В России впервые опробовали управление беспилотными летательными аппаратами через спутник, расположенный на геостационарной орбите — примерно на высоте 36 тыс. км. Ранее для таких задач использовали группировки на низких орбитах. В отличие от них, геостационарные космические аппараты благодаря огромной зоне покрытия дают более стабильную и непрерывную связь. Эта технология позволяет говорить о создании протяженных маршрутов для БПЛА — от дистанционного наблюдения за большими территориями до доставки почты и различных грузов. Подробности о решении — в материале «Известий».

Как управлять дронами через геостационарную орбиту

Специалисты Московского авиационного института (МАИ) разработали и провели испытания системы управления беспилотниками через геостационарный спутник. Новинка дает возможность контролировать дроны на значительных расстояниях, за пределами прямой радиовидимости, что открывает перспективы для беспилотной логистики в труднодоступных районах страны.

Испытания реализованы совместно с АО «Газпром космические системы» и АО «Решетнев» (входит в госкорпорацию «Роскосмос») в рамках программы «Приоритет-2030» и проекта «Бесшовная операционная среда». Цель проекта — обеспечить непрерывный обмен данными между космическими, воздушными и наземными элементами.

— Рост рынка БПЛА выявил потребность в управлении ими «за горизонтом». Сейчас большинство таких систем ограничены прямой радиовидимостью — до 40–50 км. Управление через высотные космические спутники кратно увеличит радиус действия аппаратов. Это, в свою очередь, придаст толчок развитию сферы беспилотного транспорта. Дальность полета будет ограничена только его ресурсом, — рассказал руководитель проекта, заместитель директора Центра космических технологий (ЦКТ) МАИ Александр Туров.

Фото: пресс-служба МАИ

Он пояснил, что основное преимущество связи через геостационар — высокая стабильность канала. Такие спутники остаются относительно неподвижными над одной точкой Земли, что обеспечивает большое покрытие и постоянный надежный контакт. Низкоорбитальные аппараты, в отличие от них, обслуживают гораздо меньшую область и при этом постоянно перемещаются, что требует частых переключений и усложняет протоколы передачи данных.

По словам ученого, технически связь с геостационаром обеспечивается при помощи терминала, установленного на борту дрона. Первоначально это устройство разрабатывалось для обеспечения абонентов устойчивым сигналом там, где мобильный интернет и сотовая связь ограничены. Терминал имеет антенну, автоматически наводящуюся на спутник, находящийся на геостационарной орбите.

Где востребованы дальние беспилотные маршруты

Вместе с тем, по словам Александра Турова, управление аппаратами в реальном времени через высотный спутник сопряжено с определенными сложностями. В частности, задержка сигнала составляет 0,25 секунды. Это делает невозможным непосредственное управление дроном в реальном времени для задач, требующих мгновенного отклика, например передачи видео или прямого пилотирования.

Чтобы обойти эту проблему, разработчики применили алгоритмы директорного управления, отметил ученый. Суть подхода в том, что оператор не передаёт команды в реальном времени, а указывает координаты или точки маршрута. Затем аппарат самостоятельно выполняет эти задания, используя свои исполнительные механизмы и навигационные средства.

— Программа испытаний состояла из трех этапов, — объяснил руководитель проектов ЦКТ МАИ Никита Матасов. — Первый — тестирование терминала и его проверка его соответствия техническим требованиям. В ходе второго этапа ученые отработали интеграцию спутниковой системы на беспилотник и проверили конструктивную, электрическую и программную совместимость терминала с дроном. Финальный этап включал летные испытания на аэродроме.

По результатам работ, по словам специалиста, пригодность оборудования подтвердилась. Дальнейшие испытания коснутся крупных самолетного типа дронов, которые будут эксплуатироваться на длинных маршрутах.

Эксперты прогнозируют, что прототипы регулярных линий для удаленных беспилотников появятся в России к 2027 году. Параллельно потребуется подготовить площадки для взлетов и посадок, терминалы для погрузки и разгрузки и прочую инфраструктуру. Также необходимо доработать правовую базу и правила полетов.

— Задержка сигнала — особенность связи через геостационар. Однако для некоторых задач она не критична. Например, при управлении беспилотным катером. Корректировка его курса по данным телеметрии допускает задержку в доли секунды. Технические решения для этого существуют, — пояснил директор Института цифрового неба МФТИ Юрий Хворост.

Создание терминалов для движущихся платформ представляет собой более сложную задачу, поскольку антента должна в ходе движения постоянно отслеживать положение спутника на небе. Подобные компактные надежные системы пока не получили широкого распространения на рынке, добавил он.

— Преимущество геостационарных спутников — в широкой зоне охвата (всего четыре аппарата способны охватить весь земной шар) и стабильном сигнале. Вместе с тем этот вид связи имеет прикладные и экономические ограничения, — рассказал член экспертного комитета Минцифры РФ по дорожной карте перспективных сетей мобильной связи, основатель и генеральный директор компаний «Геофотоника», Voxtellar, СИКС, эксперт рынка «Аэронет» НТИ Сергей Алексеев.

Как отметил эксперт, расстояние до геостационарной орбиты почти в 100 раз больше, чем до низких орбит, и задержка сигнала соответственно выше примерно в столько же раз. При этом уровень сигнала заметно слабее — это предъявляет серьезные требования к аппаратуре передачи и приема: по массе, размерам, энергопотреблению и цене.

— Дроны с управлением через геостационар не годятся там, где нужно быстрое реагирование на команды. Например, в условиях городской застройки. А для дистанционного зондирования они вполне подходят, — прокомментировал заместитель директора Исследовательского центра в сфере искусственного интеллекта НИЯУ МИФИ Владимир Зенин.

В частности, технологии пригодятся для мониторинга протяженных объектов — железных и автомобильных дорог, линий электропередач и трубопроводов, предположил эксперт. Также они будут полезны для изучения природных территорий, рыбопромысловых районов, ледовых полей, при широкомасштабных поисковых операциях, геологоразведке и картографии.