Н.В.Чистяков, Главный конструктор

 

Американский комплекс миниДПЛА «НЕТОПЫРЬ 3» фирмы «МЛБ Компани» и навеянные соображения по компактности и миниатюризации

Конструкторские рассуждения

 

Поводом для публикации этой статьи явилось случайно попавшееся в Интернете сообщение [1]. Важность этого сообщения трудно переоценить. Впервые беспилотный авиационный комплекс предложен на свободном рынке в качестве товара для развлечения и отдыха с указанием конкретной цены. В других материалах по предлагаемому беспилотному комплексу «Нетопырь 3» (Bat 3) описан не только сам беспилотный летательный аппарат, но и весь комплекс в целом (рис.1), что для зарубежных публикаций является редкостью.

Ниже приведены перевод и оригинал сообщения:

ДПЛА «НЕТОПЫРЬ 3» с пусковой установкой на автомобиле

Размещено 12 марта 2005 года, 15:12      автор Барб Дибвад

Bat 3 UAV

Рис.1 Комплекс «Нетопырь 3» на стартовой позиции

Те из Вас, кто ищет на рынке маленький относительно недорогой дистанционно пилотируемый летательный аппарат (ДПЛА), который мог бы запускаться с Вашего автомобиля (а Вы знаете, кому это надо), взгляните на «Нетопырь 3».

ДПЛА действует автономно, несёт высококачественную видеокамеру, укладывается в два небольших чемодана. Дальность приёма телеметрии от ДПЛА составляет около 10 миль (16 км – Ч.). Продолжительность полёта на одной заправке  составляет 6 часов.

Позабавьте Ваших друзей (и кого-нибудь ещё, неважно), запуская Ваш ДПЛА с крыши автомобиля пружинной катапультой.

«Нетопырь 3» управляется с лаптопа (ноутбука – Ч.) с отображением движущейся карты, показывающей текущее положение ДПЛА, скорость и высоту. Для изменения программы полёта просто подтащите мышью и бросьте на отображение карты поворотные пункты маршрута.

Видеосъёмку объектов с известными координатами выполняет цветная видеокамера «Сони» (Sony HAD) с 25-кратным вариофокальным объективом и трёхосевой гиростабилизацией.

Вся эта высокая технология не обойдётся Вам дёшево. Цена комплекса – 48 тыс. долл.США. Но хорошой новостью для Вас будет, что если Вы строите свой воздушный флот, то действует принцип: «купи один, следующий будет дешевле».  Каждый последующий самолёт стоит только 25 тыс. долл.США!

Оригинал текста:

BAT 3 unmanned aerial vehicle with catapult car launch

Posted Mar 12, 2005, 3:12 PM ET by Barb Dybwad

For those of you in the market for a small, relatively inexpensive unmanned aerial vehicle (UAV) that can be launched from your car (you know who you are), have a gander at the Bat 3. The aircraft operates autonomously, delivers high quality video, and fits into a couple of suitcase-sized cases. It’s got a telemetry range of about 10 miles and will fly for six hours before needing refueling. Amaze all your friends (and everone else, for that matter) by launching your UAV from your car-top, bungee-powered catapult. The Bat 3 is controlled via a laptop, with a moving map display showing the unit’s realtime location, speed and altitude. Change the flight plan by dragging and dropping waypoints onto the map display. Video duties are handled by a Sony HAD color video camera with 25x zoom at 480 lines resolution, and a 3-axis gimbal camera for geolocated imaging. All of this sweet tech won’t come cheap, at a pricetag of $48,000. But the good news is, if you’re building up your fleet you get a “buy one, get one cheaper” discount: only $25,000 for each additional aircraft!

Более подробная информация о беспилотном комплексе «Нетопырь 3»

Поиск в Интернете позволяет найти официальные материалы по комплексу ДПЛА «Нетопырь 3» (Bat 3). Основные характеристики комплекса содержатся в таблице (перевод с оригинала [2]).

 

Назначение

Ближняя разведка и воздушное картографирование

Силовая установка

Двухтактный двигатель внутреннего сгорания объёмом 1,2 куб. дюйма (23 куб. см)

Топливо

Смесь бензина и масла

Размах крыла

72 дюйма (183 см – Ч.)

Стартовая масса

15 фунтов (6,8 кг – Ч.) (максимальная) 1)

Масса полезной нагрузки

4 фунта (1,8 кг – Ч.)

Скорость

25..50 миль/час (40.. 80 км/час – Ч.)

Продолжительность полёта

2,5 часа (номинальная); 6 часов (максимальная)

Максимальная высота полёта

9000 футов (2750 м – Ч.)

Дальность действия

7,0 миль (11 км – Ч.) – радиус, ограниченный приёмом телеметрии; 180 миль (290 км – Ч.) – дальность по запасу топлива 2)

Разведывательные датчики

Цветная ПЗС видеокамера с полем зрения 45 градусов. Гиростабилизированная по трём осям турель с двумя цветными ПЗС камерами с полями зрения 17 и 45 градусов. Доступны инфракрасное видео и фото 4)

Радиолинии

Командная радиолиния 72 МГц, обратные каналы для видео и бортовой телеметрии (1200 бит/с) 2,4 ГГц, видеопередатчик мощностью 800 мВт 3)

Способ старта

Автономный старт с пружинной катапульты

Способ посадки

Автоматическое возвращение на базу с автономной посадкой на колёса по GPS

Проводка по маршруту

Проводка по назначенным поворотным пунктам маршрута по данным GPS с использованием бортовой ЭВМ фирмы «МЛБ Компани» с инерциальным измерителем. Летательный аппарат действует автономно от старта до посадки. Смена поворотных пунктов маршрута может быть проведена при нахождении  летательного аппарата в пределах действия радиолиний.

Наземная станция

Станция приёма и записи видеоинформации. Персональная ЭВМ лаптоп (ноутбук – Ч.) с отображением движущейся карты и полётной информации используется для отображения и записи информации

Командная радиолиния

Авиамодельная 8-канальная радиолиния на 72 МГц используется для управления ДПЛА вручную в пределах видимости 3)

Вспомогательное оборудование

Стартёр для запуска двигателя, антенны, укладочные ящики включены в стандартный комплекс

Обучение и поддержка

Компания «МЛБ» предлагает поддержку (операторы управления полётом, лётное обучение, ремонт) за дополнительную плату. Расходы на командировки и запасные части оплачиваются дополнительно

Гарантии производителя

Бесплатное устранение неисправностей, возникших по вине изготовителя, в течение 30 суток после поставки

Цена

Стандартный комплекс «Нетопырь» с одним летательным аппаратом, наземной станцией, катапультой и начальным обучением – от 42 тыс. долл.США для покупателей из США 5).

Дата поставки определяется при получении заявки

 

Из более позднего документа [3] можно почерпнуть некоторые уточнения и дополнения, наиболее существенные из которых:

1) уточнёна стартовая масса ДПЛА – 16.. 19 фунтов (7,25.. 8,6 кг)

2) уточнена дальность действия комплекса: 6 миль (10 км) по радиолиниям и 200 миль (320 км) по запасу топлива

3) в число радиолиний комплекса включена командно-телеметрическая радиолиния на основе радиомодема 900 МГц

4) уточнён состав целевой нагрузки: две цветных телекамеры с полями зрения 53 и 22 градуса, тепловая инфракрасная камера – опционально

5) указана цена комплекса для зарубежных покупателей – 65 тыс. долл. США и предложена существенно сниженная цена на приобретение следующих летательных аппаратов (20 тыс. долл. США для покупателей из США  и 30 тыс. долл. США для зарубежных покупателей).

Указаны также ограничения по погоде – ветер 25 узлов (13 м/с), умеренные осадки и размеры площадки для автоматической посадки – 100 х 50 м.

Ниже приведены фотографии ДПЛА «Нетопырь 3» (рис.2 и рис.3) на катапульте и поворотной турели ДПЛА с двумя телекамерами.

 

ДПЛА "Нетопырь 3" на пусковой установке

Рис.2. ДПЛА «Нетопырь 3» на пусковой установке (катапульте)

 

 

Турель ТВ камер ДПЛА "Нетопырь 3"

Рис.3. Поворотная турель ДПЛА «Нетопырь 3» с двумя телекамерами (53 и 22 градуса)

 

Отечественные аналоги

Затруднительно найти близкий аналог «Нетопыря 3» среди отечественных беспилотников. Ниша ДПЛА стартовой массой около 10 кг в России по каким-то причинам пуста. Беспилотным комплексом с ДПЛА примерно такой массы и с примерно с такой же дальностью действия занимался казанский Научно-исследовательский центр «Эникс» (В.Н.Побежимов), но, судя по отсутствию публикаций и экспозиций, работа не заладилась. По своим тактико-техническим характеристикам к «Нетопырю 3» близки комплексы ДПЛА, производимые Научно-производственным конструкторским центром «Новик-XXI век», ГрАНТ (20 кг, 70 км) [5] и БРАТ (2,5 кг, 10 км) [6]. Однако, и ГрАНТ, и БРАТ существенно отличаются от рассматриваемого американского комплекса структурно.

Обращаясь к структуре комплекса «Нетопырь 3», приходится сопоставлять его с давно устаревшим отечественным комплексом «Строй-П» с ДПЛА «Пчела» (см. рис. 4 внизу).

 

Старт ДПЛА "Пчела-1" с НПДУ комплекса "Строй-П"

Рис.4. Советский комплекс ДПЛА «Строй-П»

 

Несмотря на разницу в основных характеристиках и более чем двадцатилетнюю разницу во времени появления, эти комплексы роднит стремление конструкторов разместить весь комплекс на одной подвижной единице.

Миниатюризация и компактность комплекса ДПЛА

Компактность комплекса ДПЛА представляется более важным его свойством, чем конкретные значения тактико-технических и летно-технических характеристик. Настоящая публикация, кроме представления русскому читателю комплекса «Нетопырь 3», преследует своей целью обсудить и вопрос компактности комплексов ДПЛА.

Техника рубежа XX-XXI веков дала небывалые возможности миниатюризации вооружений, в том числе и  ДПЛА. Эти возможности, подробно рассмотренные в [7], привели к возникновению нового поколения беспилотной техники, которые в [7] названы «новыми» ДПЛА или миниДПЛА. Наиболее важными предпосылками для появления миниДПЛА явились:

-        однокристальные микроЭВМ большой вычислительной мощности;

-        спутниковые радионавигационные системы GPS и, потенциально, ГЛОНАСС;

-        микромеханические гироскопы и акселерометры;

-        миниатюрные телевизионные, ИК и фотокамеры;

-        химические источники тока большой удельной ёмкости (никелевые и литиевые).

Огромное влияние на технику миниДПЛА оказал авиамоделизм, который сегодня представляет индустриальную отрасль технического, спортивного и развлекательного характера. Роль авиамоделистов-любителей и предприятий, поддерживающих авиамоделизм, в деле становления и развития миниДПЛА переоценить невозможно.

В результате взрывного развития миниДПЛА можно утверждать, что по своим тактико-техническим характеристикам миниДПЛА уверенно теснят традиционные. Достаточно сравнить миниДПЛА БРАТ-2 [8] с классической «Пчелой», чтобы понять, что по основному назначению при сопоставлении эффективности и стоимости выигрывают миниДПЛА. Но, увы, именно дешевизна миниДПЛА является их слабым местом в современном мире, в котором оружие создают не для того, чтобы воевать, а чтобы продавать.

Стремительная миниатюризация ДПЛА [9] породила у конструкторов необоснованное желание сделать миниатюрным и наземное оборудование приёма и отображения информации ДПЛА.  Одна из реализаций этого желания представлена на фото рис.1, где  на асфальте около пусковой установки на шасси громоздкого джипа можно наблюдать чемоданчик с персональной ЭВМ и треногу с небольшой антенной (видимо, принимающей ТВ сигнал от ДПЛА). Конструкторы «Нетопыря 3» не одиноки. Аналогичное решение предлагают и конструкторы уже ставшего широко известным комплекса «Глаз дракона» (Dragon Eye) [10, 11] (см. рис.5).

 

Управление ДПЛА "Глаз дракона"

Рис.5. Оператор "Глаза дракона» корректирует полёт ДПЛА со станции на крыше здания. Ротный разведчик наблюдает за полётом"ДПЛА в нескольких километрах от станции через наголовное устройство

 

Традиция исполнять наземную станцию и весь комплекс в носимом варианте восходит к первому комплексу миниДПЛА «Пойнтер» [10] фирмы «Аэровайромент» (рис. 6) и воспроизводится во вновь разрабатываемых комплексах [12].

 

Комплекс миниДПЛА "Пойнтер" на стартовой позиции

Рис.6. Комплекс миниДПЛА «Пойнтер» на стартовой позиции

 

Наверное, для некоторых применений носимое исполнение комплекса целесообразно, например, для разведывательных групп, действующих в тылу противника в отрыве от своих частей и подразделений. Представляется, однако, что для такого применения миниДПЛА ещё не доросли. Слишком велик вес самих миниДПЛА и наземного оборудования. Вряд ли перспектива таскать на собственной спине рюкзаки с комплексом ДПЛА воодушевит спецназовцев, которым предстоит многокилометровый марш по пересечённой местности без возможности пополнить запасы пищи и боеприпасов. Для подразделений же, действующих в составе своих частей, естественно не носить боевую технику, а наоборот,  ездить  на ней.

Исполнение наземного оборудования комплекса ДПЛА в носимом варианте сопровождается ещё двумя существенными трудностями:

-        засветка экрана дневным, особенно, прямым солнечным, светом;

-        громоздкость антенны для приёма широкополосного телевизионного сигнала ДПЛА со сколь-нибудь существенной дальности.

В этом аспекте очень странным видится конструкторское решение создателей «Нетопыря 3»: пусковая установка смонтирована на автомобиле, а пункт управления – в отдельном чемодане и с антенной на треноге. Без автомобиля комплекс всё равно нефункционален. Почему бы не смонтировать персональный компьютер, приёмное оборудование  и антенну на том же автомобиле? Иначе, чем гипнозом общепринятого решения, это объяснить невозможно.

Снижение массы ДПЛА – основной путь к компактным комплексам. При массе ДПЛА 4 кг и менее необходимость в пусковой установке отпадает вообще [7]. Поэтому усилия конструкторов должны бы сосредоточиться на снижении массы ДПЛА до заветного экспериментального рубежа 4 кг при сохранении тактико-технических характеристик, свойственным «большим» ДПЛА. Однако не только конструкторы «Нетопыря 3», но и другие, например, конструкторы ДПЛА «Орбитер» фирмы «Аэронавтикал Дефенс Системс», Израиль [13] (см. рис.7) делают ДПЛА большей массы.

 

Orbiter Miniature UAV developed by Aeronautics

Aeronautics Defense System's Orbiter MAV shown during a 2004 test flight

 

Рис.7. Израильский ДПЛА «Орбитер», стартовая масса 6,5 кг

 

Причина, видимо, кроется в способе реализации телевизионной целевой нагрузки. И в «Нетопыре 3», и в «Орбитере» реализованы турельные подвесы телекамер (рис.3 и рис. 8). Турельному подвесу присуща громоздкость, обусловленная необходимостью поворота оптической оси телекамер относительно ДПЛА в азимутальной и угломестной плоскостях. Соответственно увеличиваются размеры и масса ДПЛА, и для его запуска становится необходимой пусковая установка. Для недостающего выигрыша в размерах и массе ДПЛА необходимы другие конструкторские решения, например, «Трал Чистякова» [15].

D-STAMP miniature, daylight stabilized payload for MAV UAVs.

Рис.8. Телевизионная целевая нагрузка ДПЛА «Орбитер»

 

Выводы

1.     Впервые представлен комплекс ДПЛА для частного использования в развлекательных целях по цене, доступной обеспеченному человеку.

2.     Конструкторское решение по структуре комплекса (пусковая установка на автомобиле и носимый комплект наземного оборудования) не представляется технически и эксплуатационно обоснованным.

3.     Масса ДПЛА, не позволяющая реализовать надёжный старт ДПЛА с руки, определяется турельным способом подвеса телевизионных камер. Для снижения массы целесообразны иные конструкторские решения, использующие собственное движение ДПЛА для наблюдения местности и целей, например, «Трал Чистякова».

4.     Представленный комплекс «Нетопырь 3» соответствует текущему техническому мировому уровню ДПЛАстроени  и уступает современным отечественным миниДПЛА (БРАТ) по компактности.

 

Литература

1. Сообщение в Интернете, 2005, http://www.engadget.com/entry/1234000130035673/

2. MLB Bat UAV: Specifications, 2003, http://www.spyplanes.com/bat3specs.html

3. The MLB Company: airborn access to information. BAT mini-UAV. http://www.spyplanes.com/pdf/MLBBatBrochure.pdf

4. J. Lynn Lunsford. AeroVironment Mini-UAVs Aid US Troops
As featured in "The Wall Street Journal". Originally published in The Wall Street Journal February 12, 2003. http://www.dpla.ru/dragonbrat/izwallsreet.htm

5. Гражданский аэродинамический наблюдатель телевизионный ГрАНТ. Сайт ДПЛА.ру 2003, http://dpla.ru/GrANT/grantlist.pdf

6. Ближний разведчик аэродинамический телевизионный БРАТ. ДПЛА.ру, 2003, http://dpla.ru/Brat/bratfamily.pdf

7. Э.П.Лукашева, Н.В.Чистяков. "Новые" или миниДПЛА. ДПЛА.ру, 2003, http://dpla.ru/Articles/NewMiniUAV.htm

8. Комплекс миниДПЛА БРАТ-2 (с двигателем внутреннего сгорания). Краткая справка. ДПЛА.ру, 2005, http://dpla.ru/BRAT2dvs/

9. Э.П.Лукашёва. Главная тенденция ДПЛАстроения. Краткая статья к Международному авиакосмическому салону МАКС-2003. ДПЛА.ру, 2003, http://dpla.ru/Articles/PchGrBrat.htm

10. Н.В.Чистяков. Всё не так уж сумрачно вблизи. Авиа.ру. 2005, http://www.avia.ru/author/a29.shtml. См. также журнал «Военный парад» №1, 2005 год

11. Cpl. Randy Bernard. 1/23 scouts ahead using eye in the sky. Marines. The Few. The Proud. Submitted by: 1st Marine Division
Story Identification #: 200410205151. Oct. 17, 2004 http://www.usmc.mil/marinelink/mcn2000.nsf/lookupstoryref/200410205151

Русский перевод: Капрал Рэнди Бернард. Разведчики 1 батальона 23 полка применяют "глаз в небе", Авиа.ру. 2005, http://www.avia.ru/author/a31.shtml

12. Miniature Aerial vehicles. Defence Update. International Update Defence Magazin. Issue #2, 2004, http://www.defense-update.com/features/du-2-04/feature-mav.htm

13. Orbiter Miniature Aerial vehicle. Aeronautics Defense Systems. Defence Update. International Update Defence Magazin. Issue #2, 2004, http://www.defense-update.com/products/o/Orbiter.htm

14. D-STAMP. Daylight – Stabilized Miniature Payload. CONTROP Precision Technologies LTD. Defence Update. International Update Defence Magazin. Issue #1, 2005, http://www.defense-update.com/products/d/d-stamp.htm

15. Трал Чистякова. ДПЛА.ру, 2001, http://novik-xxi.narod.ru/maks/TralCh.htm