Беспилотные летательные аппараты: куда летят дроны

В 2016 году консалтинговая компания Pricewaterhouse Coopers заявила, что к концу десятилетия эта индустрия способна на 6000-процентный рост: рынок коммерческих решений может скакнуть с 2 миллиардов сегодня до 127 миллиардов в 2020 году.
В 2016 году консалтинговая компания Pricewaterhouse Coopers заявила, что к концу десятилетия эта индустрия способна на 6000-процентный рост: рынок коммерческих решений может скакнуть с 2 миллиардов сегодня до 127 миллиардов в 2020 году.

Беспилотные летательные аппараты (БПЛА) – системы без экипажа на борту, летящие либо автономно, либо полагаясь на команды с земли, – десятилетия стоят на вооружении армий мира. Перетекание этих технологий в гражданский сектор началось в 2010 году. В разговорной речи не военные БПЛА часто называют дронами, или беспилотниками, по образу родственных им боевых и разведывательных систем. Но в гражданской авиации аббревиатура БПЛА считается более корректным термином.

После демобилизации БПЛА начали новую карьеру. За прошедшие пять лет мировые продажи невоенных дронов увеличились в четыре раза. По оценкам властей США, только в этой стране число небольших хобби-дронов может к 2021 году достичь 3,5 миллиона единиц. А коммерческих – 442 тысяч.

В 2016 году консалтинговая компания Pricewaterhouse Coopers заявила, что к концу десятилетия эта индустрия способна на 6000-процентный рост: рынок коммерческих решений может скакнуть с 2 миллиардов сегодня до 127 миллиардов в 2020 году.

Как считает PwC, применение дронов продолжит расширяться в самых разнообразных сферах, в особенности в сельском хозяйстве, строительстве, транспорте, обеспечении безопасности и развлекательной сфере.

Типы дронов

Стандартные БПЛА состоят из контролера и летательного аппарата. Последние различают по типу дизайна: системы с фиксированным крылом (самолеты), вертолеты и мультикоптеры, еще называемые мультироторами. Они представляют собой раму с размещенными на ней двигателями – от трех до восьми.

Для старта коптеры задействуют все винты, маневры в воздухе осуществляют за счет замедления и ускорения отдельных пропеллеров. Например, для движения вперед ускоряются задние винты.

Сейчас на рынке гражданских, особенно развлекательных БПЛА доминируют квадрокоптеры.

У каждого из современных типов дронов есть свои достоинства и недостатки. БПЛА с фиксированным крылом полагаются на подъемную силу и меньше расходуют батарею, оставаясь в воздухе более продолжительное время. Одновременно им необходимо пространство для запуска.

Мультикоптеры взлетают из вертикального положения, но используют больше энергии для набора и поддержания высоты. По словам профессора ливерпульского университета Сержа Уича, основателя организации Conservation Drones, занимающейся продвижением БПЛА в проектах по сохранению биоразнообразия, наибольший потенциал имеют дроны-гибриды:

«Они сочетают позитивные моменты обоих типов: взлетают и приземляются как мультироторы, но летят как БПЛА с фиксированным крылом. Это позволяет сократить взлетное пространство и продлить полет». Серж Уич

Крупнейшим производителем коммерческих и хобби-дронов на сегодняшний день является китайская компания DJI, на долю которой приходится более 70 процентов рынка. Ее основные конкуренты – еще один китайский производитель Yuneec и французский стартап Parrot.

Стоимость гражданских беспилотников варьируется от десятков до многих тысяч долларов и определяется несметным количеством технических нюансов: мощностью батареи, скоростью, максимальным расстоянием, на которое БПЛА может удаляться от контролера.

Задает цену и способность дрона летать при плохой погоде, низких температурах, стабильно совершать взлет и посадку. Современные гражданские БПЛА могут летать на ракетном топливе и быть упакованы 4D камерами, тепловизорами, всевозможными сенсорами, системой ночного видения.

В самом низу пирамиды гражданских и коммерческих дронов сидят дешевые игрушки. Их батареи хватает на несколько минут, они могут отлетать от контролера на пару метров, кувыркаться в воздухе и жужжать с варьирующейся степенью назойливости. Некоторые оснащены слабенькими видео- и фотокамерами и минимальным набором автоматических опций, например, взлета, приземления и удержания высоты.

На другом конце спектра летят тяжеловесы – специализированные профессиональные БПЛА. Их можно контролировать с планшетов и смартфонов. Они переносят камеры высокого разрешения, в том числе термальные и инфракрасные, способны собирать информацию для ортофотопланов, транслируют данные в режиме реального времени, оснащены стабилизаторами полета и системами автоматической замены батарей. Они могут сами обойти препятствия и используют не радиоволны, а беспроводные сети, что позволяет им удаляться от системы контроля на тысячи метров.

Важным фактором в качестве БПЛА и их цене является программное обеспечение. Например, чем ниже риск потери дрона, тем выше его стоимость. БПЛА полупрофессионального класса и выше могут сами возвращаться к месту старта, когда заряд батареи падает угрожающе низко. Постоянно совершенствуется их способность миновать препятствия и совершать посадку в случае столкновения.

Производители БПЛА профессионального типа в основном полагаются на индивидуально разработанное программное обеспечение. Например, на ПО для роботов DJI специализируется компания DroneDeploy, предоставляющая несколько пакетов услуг, в том числе бесплатный базовый.

Вокруг этого софта разрастается рынок приложений третьих сторон. Есть и множество отдельно стоящих программных решений, например, Pix4D. Оно позволяет создавать двухмерные карты и трехмерные модели на основе фотографий, сделанных дронами.

Существует и несколько опенсорсных вариантов, среди них – ArduPilot. Как утверждают его авторы, это программное обеспечение можно использовать для контроля аппаратов с фиксированным крылом, коптеров, вертолетов, роверов и лодок. Еще одна известная открытая платформа – Paparazzi UAV. При желании построить дрон можно и самому.

Беспилотники и их мирное использование

БПЛА уже можно считать обыденностью в аграрном секторе, где они стали частью концепции точного земледелия. Выдаваемые дронами 3D-карты помогают определить состояние почвы и лучше планировать посев. Специальные интегрированные сенсоры способны при облете распознавать грибок, засушливые области, плотность урожая. Существуют беспилотники, специализирующиеся на точечном опылении и удобрении растений.

Флоты дронов, обходящиеся дешевле, чем вертолеты, интегрируют в свою работу правоохранительные органы и различные службы по чрезвычайным ситуациям многих стран. БПЛА оказываются чрезвычайно полезны для инспекций района аварии или возгорания, оценки ущерба, нанесенного стихией, сбора информации о месте преступления с воздуха. Эти данные затем могут быть превращены в трехмерные симуляции.

По информации агентства Bloomberg, в настоящее время БПЛА используют около 350 государственных агентств в 43 американских штатах. В Коннектикуте готовится к рассмотрению законопроект, который может позволить полиции применять вооруженные дроны. В этом году БПЛА патрулировали улицы во время традиционного марафона в Бостоне. В Великобритании началось использование дронов для мониторинга футбольных матчей.

БПЛА может ждать большое будущее в сфере почтовых услуг. Компания Amazon не один год вынашивает планы по осуществлению регулярных доставок товаров дронами и недавно совершила первый тестовый полет в рамках проекта Prime Air. Amazon в определенной степени уже обошел калифорнийский производитель Matternet, чьи дроны профессионального класса способны доставлять объекты весом до 2 килограммов на расстояние до 20 километров.

Еще по теме: Как дроны помогают решать экологические проблемы в России

В 2017 году агентство гражданской авиации Швейцарии выдало Matternet разрешение на осуществление доставок проб крови между двумя госпиталями в городке Лугано в любое время дня и ночи. Недавно появилась информация, что Google пытается запатентовать систему доставки, осуществляемую тандемами БПЛА и наземных роботов.

Летом 2017 года Дубай обещает запустить услугу доставки… людей. Там, по планам, должны начать циркулировать дроны-такси, способные переносить одного человека весом до 100 килограммов и его чемодан.

БПЛА процветают на службе у киноиндустрии и пользуются большой любовью у профессиональных фотографов и фотолюбителей. В марте 2017 года в Нью-Йорке прошел третий кинофестиваль, целиком посвященный фильмам, снятым с помощью БПЛА.

Дроны были задействованы в съемках «Скайфол», «Волк с Уолл-стрит».

Широко использовал дронов в съемках фильма «Чаппи» режиссер Нил Бломпкамп. Здесь можно посмотреть тестовые полеты октоперов, использованные в создании видеоряда.

Эскадрон БПЛА работает на съемочных площадках «Игры престолов». Так снимался трейлер к одному из сезонов сериала.

Парк развлечений Уолта Диснея готовит первое световое шоу дронов.

Еще один недавний тренд – гонки дронов. В прошлом году была создана Лига гоночных дронов. Она привлекла 12 миллионов долларов инвестиций, подписала контракт со спортивным телеканалом ESPN и готовится к проведению в июне чемпионата мира с участием 16 БПЛА и их пилотов. Видео финала еще одного турнира – World Drone Prix в Дубае в прошлом году.

Дроны, биоразнообразие и окружающая среда

Дроны уже осуществляют доставки жизненно важных медикаментов в труднодоступные районы Руанды. В Канаде микродроны были использованы для сбора проб воды, выбрасываемой китами. Их анализ позволяет оценивать состояние здоровья животных. В Кении действует проект по борьбе с браконьерами с помощью дронов.

Несколько интересных проектов сделала компания SenseFly, «дочка» Parrot для коммерческих решений. Ее дроны, в частности, отслеживали изменения ледников в Гималаях и вели подсчет популяции морских котиков в Канаде. НАСА использует дроны для изучения структуры ураганов и штормов.

По словам Сержа Уича из Conservation Drones, БПЛА становятся глазами и ушами человека там, куда он не может добраться самостоятельно: «Мы можем получать данные, которые в других случаях были бы нам недоступны, или делать это быстрее».

Уич считает, что у дронов в гуманитарных проектах и инициативах по сохранению окружающей среды может быть большое будущее, но для этого нужны определенные условия. В частности, необходим дальнейший прогресс технологий: «Одна из трудностей – это сложность анализа данных, – говорит Уич. – Дроны становятся более простыми в использовании, но сбор данных и их анализ все еще практически не автоматизированы. Необходимо работать в этом направлении».

Уич считает, что эволюционировать должно и окружающее технологию законодательство: «Большие препятствия в нашей работе создают правила использования дронов и отсутствие механизмов для гармонизации законов разных стран. Это означает, что квалифицированным пилотам могут не позволить управлять БПЛА за пределами государств, где они проходили сертификацию. Также мы увидим больше случаев использования дронов, когда правила разрешат их удаление из зоны видимости пилота. В настоящее время это требование сильно затрудняет работу».

Небезобидная технология

По оценкам, в прошлом году только в США было продано около 700 тысяч дронов, на 63 процента больше, чем в 2015 году. Мощную и достаточно доступную технологию тестируют не только полицейские, экологи и фермеры. Дроны открыли новые возможности для террористов, контрабандистов и хулиганов.

Еще по теме: Как использовать дроны, чтобы не нарушить закон, и 18 полезных сайтов для поклонников беспилотников

По всему миру зафиксированы попытки использовать дроны для нелегальных доставок, например, в тюрьмы. В 2015 году в Великобритании число жалоб в полицию, связанных с хобби-дронами, возросло на 325 процентов. В большинстве случаев действия подозреваемых были классифицированы как угроза общественному порядку. Тем не менее в 13 случаях беспилотники были использованы для совершения взломов. Еще семь эпизодов были связаны с дронами, летавшими подозрительно близко к детям. В 14 – представляли угрозу транспорту, в основном воздушному.

В 2015 году из 25 случаев угрозы столкновения воздушных судов с объектами в районе аэропортов Лондона четыре были связаны с дронами. Сейчас британская полиция расследует инцидент в воздушном пространстве аэропорта Хитроу с самолетом British Airways. Лайнер столкнулся с неизвестным объектом, по подозрениям, это был БПЛА.

В 2017 году власти США официально запретили дронам приближаться к военным базам.

Растет обеспокоенность тем, что БПЛА могут начать активно применять экстремисты. В 2016 году талибы в Афганистане впервые использовали БПЛА для видеозаписи с воздуха нападения террориста-смертника и заявили, что вынашивают и другие планы по использованию БПЛА. В 2017 году появились сообщения, что экстремистская группировка «Исламское государство» научилась вооружать коммерческие дроны.

Нейтрализация подозрительных БПЛА стала новой «головной болью» агентств по обеспечению правопорядка и безопасности. В Токио для физического перехвата действует флот дронов, ловящих подозрительные объекты сетями-сачками. Во Франции и Голландии для этих целей готовят хищных птиц. В Китае незаконно фланирующих БПЛА начали отстреливать.

Перехват дронов также возможен и с помощью хакерских приемов. В прошлом году возможную уязвимость систем БПЛА продемонстрировали студенты американского университета Джона Хопкинса. Они успешно справились с задачей взломать недорогой хобби-дрон, перегрузив запросами его бортовой компьютер и контролер и теперь готовятся взять приступом дроны в более высокой ценовой категории. Еще один известный метод перехвата – GPS-спуфинг. Он заключается в захвате управления дроном путем отправки ложных GPS-сигналов. В 2016 году власти США заявляли, что этот прием широко применяют нарушители границы с Мексикой.

Правила

Попытки регулирования использования БПЛА предпринимают во многих странах. При этом в мире нет единства: варьируются разрешенная высота и дальность полета, классификация дронов, требования к регистрации и квалификации пилота.

Так, большинство стран придерживаются максимальной разрешенной высоты 1250 метров (400 футов). В Португалии этот порог составляет 1500 метров. В ЮАР – не выше самого высокого дерева или здания. Над гармонизацией правил использования БПЛА на своей территории сейчас работает Евросоюз. Но, как ожидается, этот процесс завершится не раньше 2018 года.

В 2016 году федеральное управление гражданской авиации США опубликовало новые правила использования БПЛА. Они освободили от регистрации владельцев аппаратов тяжелее 24 килограммов. Если беспилотники применяются для работы, например, инспектируют объекты с воздуха, управляющие ими люди обязаны пройти сертификацию, а сам аппараты – предполетную проверку.

Для них установлено ограничение скорости – не быстрее 100 километров в час и высоты полета – не выше 1250 метров. Полеты за пределами зоны видимости контролера запрещены. Для подобных миссий необходимо получать специальное разрешение. На данный момент власти выдали всего около 300 таких лицензий.

В России БПЛА регулирует Воздушный кодекс РФ. В марте 2016 года был принят закон об обязательной регистрации дронов тяжелее 250 граммов, но в конце года это правило было изменено. Теперь регистрировать необходимо модели весом более 30 килограммов. В остальном дроны в России приравнены к воздушным судам и для полетов необходимо получать специальное разрешение Росавиации.

Перспективы

Как и в случае с любой технологией, переживающей бум, разработка и усовершенствование возможностей БПЛА ведется по всем направлениям и порождает самые амбициозные проекты.

Некоторые эксперты полагают, что именно дроны, а не беспилотные машины – будущее автономной навигации. Ведется работа по созданию дронов, летающих роем, дронов, распознающих лица, дронов, симулирующих полет насекомых для оптимизации траектории движения.

Google исследует возможности создания дронов на солнечной энергии для предоставления высокоскоростного доступа в Интернет с воздуха.

В Беркли запускается проект ISAACS, цель которого – вывести интерфейс взаимодействия с БПЛА на новый уровень. Это опенсорсная инициатива, в рамках которой ученые исследуют возможности управления дронами с помощью инструмента дополненной реальности – очков HoloLens Microsoft.

Не нова идея делегировать БПЛА не только опасную и сложную, но и просто неприятную работу. Недавно внимание мировых СМИ привлек голландский проект Dogdrones по созданию патрулей из двух роботов – наземного и воздушного – для уборки собачьих экскрементов в городах. Он, правда, оказался первоапрельской шуткой… пока.