Разведка на льду

Дирекция Севморпути ведет проект по созданию беспилотников для мониторинга ледовой обстановки. Это часть единой информационной экосистемы, нацеленной на упрощение и ускорение плавания по Севморпути. Пилотный образец уже прошел два этапа испытаний, финальные запланированы на ноябрь 2023 года.

В контексте информационной системы

Единая информационная экосистема будет состоять из четырех компонентов: спутниковой группировки, бортовых комплексов, дронов и единой платформы цифровых сервисов (ЕПЦС) и банка данных, где будет аккумулироваться вся информация.

Первая очередь ЕПЦС будет сдана в эксплуатацию в начале 2024 года, вторая будет готова до конца 2024 года и сдана в эксплуатацию в сентябре 2025 года.

За спутники отвечает «Роскосмос». В мае на орбиту вышел спутник «Кондор-ФКА», в июне — «Метеор-М». Оба оснащены радиолокационным оборудованием, позволяющим вести всепогодное наблюдение за ледовым покровом. Всего в 2023 году «Роскосмос» планирует запустить девять спутников. Пока спутниковые данные слишком «пунктирные» — большие временные паузы не позволяют получить полные данные о ледовой обстановке на пути следования ледоколов по СМП.

Бортовые комплексы прошли испытания на ледоколе «Урал» зимой этого года. Главный компонент установки — лидар, это сканирующий пространство лазер. Комплекс измеряет сплоченность льда, торосистость, толщину льда, ширину судоходного канала и скорость схождения его кромок. По данным на конец сентября, Дирекция Севморпути готовит техническое задание на закупку серии из пяти бортовых комплексов.

Комплекс дает информацию о положении дел в месте прохождения ледокола, но не о том, что ждет впереди на расстоянии нескольких сотен километров. Именно эти данные будут собирать дроны. Их задача — удаляться от точки старта (ледокола) на расстояние до 200 км, подниматься на высоту до 2 км и передавать радиолокационные изображения на станцию управления, где с помощью специального алгоритма данные обрабатываются и переводятся в удобный для понимания вид.

На российском рынке дронов с такими параметрами не было: модели, которые пробовали нефтегазовые компании, не выдерживали арктических условий и разбивались. Однако арктические беспилотники последние несколько лет разрабатывал Московский физико-технический институт. В частности, на выставке «Армия-2021» МФТИ показал свой тестовый аппарат. К разработчикам из вуза и обратилась Дирекция Севморпути с предложением создать комплекс для оперативной ледовой разведки.

Особенности дрона

МФТИ взял за основу беспилотник технологического партнера и глубоко его переработал. В частности, заменил детали фюзеляжа, силовую установку, топливную систему и систему управления. Аппарат совмещает в своей конструкции признаки самолета и квадрокоптера. От первого ему достались крылья и хвостовое оперение с устройствами управления. От второго — четыре винта в горизонтальной плоскости для вертикального подъема и спуска. Масса конвертоплана с оборудованием — около 60 кг, размах крыльев — 4 м. В сложенном виде он помещается в ящик размером с письменный стол. Работает конвертоплан на обычном бензине, бак рассчитан на четыре-пять часов полета. Винты взлета и посадки работают на аккумуляторах. Дрон выдерживает скорость ветра при взлете и посадке в 20 м/с, низкую температуру и осадки. Главная опасность для него, как и для других летательных аппаратов, — обледенение.

На дроне установлен радиолокатор с синтезированной апертурой. Синтезированная апертура — это метод получения высокодетальных радиолокационных изображений при помощи виртуальной антенны, создаваемой во время полета беспилотника и использующей сложные математические алгоритмы обработки данных. Радиолокатор захватывает полосу шириной 10 км. С учетом обратного пути оператор получает изображение шириной 20 км.

Принцип действия дрона такой: раз в несколько секунд он передает на станцию управления радиолокационные изображения. Станция — это два компьютера: за одним сидит пилот, за другим — оператор, принимающий изображение. Затем обработанные данные передаются на сервер геоинформационной системы, где распознается тип и характеристики льда и составляется прогноз. Формируются ледовые карты, капитану судна предлагается оптимальный маршрут.

Испытательные старты

Система прошла уже два этапа испытаний. Первые прошли на Рыбинском водохранилище в феврале этого года. Водохранилище выбрали потому, что оно большое, на нем сильные ветра, а в феврале поверхность покрыта снегом и льдом. Не Арктика, конечно, но первое приближение к ней. Кроме того, на водохранилище есть острова с деревьями, по четкости изображений которых оценивали качество передачи и обработки данных.

Аппарат поднялся при ветре 12 м/с на 1 км, пролетел 70 км и приземлился в заданной точке. Тем самым испытания подтвердили, что дрон рабочий и даже на большом расстоянии хорошо управляется, данные передаются на станцию управления.

После первых испытаний конструкцию улучшили. Аккумуляторы для взлета и посадки поместили в контейнер с подогревом. На двигатель установили обтекатель со шторками и регулятором температуры. Если снаружи будет холодно, шторки закроются, при теплой погоде или если двигатель понадобится охладить, они откроются. Кроме того, перед испытаниями на ледоколе отключили магнитный компас — из-за особенностей магнитного поля планеты в высоких широтах и в условиях работы на большом железном объекте он не работает корректно.

Второй этап испытаний прошел в конце июня на ледоколе «Таймыр». Сначала планировали проверить беспилотник с берега Обской губы. Но, когда подошло время, оказалось, что вылеты с берега затруднены, поэтому решили испытывать сразу на ледоколе.

Одной из задач было проверить, как будет вести себя беспилотник на огромном металлическом объекте, у которого есть собственное электромагнитное поле и много аппаратуры. Переотражение радиоволн и навигационных сигналов, каналы связи и электромагнитный шум могли помешать работе дрона. Плюс арктические холод и ветер и сложности космической навигации — связь со спутниками в этих широтах неустойчивая.

Пока ждали, когда «Таймыр» проведет два каравана и в его рабочем графике появится окно для проведения испытания, специалисты МФТИ собирали беспилотник и оборудование, которое он должен нести, и много раз все проверяли. Наконец, спустя два дня, «Таймыр» встал в дрейф во льдах южнее Сабетты. Сначала дрон выполнил тестовый полет вокруг ледокола налегке. Так проверили, что он может летать. Затем на дроне закрепили видеокамеру и локатор бортового обзора и отправили в маршрут на 100 км. Летел он не вперед (задачи проверить дальность полета не было), а по квадрату. Так проверили его способность работать в реальных арктических условиях (хотя в тот день испытателям с погодой повезло: +2 °С и без осадков). Аппарат передал изображение с геопривязкой и с видеокамеры, и с радиолокатора и приземлился на вертолетную площадку «Таймыра». Оба полета заняли около двух часов.

Разработчики гордятся тем, что смогли создать рабочий беспилотный комплекс, пригодный для ледовой разведки в Арктике. «Не хвалясь, мы первые в мире за семидесятыми широтами в Арктике с борта атомного ледокола эту машину подняли и, что еще важнее, посадили обратно на ледокол. И подтвердили, что в далекой Арктике летать действительно можно. Машина ловила до 15 спутников связи, вела себя достаточно устойчиво», — рассказал об итогах испытаний заместитель директора Дирекции Севморпути Максим Кулинко, курирующий проект.

Взгляд вперед

Следующая задача, которую ставят перед собой разработчики, — создать систему автоматической посадки дрона. Как пояснил заместитель исполнительного директора НТЦ мониторинга окружающей среды и экологии МФТИ Дмитрий Обухов, машина должна в автоматическом режиме взлетать с вертолетной площадки, лететь по определенному капитаном маршруту и передавать изображения, а затем самостоятельно возвращаться и приземляться. Заботой оператора будет только сложить ее и убрать в гараж. «Автоматика надежнее отрегулирует работу аппарата, на который действуют ветер, качка и другие факторы. Человеческий фактор лучше исключить. Впрочем, если возникнет какая-то нештатная ситуация, оператор сможет перехватить управление», — комментирует Дмитрий Обухов. Управление беспилотником в итоге должно стать настолько простым, чтобы с ним после обучения справлялся один из сотрудников атомного ледокола.

В ноябре пройдут финальные испытания системы. Затем — серийный заказ, прохождение сертификации или оценки соответствия (в отличие от сертификации, в ее рамках рассматривается не тип, а конкретное устройство).

После начала регулярного использования проблемой может стать несвоевременное согласование полетного задания. «Наша задача — чтобы практически мгновенно было дано разрешение на взлет с судна в определенном районе. На сегодняшний день надо подавать информацию за три-пять дней с достаточно непонятным результатом», — заявил, выступая на ВЭФ, Максим Кулинко и предложил сделать Севморпуть пилотной территорией, где можно было бы отработать ускоренный механизм выдачи разрешений на вылет.

Источник: atomvestnik.ru

Комментарии: