Самостоятельное будущее беспилотников. Дать волю креативности военных

Самостоятельное будущее беспилотников. Дать волю креативности военных

Направления, по которым БЛА будут развиваться в следующую пару десятилетий, могут оказаться действительно фантастическими.

БЛА MQ-9 Reaper ВВС США, оснащенный комплектом увеличенной дальности полета, готовится к вылету на аэродроме в афганском городе Кандагаре

Беспилотная свобода

Аналитическая компания Teal Group прогнозирует серьезный рост объемов производства беспилотных летательных аппаратов (БЛА), обусловленный их повсеместным принятием на вооружение и резким повышением спроса на ударные БЛА нового поколения примерно в следующие 10 лет.

В своем последнем исследовании рынка, опубликованном в ноябре 2017 года, компания оценивает повышение ежегодного объема производства БЛА с 4,2 миллионов долларов (далее, если не оговорено, все финансовые показатели приводятся в долларах) в 2017 году до 10,3 миллионов в 2026 году при общих расходах за этот период порядка 80,5 миллиардов, при этом затраты на военные исследования в этом секторе увеличат эту цифру еще на 26 миллионов.

«Повышенный спрос на высотные системы с большой продолжительностью полета, на вооруженные БЛА, разработка боевых беспилотных систем следующего поколения и новые направления, например, противоракетная оборона, продолжают стимулировать рынок», — сказал Филипп Финнеган, один из авторов исследования компании Teal Group.

Соавтор исследования Стив Залога заявил, что они ожидают, что США потратят 57 процентов от всех мировых расходов на исследования, разработку и испытания этих технологий и примерно 31 процент от мирового объема закупок беспилотников на военные нужды. Он добавил, что такие относительно большие цифры связаны с тем, что американский рынок делается акцент на крупные дорогие системы, хотя в других регионах, например, Азиатско-Тихоокеанском, рост более быстрый. В своем апрельском исследовании глобального рынка расчеты компании Global Market Insights (GMI) по большей части сходится с ожиданиями Teal. Она оценивает объем мирового рынка в 2016 году в 5 миллиардов, но ожидает, что ежегодный объем рынка достигнет 13 миллиардов несколько раньше, в 2024 году. Хотя парки военных БЛА растут по всему миру, США до сих пор эксплуатируют 70 процентов от общего количества аппаратов. По данным GMI, военные заказы принесли промышленности в 2016 году свыше 85 процентов от общих доходов, а продажа БЛА вертолетного типа в этом же году принесла более 65 процентов от совокупного дохода отрасли.

Самостоятельное будущее беспилотников. Дать волю креативности военных

Оператор запускает беспилотник на борту патрульного катера Mark VI во время практических занятий в Тихом океане, лето 2018 года

Бурный рост

GMI прогнозирует совокупный среднегодовой темп роста (CAGR) более 12 процентов с 2017 по 2024 год и размер парка более 18000 штук к концу этого периода, хотя не ясно, что «штуки» означают, отдельный аппарат или беспилотные комплексы, в состав которых может входить несколько аппаратов. Что касается Азиатско-Тихоокеанского региона, то рынок, как ожидается, покажет CAGR порядка 17 процентов за этот же период.

По данным GMI, другие ожидаемые тенденции включают CAGR рынка гибридных БЛА (комбинация вертикального взлета и посадки с горизонтальным полетом) более 15 процентов и CAGR рынка автономных БЛА свыше 18 процентов.

Привлекательность вертикального взлета и посадки очевидна, особенно, если аппараты могут взлетать и садиться автоматически, поскольку работать с БЛА в ограниченных пространствах и со скрытых позиций становится проще, процесс запуска и возвращения упрощается, необходима меньшая площадь и т.д. Впрочем, как и в случае с пилотируемой авиацией вертикальный взлет и посадка всегда ограничивают скорость, дальность полета и грузоподъемность.

На рынок выходят гибридные решения разного типа, во многих из которых совмещены винт, приводимый во вращение двигателем внутреннего сгорания для крейсерского полета, и четыре и более вертикально установленных винтов для вертикальных режимов полета. В более продвинутых и сложных конструкциях используются такие решения, как например, поворотные крылья, толкающие или тянущие винты с изменяемым наклоном или даже посадка на хвост, с целью минимизации потери грузоподъемности, обусловленной установкой дополнительной движительной системы, которая не используется в большей части задач.

Понятие «автономный БЛА» слегка расплывчато, однако, большинство выпускающихся сегодня аппаратов имеют тот или иной уровень автономности, могут летать по заранее запрограммированным маршрутам, следуя по промежуточным точкам, и автоматически использовать аварийные режимы, например, при потере связи или разряде аккумуляторов. При этом разрабатываются более продвинутые возможности, например, распознавание и избежание столкновений, групповые полеты и очередность выполнения задач. Автономность, говорится в докладе, становится всё более важным фактором развития рынка.

Фокус за пределами прямой видимости

В исследовании также дается прогноз, что в рассматриваемом периоде дроны, способные работать на дальностях за пределами прямой видимости займут на рынке долю более 67 процентов, а аппараты с максимальной взлетной массой от 25 до 150 кг захватят более половины рынка. Также повысится значение более крупных БЛА, за рассматриваемый период ожидается CAGR порядка 11 процентов для аппаратов с грузоподъемностью 150 кг и более.

В то время как задачи БЛА, принадлежащих государственных военным структурам, сводятся в основном к разведке, наблюдению и сбору информации, вооруженной разведке и другим боевым задачам, негосударственные субъекты, например, Исламское государство (запрещено в РФ), успешно адаптировали доступные в продаже дроны для сброса минометных мин, доработанных гранат и других самодельных боеприпасов.

Значение БЛА в разведывательных задачах продолжает расти параллельно с прогрессом в сенсорных технологиях, от оптоэлектроники до сбора информации и поддержки радиолокационными и электронными средствами, и с совершенствованием алгоритмов машинного обучения и искусственного интеллекта, что помогает операторам и аналитикам извлекать нужную информацию из огромного потока данных и, как следствие, упрощает командирам принятие решений.

Повышенное внимание стало уделяться задачам по охране границ и обеспечению безопасности, многие страны продолжают милитаризацию своих границ с целью сдерживания возможных мигрантов и беженцев и затесавшихся среди них террористов и преступников. По вышеуказанным причинам также растет значение патрулирования морских районов вдобавок к более традиционной необходимости защищать богатства своих исключительных экономических зон.

Обширные районы патрулирования и задачи, длящиеся по многу часов, способствуют росту популярности БЛА категорий HALE (High Altitude Long Endurance — высотный с большой продолжительностью полета) и MALE (Medium Altitude Long Endurance — средней высоты с большой продолжительностью полёта), размеры которых приближаются к размерам пилотируемых самолетов. Впрочем, наблюдается также рост популярности и в секторе малоразмерных аппаратов, ярким представителем которого является нано-БЛА Black Hornet от компании FLIR Systems. Этот винтокрылый мини-аппарат, умещающийся на ладони, имеет дальность полета 2 км и продолжительность полета 25 минут, чего достаточно для того, чтобы спешенной пехоте или спецназу заглянуть за угол, в помещение или за ближайший холм.

Логически сгруппировать

Между крайними членами — БЛА категории HALE, например, Global Hawk, и наноустройствами типа Black Hornet — располагаются другие категории (от малых к большим): мини, малоразмерные тактические, тактические MALE плюс в своих собственных категориях корабельные системы вертикального взлета и посадки и экспериментальные ударные БЛА. В то время как эти категории использует американская промышленность, параллельно военные всегда имели свою систематику, которая, как правило, базировалась на «ранговой» системе, но была изменена на систему из пяти групп на основе комбинации максимальной взлетной массы (МВМ), рабочей высоты и скорости.

В Группу 1 входят аппараты с МВМ до 20 фунтов (9 кг) и рабочими высотами до 1200 футов (366 метров) над уровнем земли, то есть нано-, микро- и мини-БЛА. В качестве примера можно привести беспилотники Raven и Wasp от AeroVironmerit.

Для Группы 2 соответствующие цифры следующие: 21-55 фунтов (9,5-25 кг), 3500 футов (1067 метров) и скорость до 250 узлов (463 км/ч); пример, ScanEagle компании Boeing Insitu.

Группа 3 включает БЛА сравнимые с RQ-7B Shadow от AAI, RQ-21B Blackjack от Boeing Insitu и RQ-23 Tigershark от NASC, массой от 55 до 1320 фунтов (599 кг), рабочими высотами до 18000 футов (5500 метров) и такими же скоростями как у БЛА из Группы 2.

В Группу 4 входят аппараты массой более 1320 фунтов (599 кг), но с такими же рабочими высотами, как у аппаратов из Группы 3, но без ограничений по скорости. В Группу 4 входят, например, MQ-8B Fire Scout от Northrop Grumman. MQ-1A/B Predator и MQ-1C Gray Eagle от General Atomics.

Наконец, БЛА из Группы 5 весят более 1320 фунтов и, как правило, летают на высотах выше 18000 футов на любой скорости. К ним можно отнести MQ-9 Reaper от General Atomics, RQ-4 Global Hawk и MQ-4C Triton от Northrop Grumman.

Траты на беспилотники

США увеличивают свои расходы на необитаемые системы всех типов и связанные с ними технологии, но воздушные системы пока доминируют в бюджетном запросе министерства обороны на 2019 финансовый год. Министерство запрашивает примерно 9,39 миллиарда долларов, куда входит финансирование почти 3500 новых необитаемых воздушных, наземных и морских аппаратов, по сравнению с 7,5 миллиардами, выделенными на 2018 год.

В запросе на 2019 год на системы БЛА запрашивается 6,45 миллиарда, на морские системы 982 миллиона, на технологии, связанные с автономными возможностями, включая групповые полеты, выделят 866 миллионов и, наконец, на наземные аппараты выделят 429 миллионов. Признавая возможности потенциальных и реальных противников, министерство также хочет потратить более миллиарда долларов на противодроновые технологии, включая корабельный лазер.

В докладе, опубликованном британским Центром изучения дронов, особо отмечен запрос на финансирование 1618 барражирующих боеприпасов Switchblade от Aero Vironment. Барражирующий боеприпас Switchblade размывает границы между БЛА и управляемыми ракетами. Там также отмечается, что финансирование программы по беспилотнику MQ-9 Reaper сохранило статус строки с самой крупной суммой в запросе, которая увеличилась на более чем 200 миллионов до 1,44 миллиарда, и, что выделение более 500 миллионов долларов на НИОКР палубного беспилотника-топливозаправщика MQ-25 Stingray — это самое большое разовое увеличение в расходах министерства обороны в сфере беспилотных систем. В докладе также отмечается, что Пентагон запросил дополнительное финансирование на работы по искусственному интеллекту, известный как Проект «Maven», а также финансирование новых исследований в области автономности и искусственного интеллекта.

Резкий рост числа беспилотных комплексов, как уже упоминалось, не является заслугой целиком американских военных. Например, Индия начала конкурс на закупку 600 мини-БЛА для пехотных батальонов, несущих службу на границах с Пакистаном и Китаем.

В своем докладе GMI отметила, что Китай захватил более половины рынка БЛА в Азиатско-Тихоокеанском регионе, что стимулируется крупными инвестициями китайского правительства, которое делает акцент на расширении собственных исследований, разработок и производства. Производство системы СН-5 Rainbow в два раза дешевле, чем почти аналогичного американского аппарата MQ-9 Reaper.

Тупые, грязные и опасные задачи остаются хлебом насущным для БЛА, но масштаб этих задач расширяется, поскольку военные многих стран стремятся расширить границы своих возможностей.

ARES (Aerial Reconfigurable Embedded System — воздушная реконфигурируемая встраиваемая система) представляет собой беспилотный модуль вертикального взлета и посадки, предназначенный для транспортировки различных грузов

Перспективные направления — вы такого еще не видели

Существует старое изречение, что новые технологии неизбежно начинают использоваться так, как их изобретатели и разработчики никогда и не предполагали. Это, несомненно, относится и к беспилотникам. Многие военные, получившие возможность лучше узнать их, находят более оптимальные способы применения с тем, чтобы повысить уровень безопасности себя и своих сослуживцев, а также уровень владения обстановкой. Число случаев, когда солдаты идут на задание «вслепую», в настоящее время резко снижается.

Один из очевидных путей поиска новых задач для технологий БЛА заключается в том, чтобы предоставить эти технологии военным, через какое-то время попросить их прийти с идеями и в экспериментах протестировать предлагаемые решения.

Непланируемые задачи

Порой новые роли и задачи для БЛА возникают из осознания неравенства возможностей, которое необходимо нивелировать в кратчайшие сроки, в связи с чем кардинально меняется направление основной программы разработки. Так и произошло с палубным самолетом-заправщиком американского флота MQ-25 Stingray, который по программе UCLASS (Unmanned Carrier-Launched Airborne Surveillance and Strike — беспилотная палубная платформа наблюдения и поражения) изначально разрабатывался как разведывательная и/или ударная платформа. У нового истребителя F-35 Lightning II не хватает дальности полета без дозаправки для того, чтобы авианосцы могли оставаться вне зоны поражения современных систем вооружения, например, продвинутых противокорабельных ракет, все чаще развертываемых такими потенциальными противниками, как Китай и Россия. Новый самолет-невидимка MQ-25 мог бы заменить существующие самолеты-заправщики, которые недостаточно малозаметны, чтобы близко приближаться к вражеским системам ПВО. Это позволит истребителю F-35 увеличить радиус действия для нанесения ударов в глубине обороны противника.

В феврале 2016 года ВМС США объявили о решении заменить программу UCLASS программой CBARS (Carrier Based Aerial Refuelling System — палубная воздушная система дозаправки), в рамках которой будет создан заправщик размером с истребитель Hornet с некоторыми разведывательными возможностями. Все другие задачи, предусматривавшиеся проектом UCLASS, включая ударные и ретранслятор связи, были отложены для возможного будущего варианта. В июле 2016 года беспилотник получил обозначение MQ-25 Stingray.

В результате анализа неравенства возможностей была определена еще одна новая задача для БЛА, хотя и не новая для пилотируемой авиации. Это воздушное дальнее радиолокационное обнаружение (ДРЛО) для тактических группировок наземных сил и авиации Корпуса морской пехоты MAGTF (Marine Air Ground Task Force), которые не имеют поддержки авианосной ударной группы и самолетов раннего обнаружения E-2D Hawkeye. В будущем не исключены действия группировок MAGTF в сложной боевой обстановке без поддержки авианосца в таких задачах, как распределенные морские операции, береговые операции и экспедиционные операции.

Как мог бы выглядеть MQ-25 на базе Sea Avenger

Воздушное дальнее радиолокационное обнаружение

В связи с этим ДРЛО была определена как задача высшего приоритета для программы MUX (MAGTF UAS Expeditionary — экспедиционный беспилотный авиационный комплекс для группировки MAGTF). Другие задачи высшего приоритета включают разведку и наблюдение, РЭБ и ретрансляцию связи, а наступательная воздушная поддержка рассматривается как задача второго приоритета, которая может быть и невооруженной, заключающаяся в выдаче координат целей для наведения вооружения, запускаемого с других платформ. Сопровождение и транспортировка грузов были исключены из списка задач для этого концептуально нового проекта БЛА с вертикальным взлетом и посадкой/с укороченным взлётом и вертикальной посадкой.

Система с подобными характеристиками просто создана для работы с десантными кораблями. Если требование к крейсерской скорости 175-200 узлов вписывается в возможности вертолета, то требование к продолжительности патрулирования 8 часов в 350 морских милях от корабля может привести к решению в виде конвертоплана, платформы с поворотными крыльями и винтами в кольцевом обтекателе или садящейся на хвост платформы с крейсерским полетом в самолетном режиме.

Хотя большая и мощная радиолокационная станция прежде всего ассоциируется с задачами ДРЛО, на аппарат MUX в качестве целевой нагрузки могут быть установлены различные сенсоры и коммуникационное оборудование. Все они могут объединяться в сеть для передачи информации в оперативный центр корабля, а также интегрироваться с воздушными морскими и наземными ударными средствами. Открытая архитектура перспективной системы позволит внедрить «новейшие перспективные» технологии непосредственно перед тем, как аппарат достигнет начальной готовности в 2032 году. По сообщениям, ориентировочная стоимость одного аппарата будет составлять от 25 до 30 миллионов долларов.

Вертикальный взлет и посадка с высокой скоростью полета также является темой инновационной концепции DARPA, первоначально появившейся в 2009 году под названием Transformer X. В настоящее время она разрабатывается компаниями Lockheed Martin и Piasecki Aircraft в полномасштабный демонстрационный образец системы, способной снабжать небольшие изолированные боевые группы и выполнять другие задачи, включая задачи платформы MUX, на которую она является потенциальным кандидатом.

Поворотные крылья, двигатели в обтекателе

Проект ARES (Aerial Reconfigurable Embedded System) строится вокруг БЛА с поворотными крыльями и винтами в кольцевых обтекателях, способного нести различную целевую нагрузку, от оборудования для наблюдения и разведки до обычных грузов и раненых солдат, отличающегося достаточным уровнем автономности, позволяющим безопасно выбирать собственные посадочные площадки без вмешательства оператора.

В Управлении DARPA называют ARES летающим модулем вертикального взлёта и посадки со своими движительной системой, топливом, цифровым управлением полетом и интерфейсами дистанционного командования и управления. Оперативная концепция предусматривает полеты летающего модуля между своей базой и целевыми пунктами для доставки и возвращения функциональных специализированных модулей нескольких типов.

Во время презентации для специалистов компания Piasecki представила более подробную информацию о проекте ARES. Был показан тактический транспортный модуль, который выглядел как своего рода четырехместный легкий автомобиль специальных сил. Также был представлен колесный грузовой контейнер и разработанный на его базе контейнер для эвакуации раненых. Третий представленный модуль предназначен для внедрения и эвакуации групп спецназа и напоминает переднюю часть фюзеляжа ударного вертолета на салазках, на которую можно установить оптико-электронную станцию видовой разведки и оружейную башенку. Последний модуль в виде вытянутого фюзеляжа с вертикальным хвостом с РЛС наверху был оборудован трехопорным шасси, два колеса впереди и одно на хвосте; установленная в носовой части оптико-электронная станция внешне смотрелась крупнее станции на модуле для спецназа. Этот модуль предназначен для выполнения разведывательных задач и задач огневой поддержки.

Имея полезную нагрузку более 1360 кг, этот аппарат может перевозить военные автомобили 4×4. Этими же автомобилями сам летательный аппарат может перевозиться по дорогам и даже по бездорожью. В DARPA отмечают, что полезная грузоподъемность составляет более 40 процентов от взлетной массы, что позволяет определить приблизительно верхний ее предел в 3400 кг.

Поскольку лопасти винтов защищены кольцевыми насадками, аппарат способен работать на площадках по площади вдвое меньших тех, что необходимы для небольших вертолетов, например, Boeing AH6 Little Bird. Хотя первоначально он будет работать как типичный беспилотный аппарат, в дальнейшем не исключена разработка полуавтономных пилотажно-навигационных систем и пользовательских интерфейсов, которые позволят выполнять опционально пилотируемые полеты.

Альтернативные переходы

Адаптируемость является основной темой концепций футуристических БЛА и представляется в самом разном виде. Компания BAE Systems в сентябре прошлого года показала свою совместную разработку со студентами Кренфильдского университета — концептуальный проект Адаптируемого БЛА (Adaptable UAV), в котором применены инновационный метод переключения между полетом в самолетном и вертолетном режимах и инновационная штанга для запуска и возвращения дронов.

Компания представила краткое видео развертывания роя дронов в задаче подавления вражеской ПВО. Оператор ударного БЛА обнаруживает стартовую позицию ракет «земля-воздух» и отдает команду аппарату на сброс контейнера на парашюте, после чего он раскрывается подобно раковине и выпускает шесть беспилотников. которые принимают форму тороида с широкими, слегка суживающимися крыльями с винтами на своих передних кромках. Они соскальзывают вниз по закрепленной в центре контейнера штанге и вылетают в самолетном режиме для поиска и уничтожения своих целей, которые дистанционно управляют пусковыми установками ракет. Распределяя цели между собой, они временно выводят их из строя тем, что является скорее всего струей пены, покрывающей сенсоры.

После выполнения задачи они возвращаются на другую штангу, установленную на башне танка, расположенного на безопасной дистанции. Незадолго до возвращения они переходят на полет в вертолетном режиме за счет переворота одного из винтов с передней кромки крыла на заднюю, что заставляет БЛА вращаться вокруг своей вертикальной оси. Затем они замедляются, зависают над штангой и «насаживаются» на нее один за другим. На видео в качестве альтернативы показано также их возвращение таким же способом на всплывшую подводную лодку.

Переход между двумя режимами работы может потребовать адаптивного программного обеспечения управления полетом, тогда как продвинутая автономность позволила бы им адаптироваться к быстро меняющимся ситуациям на будущем поле боя, работать в роевом режиме с целью введения в заблуждение продвинутую ПВО, а также действовать в сложном городском пространстве.

Штанга для запуска и возвращения позволяет адаптируемым БЛА работать с самых разных платформ-носителей в сложной обстановке, с большой вероятностью заполненной людьми, машинами и летательными аппаратами. В компании BAE Systems говорят, что штанга ограничивает боковое перемещение БЛА так, что сильный ветер не может сбить их и поэтому снижается риск нанесения травм находящимся неподалеку людям. Гиростабилизация штанги обеспечивает ее вертикальное положение, даже если машина-носитель стоит на склоне или корабль раскачивается на волнах.


Концепция футуристического беспилотника компании от BAE Systems, способного летать в самолетном и вертолетном режимах

Созданный по запросу

Подобную проблему решает еще одна программа DARPA и ВВС США, названная FMR (Flying Missile Rail — летящая ракетная направляющая). FMR сможет отделяться от боевого самолета, например, F-16 или F/A-18, и лететь вперед к заданной точке, с которой может запустить ракету AIM-120 AMRAAM класса «воздух-воздух». Базовая скорость направляющей составляет 0,9 Маха и продолжительность полета 20 минут; она должна быть способна лететь по выбранным промежуточным точкам. Кроме того, она должна быть способна производить пуск ракеты будучи закрепленной на самолете-носителе.

Подобная идея выглядит немного больше чем просто схема увеличения радиуса действия ракеты AMRAAM, при этом требование разработать процесс их производства по запросу с темпом до 500 штук в месяц показывает, что продвинутая технология производства так же важна, как сам аппарат и его оперативная концепция.

DARPA рекомендует объединить усилия авиаконструкторов и производителей, особо указывая на то, что термин «быстрое производство» не означает каких-либо специфических процессов. Конечная цель состоит в том, чтобы все материалы для FMR были доступны на производственной площадке, все компоненты и оборудование были приобретены заранее, доставлены в одно место и складированы в ожидании сборки. Идея получила название «завод в одной коробке». То есть все исходные материалы, сырье, станки с ЧПУ, прессы, покрасочные камеры, электроника, кабели и т.д., должны закупаться, перевозиться и храниться в нескольких модифицированных грузовых контейнерах. Кроме того, должна быть подготовлена группа специалистов для периодического тестирования всего процесса производства, что станет возможным благодаря ежегодным поставкам на полигоны небольших количеств летательных аппаратов FMR.

Программа FMR разбита на три этапа. На первом будут оцениваться конструкции и технологии производства аппаратов конкурирующих групп. На втором этапе две отобранные группы продемонстрируют свои аппараты, включая проверку их крепления на самолеты F-16 и F/A-18, процессы их производства плюс сопутствующие риски. На третьем этапе будет продемонстрировано «быстрое производство» и проведены летные испытания аппарата FMR.

Но самое главное то, что весь подход в целом должен быть применим не только к FMR, но и к новым быстро проектируемым системам. В случае успеха эта концепция может сделать будущее беспилотных систем весьма многообещающим, потенциально дать волю креативности военных, позволив создавать свои собственные инструменты, адаптированные для стоящих перед ними задач.

Николай Антонов