Эволюция дронов

Заменят ли крупных хищников рои жалящих насекомых? 22 Июль 2015, 20:21
Cлово дрон (drone — трутень, англ.) в значении беспилотного летательного аппарата (БПЛА) воспринимается как нечто сверхсовременное. Однако у аэропланов без летчика за плечами довольно длинная история. Первой серийной машиной этого класса стала британская «пчела-матка» DH.82B Queen Bee. Ее англичане получили, установив аппаратуру радиоуправления (элементной базой были вакуумные электронные лампы и электромеханические реле) на биплан, составленный из фюзеляжа тренировочного армейского DH.60 Moth и крыла от спортивного DH.82 Tiger Moth.
Данная «пчела-матка», составленная из «мотылька» и «бабочки-медведицы», — все насекомые от фирмы De Havilland — производилась серийно с 1934 по 1943 год (было выпущено 405 машин) и применялась в качестве радиоуправляемой мишени. Интересно заметить, что в отечественной научно-популярной литературе тогдашняя технология радиоуправления самолетами была описана еще в изданной массовым тиражом книге О. Дрожжина «Разумные машины», увидевшей свет в 1936 году.
В воздухе — радиоуправляемый  De Havilland Tiger Moth DH.82B Queen Bee
Потом были беспилотные машины времен Холодной войны, применявшиеся во Вьетнаме американские разведчики вроде Ryan Model 147E, задачей которого было снять характеристики излучения того советского ЗРК, который через несколько минут низринет его с небес, и производившиеся довольно большими сериями отечественные мишени и разведчики Ту-123, Ту-141, Ту-143… Это были достаточно крупные машины, близкие по габаритам и применяемым технологиям и комплектующим к пилотируемой авиации того времени, весьма сложные и дорогие.

Следующий этап развития дронов открыли израильтяне. Дебютировавшие в Ливанской войне 1982 года IAI Scout и Tadiran Mastiff были небольшими — размах крыльев четыре-пять метров и вес чуть больше сотни килограммов — машинами без авиационного прошлого. Они с самого начала проектировались для того, чтобы летать без пилота, под дистанционным управлением, реализованным  на основе твердотельной технологии семидесятых годов прошлого века. Именно элементная база тогдашней микроэлектроники позволила наделить достаточно малые аппараты высокой функциональностью. 
Ту-143 «Рейс», впервые поднявшийся в небо еще в 1970 г., умеет летать
по заданному маршруту, проводя фото-, теле- и радиационную разведку
Не ограниченные в размерах «снизу» необходимостью нести кабину с управляющим машиной пилотом, они, тем не менее, смогли обеспечивать части ЦАХАЛ передаваемой по каналам связи тактической информацией в реальном масштабе времени. Этот опыт очень понравился янки, ознакомившимся с ним во время своего вторжения в Ливан в 1983 году, и они занялись созданием собственных беспилотников. Но если фирма Tadiran смогла создать Mastiff, истратив на это всего лишь полмиллиона тогдашних — правда, значительно более полноценных, чем нынешние — долларов, то стоимость программы разработки американского MQ-9 Reaper к 2011 году составила $2,38 миллиарда…

Под носовым радиопрозрачным обтекателем ударного БПЛА MQ-9 Reaper скрывается система спутниковой связи, которая снимает радиотехнические ограничения по дальности его применения (фото: wikipedia.org)
В результате тяжелые современные беспилотники вроде MQ-1B Predator и MQ-9 Reaper, способные исполнять как разведывательные, так и ударные задачи, стоят за штуку $5 млн и $16,9 млн соответственно, что вполне сопоставимо со стоимостью пилотируемых боевых машин. Примерно о таких же суммах речь идет и в случае создания БПЛА в других странах — так, на перспективный британский ударный БПЛА Taranis, который создает компания BAE Systems, уже ушло 1,5 миллиона человеко-часов и 185 миллионов фунтов стерлингов…
LH-10 Ellipse с подкрыльевым блоком электронно-оптических датчиков
Такие затраты по карману если и не сверхдержаве, то второй финансовой метрополии мира, которой является Великобритания. Странам с более скромными военными бюджетами дорогостоящие современные дроны ударного класса недоступны. И вот поэтому у Себастьяна Лефебра (Sebastien Lefebvre) и Фредерика Губшверлена (Frederic Hubschwerlen), студентов-инженеров, основавших в 2004 году в Северной Франции фирму LH Aviation, появилась парадоксальная идея: вывернуть наоборот (как когда-то рекомендовал изобретатель и писатель-фантаст Г. С. Альтшуллер в своей «Теории решения изобретательских задач») те принципы, которые когда-то породили DH.82B Queen Bee. Современные дроны умеют решать разведывательные и ударные задачи, которые стали уже привычными и необходимыми для вооруженных сил, но они тяжелы и дороги. Лефебр и Губшверлен предложили, по их словам, «достигнуть 80% от функциональности дрона за 20% его цены» за счет того, что оптико-электронное оборудование и вооружение будут размещены на легком учебно-спортивном самолете. Машина эта и была спроектирована LH Aviation, получив название LH-10 Ellipse.
Вариант LH-10 Ellipse, вооруженный 68-мм ракетами с лазерным наведением
LH-10 Ellipse — двухместный низкоплан с толкающим воздушным винтом, с планером, выполненным из композитных материалов. Его четырехлопастный пропеллер приводит в действие четырехцилиндровый Rotax 912 в 98 л. с., обеспечивающий максимальную скорость в 370 км/ч и крейсерскую — 269 км/ч. Дальность полета LH-10 Ellipse — 1500 км, в воздухе он может находиться до 10 часов. Гражданская версия этой машины предлагается по цене приблизительно в €145 тыс. Любители авиации могут вспомнить в качестве предшественника этого аэроплана одноместный американский BD-5 Micro, также низкоплан со стеклопластиковым корпусом и толкающим винтом.
Но существуют и военные версии LH-10 Ellipse. Поставка одной из них осуществляется с 2012 года для Народных ВВС Бенина. Такие машины стоят €450 тыс. и предназначены для осуществления патрульных функций; на различных авиасалонах предлагаются и более «заряженные», ценой до €1,3 млн. Десять машин закупил Дубай для патрулирования трубопроводной системы ОАЭ и борьбы с контрабандой. Но насколько хороши перспективы использования легких пилотируемых аппаратов в качестве замены дронов?
 
Кабина   пилота...
...и   оператора   полезной   нагрузки
Ну, для задач наблюдения за нефтепроводами и выслеживания катеров контрабандистов они вполне пригодны. Но вот высылать их туда, где действуют, скажем, афганские моджахеды с их привычкой ставить на пикапы крупнокалиберные пулеметы ДШК, явно не стоит. Пулемет этот, как показала еще Великая Отечественная, вполне хорош для стрельбы по воздушным целям, а брони крошечная машинка нести не может, да и вряд ли ее композитный корпус, оптимизированный под легкость и аэродинамичность, устоит против пуль даже винтовочного калибра, выпускаемых куда более распространенными ПКМ и М60.
Так что идея замены тяжелого дрона легкой пилотируемой машиной, скорее всего, обречена если не на забвение, то на место в истории техники среди курьезов. Не захотят жители богатых стран летать на самолете-мишени (вспомним назначение переделанной из спортивного аэроплана DH.82B Queen Bee…), а на продажах беднякам оружейный бизнес не проживет. Но почему бы не заменить один дорогой дрон несколькими мелкими? (Именно заменить — как сформулировали проблему Лефебр и Губшверлен; дроны сверхмалых размеров, предназначенные для решения тактических задач нижнего уровня, существуют давно.)
Прежде всего отметим главное: непрерывный прогресс микроэлектроники (грубо говоря, Закон Мура) позволяет размещать все более сложные системы управления во все меньших объемах, и цена на такие устройства будет все ниже и ниже. Возьмем ту же Queen Bee, размер ламповой электроники и электромеханических приборов которой был сопоставим с местом и весом, занимаемыми пилотом. Наличие дистанционного управления обусловливалось «мишенным» назначением машины. Израильские IAI Scout и Tadiran Mastiff с их электроникой на микросхемах оказались уже много меньше традиционных самолетов.

Цена новейшего ударного БПЛА  X-47B не называется, но едва ли она будет существенно ниже,  чем стоимость пилотируемого штурмовика 

Но теперь вычислительная мощность в миллиарды операций с плавающей запятой в секунду заключена в крохотных коробочках смартфонов, которых в прошлом году произвели более миллиарда. Необходимые для решения задач управления динамическими объектами гироприборы? Так в тех же смартфонах содержатся и крошечные G-датчики, далекие потомки торпедных приборов Обри и гирокомпасов с автопилотами Сперри (всем им свыше ста лет), и компасы магнитные... В результате всего этого обычный смартфон можно использовать, скажем, в качестве автопилота, как это сделала студенческая команда из Венского технологического университета во главе с Аннетт Моссель (Annette Mossel) в дроне SmartCopter, предназначенном для осмотра мест стихийных бедствий и стоящим всего триста евро…
Исходя из вышесказанного, можно констатировать, что технологическая возможность оснастить системами управления предельно дешевый дрон ныне существует. Выполненная на базе выпускаемых миллиардными сериями процессоров система управления может быть мощнее, чем не только у израильских аппаратов конца семидесятых, но и у разработанных в девяностые американских дронов. Убедитесь в этом сами — достаньте из кармана смартфон и проверьте, насколько его камера превосходит по разрешению то, чем довольствуются американские военные, насколько производительнее его крошечный процессор… И все это благодаря «тиражам» в сотни миллионов экземпляров. Теперь представим себе дрон небольших размеров, массового производства. Расход материала — пусть и дорогих композитов — будет невелик, поскольку аппарат-то маленький. Стоимость проектирования, технологической подготовки производства, закупки оборудования и изготовления оснастки разложится на большое количество образцов, подобно тому как раскладывается она у современной цифровой электроники. Двигатель? — Так у предшественника LH-10 Ellipse самолетика BD-5 Micro еще в семидесятые была версия BD-5J с маленьким и предельно дешевым реактивным двигателем…
Эксплуатационные же достоинства множества мелких дронов, купленных по цене большого, велики. Прежде всего, малые размеры означают малые радиолокационные, инфракрасные и оптические сигнатуры, которые могут быть еще уменьшены за счет методов технологии Stealth. Анекдот о том, как из-за гусиной стаи чуть не началась ядерная вой­на, общеизвестен, но малые дроны могут иметь ЭПР как у воронов, а то и ворон… И вести их к цели можно на запредельно малых высотах: потеряем какую-то часть за счет столкновений с не зафиксированными вовремя деталями рельефа — так ущерб и для казны, и для вероятности выполнения боевой задачи некритичен: это же не потерять единственный дорогой дрон!
Да и современные средства ПВО не оптимизированы для борьбы с малоразмерными аппаратами. Возрождать же зенитные пулеметы полудюймового или винтовочного калибра, наводимые бойцами, вряд ли разумно: малогабаритная цель может быть сделана малозаметной для глаза с помощью не только защитной окраски, но и интенсивно разрабатываемых метаматериалов-невидимок. Кроме того, боевые потери дешевых и выпускаемых большими сериями дронов легко восполнимы, как в случае вышеуказанных навигационных потерь.
Сверхминиатюрный разведывательный БПЛА Black Hornet Nano может находиться в воздухе до 25 минут, подниматься на высоту до 10 метров и передавать оператору видеоизображение разведываемой территории. В конце 2013 г. британские вооруженные силы получили 324 аппарата для тестирования в боевой обстановке. 
Однако достоинств без недостатков не бывает, и главные недостатки малых дронов связаны с их габаритами. Беспилотные аппараты должны летать, а для этого — преодолевать силу сопротивления воздуха, пропорциональную (в простейшем случае лобового сопротивления) площади сечения, которая квадратично зависит от линейного размера. А вот вес аппарата зависит от него в кубе. Значит, в меньшем аппарате пропорционально большую долю веса займет мотор, нужный для поддержания скорости, и запасов топлива для достижения той же дальности потребуется пропорционально больше. Но поскольку сопротивление пропорционально квадрату скорости — летать он сможет только не небольших скоростях.
Ну а еще — могущество боеприпаса, который должен доставить к цели дрон. У маленького аппарата оно ограничено, что накладывает ограничения на круг решаемых задач: скажем, железобетонный бункер ему не развалить. (Но, с другой стороны, когда янки стреляют по легковой машине с моджахедами ПТУР Hellfire AGM-114, созданным некогда для борьбы с советскими танками, это явный перебор — не в смысле морали, а в смысле нерационального использования ресурсов.)
Ну и — управление дроном. Ведь на каждый тяжелый беспилотник приходится пара человек из наземного обслуживающего персонала — пилот и специалист по разведке или оператор систем оружия. Да, они не рискуют, работают в комфортных условиях, но это дорогостоящий персонал армий первого мира. А для значительного количества дронов потребуется соответствующее число операторов… Так что все больше функций придется перекладывать на автоматику — в конце концов, может, дешевле будет терять часть машин от летных происшествий, чем держать на управлении ими много людей.
Тенденции возвращения к дронам небольших размеров уже наблюдаются (читайте статью на стр. 112 — прим. Technowars). Так, новейший Boeing Insitu RQ-21 Blackjack, созданный для Флота и Корпуса морской пехоты США, имеет размах крыльев в 4,9 м, взлетный вес в 61 кг и крейсерскую скорость в 101 км/час, что заставляет вспомнить ранние израильские машины. Правда, обошлась его разработка на три порядка дороже, чем создание Mastiff: Пентагон истратил на это $559 млн, и при серии в 104 штуки каждый экземпляр все равно будет очень дорог…

Предельным случаем простоты и дешевизны можно считать одноразовый килограммовый дрон Switchblade от фирмы AeroVironment, запускаемый из 70-мм трубы (см. стр. 117). Опыт применения «ножей-выкидух» (англ. — switchblade) в Афганистане, где они испытывались с 2012 года, видимо, оказался удачен, и осенью прошлого года Пентагон выделил AeroVironment $51,4 миллиона на дальнейшие разработки.
Ну а какую часть задач дронов возьмут на себя предельно малые и предельно дешевые благодаря массовому производству беспилотники, предстоит определять исследовательским учреждениям военных ведомств во взаимодействии с экспертным сообществом. Методы такого исследования известны давно — это исследование операций и имитационное моделирование. Обществу же важно знать, что оборонные задачи могут решаться дешевле за счет применения в системах вооружения массово производимой продукции, — не зря же ученые из тридцатых годов прошлого столетия предупреждали соотечественников о жестоких чудесах будущего, пугая летающими «Разумными машинами» задолго до первого боевого применения «Фау-1».