1 учебный вопрос: «История возникновения и развития робототехнических авиационных комплексов» Давайте, с самого начала рассмотрим определение БПЛА и их предназначение. БПЛА (беспилотные летательные аппараты) – это летательные устройства, на борту которых нет экипажа. Они удалённо управляются оператором при помощи радио или интернета, либо двигаются самостоятельно, выполняя заложенную в них программу. В примерном ключе даёт определение БПЛА Воздушный кодекс РФ – «БПЛА – воздушное судно, управляемое, контролируемое в полёте пилотом, находящимся вне борта такого судна (внешний пилот). В просторечье БПЛА называют беспилотниками или дронами (от англ. Drone – «трутень»). По своему предназначению БПЛА делятся прежде всего на гражданские и военные и имеют очень широкий спектр применения, как в гражданской, так и в военной области. Гражданская сфера применения: - аэрофотосъёмка местности, картография; - доставка небольших грузов; - поисковые работы (МЧС); - мониторинг окружающей среды; - использование в строительстве, энергетике, сельском хозяйстве; - развлечения, хобби; Военная сфера: - разведка, наблюдение, объективный контроль; - управление огнём и целеуказание; - ретрансляция радиосигнала; - постановка радиопомех; - доставка грузов; - ударные функции. Такие системы не являются изобретением 21 века. Человек с античных времён задумывался над этой идеей. Но в практическую плоскость проблема по настоящему перешла только на рубеже 19 и 20 веков. Одним из первых и самых результативных исследователей, пытавшихся воплотить эту идею в жизнь, был знаменитый учёный и изобретатель Никола Тесла. В 1898 году, в Нью-Йорке Тесла продемонстрировал действующую модель беспилотного радиоуправляемого корабля. Это был корабль, а не летательный аппарат, тем не менее, учёный создал серьезный задел для дальнейших исследований, направленных именно на дистанционное управление. Проект по ряду причин не получил дальнейшего развития, но сама идея в ходе научно-технического прогресса привела к созданию беспилотных систем различных типов. В 1917 году был построен «Автоматический аэроплан Хьюитта-Сперри». Правда, он не соответствовал концепции Теслы, вместо радиоуправления у него были установлены специально настраиваемые гироскопы. Это был беспилотный самолёт-снаряд, который должен был запускаться с корабля-носителя по целям, находящимся на берегу. Из-за многочисленных неудач программа испытаний в 1922 году была закрыта. В 30-х годах прошлого столетия англичане произвели дрон, который назывался DH.82B Queen Bee. Это был биплан, собранный из двух самолётов. Он управлялся радиопередатчиком на вакуумных электронных лампах и электромеханических реле. Дрон использовался в военной авиации, но не в качестве оружия, а как мишень для обучения пилотов воздушному бою. Во время Второй мировой войны немецкие учёные разработали самый известный прототип БПЛА – самолёты-снаряды типа “Фау”, что, безусловно, придало мощный импульс развитию не только ракетной техники, но и беспилотных авиационных систем. С этого времени разработка, производство и применение дронов почти полностью перешли в военную сферу. К началу 70-х годов изыскания в области создания эффективных беспилотных авиационных систем проводились во всех развитых странах, но особый интерес к их созданию проявляли самые главные геополитические соперники – СССР и США. Американцы в это время создали ряд перспективных моделей, например разведывательный БПЛА Ryan Model 147E, который применяли в реальных боевых условиях во Вьетнаме. Советский Союз не отставал от вероятного противника, примерно в тот же период в СССР были построены, испытаны и приняты на вооружение оперативно-тактические разведывательные дроны КБ Туполева – Ту-123 «Ястреб», Ту-141 «Стриж» и Ту-142 «Рейс». В начале 80-х годов прошлого века в разработке дронов произошел качественный скачок, связанный с появлением и быстрым развитием полупроводниковой электроники. Новые технологии привели к очень важным изменениям в развитии БПЛА – они стали существенно меньше и легче. Уже в ходе Ливанской войны 1982 года Израиль стал применять дроны собственного производства IAI Scout и Tadiran Mastiff. Это были абсолютно новые разработки, в отличие от переделанных самолётов. Размах их крыльев не превышал пяти метров, а вес составлял около 100 кг. Примерно в это же время США активно включились в разработку БПЛА принципиально нового типа. Самыми известными из них сегодня являются стратегические БПЛА RQ-4 Global Hawk, MQ-1B Predator и MQ-9 Reaper. Сегодня ведущими державами в производстве беспилотных авиационных систем различного назначения являются США, Турция, Израиль, Иран. Россия традиционно выбрала свой собственный подход к развитию БПЛА. Основные усилия наших разработчиков сосредоточены на развитии оперативно-тактических многоцелевых БПЛА, а также барражирующих боеприпасов. Мы знаем, что дроны разных типов стали применяться в боевых действиях уже достаточно давно. Но именно в ходе специальной военной операции БПЛА, без преувеличения, совершили настоящую революцию в военном деле и принципиально изменили картину поля боя, особенно на сухопутном театре военных действий. Сегодня на фронтах применяются дроны самых разных типов в огромных количествах. Важной особенностью применения современных дронов является переоборудование коммерческих и абсолютно гражданских моделей в грозное боевое оружие. Развитие современных технологий сделало изготовление таких дронов абсолютно доступным, сегодня они собираются практически в полевых условиях и являются расходным материалом. Уже сейчас можно утверждать, что их распостранение в боевых действиях вызовет серьезные изменения в организационно-штатной структуре боевых частей, разработке новой тактики, средств противодействия дронам, в том числе РЭБ, появлению новых воинских учётных специальностей и даже новых подразделений. 2 учебный вопрос: «Классификация БПЛА, общее устройство и тактико-технические характеристики отдельных образцов» В этой части занятия мы вкратце познакомимся с классификацией дронов, разберемся с их общим устройством и рассмотрим тактико-технические характеристики некоторых образцов БПЛА. Виды беспилотных летательных аппаратов По принципу полёта БПЛА делятся на 5 групп. Из них 4 группы относятся к дронам аэродинамического типа. 1. С жёстким крылом (самолётный тип). 2. С гибким крылом. 3. С вращающимся крылом (вертолётный тип). 4. С машущим крылом. 5. Аэростатические. Кроме перечисленных групп можно выделить ещё одну условную группу – это гибридные БПЛА, совмещающие несколько типов. По типу управления. 1. Автоматическое управление. 2. Управляемые оператором с пункта управления. 3. Смешанного типа. Классификация БПЛА (Принятая в России, применяется к БПЛА военного назначения) 1. Микро- и мини-БПЛА ближнего радиуса действия – взлётная масса до 5 кг, дальность действия до 25 – 40 км. 2. Лёгкие БПЛА малого радиуса действия – взлётная масса 5 – 50 кг, дальность действия 10 – 70 км. 3. Лёгкие БПЛА среднего радиуса действия – взлётная масса 50 – 100 кг, дальность действия 70 – 150 км. 4. Средние БПЛА – взлётная масса 100 – 300 кг, дальность действия 150 – 1000 км. 5. Средне-тяжёлые БПЛА – взлётная масса 300 – 500 кг, дальность действия 70 – 300 км. 6. Тяжёлые БПЛА среднего радиуса действия – взлётная масса более 500 кг, дальность действия 70 – 300 км. 7. Тяжёлые БПЛА большой дальности – взлётная масса более 1500 кг, дальность действия около 1500 км. 8. Беспилотные боевые самолёты – взлётная масса более 500 кг, дальность действия около 1500 км. ВАЖНО! Если Вы собираетесь пользоваться беспилотным летательным аппаратом в частном порядке, то должны знать, что использование БПЛА в нашей стране строго регламентировано законом. Воздушный кодекс РФ требует обязательной постановки на учет БПЛА взлётной массой от 0,15 до 30 кг через портал Госуслуги, а аппараты более 30 кг подлежат обязательной государственной регистрации (как транспортные средства), требуют наличия сертификата лётной годности и свидетельства внешнего пилота. Общее устройство беспилотного летательного аппарата 1. Корпус (фюзеляж). 2. Источник (аккумулятор, солнечная батарея, топливные элементы). 3. Двигательная установка (электродвигатель, внутреннего сгорания, воздушно-реактивный). 4. Навигационная система (датчики: гироскоп, акселерометр, альтиметр, ГЛОНАСС/GPS). 5. Система управления (контроллер, автопилот, бортовой компьютер). 6. Система связи (радиоприёмник, ретранслятор, радиопередатчик). 7. Съёмочная аппаратура (видеокамера, тепловизор). 8. Другие приборы и устройства (подбираемые под конкретные задачи). Тактико-технические характеристики некоторых образцов БПЛА DJI Mavic 3pro (квадрокоптер потребительского типа) 1. Взлётная масса – 958 г. 2. Высота взлёта – 6.000 м. 3. Время полёта – 43 минуты. 4. Дальность полёта –5 км. 5. Время зависания – 37 минут. Широко используется на специальной военной операции с обеих сторон из-за невысокой стоимости и доступности. Помимо разведывательных и наблюдательных задач может дооборудоваться системами сброса и использоваться в качестве ударного дрона. БПЛА «Ланцет-3» (одноразовый ударный дрон) 1. Взлётная масса – 12 кг. 2. Масса боевой части – 5 кг (осколочно-фугасный заряд). 3. Максимальная скорость – 110 км/ч. 4. Дальность полёта – 40 км. 5. Длительность полёта – 1,5 часа. 6. Тип запуска – катапульта. БПЛА «Герань-2» (барражирующий боеприпас) 1. Взлётная масса – 200 кг. 2. Масса боевой части – 50 кг (фугасный боеприпас). 3. Длина – 3,5 м. 4. Размах крыла – 2,5 м. 5. Скорость – 180 км/ч. 6. Дальность полёта – до 2.500 км. БПЛА «Орион» (комплекс воздушной разведки) 1. Взлётная масса – 1.200 кг. 2. Радиус действия – 250 км. 3. Практический потолок – 7.500 м. 4. Продолжительность полёта – 24 часа. 5. Размах крыла – 16 м. 6. Длина – 8 м. 7. Скорость – 120 – 200 км/ч. Комплекс «Орион» состоит из 6 БПЛА, радиомодуля, операторского модуля и модуля управления взлётом и посадкой. БПЛА С-70 «Охотник» (тяжёлый разведывательно-ударный дрон. Интегрирован в общую систему с истребителем Су-57) 1. Взлётная масса – 25.000 кг. 2. Длина – 14 м. 3. Размах крыла – 19 м. 4. Боевая нагрузка – 2.800 кг. 5. Максимальная скорость – 1.400 км/ч. 6. Практический потолок – 18.000 м. 7. Дальность полёта – 6.000 км. Рассмотрим несколько примеров БПЛА военного назначения иностранного производства: БПЛА «Хароп» (барражирующий боеприпас, Израиль) 1. Взлётная масса – 135 кг. 2. Длина – 2,5 м. 3. Размах крыльев – 3 м. 4. Крейсерская скорость – 185 км/ч. 5. Дальность полёта – 200 км. 6. Дальность радиоконтроля – 200 км. 7. Время полёта – 6 ч. 8. Масса боевой части – 16 кг. БПЛА «Байрактар ТБ2» (ударный оперативно-тактический средневысотный дрон, Турция) 1. Взлётная масса – 650 кг. 2. ДВС – мощность 100 л.с., с воздушным винтом толкающего типа. 3. Ёмкость топливного бака – 300 л. (АИ-95) 4. Максимальная скорость – 222 км/ч. 5. Радиус управления с наземной станции – 150 км. 6. Рабочая высота – 5.500 м. 7. Максимальный потолок – 8.200 м. 8. Масса боевой части – до 150 кг. 9. Автономность – до 27 часов. БПЛА «Глобал хок» (стратегический разведывательный БПЛА, США) 1. Масса в снаряженном состоянии – 10.387 кг. 2. Размах крыла – 35,41 м. 3. Максимальная скорость – 800 км/ч. 4. Радиус действия – 25.000 км. 5. Длительность полёта – 36 часов. 6. Максимальный потолок – 20.000 м. 3 учебный вопрос: «Конструктивные особенности БПЛА квадрокоптерного типа» В этой части занятия мы кратко ознакомимся с общим устройством квадрокоптера и на практике потренируем навыки управления дроном. КВАДРОКОПТЕР – БПЛА с четырьмя пропеллерами, который управляется оператором при помощи пульта дистанционного управления с земли. Как правило, на дрон устанавливается минивидеокамера, позволяющая вести съёмку в полёте и передавать её оператору в режиме реального времени. Принцип работы Винты своим вращением создают общую вертикальную тягу (как у вертолёта). Расположение винтов позволяет стабилизировать устойчивое положение дрона в полёте. Изменение вектора тяги винтов позваляет маневрировать в горизонтальной плоскости, изменять угол полёта, поворачивать дрон. Устройство 1. Рама – это корпус квадрокоптера, его основа. Краме присоединяются все элементы дрона. Главные показатели при выборе рамы – она должна быть прочной и лёгкой. 2. Контроллер – это «мозг» коптера. Его функии: координация, управление и стабилизация полёта. К нему подсоединяют барометр, альтиметр, GPS-приёмник, акселерометр и электромоторы. 3. Моторы. Бесколлекторные – устанавливаются на дорогие модели. Обеспечивают хорошую тягу, долго работают, хорошо управляются. Коллекторные – устанавливаются на простых недорогих моделях. Хороши для микро- и мини-аппаратов. 4. Аккумуляторы – в основном литий-полимерные (Li-Po). Хороши тем, что имеют низкий уровень саморазрядки, используются в широком диапазоне температур. 5. Пропеллеры – самая расходная часть коптера. Бывают двух и трёхлопастные, работающие по часовой стрелке или против часовой. 6. Электронный регулятор скорости – обеспечивает передачу оборотов на на мотор в необходимом оператору количестве. 7. Дополнительные элементы – различное навесное оборудование – видеокамеры, тепловизоры, устройства для сброса. 8. FPV- шлем-очки – имеется у дорогих моделей. Существенно улучшает управление дроном, так как оператор видит картину от первого лица, как в реале. В боевых действиях такие коптеры используются в качестве дронов-камкадзе. А теперь мы с вами попрактикуемся в управлении самым простым квадрокоптером. (Описание практической части в приложении №1 «Методические рекомендации по проведению практических полётов квадрокоптера на уроках ОБЗР».) Заключительная часть (рефлексия, краткое подведение итогов, объявление отметок за работу на уроке): Перед завершением нашего урока я прошу вас письменно ответить на несколько вопросов. (Преподаватель раздаёт бланки и диктует вопросы.) 1.Что нового я сегодня узнал на уроке? 2. Что мне понравилось на уроке? 3. Что мне не понравилось? 4. Что ещё я хотел бы узнать по этой теме? Преподаватель кратко подводит итоги занятия, отмечает учащихся, проявивших активность на уроке, при необходимости объявляет оценки за работу на уроке. Объявляет домашнее задание: Подготовить доклад или презентацию на выбор по темам: 1. Применение роботизированных систем в военно-морском флоте. Безэкипажные катера (БЭК). 2. Применение грунтовых роботизированных систем в боевых действиях на сухопутных театрах военных действий. Объявляет об окончании урока. Приложение №1 Методические рекомендации по проведению практических полётов квадрокоптера на уроках ОБЗР Для качественного проведения практической части урока по указанной теме, необходимо иметь рабочий квадрокоптер. При выборе квадрокоптера для проведения уроков необходимо помнить некоторые важные вещи: 1. Законодательство РФ строго регламентирует использование беспилотных летательных аппаратов в воздушном пространстве России, поэтому, прежде чем использовать дроны в учебном процессе, убедитесь, что своими действиями не совершаете правонарушения. Для этого необходимо использовать дроны, разрешённые в РФ, например производства компаний Syma, GoPro Karma, Yuneec, DJI (Inspire, Mavic, Phantom 2,3,4), а также Геоскан-Пионер и некоторых других отечественных производителей. 2. Помните, что на дроны взлётной массой от 0,15 кг и до 30 кг необходимо получать официальное разрешение на полёты в соответствующем органе государственного контроля. В связи с этим рекомендуется использовать самые малые квадрокоптеры (0,115 кг), представленные в свободной продаже в магазинах бытовой электроники. Они имеют ряд преимуществ кроме того, что на их полёты не требуется разрешение. Их средняя цена составляет 5000 рублей, они просты в управлении, быстро приводятся в предполётную готовность. Кроме того, расходные материалы для них (пропеллеры), а также дополнительные аккумуляторы можно свободно приобрести в сети интернет. 3. Дроны уже имеют предустановленную видеокамеру, в связи с этим, напомню, что видеосъёмку с дрона можно осуществлять только по разрешению, аналогичному разрешению на полёты. Поэтому, если будете использовать дрон на открытом пространстве, например, на пришкольной территории, лучше закрыть камеру на время полётов. В пределах прямой видимости дроном можно управлять и без камеры. 4. Для совершения полётов в помещении существуют специальные полётные зоны, так называемые кубы – сборные конструкции из металлических труб, обтянутые по периметру мягкой сеткой, размером 3х3х3 м. Но необходимо учитывать, что стоимость такого сооружения начинается от 80000 рублей. Поэтому, практическую часть урока лучше проводить в спортивном зале или школьном холле. 5. Накануне проведения занятия необходимо зарядить аккумуляторы дрона (в комплекте их два), каждый аккумулятор расчитан примерно на 18-20 минут полёта. 6. Перед началом практической части необходимо довести до учащихся меры безопасности при обращении с дроном. Несмотря на легкость конструкции, он способен причинить небольшие травмы за счёт высокой скорости вращения пропеллеров. После этого также необходимо провести краткий инструктаж по управлению дроном при помощи пульта дистанционного управления. 7. Первый полёт дрона на уроке должен совершить преподаватель, исходя из принципа обучения «Делай как я», поэтому, накануне проведения занятия лучше потренироваться. 8. Использовать квадрокоптер такого типа возможно не только на уроках ОБЗР в рамках соответствующего модуля, но и на других мероприятиях, связанных с предметом ОБЗР, таких как Зарницы, военно-спортивные эстафеты, соревнования операторов дронов, показательные выступления. 9. За время одного урока очень сложно добиться 100-% охвата учеников класса в освоении практических навыков управления дроном, поэтому целесообразно провести по этой теме дополнительное практическое занятие во внеурочное время. опорный конспект