1 Тенденции развития современных беспилотных летательных аппаратов военного и гражданского применения

Традиционно рассматривают два варианта применения беспилотных летательных аппаратов: военное и гражданское. Для более полного понимания основных тенденций развития современной аппаратуры систем управления проанализируем основные направления проектирования БЛА и решаемые ими задачи.

Так как описание многообразия существующих классов и вариантов применения БЛА может стать темой отдельного курса лекций, остановимся подробнее на рассмотрении направлений развития:

• авиационных бомб,
• артиллерийских снарядов.
• мини- и микро-БЛА,
• мини- и микро-ИСЗ.

Сначала рассмотрим ведение современных боевых действий. Отметим, что в рамках курса речь пойдет лишь о  локальных конфликтах, как о наиболее вероятных.

1.1 Концепция современных боевых действий

Конфликты на Ближнем Востоке, на Балканах и в Ираке продемонстрировали новые технологии ведения боевых действий и обозначили основные направления их развития и совершенствования с учетом современных достижений в создании интеллектуального оружия различного назначения.

Эти технологии базируются на ряде основных принципов:

1. создание единой информационной, управляющей и ударной среды, простирающейся от поверхности земли (воды) до космоса и доступной различным военным потребителям от стратегического уровня (армия) до тактического уровня - взвод, группа солдат или даже отдельный солдат. Всеобъемлющая и своевременная информация, а также управление рассматриваются в качестве ведущего компонента достижения успеха [4];
2. возрастание глубины огневого поражения, требующее увеличения дальностей действия проектируемых средств поражения;
3. одновременное преодоление повышающейся защищенности большинства целей, например, систем объектовой ПВО противника;
4. активное применение относительно дешевых боеприпасов классов “воздух -поверхность” и “ поверхность - поверхность”.

Единая информационная среда обеспечивается непрерывной разведкой, планированием и управлением выполнения запланированных действий с привлечением минимально необходимых ударных средств.

Одним из типов современного интеллектуального оружия, вызывающего особый интерес в последнее время, стали беспилотные летательные аппараты (unmanned aerial vehicle (UAV)). Известные проекты БЛА разработаны или разрабатываются в большинстве для решения следующих задач:

1. разведка или целеуказание оружию,
2. в качестве ударных средств [4].

Параллельно несоответствие боевых возможностей классических: артиллерии ВМФ и Сухопутных войск, неуправляемых авиабомб в РФ и во всем мире (включая США) современным тактическим требованиям стимулировало появление большого количество работ в направлении обеспечения выполнения требований к точности наведения.

Важнейшим направлением повышения точности стрельбы является создание комплексов управляемого вооружения на базе высокоточных артиллерийских боеприпасов (ВТАБ) и управляемых авиационных бомб (УАБ), обеспечивающих многократное сокращение расхода снарядов и времени решения огневых задач. Создание ВТАБ и УАБ, характеризующихся повышенной боевой эффективностью, рассматривается зарубежными военными специалистами в качестве одного из основных направлений совершенствования артиллерии и авиации в ближайшие 10-15 лет [3].

 1.2 Управляемые авиационные бомбы

Рекомендуемые материалы

В ряде локальных конфликтов, в том числе в Югославии, в Ираке широкое применение получили управляемые авиационные бомбы.

Определение:  УАБ - бомбы, снабженные системой управления, которая позволяет сделать ее промах относительно цели минимальным [1].

Работы в этом направлении ведутся в Великобритании, Франции, ФРГ, Бельгии, Швеции, Израиле, Японии, лидером же в разработке УАБ являются США. Производство этого класса ЛА ведется в двух направлениях:

1. массовое,

2. специальное, создаваемое для выполнения особых заданий, характеризующееся, например, высокой точностью, специальной боевой частью и т.п.

Важной характеристикой каждого боеприпаса считается отношение массы БЧ к его общей массе. У неуправляемых АБ это отношение близко к 1, у авиационных управляемых ракет класса «воздух-поверхность» оно составляет 0.2…0.5, а для УАБ это отношение примерно равно 0.7…0.9. Таким образом, при прочих равных условиях УАБ доставит к цели вдвое больше БЧ, чем управляемая ракета, что играет особую роль при поражении прочных и заглубленных целей на дальности до 100 км.

По оценке зарубежных специалистов, основными преимуществами УАБ по сравнению с обычными авиационными бомбами являются:

1. повышение точности попадания в цель в 4…10 раз,
2. сокращение расхода боеприпасов в 5…25 раз в зависимости от типа цели,
3. уменьшение числа самолето-вылетов в 2…20 раз и числа заходов на цель,
4. повышение живучести самолетов-носителей,
5. сокращение затрат на выполнение боевой операции в 2…30 раз,
6. возможность избирательного поражения цели [1].

В последних локальных конфликтах роль УАБ постоянно увеличивается, так как они сочетают:

• высокую точность попадания в цель,
• достаточно мощную БЧ,
• относительно низкую стоимость.

В настоящее время сформировались два подвида УАБ: корректируемые (КАБ) и планирующие.

Определение:  КАБ – это УАБ, траектория движения которой формируется таким образом, чтобы минимизировать величину ее отклонения от баллистической траектории (неуправляемой), проходящей через цель и лежащей в пределах «трубки» рассеивания бомбы.

Определение:  Управляемая планирующая авиационная бомба – это УАБ, в траектории движения которой содержится четко выраженный планирующий участок и дальность действия которой превышает баллистический относ УАБ. Как правило, эти АБ используется в составе ударного авиационного комплекса для выполнения наиболее сложных боевых задач, причем без вхождения самолетов в зону действия объектов противовоздушной обороны, а КАБ применяются для поражения широкого класса малоразмерных прочных целей при частично или полностью подавленной ПВО [1].

1.3 Артиллерийские снаряды большого радиуса действия

Определение:  Артиллерийский снаряд –  вращающееся летящее тело, выпущенное из некоторой пусковой установки.

Развитие современной артиллерии движется по направлениям во многом сходным с развитием бомбового вооружения (увеличение дальности пуска, повышение точности). Рассмотрим современные тенденции на примере артиллерийских снарядов морского базирования Ex-171 ВМФ США. Две пары носовых крыльев (схема «утка») – являются единственным органом управления, позволяющим компенсировать отклонение траектории от номинальной. Задача рассматриваемого вооружения - прицельная и синхронизированная по времени огневая поддержка берегового десанта со стороны ракетного эсминца, находящегося за пределами досягаемости противника [2]. Эта возможность увеличения дальности и точности огневой поддержки со стороны надводных военно-морских сил выведет на новый качественный уровень маневренность боевых действий за счет большей подвижности морской пехоты.

Однако, вследствие рассеяния (переменного ветра, воздействия ускоряющего заряда, ошибки целеуказания и т.д.) дальность стрельбы для современных артиллерийских снарядов ограничена  и они не могут считаться высокоточным оружием. Установка ракетного двигателя, используемого для придания скорости снаряду после его выхода из ствола, увеличивает дальность полета снаряда, однако без бортовой аппаратуры наведения и управления растет неопределенность точности попадания в цель.

1.4 Основные задачи, стоящие перед разработчиками УАБ и артиллерийских снарядов

Таким образом, основные задачи, стоящие перед разработчиками УАБ и артиллерийских снарядов в РФ и за рубежом – создание систем, обеспечивающих доставку БЧ в район цели с высокой точностью со следующими дополнительными возможностями:

1. применение днем и ночью в любых погодных условиях,

2. возможность одиночного и залпового применения  по одной или нескольким целям в одной атаке,

3. применение без входа в зону действия ПВО противника,

4. унификация и модульность построения,

5. относительно низкая стоимость производства и эксплуатации,

6. автономность действия,

7. для УАБ, дополнительно, применение в широком диапазоне высот и скоростей, в том числе с малых и предельно малых высот,

8. применение без ограничения ТТХ самолетов-носителей,

9. минимум связи с самолетом-носителем [1].

Многие из перечисленных задач могут быть решены установкой на борт вооружения автономных инерциальных систем управления.

1.5 Разработка беспилотных летательных аппаратов в РФ и за рубежом

Рынок беспилотных летательных аппаратов — один из наиболее быстрорастущих сегментов авиационного рынка во всем мире. По прогнозам мировой печати инвестиции в эту область в ближайшее десятилетие будут исчисляться многими миллионами долларов.

На сегодняшний день разработкой БЛА для военных и гражданских целей в РФ занимается ряд фирм оборонного комплекса (ОКБ «Сокол» (Казань), НИИ «Кулон», КБ «Луч») и коммерческих организаций (ООО «ТеКнол»).

Сложно однозначно определить наиболее эффективный подход. С одной стороны, только налаженная кооперация оборонного комплекса способна создать сложный и многофункциональный БЛА, но с другой стороны, с учетом современных тенденций миниатюризации таких аппаратов, подключения частного капитала, а также простотой покупки электроники за рубежом (при условии не использования в изделиях военного назначения) задача по созданию БЛА вполне выполнима и небольшой коммерческой организацией.

1.5.1 Микро БЛА. Военное применение

В настоящее время без БЛА не обходится ни один вооруженный конфликт с участием армий развитых стран. Широкое внедрение подобных ЛА отвечает концепциям повышения автоматизации управления подразделениями и частями и сокращения потерь личного состава. Разведывательный комплекс, основанный на БЛА, служит для обеспечения командира на поле боя воздушной разведывательной информацией о текущей обстановке в его зоне ответственности. Использование такого комплекса позволяет обходиться без заявок на разведку в вышестоящий штаб (связанный с "большой" авиацией) и избавляет от ожидания результатов разведки. БЛА способны и уже активно выполняют задачи, решаемые разведгруппами.

Однако существующие БЛА и ДПЛА (дистанционно пилотируемые летательные аппараты) - это сложная, объемная техника, требующая подготовленных специалистов. Такую технику сложно разместить на переднем крае, не говоря о том, чтобы взять её с собой в разведку. Таким образом, перед разработчиками новых перспективных БЛА встала задача создания мобильных, простых в эксплуатации и дешевых средств ведения воздушной разведки.

Ещё посмотрите лекцию "3 Принципы исполнительной власти" по этой теме.

Ряд научно - исследовательских учреждений и конструкторских бюро в США и во всем мире подошли к решению этой задачи через уменьшение размеров БЛА и упрощение управления ими, наделяя их большой автономностью - мини- и микро-БЛА. Повышенный интерес в этому классу аппаратов в последнее время, согласно данным Управления перспективных исследований и разработок МО США (DAPRA), является результатом одновременного появления новых достижений в области миниатюризации компонент ЛА и новых военно-технических концепций применения таких аппаратов, лежащих в русле перспективных концепций информатизации вооруженной борьбы. Идея серии БЛА размером с ладонь (MAV - micro air vehicle), была предложена DARPA. Для оценки технической реализуемости аппаратов DARPA проводит работы по основным компонентам таких аппаратов (планеру, энергосиловой установке, двигателю, полезной нагрузке – информационным датчикам, системе управления и навигации). DARPA финансирует работы по ряду таких устройств, в том числе по лёгким батареям и пьезоэлектрическим моторам для машущих крыльев. Последние могут быть эффективны для микроаппаратов нетрадиционных  аэродинамических компоновок, осуществляющих полёт по принципу птиц или насекомых. Целевая потребность в аппаратах этого класса связывается с прогнозируемыми условиями ведения конфликтов в XXI-м веке. При этом особо выделяются боевые действия в нестандартных условиях, например, в городских [4].

Локально управляемые мини- и микро-БЛА позволят значительно уменьшить время ожидания, свойственное существующим средствам разведки, и, действуя по требованию отдельного солдата, выдавать информацию относительно окружающей обстановки, повышать ситуационную осведомленность и на этой основе повышать эффективность предпринимаемых действий, снижая требования к численности и уменьшая потери среди личного состава подразделений.

1.5.2 БЛА для задач гражданского потребителя

Кроме военных областей применения существует большое количество потенциальных коммерческих приложений БЛА. Они включают оперативный контроль движения, контроль границ, противопожарный дозор и спасательные операции, мониторинг в лесном хозяйстве, наблюдение живой природы, мониторинг и фотосъемку недвижимости и др.

1.6 Основные задачи, стоящие перед разработчиками БЛА

Почти все существующие серийные БЛА, способные решать рассмотренные задачи, имеют вес более 15 килограммов и  размеры по некоторым измерениям порядка 2 метров. Это существенно ограничивает круг их применения и увеличивает стоимость, поэтому основной тенденцией развития БЛА в России и в других странах на сегодняшний день является уменьшение стартовой массы и размеров БЛА, при сохранении большой дальности и длительности полета. Данная концепция развития выдвигает определенные требования, связанные с миниатюризацией бортовой электроники и электроники входящей в состав полезного груза, а также требования к использованию передовых технологий расчета и изготовления конструкции ЛА. В связи с этим данный класс БЛА начал формироваться совсем недавно. Несколько таких ЛА разработано американскими конструкторскими организациями, причем они применялись в военной операции против Ирака. Аналогичные работы ведутся также в Израиле, Франции и России.

Другими требованиями к проектируемым БЛА является невысокая стоимость и многофункциональность аппаратов.

Рассматриваемые тенденции характерны еще для одного из классов ЛА – мини- и микро-ИСЗ.