Военно-морские силы США продемонстрировали технологию, позволяющую беспилотным летательным аппаратам самостоятельно возвращаться на движущиеся корабли без GPS и управления человеком. Вместо спутниковой навигации система использует бортовые камеры, датчики движения и специальное программное обеспечение, которое помогает аппарату определить положение судна и рассчитать момент посадки.
Разработкой занимается Центр авиационных систем Военно-морских сил США (Naval Air Warfare Center Aircraft Division, NAWCAD). Новая технология призвана упростить эксплуатацию беспилотников в условиях, когда спутниковые сигналы недоступны или подавляются средствами радиоэлектронной борьбы.
Как беспилотник садится на движущийся корабль без GPS
Посадка беспилотника на корабль — гораздо более сложная задача, чем может показаться. Судно постоянно движется под воздействием волн: палуба поднимается и опускается, наклоняется и смещается относительно окружающего пространства. Аппарату необходимо не просто найти подходящую площадку, но и точно рассчитать траекторию снижения с учётом этих изменений.
Ранее для автономной посадки применялись специальные радиолокационные системы, установленное на корабле оборудование и дополнительные средства обеспечения посадки. Такие решения требуют значительных затрат и иногда предполагают модификацию самого судна.
Инженеры NAWCAD предложили иной подход — перенести основную часть навигационных задач в программное обеспечение, работающее непосредственно на борту беспилотника.
Во время полёта камеры распознают очертания корабля и характерные визуальные элементы. Алгоритмы обработки изображений используют эту информацию, чтобы определить взаимное положение аппарата и судна. Одновременно датчики движения помогают оценивать динамику полёта.
На заключительном этапе система рассчитывает, как перемещается палуба, и прогнозирует её дальнейшее движение. Благодаря этому беспилотник может выбрать подходящий момент для касания, даже если корабль продолжает раскачиваться на волнах.
Таким образом, аппарату больше не требуется полагаться исключительно на координаты, получаемые от спутников, или на радиолокационное оборудование, установленное на судне.
Меньше оборудования — больше возможностей
Одно из главных преимуществ новой разработки заключается в том, что она использует относительно доступные компоненты: стандартные камеры, датчики движения и бортовую электронику. Это потенциально позволяет отказаться от дорогостоящих радиолокационных комплексов и сократить объём доработок кораблей.
По данным NAWCAD, программная система рассчитана на совместимость практически с любыми бортовыми вычислительными системами управления беспилотниками. Если эта универсальность подтвердится в ходе дальнейших испытаний, внедрять технологию можно будет преимущественно посредством обновления программного обеспечения.
Это особенно важно для небольших кораблей, на которых мало места для установки дополнительного оборудования. Кроме того, сокращение зависимости от специализированной инфраструктуры позволит расширить возможности применения беспилотников на различных типах судов.
В 2006 году ВМС США уже провели первые автономные посадки беспилотников RQ-8A Fire Scout на движущийся корабль USS Nashville. Однако тогда для отслеживания положения летательного аппарата относительно полётной палубы использовалась радиолокационная система, установленная на судне. Новая разработка позволяет перенести значительную часть этих функций на борт самого беспилотника.
Зачем нужна посадка без спутниковой навигации
GPS широко применяется для определения местоположения, навигации и управления беспилотными аппаратами. Однако в условиях военного противостояния спутниковые сигналы могут оказаться недоступными из-за помех или намеренного подавления.
Поэтому способность ориентироваться без GPS становится важным требованием к автономным системам. Как отметил командующий NAWCAD контр-адмирал Тодд Эванс (Todd Evans), автономность даёт морякам существенное преимущество в районах, где спутниковая навигация и связь подвергаются подавлению.
Аэрокосмический инженер NAWCAD Питер Арсланян (Peter Arslanian) также подчеркнул, что в крупномасштабном морском конфликте спутниковая навигация может оказаться одной из первых целей противника.
В подобных условиях автономная посадка позволит беспилотникам возвращаться на корабли без необходимости поддерживать непрерывную связь с оператором или использовать спутниковые координаты. Это повысит устойчивость таких систем к внешним помехам и расширит возможности их применения в море.
При этом отказ от GPS не означает полной независимости от внешних условий: качество работы камер, точность алгоритмов и способность системы справляться со сложной обстановкой по-прежнему имеют большое значение.
От малых беспилотников к более крупным аппаратам
NAWCAD планирует распространить технологию на более крупные беспилотные летательные аппараты, в том числе предназначенные для доставки грузов подразделениям в полевых условиях.
Разработку намерены передать нескольким программам ВМС США. Среди них — программа малых тактических беспилотных авиационных систем (Small Tactical Unmanned Aircraft Systems, STUAS) и программа Collaborative Combat Aircraft (CCA), предусматривающая создание беспилотных летательных аппаратов для совместных действий с пилотируемой авиацией.
Технология также может пригодиться в проекте EVADE (Early VTOL Aircraft Demonstration) Управления перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США (DARPA). Его цель — создание беспилотников с вертикальным взлётом и посадкой, способных работать с корабельных палуб без специального оборудования для запуска и приёма.
Если эти направления получат развитие, автономная посадка может стать универсальной функцией для беспилотников разных классов — от небольших тактических аппаратов до более крупных машин, выполняющих транспортные и другие задачи.
Что будет дальше
По информации NAWCAD, первоначальная лётная демонстрация завершена, а программное обеспечение готово к испытаниям на авиационных платформах действующего флота. В разработке участвовали Программа военно-морских инновационных исследований и разработок (Naval Innovative Science and Engineering Program) и Управление военно-морских исследований США (Office of Naval Research).
Однако предстоит проверить, насколько надёжно система работает в реальных условиях эксплуатации, при различных погодных условиях и движении корабля. Успешная демонстрация технологии ещё не означает, что она уже внедрена на флоте.
Если дальнейшие испытания подтвердят её эффективность, ВМС США смогут упростить использование беспилотников на кораблях, уменьшить зависимость от дорогостоящей инфраструктуры и повысить устойчивость автономной авиации к подавлению спутниковой навигации.
Главная особенность разработки заключается в том, что сложную задачу, ранее требовавшую специализированного оборудования, инженеры пытаются решить преимущественно с помощью бортовых датчиков и программных алгоритмов. Именно такой подход может сделать автономные беспилотники более универсальными и доступными для применения в морских условиях.
