История технологий часто начинается с мифа, который позже становится реальностью. Константин Циолковский теоретически рассчитал солнечный парус за десятилетия до его создания, а писатели Марк Твен и Хьюго Гернсбек, по сути, описали прообразы устройств для беспроводной передачи информации за сто лет до их появления. Но, пожалуй, самая древняя и мечта человека – преодолеть пространство, не подвергая себя опасности. Летучий корабль, ковёр-самолёт, ступа Бабы-Яги – всё это было частью мифа о полёте. Сегодня эта мечта воплотилась в беспилотных летательных аппаратах (БПЛА). Их эволюция – это история о том, как магия стала инженерным искусством. В материалах цикла «Крылья будущего» студентка кафедры «Филология, лингвоэкспертология и медиакоммуникации» Тольяттинского государственного университета Анастасия Хуртина исследует, как от фантазии в сказках на ночь мы дошли до дрона, который доставляет пиццу и спасает жизни. В первом выпуске погружаемся в историю и теорию беспилотных полётов.

Изображение сгенерировано в GigaChat

Сказочные БПЛА

В сказках, которые нам читали родители, были свои «беспилотники». За Бабой-Ягой, например, прилетала ступа. Чем не тестовая версия беспилотника? Можно вспомнить сказку «Алладин и волшебная лампа» из «Тысячи и одной ночи». Главный герой – молодой парень Алладин – летал на ковре-самолёте, но ворсистый «дрон» справлялся с полётами и без пилота. От летающего ковра – к целому «Летучему кораблю»: герой этой народной сказки Дурень смастерил воздухоплавающий корабль и летал на нём по небу.

«На большом воздушном шаре»

Если сказочные прообразы были своего рода «концептом», то первым реальным шагом к беспилотному полёту стало нечто совершенно неуправляемое, но оттого не менее грандиозное. В 1783 году во Франции братья Жозеф-Мишель и Жак-Этьен Монгольфье, владельцы бумажной мануфактуры, наполнили горячим воздухом огромный полотняный шар и отпустили его в небо. Первый в истории беспилотный летательный аппарат парил в облаках целых десять минут. Вскоре в корзину поместили первых «бионавтов»: петуха, утку и барана. Этот необычный экипаж благополучно приземлился, доказав принципиальную возможность жизни в полёте без человека у штурвала. Так, почти по-сказочному, началась эра покорения воздуха аппаратами, которые могли самостоятельно подниматься в небо.

Однако чтобы мечта об управляемом полёте стала явью, потребовался ещё один прорыв. И совершил его не авиатор, а изобретатель-визионер.

В 1898 году на выставке в Мэдисон-Сквер-Гарден Никола Тесла представил публике нечто непостижимое: небольшую металлическую лодку, которая послушно плавала по бассейну, повинуясь только командам с пульта в его руках. Аппарат двигался, останавливался и даже зажигал огни по радиосигналу. В патенте к своему изобретению Тесла дал исчерпывающее название: «Метод и аппарат для управления механизмом движущихся судов или транспортных средств». По сути, он первым в мире продемонстрировал действующий прототип того, что мы сегодня называем дроном.

Схема из патента Николы Теслы «Метод и аппарат для управления механизмом движущихся судов или транспортных средств»

«Полетели коптеры, полетели сизые...»

Принцип, продемонстрированный Теслой, прошёл через войны и технологические революции, чтобы в наши дни воплотиться в целой экосистеме «умных» аппаратов. Если первые БПЛА были диковинкой, то сегодня они стали рабочими инструментами, спасателями и даже курьерами. Давайте познакомимся с обитателями современного беспилотного неба.

Взгляните на большое поле. Над ним с едва слышным жужжанием летит агродрон – целый мобильный лабораторный комплекс. Оснащённый мультиспектральными камерами и датчиками, он видит то, что скрыто от человеческого глаза: дефицит азота у растений или очаг грибковой болезни ещё до появления внешних признаков. Его задача – сканировать огромные площади и при необходимости – точечно наносить на растения средства защиты, минимизируя химическую нагрузку на почву.

Тем временем в городе или отдалённом посёлке можно увидеть другого героя – дрона-курьера. От беспилотника модели С-40.4, способного взять на борт 24 кг, до более мощного С-80.4 с грузоподъёмностью в 83 кг – эти аппараты решают логистическую задачу «последней мили». Они доставляют лекарства, экстренные посылки или продукты, обходя пробки и бездорожье.

В ситуации же, где каждая секунда на счету, в небо поднимается дрон-спасатель. Оснащённый тепловизорами и мощными прожекторами, он становится «глазами» поисковых команд там, где человеку слишком опасно или долго добираться: в горах, в зонах лесных пожаров или после стихийных бедствий. Он не заменит спасателя, но в разы увеличит его эффективность.

Все эти аппараты – часть беспилотных авиационных систем (БАС), куда входят не только сами дроны, но и наземные пункты управления, сети связи и программное обеспечение.

ИИ на страже полётов

Однако сами по себе дроны были бы просто радиоуправляемыми моделями, пусть и очень продвинутыми. Их способность самостоятельно принимать решения, избегать препятствий и адаптироваться к полётному заданию обеспечивает искусственный интеллект. Именно ИИ стал «мозгом», который превращает беспилотник из инструмента в автономного помощника. Специалисты внедряют в дроны нейронные сети, благодаря которым БПЛА могут самостоятельно планировать маршруты, контролировать неисправности, адаптироваться к погодным условиям, наблюдать за движением беспилотника и менять его маршрут, предотвращая аварийные ситуации в небе и обеспечивая безопасность.

– Искусственный интеллект очень важен в работе беспилотника, так как по статистике основным источником опасности становится человек, а не сама машина. В допущенных ошибках при сборке и подготовке дрона к полёту большую роль играет «человеческий фактор», – объясняет операционный директор «Научно-производственного центра (НПЦ) БАС Самара» Роман Еськин.

Дроны Самарской области

Чтобы такие сложные системы могли безопасно и легально работать в небе, во многих регионах России введён экспериментальный правовой режим (ЭПР). По данным министерства экономического развития РФ ЭПР будет действовать три года и позволит проводить коммерческую воздушную перевозку грузов и авиационные работы, например, по защите сельскохозяйственных культур от вредителей и охране лесов от пожаров. Самарская область стала 21-м регионом, где разрешено тестировать дроны. Благодаря ЭПР можно испытывать новые технологии, например, для коммерческой перевозки грузов или мониторинга лесов – в реальных условиях, но по особым, пока ещё не закреплённым в законах правилам.

«НПЦ БАС Самара» исследует технологические возможности беспилотной авиации в сотрудничестве с исследовательским центром в сфере искусственного интеллекта «Интеллектуальная мобильность многофункциональных беспилотных авиационных систем».

– Наш основной партнёр в сфере информационных технологий – центр искусственного интеллекта. Наше сотрудничество связано с реализацией нацпроекта «Беспилотные авиационные системы», программы экспериментального правового режима в сфере цифровых инноваций по эксплуатации БАС в Самарской области, и началось со старта работы производственной площадки в Тольятти в 2023 году, и уже есть результаты – создана система, использующая нейросеть для контроля подготовки дронов к полёту, – рассказал Роман Еськин.

Пока агродроны следят за урожаем, а дроны-курьеры – за сроками доставки, другие дроны вышли на стартовую прямую, чтобы стать быстрее, выше, сильнее. В 2022 году открылась общероссийская Федерация гонок дронов России. Её деятельность направлена на развитие гонок на спортивных FPV-квадрокоптерах и популяризацию этого высокотехнологичного вида спорта. Соревнования проходят по всей стране, а главными партнёрами Федерации стали вузы, где будущие инженеры и пилоты могут оттачивать навыки. По сути, дрон-рейсинг – это живая лаборатория для отработки пилотажа, инженерных решений и работы под экстремальной нагрузкой, результаты которой завтра могут быть применены в тех же спасательных или логистических дронах.

Кажется, что дроны стремительно «влетели» в нашу жизнь. На самом деле они прошли долгий путь от сказочных летучих кораблей до нейросетей, управляющих аппаратами в небе. За кадром этого стремительного взлёта остаётся главное – инженерная мысль, которая превращает смелую идею в работающий механизм. Об этом – в следующем выпуске цикла «Крылья будущего».