Датчики от Формулы-1 в баках и туповатая автоматика. Как частники делают беспилотники и систему управления к ним

22 240
132
09 сентября 2019 в 8:00
Автор: Станислав Иванейко. Фото: Максим Тарналицкий

Датчики от Формулы-1 в баках и туповатая автоматика. Как частники делают беспилотники и систему управления к ним

Изначально компания «Кванд» занималась выпуском комплектующих для воздушной техники и доработками интерьеров для VIP-транспорта: самолетов, вертолетов, яхт и других игрушек крупных бизнесменов. Но десять лет назад Сергей Тыцык, один из основателей предприятия, решил расширить сферу деятельности и заняться беспилотным транспортом. Так появилась «Кванд ИС», которая разрабатывает системы автоматического управления для дронов и сами летательные аппараты.

Почему беспилотные машины будут нескоро



— Когда решили делать софт для беспилотников, то сначала подумали: мол, что тут такого? Мы и вещами посложнее занимались. Тем более в самолетах же автопилот уже существует, и он довольно примитивный. Конечно, все оказалось сложнее. Мы называем нашу разработку не автопилотом, а системой автоматического управления. Дело в том, что она берет на себя гораздо больше операций, чем просто полет на заданном эшелоне и с определенной скоростью. Управление полезной нагрузкой, взаимодействие с объектами на земле и в воздухе, ретрансляция данных и так далее — за все это отвечает наша система, — говорит директор «Кванд ИС».

За десять лет компания выпустила множество обновлений: «Проходит год-два, и ты понимаешь, что прошлая версия — полная дичь. Насколько безопасно было летать с таким оборудованием? Вообще, чем больше знаешь какую-то сферу, тем очевиднее становится, что делаешь какие-то вещи неправильно».

Сергей проводит параллели с дорожным движением. Мол, построили трассу, красиво все разметили, проект утвердили инстанции, а потом бац — и сбили насмерть человека. Кто виноват? Начинают вести расследование, и оказывается, что кусты растут близко к дороге и водитель вообще не мог видеть пешехода за ними. Можно было предусмотреть такую ситуацию до трагедии? В теории да. Но на практике предвидеть все, что способно произойти, невозможно. То же самое в авиации: практически все доработки происходят уже после аварий и каких-то происшествий.

— Беспилотная тематика — отрасль, которая еще прогремит: людям только предстоит узнать, насколько это опасное направление работы и как серьезно нужно относиться к технике. Да, для пилота дрон безопасен, но он несет угрозу для всего, что находится на земле. Неспроста для управления нужно получать разрешение, особенно для управления аппаратами вне прямой видимости.

— Насколько умнеют дроны с выходом новых систем автоматического управления?

— Тупые они как пробки. Что такое система автоматического управления? Это просто набор алгоритмов, которые программируют люди. Условно, «не ходи направо, если увидишь то и то» и так далее. Беспилотные системы не будут знать, что делать в экстренной ситуации, они не могут предвидеть опасность и предсказать ситуацию так, как это делает человек, когда, например, ведет машину в плотном трафике. Кстати, смотрите: почему беспилотная авиация входит на рынок проще, чем самоуправляемые автомобили? Дело в том, что в воздухе сложнее с кем-то столкнуться.

Иногда и такое случалось.

— Да, но на земле вероятность аварии практически гарантирована. Беспилотные автомобили обречены на страдания: нужен действительно продвинутый алгоритм обработки данных, очень хорошие сенсоры и датчики. Я вас уверяю, ничего этого пока нет. В Tesla используют разные датчики, переходят с одного типа «зрения» на другой (недавно, например, заявили, что перейдут на радары). Но много проблем все равно остается. Как насчет электромагнитной совместимости при использовании таких систем в потоке? Хорошо, когда в потоке едет только одна Tesla. А когда соберется пробка из таких машин, кто даст гарантию, что радары не помешают друг другу?

Сценарий, когда беспилотная машина едет возле Дубая по асфальту с идеальной разметкой, может быть реален, тут я соглашусь. Но попробуйте представить самоуправляемый автомобиль где-нибудь в Мумбае. Или у нас — зимой, в снегопад. Даже обычный парктроник в такую погоду иногда работает некорректно. А люди говорят о каких-то беспилотных машинах, которые уже скоро будут нас всех возить. Так что авиация проще в плане внедрения беспилотников.

По этой же причине Сергей уверен, что дроны по доставке товаров, которые красиво перемещают посылки в рекламных роликах, станут реальностью даже не в следующем десятилетии, а гораздо позже: мол, звучит все интересно, но когда начинаешь продумывать реальное использование, понимаешь — рисков и спорных моментов очень много. Начать хотя бы с того, что дрон может рухнуть на оживленные улицы.

Полеты на высоте 30 километров

«Кванд ИС» сейчас ориентирована на разработку дронов для разных областей: охрана и безопасность, нефтегазовая отрасль, метеорология, доставка грузов в действительно труднодоступные локации — то есть не пиццу на двадцатый этаж, а провизию геологам в тайгу, например. Одно из основных направлений — беспилотные аппараты вертолетного типа с системой автоматического взлета и посадки. Внизу крепится полезная нагрузка — вращающийся блок с камерами, которые по стоимости могут оказаться дороже самого дрона. Например, цена одного комплекта — $100 тысяч. Вертолет, говорит Сергей, удобнее самолета в эксплуатации (как минимум не нужно искать ровную полосу для взлета и посадки), но более сложный по конструкции.

Тестирование новых беспилотных аппаратов компания проводит своими силами. Сперва электронная модель новинки загружается в виртуальную среду, где устраивают симуляцию полета в разных условиях: дождь, снег, турбулентность, сильный ветер и так далее. Потом то же самое проводят в реальности:

— Для самолета достаточно нескольких параметров, чтобы получить представление о его поведении в разных ситуациях. В случае с вертолетом настроек гораздо больше. Загружаем данные, поднимаем аппарат на высоту около километра — естественно, предварительно получив разрешение, — и проводим настройку. Программное обеспечение вводит аппарат в крайние режимы: минимальная и максимальная скорость, крены и так далее. Затем сверяем данные реального полета и результаты симуляции. Разбежка должна быть не более 5%.

Также «Кванд ИС» ведет научно-техническую деятельность. Компания участвует в международном проекте по созданию стратосферного беспилотного аппарата для исследований метеорологической обстановки, сбора данных об окружающей среде в стратосфере. Последний тестовый полет состоялся на высоте 30 тысяч метров. Беспилотный самолет поднял в стратосферу метеорологический шар с интегрированными датчиками для замеров. «Кванд ИС» разработала алгоритмы управления беспилотником, то есть сделала метеорологический зонд полностью контролируемым — от момента взлета до выполнения миссии и посадки.

Проблема, говорит Сергей, даже не в том, чтобы поднять аппарат на такую высоту, а в его возвращении. Зонд сделан на базе сторонней модели, а вся начинка — белорусской разработки. Директор компании припоминает, что с этим зондом получилась интересная история. Поскольку аппарат пересекает эшелоны, которые обычно используют в гражданской и военной авиации, ему требовалось присвоить «самолетный» бортовой номер и повесить транспондер: «Представьте: лайнеры летают на высоте 10—11 тысяч метров, а здесь какой-то „самолет“ летит на высоте 30 километров — интересно, много ли обращений от диспетчеров потом было».

Почти все приходится делать самим

Летательные аппараты, кроме двигателя, собирают на небольшом производстве «Кванд ИС» под Минском. Сам двигатель — 2-цилиндровый 4-тактный, работает на бензине в стандартных температурных режимах (от –40 до +50 градусов). Мощность — около 11 лошадиных сил.

Все датчики и прочие детали, включая инжектор, тоже делаются силами белорусского предприятия. По желанию заказчика можно использовать и электрический мотор, но у него есть минус — время полета не превышает полутора часов, в то время как 7-литрового бака бензина хватает на четыре часа. При этом появляются другие нюансы: например, нужно прятать глушитель внутри корпуса, чтобы аппарат сложнее было засечь термальной камерой.

В баках используется такой же датчик уровня топлива, как в болидах Формулы-1: «Они очень легкие, высокого качества и хорошо переносят вибрацию. Там ведь тоже нужна высокая точность, вплоть до граммов оставшегося топлива, и в нашем случае ситуация аналогичная. Дорого ли? Да, у нас все получается очень дорогим».

Сергей рассказывает, что многое приходится делать самим: во-первых, так дешевле, а во-вторых, качество выше. Доказательство — лопасть винта немецкого производства, которая просто расклеилась на две половинки: «А внутри — металлический прут. Представьте, что будет, если при вращении лопасть расслоится и этот прут оторвется». В итоге пришлось разрабатывать свою конструкцию лопастей. И так — практически со всеми комплектующими:

— Почему мы все сами стараемся делать? Просто у нас нет выхода. Мы не можем купить изделие, которое подходило бы по качеству. В итоге перешли на самостоятельное производство большинства компонентов.

Фюзеляж в большинстве случаев изготавливают из композитного материала препрег — это угольная ткань, пропитанная смолой на специальном оборудовании. На ощупь она слегка липкая. Квадратный метр такого материала стоит от $70. Силовые элементы выполнены из авиационного алюминия — он легкий и прочный. Золотистый оттенок — из-за анодирования, которое нужно для защиты от коррозии. Дело в том, что лишь мягкий алюминий не коррозирует, а авиационный Д16Т — очень даже.

Во время нашего визита специалисты «Кванд ИС» заканчивали сборку квадрокоптера для работы в Гималаях. Из-за эксплуатации в условиях разреженного воздуха (взлет с четырех километров и потолок высоты в шесть километров) пришлось вносить коррективы:

— У модели специфические расчеты двигателей и углов лопастей, а также расширенный температурный диапазон. Для этого мы добавили автоматический подогрев аккумулятора. И есть разъем для подогрева от внешней батареи, чтобы не расходовать заряд внутренней.

Квадрокоптер для полетов в разреженном воздухе

Общий вес беспилотника снижают за счет принципа fly-by-wire, который сейчас широко применяется в авиации. На обычных вертолетах от трансмиссии к хвостовому винту тянется карданный вал, а здесь используется электроника, которая посылает команды системам управления — это повышает надежность (чем меньше деталей, тем меньше может сломаться) и снижает массу, ведь проводка и электромоторы легче карданного вала. Кроме того, освобождается место в хвостовой балке для установки баллистического парашюта.

Для управления беспилотными аппаратами в автономном режиме «Кванд ИС» производит наземные станции управления — от портативных компьютеров до станций управления на базе грузовых контейнеров длиной семь метров: «Для управления беспилотником, как правило, нужно два человека. Один — оператор, он контролирует сам полет. Второй работает с полезной нагрузкой, то есть камерами. Можно и совместить все на одном экране, но тогда перекроете часть приборов».


Беспилотным системам, уверен Сергей, предстоит еще много лет доработок и испытаний, прежде чем можно будет говорить о широком применении дронов как безопасной, надежной и дешевой замены пилотируемой авиации. Несмотря на зачаточное состояние отрасли, уже сегодня беспилотники умеют справляться с рутинными задачами по мониторингу, картографии и обследованию индустриальных объектов, практически вытеснив в этой области пилотируемую авиацию.

Читайте также:

квадрокоптер, частота: 2.4 ГГц, управление с планшета/смартфона
квадрокоптер, двигатель бесколлекторный, частота: 2.4 ГГц/5.8 ГГц, управление с планшета/смартфона, время полета: 15-21 мин, дальность: 80 м

Наш канал в Telegram. Присоединяйтесь!

Быстрая связь с редакцией: читайте паблик-чат Onliner и пишите нам в Viber!

Библиотека Onliner: лучшие материалы и циклы статей

Перепечатка текста и фотографий Onliner без разрешения редакции запрещена. nak@onliner.by

Автор: Станислав Иванейко. Фото: Максим Тарналицкий