-9 так никогда и не стал дистанционно управляемым беспилотником и тестировался только в режиме автопилота.
Испытания 1917 года привели к не самым впечатляющим результатам. Военные же решили, что концепция проекта удалась, и они продолжат его развитие уже без участия изобретателей.
Так, благодаря своей самоуправляемости, Curtiss N-9 стал прообразом крылатых ракет, а «при жизни» назывался «летающей бомбой».
Летающая бомба Kettering Bug
Ещё один предшественник современных крылатых ракет – американская летающая бомба Kettering Bug («Жук»), созданная в 1917 году. Успешность этого проекта конструктора Чарльза Кеттеринга можно считать частичной.
Система управления «Жука» была инерциальной, автоматической. Когда машина стартовала, электрический гироскоп начинал работу за счёт двигателя и обеспечивал стабилизацию торпеды в воздухе, направляя на заданному пути.
Чтобы отмерить время в полёте, производился подсчёт необходимого числа оборотов пропеллера. Механики задавали это число непосредственно перед вылетом бомбы, учитывая скорость и направление ветра. Когда винт машины совершал последний заданный оборот, устройство высвобождало пружину, которая отключала двигатель и выбивала болты, удерживающие крыло на корпусе. Затем крыло сбрасывалось, а 80 килограмм взрывчатки в корпусе устройства падали вертикально вниз.
Аппарат так и не был использован в реальных военных действиях Первой мировой – официальные лица США опасались, что торпеда может спикировать на войска противников, так как погрешности «Жука» при поражении цели достигали даже больше, чем километр.
Проект остался опытным. Из 24 тестовых полётов удачно завершились только семь.
Несмотря на это, устройство Кеттеринга стало основой проектирования более совершенных управляемых ракет и радиоуправляемых дронов.

Прототипы современных квадрокоптеров
Если дрон – это общий термин для обозначения всех БВС, включая морские, сухопутные и подводные, то квадрокоптер – это подвид дрона с особой конструкцией. Она оснащена четырьмя винтами.
Так вот квадрокоптеры – это тоже не новинка. Первые их прототипы были созданы в 20-х годах прошлого века. Однако, в отличие от современных, они были пилотируемыми.
В истории остались имена сразу двух человек, чьи разработки можно считать прародителями нынешних коптеров. Это американский конструктор российского происхождения Георгий Ботезат и французский инженер Этьен Эмишен.
Увы, их изобретения не использовались на практике и участвовали только в испытательных полётах. Крайне сложная система трансмиссии коптеров, передающая вращения с одного двигателя на все роторы, хоть и работала, но ломалась слишком часто.
В результате машины никак не могли стабилизироваться в воздухе и малейший ветер выводил их из строя. Кроме того, устройства обладали слишком низкой манёвренностью. К примеру, коптер Ботезата передвигался только при наличии попутного ветра.
Но стоит отметить, что в 1956 году именно Георгий Ботезат совместно с Иваном Джеромом изобрёл усовершенствованный квадрокоптер, управляемый несущими винтами. Этот аппарат одним из первых в истории использовал переменную тягу четырёх винтов для управления креном, тангажом и рысканьем.
Прорыв для радиоуправляемых беспилотников
В 1933 году британские инженеры создали первый дрон, управлять которым можно было дистанционно, а использовать его – многократно. Им стал DH.82B Queen Bee.
Это был биплан (самолёт с двумя крыльями, расположенными друг над другом), управляющей аппаратурой которого служил передатчик на вакуумных электронных лампах и электромеханических реле.
По горизонтали беспилотник развивал скорость до 170 км/ч, а управлять им можно было на расстоянии до 5 километров. Королевский флот и ВВС Великобритании использовали его как мишень для тренировочной стрельбы.
Создание именно Queen Bee считается толчком к развитию БВС, поскольку прежде беспилотники не могли вернуться к месту запуска и использовать их повторно было невозможно.
К слову, термин «drone» в значении «беспилотный» также впервые был использован в отношении Queen Bee. Автором этого термина стал американский адмирал Уильям Стэндлей, наблюдавший применение DH 82B в учениях Королевского флота. Вернувшись в США, Стэндлей положил начало созданию аналогичного устройства для американских ВМС.
С началом Второй мировой войны беспилотники стали выпускаться массово.

Немецкие самолёты-снаряды «Фау-1»
Одним из таких беспилотников стал немецкий самолёт-снаряд (крылатая ракета) «Фау-1», состоявший на вооружении немецкой армии в конце Второй мировой. Другие известные его обозначения: V-1, А-2, Fi-103. Название ракеты произошло от слова Vergeltungswaffe (в переводе с немецкого – «оружие возмездия»).
Масса боевой части этого снаряда могла доходить до тонны. Ракета поражала цели на расстоянии до 250 километров, а более поздние её версии – до 400 километров.
Проект разработки беспилотника принадлежит немекцим конструкторам Роберту Луссеру и Фрицу Госслау. Их совместное детище получило одобрение немецкого Министерства авиации в июле 1941 года, а промышленное производство ракеты стартовало в конце 1942 года.
В общей сложности за всю Вторую мировую войну Германия успела собрать около 30 тысяч «Фау-1».
В дальнейшем БВС продолжили использоваться по большей части военными. Среди таких: американский самолёт-разведчик Ryan Model 147E – его применяли во Вьетнаме; советские дроны Ту-123, Ту-141 и Ту-143. Все перечисленные – это крупногабаритные БВС, размерами сопоставимые с самолётами.
Советские Ту-123, Ту-141 и Ту-143
Гонка вооружений между СССР и США, прошедшая в 1946-1992 годах прошлого столетия, затронула в том числе и отрасль беспилотной авиации и привела к созданию нескольких усовершенствованных образцов БВС.
В основном они применялись в разведке. Это сверхзвуковой беспилотный разведчик Ту-123 («Ястреб»), многоразовый разведывательный оперативно-тактический беспилотник Ту-141 («Стриж»), беспилотный разведывательный аппарат Ту-143 («Рейс»), а также другие модели от советского конструкторского бюро Туполева (ММЗ «Опыт» АНТК имени А. Н. Туполева).
Комплекс «Ястреб» использовался для воздушной фото- и радиоразведки, максимальная дальность его полёта составляла 3200 километров.
Многоразовый разведывательный БВС «Стриж» предназначался для разведки на расстоянии 1000 километров на трансзвуковых скоростях. Ту-141 был оснащён средствами фото- и инфракрасной разведки, поэтому использоваться мог при любых погодных условиях и в любое время суток.
Ту-143 «Рейс» (входит в состав комплекса ВР-3), в свою очередь, состоял на вооружении не только СССР, но и Чехословакии, Ирака, Сирии, Болгарии и Румынии. Советские разведывательные БВС использовались в Афганистане в 1979-1989 годах, в ходе Ливанской войны в 1982 году, а также в вооружённом конфликте на востоке Украины. Предназначение Ту-143 – тактическая маловысотная разведка в прифронтовой полосе. Беспилотник производил фото- и телеразведку отдельных целей, маршрутов и наблюдал за радиационной обстановкой по всему своему маршруту.

Советский беспилотный самолёт-разведчик Ла-17Р
Самолёты-разведчики в СССР производились не только в бюро Туполева. Другой такой беспилотник – Ла-17Р – был сконструирован в «Опытно-конструкторском бюро Авиационного завода №301» (бюро Лавочкина). Его разработка стартовала в 1957 году.
Это усовершенствованная версия беспилотного самолёта-мишени Ла-17, которая обладала лучшими лётными и техническими показателями. Самолёт-разведчик был оснащён мощными аэрофотоаппаратами типа АФА-БАФ-2К.
Начиная с 1957 года, совет министров СССР не единожды предъявлял жёсткие требования к доработке изобретения, благодаря которым Ла-17Р стали запускать не с бомбардировщика Ту-4, а с наземной установки. Затем, чтобы самолёт-разведчик мог использоваться многоразово и имел тягу в 1900 кгс, глубина полёта была увеличена до 250 километров.
Государственные испытания Ла-17Р окончились только летом 1963 года. Характеристики устройства, зафиксированные по их результатам, были такими: высота полёта – 7 километров, скорость – до 885 км/ч. Ла-17Р мог вести фоторазведку за объектами на расстоянии 50 километров от стартовой позиции, а также на расстоянии 200 километров при высоте полёта в 7 километров.
Серийный выпуск Ла-17Р начался с 1963 года на заводе № 475, где было изготовлено 20 таких машин. На вооружении мишень использовалась до 70-х годов. Информации о боевом применении беспилотника не обнаружено.
Ливанская война и появление малогабаритных дронов
В боях Ливанской войны (1975-1990 годы) активно задействовались радиоуправляемые дроны «Tadiran Mastiff» и «Skaut», произведённые в Израиле. Они были созданы практически с нуля и отличались от своих беспилотных предшественников размерами, так как уже не являлись самолётами, запрограммированными на автономный ход. Их размах крыльев не превышал 5 метров, а вес – 100 килограмм. С появлением таких БВС дроны становились всё меньше, что можно считать новым витком в развитии этой отрасли. К слову, для корректировки огня и сбора разведданных израильская армия также использовала небольшие пропеллерные БВС.

Советский «Буран» – первый в мире беспилотник с искусственным интеллектом
15 ноября 1988 года СССР запустил на орбиту Земли многоразовую транспортную космическую систему «Энергия-Буран». Ракета-носитель «Энергия» вывела на орбиту космический корабль многоразового использования «Буран», который дважды обогнул Землю (полёт длился 205 минут) и вернулся к исходной точке. Этот день стал знаменательным не только для советских, но и для мировых авиации и космонавтики.
Транспортная система должна была существенно сократить расходы на доставку грузов на орбитальные космические станции и производить смену экипажей. Кроме того, «Буран» мог бы использоваться для военных опытов и тестирования оружия.
В самом начале запуска существовало множество рисков и опасений команды, не исключена была вероятность взрыва ракеты. Но к счастью, «Энергия» вывела «Буран» на орбиту и его движение пошло по заданной траектории.
Резервная программа полёта «Бурана», где все риски были просчитаны для мелочей, конечно существовала. Если бы отказала хоть одна система корабля, то «Буран» утопили бы в Тихом океане после четвёртого витка вокруг Земли.
Предусмотреть требовалось огромное количество деталей: на определённых отрезках пути корабль должен был лететь носом вперёд, на других – хвостом. Необходимо было рассчитать его скорость, тормозной импульс и огромное число других факторов.
Одним из самых напряжённых моментов за время полёта «Бурана» стало его исчезновение со всех радаров на целых 18 минут, в течение которых о корабле не было известно ничего. В это время он снижался над Атлантическим океаном и входил в плотные слои атмосферы с плазмой, где не проходят радиосигналы, в связи с чем корабль пропал с экранов Центра управления полётами (ЦУП).
В результате период неизвестности прошёл без происшествий, и «Буран», оказавшись над Чёрным морем, снова стал доступен для наблюдения. Но самый непредсказуемый и критический момент по-прежнему ждал впереди.
В процессе посадки корабль должен был сопровождаться МиГ-25 под управлением лётчика-испытателя Магомеда Толбоева с телеоператором Сергеем Жадковским на борту.
Самолёт вылетел навстречу «Бурану» и, согласно плану, должен был лететь параллельно космическому кораблю до самого приземления. Эта задача, разумеется, отрабатывалась не раз, с учётом всех ожидаемых вариантов развития событий. Но произошедшее в действительности никем предусмотрено не было.
Возвращаясь к космодрому и находясь на высоте порядка 11 километров, «Буран» совершил непредвиденный манёвр и, выбрав новую траекторию, летел навстречу МиГ-25 прямо в лобовую атаку.
Диспетчерам с Земли пришлось в срочном порядке разводить суда по высоте. Для этого Толбоев вынужден был экстренно бросить самолёт в штопор, выровнять его, а затем догнать «Буран». Перед этим специалисты ЦУП едва не приняли решение об аварийном подрыве корабля, но к счастью, этого не случилось.
Если изначально перехват корабля самолётом планировался на высоте 10-12 километров, то в результате сделать это удалось только на расстоянии 5-6 километров от земли. Посадка прошла полностью успешно.
Почему «Буран» совершил непредвиденный манёвр?
Корабль садился как планер (за счёт собственной энергии с выключенными двигателями) в условиях шторма, когда ветер достигал 20 м/с. Бортовой компьютер «Бурана» принял единственно верное решение для обеспечения себе мягкой посадки.
Дело было в том, что при предпосадочном маневрировании шквалистый ветер дул в хвост корабля, тем самым ещё больше увеличивая и без того высокую скорость, которую нужно было срочно гасить.
Именно поэтому искусственный интеллект принял решение перелететь поперёк посадочной полосы, сбросить лишнюю скорость и только после этого зайти на посадку. Однако автоматика корабля не сообщала в ЦУП, почему она давала ту или иную команду, что стало причиной замешательства команды и чуть было не привело к подрыву «Бурана». Ведь на их глазах корабль стал уходить в сторону жилых кварталов, самого стартового комплекса и других площадок Байконура.
Но как известно, «Буран» вернулся на траекторию посадки на аэродроме Юбилейный (Байконур) и приземлился прямо по центру посадочной полосы. Это был поистине триумф!
К сожалению, такая перспективная программа была свёрнута в связи с развалом Советского Союза и отсутствием у государства возможности финансировать космические программы. «Буран» побывал на орбите всего один раз и больше их не производили.
Гражданские беспилотники
Современные военные дроны есть на вооружении большинства стран мира и используются не только в ударных целях. Сейчас их применяют и для разведки, и для корректировки артиллерийского огня. А многие дроны, используемые прежде в военной авиации, теперь служат мирным целям.
Направление бытовых радиоуправляемых дронов стало интенсивно развиваться во второй половине прошлого века. Первоначально это были только DIY-дроны – собранная самостоятельно имитация самолёта. Уже после бизнес, обратив внимание на востребованность радиоуправляемых БВС, взял инициативу в свои руки. Так стали появляться невоенные беспилотники.
По мнению специалистов, началом эпохи современных гражданских дронов можно считать 2006 год, когда Федеральная авиационная администрация США одобрила полёты небольших пользовательских беспилотников. Распространение получили именно БВС, используемые для науки и промышленности. Они помогали отслеживать распространение пожаров, изучать ситуации в эпицентрах катастроф. Некоторые коммерческие компании с их помощью контролировали посевы, нефтепроводы, морские угодья и др. В том числе дроны были полезны в геодезии, строительстве и прочих сферах деятельности.
Со временем они стали популярным развлечением. Тогда рынок радиоуправляемых БВС разделился на два направления: полноценные дроны и их компоненты, из которых пользователи могут создавать DIY-системы.
Дроны «под ключ» производили компании: Parrot, Gaui, DJI, Xaircraft, GoPro и др. Комплектующие для беспилотников выпускали: MultiWii, KaptainKuk, ArduCopter. Любители DIY наиболее активно использовали платы Arduino, Raspberry Pi и прочие.
Когда в дронах появились камеры, видеопоток которых можно было направить прямо в ноутбук, телефон или видео-очки, востребованность персональных БВС возросла многократно.

Этика и безопасность использования гражданских дронов
Ожидаемо, что с появлением беспилотников с такими камерами остро встал вопрос этики и безопасности их использования. Любой пользователь мог шпионить за происходящим на частной территории, в офисах коммерческих компаний или правительственных организаций. Стало известно о немалом количестве злоупотреблений возможностями аэросъёмки.
Более того, дроны не всегда летят туда, куда их направили. Они врезались в здания, падали на головы болельщиков на стадионах, в худших случаях – представляли собой угрозу для промышленных объектов и пассажирских самолётов.
Упавший с большой высоты дрон даже весом 250 граммов может нанести серьёзный ущерб имуществу или здоровью человека. И кто-то должен нести за это ответственность.
Что закономерным образом привело к принятия правительствами многих стран законов для регулировки продажи и эксплуатации БВС. В каждом государстве они свои, но в большинстве случаев владельцам дронов запретили снимать людей без их согласия, использовать беспилотники вблизи аэропортов, вокзалов, объектов промышленного и военного значения.
БВС получили ограничения по набору высоты. В большинстве стран им запретили подниматься выше 150 метров. Производителям также поставили ограничения на расстояния, которые может преодолеть дрон, и на предельную скорость, которую он может развить.
Гражданские дроны в России
Если владелец беспилотника в России не соблюдает правила использования воздушного пространства, его могут привлечь к административной ответственности. Физическое лицо получит штраф в размере 20-50 тысяч рублей, должностные лица – в размере 50-150 тысяч рублей, а юридические лица – в размере 250-500 тысяч рублей.
Помимо регистрации самого беспилотника, его владельцу требуется разрешение на полёт, а также план полёта. Это работает в случае, если:
- максимальная взлётная масса беспилотника – до 30 килограмм;
- полёт проходит в пределах прямой видимости и в светлое время суток;
- высота полёта – не более 100 метров от земли или воды;
- он проходит вне диспетчерских зон аэродромов, вертодромов, запретных зон, зон ограничения полётов, специальных зон;
- полёт проходит за пределами воздушного пространства над местами проведения публичных мероприятий, официальных спортивных соревнований, за пределами воздушных зон над местами проведения охранных мероприятий (ФЗ «О государственной охране»);
- полёт проходит на удалении более 10 километров от контрольных точек аэродромов и 2 километров – от посадочных площадок.
Если дрон не проходил регистрацию, план его маршрута можно предоставить в местный орган Единой системы организации воздушного движения. В полётном плане указываются опознавательный индекс беспилотника, аэродром, маршрут, аэродром назначения, время вылета и время полёта, а также другая информация, необходимая органам воздушного движения.
Росавиация в зависимости от плана полёта имеет право разрешить или запретить его, а также установить ограничения по времени или по маршруту полёта беспилотника.

Что будет дальше?
За техническими достижениями этой отрасли становится всё сложнее уследить. Беспилотники стали применяться практически в любой производственной и экономической области. По данным НТИ Аэронет, общий рынок продаж БВС в России оценивался в 9,5 млрд рублей ещё в 2017 году. Большую его часть занимали малые гражданские беспилотники.
В 2023 году рынок беспилотных авиационных систем в гражданском секторе вырос до 19,8 млрд рублей. К концу 2024-го, по существующим прогнозам, этот рынок должен вырасти до 49,4 млрд рублей, а к 2026 году – до 96,9 млрд рублей.
За 2023 год в сфере беспилотной авиации в России предложено столько инноваций, что их не рассмотреть даже кратко. Аналогичная ситуация наблюдается по всему миру – бизнес продолжает активно изучать и использовать возможности дронов. К примеру, в Северной Каролине (США) действует служба доставки медикаментов и образцов анализов при помощи дронов от компании UPS. Они обеспечивают доставку по заданному маршруту между больницами и медицинскими центрами WakeMed.
Доставка грузов беспилотниками получила широкое распространение с тех пор, как в 2013 году компании DHL и Amazon опробовали её на практике. Первую доставку дронами в России осуществила «Додо Пицца». 21 июня 2014 года дрон компании выполнил шесть заказов на сумму 3270 рублей, но продолжения эксперимент не получил.
Более того, как за рубежом, так и в России уже функционирует беспилотное такси. Иннополис (Татарстан) стал первым городом Европы, где появилась возможность заказать такси без водителя от «Яндекс». Затем оно стало доступно и в Москве для жителей района Ясенево.
В мире также появилось беспилотное аэротакси для доставки пассажиров по воздуху. Первой в мире соответствующее разрешение получила китайская компания EHang осенью 2023 года. Американская компания Joby в это же время получила одобрение только аналогичных тестовых полётов.
Нет сомнений в том, что за счёт развития искусственного интеллекта и роста ёмкости батарей дроны станут манёвреннее, умнее и функциональнее. В скором времени они станут неотъемлемой частью большинства сфер нашей жизни – от доставки посылок до обучения, безопасности и исследований.
Поделиться: