В МАИ спроектировали беспилотник для мониторинга погоды в Арктике

Специалисты Московского авиационного института и Института физики атмосферы имени А.М. Обухова РАН спроектировали уникальный для России беспилотный летательный аппарат (БПЛА) «Цимлянин». Аппарат предназначен для метеорологических исследований и мониторинга погоды в арктических широтах. В настоящее время он прошёл лётные испытания.

Работа над аппаратом ведётся в кооперации с Институтом теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича Сибирского отделения РАН и Центральной аэрологической обсерваторией.

Новый беспилотник позволит исследовать турбулентную структуру пограничного слоя атмосферы — нижней части газовой оболочки нашей планеты. В перспективе разработка может быть использована для создания сети метеорологического мониторинга в Арктике на базе БПЛА, а также оперативного отслеживания и прогнозирования ледовой обстановки вдоль Северного морского пути и в акваториях северных портов России.

БПЛА в метеорологии

Беспилотные летательные аппараты в последние годы всё чаще используются в метеорологии, в основном — с исследовательской целью, что обусловлено их экономичностью и простотой применения. Данные аэрологического зондирования на разных высотах, получаемые с них, дают исследователям существенно более полную информацию, чем точечные наблюдения на метеорологических станциях. Кроме того, использование беспилотных летательных аппаратов позволяет увеличить частоту и расширить зону измерений.

Особенно актуально использование беспилотников в труднодоступных районах, где немногочисленные метеорологические и аэрологические станции располагаются на большом расстоянии друг от друга. Именно такая проблема существует сейчас в Арктике: точность прогноза погоды здесь оказывается существенно ниже, чем в средних широтах.

Набирающее темп освоение Арктики требует повышения надёжности прогнозов таких неблагоприятных и опасных погодных явлений, как штормовое волнение, порывистость ветра, облачность, оледенение, осадки и др. Под эту специфическую задачу и создавался беспилотный аппарат самолётного типа «Цимлянин».

— Основное назначение аппарата «Цимлянин» — измерение с высокой частотой влажности, температуры и определённых параметров ветра на разных высотах в пределах 1,5 км от поверхности земли или морского льда — так называемой подстилающей поверхности, — рассказывает руководитель проекта, ведущий научный сотрудник Института физики атмосферы имени А. М. Обухова РАН Дмитрий Чечин. — Уникальной является возможность исследования с помощью беспилотника перестройки турбулентности на границе различных областей подстилающей поверхности, например суши и воды, леса и поля, воды и льда.

Характеристики аппарата

«Цимлянин» был впервые испытан на полигоне Института физики атмосферы им. А.М. Обухова РАН в Цимлянске — отсюда его название. Он представляет собой беспилотный аппарат вертикального взлёта и посадки, которые осуществляются как у коптера — за счёт работы четырёх подъёмных винтов. Полёт происходит в самолётном режиме и обеспечивается работой лишь одного толкающего винта. Такая конструкция «Цимлянина» была разработана специалистами центра компетенций «Беспилотные летательные аппараты» МАИ.

— «Гибридная» схема аппарата была выбрана из-за нескольких факторов, — говорит заместитель директора центра «Беспилотные летательные аппараты» МАИ Максим Калягин. — В первую очередь, её преимущество заключается в мягком и контролируемом режиме взлёта и посадки, что снижает риск повреждения дорогостоящей аппаратуры на борту. «Цимлянин» не требует специальных взлётно-посадочных площадок, что облегчает его использование в условиях Арктики. Кроме того, при стандартной коптерной схеме вращающиеся винты создают возмущения воздушных потоков, что влияет на показания датчиков. «Гибридная» схема практически лишена этого недостатка.

Размах крыла «Цимлянина» составляет 2,4 м, масса полезной нагрузки — до 1,5 кг, крейсерская скорость — до 20 м/с, а продолжительность полёта превышает 60 мин. Аппарат оборудован автопилотом и может выполнять полёт по заранее заданному маршруту. Некоторые из метеорологических приборов, установленных на его борту, являются уникальными и разработаны специально для данного беспилотника.

Помимо конструкции БПЛА, специалисты Московского авиационного института отвечали за его электронную «начинку», позволяющую получать, обрабатывать и запоминать информацию с датчиков, передавая её в реальном времени на наземные пункты мониторинга. Эта часть работ проводилась под руководством доцента кафедры 704 «Информационно-управляющие комплексы летательных аппаратов» МАИ Николая Бодункова.

Перспективы проекта

Работы над проектом ведутся за счёт гранта Российского научного фонда.

Сейчас исследователи проводят эксперименты по сбору информации с помощью беспилотника и передаче её на наземные пункты, а также занимаются изучением энергообмена над полыньями и разводьями, которые образуются на полях морского льда. В дальнейшем планируется разработка математической модели и программного обеспечения, повышающих точность метеорологического прогнозирования в Арктике.

Следующий этап — создание пилотной зоны метеорологического мониторинга в арктических условиях с помощью БПЛА. Предполагается, что использование подобных «летающих метеостанций» позволит повысить точность прогнозирования различных погодных явлений в Арктике на 10%, что увеличит безопасность как мореплавания, так и авиационных перелётов в регионе. В таком результате заинтересованы крупнейшие отечественные компании, осуществляющие эксплуатацию ледокольного транспорта, морские изыскания, добычу природного газа, а также российские аэропорты, Росгидромет, МЧС и Минобороны России.