На беспилотной высоте

Сегодня беспилотники, или, говоря строгим языком профессионального сообщества, беспилотные авиационные системы (БАС), занимают умы куда больше, чем традиционные летательные аппараты. После COVID-19, когда мир выбрался из заточения, интерес к воздушным машинам, способным решать задачи без непосредственного участия человека, вырос в разы: причём как среди действующих, так и среди новых игроков рынка.

Cфера применения БАС почти безгранична — от складского менеджмента, доставки товаров и сельского хозяйства до пассажирских перевозок будущего. По прогнозам Droneli, глобальный рынок БАС вырастет с 26,3 млрд долл. в 2021 году до 54,6 млрд долл. в 2030-м. Только в сегменте доставки с 2021 года до первой половины 2023-го включительно рост составил 80%, и к концу этого года дроны перевезут порядка миллиона посылок. Городская аэромобильность тоже не за горами. По прогнозам Roland Berger, в 2050 году 160тыс. пассажирских беспилотников будут парить над горожанами, а выручка отрасли составит 90 млрд долларов в год.

Возможно, кто-то скажет, что картинка выглядит чересчур оптимистично, но очевидно одно: если сегодня не начать комплексно заниматься беспилотными системами, завтра можно оказаться в числе проигравших.

Комплексный подход к новой отрасли

Для МАИ как участника программы «Приоритет-2030» развитие БАС — одно из ключевых направлений. В реализации стратегического проекта «Аэромобильность» задействован целый ряд подразделений МАИ, что обеспечивает комплексный подход к решению стоящих перед университетом задач.

По сути дела, сегодня создание и эксплуатация БАС — это абсолютно новая отрасль, которая, несмотря на стремительные темпы развития, находится лишь в начале пути. Залог её успешного существования, помимо разработки и производства самих аппаратов,— это формирование инфраструктуры, появление новых образовательных программ, создание системы управления воздушным движением, развитие сертификации и послепродажных сервисов, а также системы обработки данных, получаемых с помощью беспилотников. Кроме того, российским производителям БАС приходится учитывать вопросы технологической независимости разрабатываемых решений — как в отношении программного обеспечения, так и в части компонентной базы.

Важно отметить, что проект «Аэромобильность» выходит далеко за рамки самого университета. На базе проекта создан консорциум, участниками которого стали отраслевые разработчики, производители, эксплуатанты, университеты и научные организации из разных регионов страны. Среди задач консорциума — совместное формирование научно-технологических заделов по созданию и сертификации комплексов БАС, разработке необходимых технологий и инфраструктуры для их эффективной эксплуатации, построение моделей коммерциализации и масштабирования цифровых сервисов, реализация на базе рыночного, технологического и кадрового прогнозов программ опережающей подготовки команд и лидеров изменений в области аэромобильности.

Собственные разработки

Обладая уникальными инженерными компетенциями, МАИ на базе Центра «Беспилотные летательные аппараты» (БЛА) ведёт работы по созданию новых образцов техники для разных сегментов рынка БАС. Уже готовы натурные образцы нескольких аппаратов: «Контур», «Дефектоскоп», «Агродрон», «Агроскаут» и других беспилотных воздушных судов самолётного и коптерного типа.

Центр БЛА работает в тесной кооперации с другими подразделениями университета, в том числе лабораторией «Цифровые и беспилотные технологии в сельском хозяйстве» института № 14 «Передовая инженерная школа» (ПИШ), IT-Центром, Лётно-испытательным комплексом и Сертификационным центром МАИ.

Системы беспилотного мониторинга составляли порядка 16,2% мирового рынка БАС в 2022 году. Ожидается, что совокупный среднегодовой темп роста рынка в этом сегменте составит 14,4%. Основное поле применения беспилотников этого класса сегодня — охрана промышленных объектов, а также мониторинг состояния трубопроводов и электростанций. Рост рынка значительно расширит и сферу применения таких систем.

Разработанная в МАИ система «Контур» предназначена для мониторинга охраняемого периметра.

В её состав входят несколько летательных аппаратов взлётной массой около 12 кг, наземная станция управления, посадочная площадка и специальное программное обеспечение с элементами искусственного интеллекта для оперативной обработки видеоинформации, получаемой с охраняемой территории.

Летательные аппараты способны работать в группе, а их количество может варьироваться в зависимости от потребностей заказчика. Комплекс функционирует как автономно, так и в интеграции со стационарными системами охраны и видеонаблюдения.

— «Контур» может отследить незаконные проникновения на территорию людей и транспортных средств, а также другие нарушения режима, в том числе несоблюдение правил парковки, определить потенциально опасные ситуации. Система способна обнаруживать людей, которым необходима помощь, фиксировать пронос и передачу подозрительных предметов, находить бесхозные вещи, выявлять точки задымления и так далее,— рассказывает директор Центра БЛА МАИ Юрий Бухарев.

Система «Дефектоскоп» предназначена для промышленного мониторинга: обследования промышленных объектов и оборудования и обнаружения дефектов на них. Во входящих в систему аппаратах реализована функция автономной навигации при отсутствии внешних сигналов, что актуально, например, в производственном цеху. Беспилотник пролетает по всему периметру, осуществляет съёмку и передачу изображения на наземный модуль, где происходит обработка информации и фиксация дефектов, таких как трещины, разрушения, протечки, 26 Технологии парения, а также определение показаний стрелочных и цифровых приборов.

Беспилотные системы для агросектора — один из самых многообещающих сегментов рынка БАС. К 2050 году, когда население Земли подберётся к 9 млрд, рост потребления сельхозпродукции составит 70%. Уже сегодня сельское хозяйство входит в число самых высокотехнологичных отраслей.

«Высокоточное фермерство» стремительно набирает обороты. Регуляторы ряда стран спешно вводят нормы эксплуатации агродронов, а потому беспилотники, способные в реальном времени предоставлять данные о состоянии посевов, необходимости ирригации, внесения удобрений и, кроме того, обеспечивать высокоточную посадку и обработку полей, станут мейнстримом среди фермеров.

Маёвский «Агроскаут» предназначен для автоматического обследования полей, определения всхожести культур и выявления сорняков. Беспилотник осуществляет автоматический полёт по маршруту и фотосъёмку с высоким разрешением в заданных точках. Преимуществами являются продолжительный автономный полёт, автоматическое следование рельефу и облёт препятствий. В настоящее время ведётся интеграция с сервисом компании «АссистАгро», который позволяет в автоматическом режиме оценивать состояние угодий с применением элементов искусственного интеллекта.

«Агродрон» разработан для дифференцированного точного ультрамалообъёмного внесения средств защиты растений, таких как пестициды и гербициды. Также разработка позволяет опрыскивать поля органическими удобрениями, прикормками, гормонами роста и другими средствами в жидкой форме. «Агродрон» можно применять и для аэропосева. Комплекс может выполнять свои задачи в любое время суток на местности с умеренными неровностями и перепадами высот, а также на труднодоступных для колёсной техники территориях. Программное обеспечение, установленное на БАС, предусматривает автоматический полёт и групповое применение до трёх беспилотников на одном поле.

Компоненты и цифровые платформы для БАС

В целях импортозамещения компонентов БАС в МАИ ведётся разработка и планируется организация мелкосерийного производства такой электроники для беспилотных воздушных судов, как полётный контроллер, бортовой вычислитель с нейропроцессором, регулятор оборотов электродвигателя, мобильная станция внешнего пилота.

— Указанные компоненты будут применяться при серийном производстве изделий, разрабатываемых не только в МАИ, но и в различных конструкторских бюро. Опытные образцы контроллеров в настоящее время переданы для тестовой эксплуатации компаниям — лидерам рынка в области разработки и производства БАС,— говорит главный конструктор Центра БЛА МАИ Максим Калягин.— Работы по данным направлениям выполняются в кооперации с Центром «Авионика» МАИ и внешними партнёрами.

Также осуществляется разработка автоматизированной платформы сбора, обработки, анализа и представления эксплуатационных данных парка беспилотных воздушных судов с целью поддержания их лётной годности и обеспечения технического обслуживания. Платформа позволит эксплуатанту получать объективные данные о реальном состоянии парка, планировать загрузку и оптимизировать затраты на эксплуатацию.

В ходе реализации проекта командами Центра БЛА и ПИШ МАИ разработаны структура базы данных системы, специальный программный модуль сбора информации, алгоритмы её обработки, алгоритмы предиктивной аналитики и прогнозирования состояния объекта. Созданы отдельные программные модули, обеспечивающие минимальную функциональность системы.

Помимо этого, ведутся работы по созданию других цифровых систем в рамках коммерческих заказов. В их числе — унифицированная цифровая система технического управления и контроля, предназначенная для одновременного дистанционного и непрерывного сбора данных о состоянии оборудования, сервисов и программного обеспечения.

— Система позволяет контролировать техническое состояние сетевых устройств, таких как серверы, рабочие станции, оборудование электропитания, коммутационное и другое оборудование, оснащённое сетевыми интерфейсами, а также облачных сервисов, контейнеров, виртуальных машин, операционных систем, баз данных, приложений. Разработка операционной системы реального времени призвана заместить импортные решения для обеспечения технологической независимости российских промышленных предприятий. Она будет готова к сертификационным процедурам по отраслевым стандартам разработки высококритичного ПО и как отдельный продукт, и совместно с функциональным программным обеспечением,— комментирует начальник лаборатории «Цифровые и беспилотные технологии в сельском хозяйстве» ПИШ МАИ Роман Кузин.

МАИ в центре решения вопросов сертификации

В МАИ сформирована уникальная среда для испытаний и сертификации БАС. В университете создан Сертификационный центр, который получил аттестат аккредитации в Федеральном агентстве воздушного транспорта по направлению беспилотных авиационных систем. Продолжается масштабная работа по инфраструктурному оснащению полигона на базе аэродрома Алферьево, что создаст условия для проведения всех видов испытаний и лётных экспериментов, в том числе необходимых для сертификации БАС, на современном научно-техническом уровне.

Для обеспечения безопасности полётов беспилотников запланировано оснащение аэродрома радиолокационной станцией с возможностью обнаружения и сопровождения малоразмерных летательных аппаратов. Расширены возможности по получению метеорологических и траекторных данных за счёт установки комплекса средств автоматизации обработки информации.

Также на аэродроме размещен пункт управления лётным экспериментом. Он оснащён комплексом средств автоматизации наблюдения, контроля и управления лётным экспериментом и позволяет комфортно разместиться членам испытательных бригад на время проведения работ.

Особенностью комплекса является наличие в МАИ дублирующего набора средств визуализации и контроля проведения испытаний. Это даёт возможность командам компанийразработчиков, находясь в ситуационном центре на территории МАИ, участвовать в испытаниях, проводящихся на аэродроме.

— Обеспечение соответствия сертификационным требованиям — важнейшая и неотъемлемая часть процесса проектирования новой техники. Беспилотные авиационные системы как технически сложные изделия, которые к тому же должны управляться преимущественно без участия человека, не являются в этом смысле исключениями,— отмечает директор Сертификационного центра МАИ Светлана Лунёва.— Сертифицируемость разрабатываемых БАС является залогом их безопасного и успешного применения и вывода на рынок. Выданный Росавиацией аттестат подтверждает статус МАИ как технически компетентного центра, деятельность которого направлена на вовлечение в задачи сертификации разработчиков БАС в стране. С учётом полигонной и стендовой базы МАИ, наличия квалифицированного кадрового состава и Сертификационного центра университет становится надёжным партнёром для разработчиков БАС в решении стоящих перед ними задач сертификации и испытаний.

Результаты системной работы МАИ по внедрению подходов к сертификации в деятельность профильных конструкторских бюро как неотъемлемой части разработки имеют эффект на федеральном уровне. Так, впервые проведенная университетом конференция «Сертификация БАС. Пути развития» собрала более 300 представителей отрасли, включая разработчиков, производителей, эксплуатантов БАС и руководителей профильных подразделений Минтранса России, Минпромторга России, Минэкономразвития России, Росавиации и Авиарегистра России.

Кадры по-прежнему решают всё

Привлечение студентов в новую отрасль является важной задачей проекта «Аэромобильность». Сегодня в программах МАИ по созданию беспилотников задействовано более 100 человек, и эта цифра будет расти.

В МАИ реализуется ряд магистерских программ, образовательных модулей, программ дополнительной подготовки и переподготовки кадров, а у самых успешных студентов есть шанс поучаствовать не в абстрактных рассуждениях на тему, а в работе над реальными проектами в разных сегментах новой отрасли. Важным направлением работы является взаимодействие со школьниками как из Предуниверсария МАИ, так и из других школ Северного округа Москвы. Для них проводятся мастерклассы и экскурсии, а некоторые ребята вовлекаются в проекты экосистемы аэромобильности, формируемой университетом.

Магистерская программа «Проектирование беспилотных авиационных систем» — единственная программа в России по комплексной подготовке конструкторов, охватывающая все аспекты и этапы разработки БАС и позволяющая получить наиболее обширный и полный перечень знаний и умений для дальнейшей работы на ведущих должностях в профильных отраслевых конструкторских бюро. Магистранты учатся формировать требования к БАС различного назначения, конструировать беспилотные летательные аппараты и их агрегаты, осваивают методики проектирования БЛА различных аэродинамических схем.

Программы дополнительного профессионального образования нацелены на формирование компетенций в области БАС по таким направлениям, как проектирование, применение, обслуживание, эксплуатация и сертификация. При этом программы переподготовки носят комплексный характер и, кроме профильных дисциплин, включают в себя модули, связанные с нормативными особенностями эксплуатации БАС, экономической эффективностью их применения и отраслевыми кейсами.

Кроме того, в различные направления подготовки МАИ, в том числе напрямую не связанные с беспилотниками, введены новые образовательные модули, касающиеся как эксплуатации и применения БАС в различных отраслях, так и основ их разработки, изготовления, испытаний и сертификации.

Помимо этого, МАИ всегда приветствует и поддерживает спорт: как традиционные его виды, так и новые. Студенты МАИ являются постоянными участниками и победителями всероссийских конкурсов в области беспилотных авиационных систем. В августе этого года команда МАИ по дрон-рейсингу приняла участие в шестом Международном фестивале дронов и беспилотных технологий Rostec Drone Festival. Маёвцы заняли первое место в командной гонке среди образовательных учреждений, первое место в Кубке Educational среди образовательных учреждений и второе место в личном зачёте Spec.

Университет объединяет профессионалов

В июне 2023 года МАИ заключил с Правительством Москвы соглашение о взаимодействии в сфере развития беспилотных транспортных систем. В рамках стратегического партнёрства стороны договорились о развитии городской аэромобильности и о создании на базе индустриального парка «Руднево» Центра разработки, производства, испытаний и сертификации беспилотных авиационных систем. Соглашением также предусмотрена совместная деятельность по подготовке кадров для отрасли БАС. В том же месяце было заключено соглашение с Московской технической школой о взаимодействии в развитии кадрового потенциала по направлению беспилотного транспорта.

По поручению Минобрнауки России МАИ совместно с Белгородским государственным технологическим университетом имени В.Г. Шухова участвует в создании одного из региональных центров БАС в городе Белгороде. В ноябре 2023 года МАИ выступил инициатором и провёл на своей площадке стратегическую сессию по проектированию структуры и определению приоритетных направлений развития центра. В мероприятии приняли участие ведущие представители отраслевого и университетского сообщества, реализующие проекты в области БАС.

Совместно с предприятиями и администрацией Воронежской области МАИ работает над развитием регионального рынка аэромобильных технологий, выступая в качестве не только образовательного учреждения, но и центра консолидации и формирования новых моделей применения. Имеющийся задел по разработке собственных БАС для сельскохозяйственной отрасли и специализированного программного обеспечения позволяет университету выступить экспертом и одним из соавторов региональной стратегии развития.

Также в 2023 году МАИ принял участие в запуске крупномасштабного проекта в Ямало-Ненецком автономном округе по созданию сети обучающих центров операторов БАС. Университетом совместно с Департаментом образования ЯНАО разработана и реализована программа подготовки инструкторов для обучающих центров. Навыки работы с беспилотными авиационными системами в МАИ получили более 60 преподавателей, что позволило с 2023/24 учебного года запустить в школах и колледжах региона обучение основам устройства и управления FPV-дронами. Программа реализована при непосредственном участии губернатора Дмитрия Артюхова, который во время личного визита на базу МАИ «Алферьево» высоко оценил ход подготовки инструкторов.

Проект «Аэромобильность» системно охватывает весь спектр научно-технологических и образовательных направлений в области БАС. Вокруг университета сегодня создаётся своего рода экосистема аэромобильности, призванная вовлечь как можно больше профессионалов и студентов в решение задач новой отрасли. Успешная реализация проекта открывает перед МАИ путь к лидерству на новом рынке в части образовательных программ, разработок и услуг с применением беспилотных авиационных систем.

Ольга Каюкова, Иван Носатов