Как решаются проблемы создания перспективных мини-БПЛА
Пока российские силовики никак не могут определиться, какие им нужны беспилотные летательные аппараты и сколько денег они готовы на них потратить, командование вооруженных сил ведущих стран мира закупает БПЛА уже не сотнями, а тысячами. Особенно популярны «ручные» беспилотники, то есть дроны, запускаемые самим бойцом - исключительно при помощи силы своих рук.
По самым скромным оценкам, только Пентагон приобрел за последнее десятилетие не менее 12,5 тысячи таких аппаратов, причем различных типов и узкоспециализированных по назначению. Подобные БПЛА обычно имеют взлетную массу порядка 0,25-6,5 кг, размах крыла в пределах 0,7-2,7 метра и могут переноситься вместе с пультом управления и при необходимости со вспомогательным оборудованием в одном или двух ранцах. В боевое (рабочее) положение дроны приводятся в считаные минуты. После этого бойцу остается только в буквальном смысле взмахнуть рукой и отправить воздушного мини-робота в полет.
ДВУХ ЧАСОВ НЕДОСТАТОЧНО
При этом, несмотря на свои небольшие размеры и массу, «ручные» БПЛА обладают достаточно высокими возможностями по ведению разведки, преимущественно в оптическом и/или инфракрасном диапазоне, а также обеспечивают передачу в реальном масштабе времени на пульт оператора развединформацию о противнике, предоставляя в распоряжение командира подразделения и даже отдельного военнослужащего текущую картинку о ситуации на поле боя.
В состав полезной нагрузки данных аппаратов обычно включаются малогабаритные видео- и фотокамеры, тепловизоры. В качестве силовой установки беспилотников используется электромотор, работающий от аккумуляторной батареи, что позволяет снизить шумность аппарата и его массу, повысив вместе с тем взрывопожаробезопасность.
Но, с другой стороны, такие дроны обладают и рядом недостатков, наиболее существенным из которых является малая продолжительность полета, обусловленная небольшими габаритами и взлетной массой, не позволяющими размещать на борту электрифицированных БПЛА значительное количество источников питания. В результате мини-беспилотники, как правило, способны находиться в небе не более одного-двух часов.
Конечно, для выполнения большинства задач, для которых предназначены подобные летательные аппараты, этого времени вполне достаточно: все же мини-БПЛА - это средство оперативного реагирования, «подскока», так сказать. Однако проанализировав результаты эксплуатации беспилотников данного класса, в том числе и в боевых условиях - в ходе операций в Афганистане и Ираке, американские генералы и военные эксперты пришли к выводу о необходимости увеличения продолжительности полета «ручных» дронов в 1,5-2 раза, а по возможности и больше.
«Большая продолжительность полета весьма важна для военных, - заявил недавно в интервью журналистам представитель отделения Научно-исследовательской лаборатории ВВС США, занимающейся исследованиями в области адаптации водородных топливных элементов к силовым установкам летательных аппаратов различных типов. - Это даст возможность американским военнослужащим держать цели под наблюдением более длительный период, а также позволит осуществлять разведку и наблюдение на большей площади до того, как аппарат прекратит полет или будет отозван для перезарядки батарей или пополнения запаса топлива.
На современном поле боя информация - ключевой фактор, поэтому за счет увеличения продолжительности полета мы можем существенно увеличить объем развединформации, доступный нам и дружественным нам силам».
ГИБРИДНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ
В этой связи, впрочем, сразу же возникает вопрос: как увеличить продолжительность полета БПЛА без существенного роста его габаритов и массы? Ведь получить положительный результат за счет повышения эффективности работы аккумуляторных батарей или наращивания их количества на борту сегодня невозможно: в ближайшее время инженеры не обещают создать аккумуляторы с кардинально улучшенными рабочими характеристиками.
Ряд компаний и организаций, конечно, пытается создать более компактные двигатели, потребляющие органические виды топлива, или же двигатели комбинированного типа. Так, в начале этого года американское Агентство по перспективным оборонным исследованиям и разработкам (DARPA) выдало фирме «Аврора Флайт Сайенсис» контракт, предусматривающий финансирование первого этапа разработки для малых БПЛА гибридной силовой установки нового типа - в составе электромотора и малогабаритного дизельного двигателя с турбонаддувом.
Новый мотор должен обладать большей эффективностью, удельной мощностью и экономичностью и также меньшей шумностью по сравнению с использующимися сегодня бензиновыми двигателями. При этом его мощность не может быть менее 10 л. с. Смысл данной работы, осуществляемой специалистами «Авроры», заключается в том, чтобы адаптировать дизель, которому требуется тяжелое топливо, к беспилотникам, что пока нецелесообразно - в основном по причине значительных размеров и массы моторов, использующих дизтопливо или JP-8.
Однако такие двигатели - пока еще только перспективные проекты, а повышать продолжительность полета необходимо уже сегодня.
ВОДОРОДНЫЕ ТОПЛИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ
Выход удалось найти - применить в качестве источника энергии водородные топливные элементы, благо, что в этой сфере в последние годы на Западе были достигнуты действительно прорывные результаты.
Например, занимающаяся разработками в области создания водородных топливных элементов компания «Протонекс» не так давно продемонстрировала возможность увеличения продолжительности полета оснащенного такими топливными элементами БПЛА (взлетной массой около 6,3 кг) до девяти часов. Причем, как заявляют специалисты «Протонекса», топливный элемент и емкость с топливом вместе в размерах получаются меньше двухлитровой бутылки кока-колы.
Ранее компания уже создала целую гамму топливных элементов мощностью от 100 до 500 Вт, правда, в этом случае все же пришлось размещать на борту БПЛА еще и литий-ионный аккумулятор - для получения дополнительной энергии во время взлета и посадки аппарата. Сама же батарея подзаряжается в полете от водородного топливного элемента.
Как заявил в интервью ведущему американскому военно-политическому еженедельнику «Дифенс Ньюс» глава компании «Протонекс» Скотт Пирсон, оснащенные водородными топливными элементами и литий-ионной аккумуляторной батареей беспилотники могли оставаться в воздухе в два-четыре раза дольше, чем их аналоги, имеющие традиционную силовую установку с электродвигателем.
Результаты испытаний произвели надлежащее впечатление на руководство Министерства обороны США, которое вскоре выдало компании контракт стоимостью 3,3 млн долларов на разработку усовершенствованного типа топливного элемента, а также всего сопутствующего оборудования.
Водородный топливный элемент, над созданием которого трудятся сотрудники компании «Аврора», предполагается интегрировать в состав силовой установки беспилотного летательного аппарата «Пума» АЕ, созданного компанией «АэроВайронмент». Длина этого БПЛА - 1,4 м, размах крыла - 2,7 м. Дрон предназначен для ведения разведки в дневных и ночных условиях, для чего он оснащен оптико-электронной и инфракрасной системами наблюдения. Силовая установка беспилотника - электродвигатель. Вся бортовая аппаратура - разведывательная. Системы управления полетом и связи с наземным КП также имеют электропитание.
Компания «АэроВайронмент» была выбрана для данного проекта не случайно: именно ее специалистам принадлежит честь разработки, пожалуй, самого известного «ручного» БПЛА в мире - RQ-11А «Рэйвен» массой 1,9 кг. Парк этих дронов только в американских вооруженных силах насчитывает около 4 тысяч аппаратов. Первый полет беспилотник совершил в 2001 году, а уже в 2003-м БПЛА приняли на вооружение. Причем первыми «Рэйвены» в значительных количествах получили подразделения Командования специальных операций ВС США. По начальному контракту было закуплено около 850 беспилотников данного типа, каждый из которых стоил примерно 35 тысяч долларов (стоимость одной системы - около 250 тысяч долларов).
ВОПРОСЫ ТЕХНОЛОГИИ
«Все, что вам надо, так это добавить воду, - утверждается в одном из рекламных буклетов компании «Протонекс». - После этого вы получаете высокоэнергетическое топливо».
Речь идет о водороде, который выделяется в результате реакции с простой водой борогидрида натрия под воздействием катализатора и теплоты. Полученный газ поступает непосредственно в топливный элемент, на анод - на его платиновом катализаторе водород диссоциирует и теряет электроны. Последние затем отдаются во внешнюю цепь - это и есть необходимый для работы силовой установки и бортовой аппаратуры электрический ток, а протоны в свою очередь поступают на катализатор катода, где в результате реакции с атмосферным кислородом получается вода, необходимая для реакции с целью получения водорода. Излишки же воды просто удаляются за борт, чтобы избежать перегрузки аппарата. Такой вот круговорот веществ в границах одного беспилотника.
Естественно, длительность такого полузамкнутого цикла обусловлена запасами исходного вещества - борогидрида натрия. Отработанные же топливные блоки могут либо сбрасываться в полете, либо доставляться назад и в последующем отправляться на перезарядку. При этом специально созданная система управления, встроенная в топливный бак, автоматически регулирует степень реакции и объем выработки водорода.
Отличительной особенностью создаваемой по заказу Пентагона топливно-энергетической системы, по словам представителей компании-разработчика, является то, что все используемые в данной системе компоненты не токсичны, не горючи и что также немаловажно - имеют сравнительно низкую стоимость.
«Мы видим большой потенциал для нашего БПЛА «Пума» АЕ, оснащенного системой с водородными топливными элементами, - подчеркнул в интервью журналистам пресс-секретарь компании «АэроВайронмент» Стивен Гитлин. - Такой беспилотник можно весьма эффективно применять для мониторинга (охраны) периметра охраняемого объекта или же следования впереди по маршруту движения наземного конвоя достаточно продолжительное время».
Кроме того, что следует особо подчеркнуть, компания-разработчик БПЛА типа «Пума» АЕ создает модификации не только для армейских подразделений, пограничных служб или ВВС, но и для сил специальных операций, а также ВМС и береговой охраны.
«Всеядность» рассматриваемого беспилотника отображена в самом названии аппарата - «АЕ» означает All-Environment, что можно перевести как «всесредный», то есть пригодный для эксплуатации в любых условиях. В частности, для ВМС и береговой охраны предназначен вариант «Пумы» с водонепроницаемым корпусом, благодаря чему дрон способен осуществлять безопасную посадку на водную поверхность. Управляется БПЛА с операторского пульта размером 15,24х25,40 см и оборудованным экраном (индикатором) 10,16х15,24 см.
По заявлениям представителей Минобороны США, первый этап программы, направленной на создание БПЛА повышенной продолжительности полета с перспективной силовой установкой на основе водородных топливных элементов, планируется завершить в 2010-2011 годах и при положительных результатах испытаний в кратчайшие сроки принять на вооружение различных видов и родов войск ВС США.
Интерес к перспективной разработке проявляют военные и других стран. Как представляется, такие беспилотники оказались бы весьма полезными и для российских силовых ведомств. Но вот беда - в области создания подобных топливных элементов да и воздухонезависимых энергоустановок вообще мы, к сожалению, просто неприлично отстаем от Запада.
Владимир ЩЕРБАКОВ
