Что ученые КФУ делают для усовершенствования беспилотных летательных аппаратов

Мы продолжаем рассказывать о работе ученых КФУ в OpenLabs. Сегодня речь пойдет о лабораториях, в которых разрабатываются системы связи, накопители энергии и моделируется местность для беспилотных летательных аппаратов. О сути деятельности в рамках данных OpenLabs мы поговорили с руководителем проектов, ведущим научным сотрудником КФУ, доцентом Дмитрием Чикриным.

Как выяснилось в ходе беседы, в разработке устройств, необходимых для усовершенствования работы беспилотных летательных объектов (БПЛА), принимают участие не только люди, имеющие ученую степень, но и студенты Высшей школы информационных технологий и информационных систем.  На базе ряда кафедр ИТИС было создано студенческое конструкторское бюро, работа в котором обеспечивает ребятам хороший старт в начале их профессионального пути.

Переходя непосредственно к рассказу о проектах, разрабатываемых в рамках данных лабораторий, необходимо, прежде всего, упомянуть, что их три: «Андромеда», «Радуга» и «Маховик». А теперь подробнее.

Андромеда

Проект «Андромеда» подразумевает разработку систем связи для беспилотных летательных аппаратов. По словам Дмитрия Чикрина, много внимания сейчас уделяется эффективной работе БПЛА малых и микро-размеров, которые не несут на себе двигателя внутреннего сгорания.  Радиус покрытия такого БПЛА составляет максимум 2-3 километра, поскольку они ограничены емкостью установленного в них аккумулятора, заряда которого хватает всего на 40 минут. В связи с этим для того, чтобы обеспечить адекватную разведку местности, запускают большое количество «беспилотников». При этом их работа должна быть максимально результативной. Перед учеными встает вопрос об обеспечении адекватной связи для передачи «тяжелых» файлов, в частности, видео высокой четкости.

Основная проблема заключается в неустойчивости системы связи в условиях приема информации с большого количества «беспилотников». Учитывая высокую стоимость БПЛА, прежде чем проводить испытания в реальности, нужно понять, будет ли работать все необходимое оборудование.

В рамках проекта «Андромеда» разрабатывается программное обеспечение, позволяющее выявить недостатки системы связи, которые могли бы нарушить стабильность ее работы, а, следовательно, внести в нее усовершенствования. Возможность обнаружить ошибки заранее появляется благодаря тому, что данное программное обеспечение с высокой точностью воспроизводит реальную обстановку: местность, предполагаемые места расположения оборудования – видеокамер, БПЛА. Все оборудование работает так, как это было бы в жизни. Происходит не моделирование, а эмулирование реальной среды эксплуатации для анализируемого беспроводного оборудования.

Маховик

Как уже упоминалось выше, у малых и микро БПЛА есть существенный недостаток: малый радиус покрытия местности, связанный с небольшой емкостью аккумулятора. Решением этой проблемы занимаются ученые и студенты в рамках проекта «Маховик». 

На базе лаборатории создается программное обеспечение, позволяющее моделировать маховик – высокоемкий миниатюрный кинетический накопитель энергии – с определенными заданными параметрами. 

Принцип работы маховичных накопителей энергии основан на раскручивании тела за счёт внешней энергии. При разгоне происходит постепенное накопление энергии, которую затем можно отдавать в виде электрической или механической энергии за короткое или длительное время. Он соединен с электрической машиной, от которой и заряжается и посредством которой разряжается. Количество запасённой энергии в маховике зависит от массы, геометрических размеров и скорости вращения.

Традиционно, супермаховик имеет вид барабана, расположенного для снижения потерь на трение в вакуумной камере. Для изготовления маховика могут быть использованы как традиционные стальные или титановые ленты, так и современные карбоновые и даже алмазные нити навитые на упругий центр материалов с высокой одноосной прочностью.

Перспективным также является использование технологий «гибкого маховика» и использования энергии заряженного вращающегося тела. Эти методы позволяют снизить себестоимость изготовления, повысить КПД и позволяет вырабатывать энергию уже во время раскрутки.

Использование традиционных аккумуляторов для БПЛА способно обеспечить порядка до 0,5 МДж\кг удельной энергоемкости, что по данным xcopterCalc для конкретной модели обеспечит время полета около 30 минут для 10-килограммового БПЛА. При тех же габаритах и равноценном весе маховик способен обеспечить около полутора часов, что принципиальным образом расширяет сферу применения современных беспилотных платформ различных типов.

Радуга

Работа в рамках проекта «Радуга» предполагает решение задач синтеза и преобразования изображений различных спектральных диапазонов от космических средств наблюдения. Научными сотрудниками КФУ совместно со студентами ведется разработка программного обеспечения для динамического обновления 3D-модели местности и взаимного дополнения изображений, полученных в различных спектральных диапазонах – оптическом, спектральном и инфракрасном. Кроме того перед исполнителями проекта стоят задачи по созданию системы для распознавания и классификации объектов, в том числе определения границ распространения техногенных аварий (очагов возгорания, химических облаков и пр.).