Создание беспилотных воздушных судов тяжёлого класса гражданского применения – приоритетная функция ОКБ им. М.П. Симонова. В России нет аналогов данного аппарата. Основные потребители – обладающие протяженными и удаленными инфраструктурами государственные ведомства и коммерческие организации. Назначение БВС – многоспектральный воздушный мониторинг, информационное обеспечение поиска и спасания, доставка грузов. В статье опубликованы особенности функционала беспилотных воздушных судов.
Ключевые слова: беспилотная авиационная система, беспилотное воздушное судно, воздушный мониторинг, ледовая разведка, арктический регион, информационное обеспечение шельфовой добычи, нефтегазовая отрасль
Keywords: ecological research, mercury, cadmium, small nation, Yamalo-Nenets Autonomous District.
Актуальность и востребованность применения
«Стратегия национальной безопасности Российской Федерации до 2020 года» определяет необходимость развития системы обеспечения национальной безопасности, одной из важнейших задач которой является обеспечение безопасности хозяйственной деятельности в районах шельфовой добычи углеводородов для нефтегазовой отрасли [1]. Для эффективной реализации путей обеспечения безопасности (в т.ч. непрерывный контроль обстановки, круглосуточная охрана объектов, прогнозирование и оперативный мониторинг чрезвычайных ситуаций) целесообразно применение систем информационного обеспечения по критерию «стоимость-эффективность».
Для обеспечения безопасности проведения сейсморазведочных, буровых работ и планирования оптимального периода работы при освоении нефтегазовых участков на континентальном шельфе арктических морей, необходимо выполнение оперативного гидрометеорологического мониторинга [2, 3, 4]. Специалистами ФГБУ «ААНИИ» отмечается [2], что для обнаружения потенциального возможного распространения айсбергов или их обломков, а также обнаружения отдельно плавающих льдин, требуется проводить регулярный радиолокационный мониторинг на основе изображений высокого разрешения (18-30 м) и сочетать его с математическим моделированием дрейфа ледовых объектов Радиолокационные данные также используются при выборе стратегии ледового менеджмента по защите буровой платформы от айсберговых угроз.
Как отмечается в работе [5], в настоящее время в ФГБУ «ААНИИ», который сотрудничает с крупнейшими газо- и нефтедобывающими компаниями по обеспечению гидрометеорологической и ледовой информацией, основным информационным источником являются данные спутниковых радиолокаторов высокого разрешения. К сожалению, российских радиолокаторов высокого разрешения на космических орбитах в настоящее время не имеется. В 2014 году состоялся запуск отечественного метеоспутника «Метеор-М» №2 с бортовым радиолокатором X-диапазона «Северянин-М». Однако из-за технических проблем, возникших при раскрытии антенны, радиолокатор не может обеспечить высокое пространственное разрешение. В связи с этим, для мониторинга ледовой обстановки российским специалистам (ФГБУ «ААНИИ», ФГУП «Атомфлот») приходится закупать дорогостоящую информацию зарубежных радиолокационных спутников – канадского Radarsat-2, немецких TerraSAR-X, Tandem-X, итальянских COSMO-SkyMed.
Информационное обеспечение при развитии шельфовых проектов, в т.ч. арктического шельфа в интересах нефтегазовых компаний (Газпром, Роснефть, Лукойл, Новатэк), необходимо для безопасной круглогодичной проводки транспортных судов (танкеров) по Северному морскому пути при вывозе нефти, сжиженного природного газа, газового конденсата (с месторождений «Приразломная», Новопортовское, Салмановское, из Обской губы, Хатанги, п. Сабетта и т.д.) [6].
Также в комплекс мероприятий по обеспечению экологической безопасности при производстве буровых работ и эксплуатации углеводородных месторождений на шельфе северных морей входит оперативный мониторинг с целью предупреждения и ликвидации разливов нефти и нефтепродуктов. В настоящее время специалистами АО «Институт экологического проектирования и изысканий» (г. Москва) для получения в любое время суток и при любой погоде радиолокационных снимков района проведения буровых работ на шельфе Охотского и Карского морей используются зарубежные радиолокационные спутниковые аппараты: Radarsat-2, COSMO-SkyMed, TerraSAR-X, SENTINEL-1 [7].
Технико-экономическая эффективность применения
ОКБ им. М.П. Симонова (г. Казань) выполняет высокотехнологичный инновационный проект по созданию беспилотной авиационной системы на базе беспилотных воздушных судов (БВС) «Альтаир» со взлетной массой более 7 тонн, коммерческой нагрузкой до 2 тонн и продолжительностью полета не менее 36 ч. Проект обеспечивает технологический прорыв при формировании глобальной информационной системы сопровождения и эксплуатации сверхпротяженной инфраструктуры топливно-энергетического комплекса, транспортных и морских коммуникаций (в частности, Северный морской путь), протяженных границ.
Уникальная комбинация продолжительности полета, дальности действия (загоризонтное управление) и массы коммерческой нагрузки позволяет осуществить на новом качественном уровне многоспектральный мониторинг в режиме "24/7/365" протяженных, удаленных объектов и объектов большой площади, с выполнением целого комплекса задач за один полет, благодаря возможности применения аппаратуры различного назначения. БВС обеспечивается высокая производительность мониторинга (максимальная полоса обзора 100 км) за счет больших высот полета (порядка 12 км) и дальности полета. Экономическая эффективность определяется лучшими удельными показателями стоимости на протяженных маршрутах и больших площадях мониторинга, а также эффективностью доставки полезной нагрузки.
При разработке применяется широкий спектр инновационных решений и передовых производственных технологий: экономичные дизельные авиационные двигатели, композиционный планер, система автоматического взлета и посадки, цифровая комплексная система управления с многократным резервированием, спутниковый радиоканал связи, современная многоспектральная и высокочувствительная целевая нагрузка и т.д.
Основное назначение беспилотной авиационной системы «Альтаир» – (1) многоспектральный воздушный мониторинг, (2) информационное обеспечение поиска и спасания, (3) доставка грузов (дропзонды, спасательные средства, радиомаяки и т.д.).
Роль и место БВС «Альтаир» при решении актуальных вопросов и проблем в Арктике заключаются в следующем:
(1) информационное обеспечение государственного экологического надзора, в т.ч. мониторинг нефтеразливов при освоении арктического шельфа, мониторинг загрязнений суши и морской поверхности, мониторинг атмосферы;
(2) мониторинг ледовой обстановки, потенциально опасных ледяных образований (айсберги и ледяные поля), в т.ч. прием радиосигналов с радиобуев, расположенных на ледяном покрове;
(3) информационное обеспечение при управлении перевозками грузов по Северному морскому пути, обеспечение безопасности судоходства;
(4) контроль прибрежного и морского рыболовства в регионах Арктической зоны;
(5) информационное обеспечение геолого-геофизических исследований на шельфе, в транзитной зоне и на суше Арктики (в т.ч. геологическое картографирование, кадастровые съемки);
(6) информационное обеспечение поиска и спасания;
(7) метеорологический мониторинг;
(8) обеспечение передачи информации на базе сетецентрической структуры БВС – ретрансляторов при создании телекоммуникационной инфраструктуры Арктики; организация линий и сетей связи с фиксированными и мобильными абонентами;
(9) обеспечение жителей Арктического региона, персонала вахтовых поселков и платформ на шельфе телерадиопрограммами и сигналами оповещения, обеспечение доступа в сети общего пользования и Интернет и т.д.
Таким образом, спектр решаемых беспилотной авиационной системой «Альтаир» задач достаточно широк и обеспечивает решение многих проблем Арктического региона, перечисленных выше. Более того, возможность размещения большого количества (массой до 2 тонн, мощностью энергопотребления до 30 кВт) разнообразных инструментальных средств мониторинга и связи позволяет одновременно решать несколько различных задач. На борту БВС возможно размещение радиолокационной станции высокого разрешения (разрешение 1 м при полосе обзора 25 км), высокочувствительной многоспектральной оптико-электронной станции (разрешение 0,1-0,3 м), аэрофотоаппарата (захват на местности 0,4-1Н, разрешение 0,1 м), спектрометров, лазерного сканера, средств высокоточной навигации, спутникового канала связи, аппаратуры ретрансляции, специальной измерительной аппаратуры параметров атмосферы, передатчиков ТВ и радиовещания, приемопередающих средств сбора и обработки данных от наземных и иных датчиков мониторинга и др.
Полет БВС и функционирование его бортового оборудования выполняются в автоматическом режиме по заранее разработанной программе с возможностью оперативного изменения неисполненной части полетного задания и режимов работы бортового оборудования по командам с наземных средств управления полетом. Исходя из требований назначения, состава оборудования и регламентов, применяемых к воздушным судам гражданской авиации, обеспечивается безопасное применение БВС в воздушном пространстве (двухдвигательная силовая установка, многократное резервирование системы управления, навигации и каналов связи и т.д.). Более того, грузоподъёмность БВС позволяет разместить необходимое оборудование, обеспечивающее полет в общем воздушном пространстве.
Каналы управления БВС и целевой нагрузкой могут быть организованы с использованием наземных и спутниковых радиосистем, с возможностью создания локальных сетей связи и ретрансляции сигналов. Имеется возможность передачи информации в режиме «реального времени» (on-line), а также накопления данных на борту.
В состав системы входят два БВС, оборудование обеспечения автоматического взлета и посадки на взлетно-посадочную полосу, наземные средства управления полетом, приема/передачи и обработки информации, а также наземные средства аэродромного обслуживания. Базирование данного Комплекса осуществляется на аэродромах гражданской авиации II класса и не требует существенной доработки радиоэлектронного оборудования аэродрома. Большинство аэродромов РФ и некоторые европейские уже оснащены требуемым оборудованием для автоматического взлета и посадки. Для работы в заданной зоне Арктического региона могут использоваться аэродромы, отстоящие от нее на 500-1000 км южнее, что минимизирует затраты на эксплуатацию в суровых северных условиях. Эксплуатация Комплекса с двумя БВС выполняется персоналом в составе 10 человек, может обеспечиваться режим постоянной готовности.
При выполнении Проекта по созданию беспилотной авиационной системы «Альтаир» используется имеющийся значительный научно-технический задел ОКБ им. М.П. Симонова. Более того, прототипом БВС успешно выполнены и выполняются в настоящее время полеты, подтверждающие правильность принятия принципиальных решений при создании БВС тяжелого класса. Проект также предусматривает разработку сертификационного базиса (норм летной годности БВС, методов определения соответствия), что будет способствовать устранению основных нормативно-законодательных барьеров, препятствующих развитию рынка гражданских БВС.
Потенциальные потребители – обладающие протяженными и удаленными инфраструктурами государственные ведомства и коммерческие организации.
В настоящее время отсутствуют отечественные аналоги создаваемого БВС «Альтаир» тяжелого класса. БВС среднего и малого класса, предназначенные для выполнения локального и оперативного мониторинга, имеют существенно меньшие возможности по массе целевой нагрузки, дальности полета и площади области захвата местности в единицу времени и т.д.
В условиях отсутствия полноценной российской орбитальной группировки КА ДЗЗ и связи и, как показывает практика, неопределенностью сроков реализации космических программ и высокими рисками отказа оборудования и потери связи с КА, применение БВС «Альтаир» позволит в ближайшей перспективе поэтапно выполнять наращивание средств воздушного мониторинга и средств связи, минимизировать зависимость от зарубежной космической информации, обеспечить требуемую оперативность получения информации и повысить ее качество.
При видимом сходстве выполняемых задач средствами космического мониторинга и БВС «Альтаир», преимущества БВС тяжелого класса состоят в оперативности сбора и передачи информации, точности определения координат объектов (100% привязка к цифровым картам), в пространственном разрешении получаемых данных при большей полосе захвата, в возможности повторного облета при облачности, чрезвычайных ситуациях, при мониторинге важных объектов, а также в возможности полета БВС по маршрутам любой конфигурации (при необходимости полета вдоль объекта съемки). Более того, БВС способны развернуть локальную сеть связи (в т.ч. во время дождя) на время выполнения операций в определенных районах, что особенно актуально при чрезвычайных ситуациях регионального масштаба и в труднодоступной местности.
Стоимость зарубежной космической радиолокационной (РЛ) информации по состоянию на апрель 2017 г. по данным ГК «СКАНЭКС», осуществляющей непосредственный прием данных со спутников ДЗЗ на собственную сеть станций, приведен в таблице 1. Российские радиолокационные КА ДЗЗ, как уже отмечалось выше, не эксплуатируются в настоящее время.
При применении на БВС «Альтаир» существующей в настоящее время РЛС за один час полета можно получить данные о территории, площадью 7500 кв.км (район размерами 25×300 км) с пространственным разрешением 1 м, оценочная стоимость данных составит 78,5 тыс. руб. При этом стоимость космической РЛ информации с разрешением 1 м с КА «Radarsat-2» (Канада) о территории, площадью 7500 кв.км (52 сцены) составит 14 664 тыс.руб. Коммерческая эффективность при применении БВС «Альтаир» составит около 14 млн. руб. для радиолокационной информации с разрешением 1 м площадью 7500 кв.км.
При сборе РЛ информации с разрешением 5 м за час полета БВС охватит территорию площадью 30 000 кв.км (район с размерами 100×300 км), стоимость составит 78,5 тыс. руб. При этом, РЛ информация с КА «Radarsat-2» с разрешением 5 м при съемке территории площадью 30 000 кв.км (2 сцены) составит 705 тыс. руб. В этом случае коммерческая эффективность применения БВС «Альтаир» составит около 600 тыс. руб. Для сведения – КА «Radarsat-2» обеспечивает возможность мониторинговой съемки через 2-3 дня, при цикле повторения орбиты – 24 дня. Продолжительность предполетной подготовки БВС «Альтаир» составляет 1-2 часа, передача информации обеспечивается в режиме «реального времени».
Беспилотная авиационная система «Альтаир» с БВС тяжелого класса позволяет обеспечить интеграцию в единую информационную систему и замыкает структурную схему геопространственного мониторинга, включающую космические и наземные системы наблюдения, что позволит обеспечить полную и непрерывную ситуационную осведомленность объектов большой площади и протяженности.
Литература
1. Митько В.Б., Зимин Н.С., Митько А.В. Единая система информационного обеспечения безопасности хозяйственной деятельности на арктическом шельфе //Труды 13 Международной конференции и выставки по освоению ресурсов нефти и газа Российской Арктики и континентального шельфа стран СНГ (RAO / CIS Offshore 2017). 12-15 сентября 2017 года, Санкт-Петербург — СПб.: ХИМИЗДАТ, 2017. С. 46-50.
2. Миронов Е.У., Гузенко Р.Б., Порубаев В.С., Смоляницкий В.М. Особенности ледового и гидрометеорологического сопровождения сейсморазведочных работ на шельфе арктических морей //Труды 13 Международной конференции и выставки по освоению ресурсов нефти и газа Российской Арктики и континентального шельфа стран СНГ (RAO / CIS Offshore 2017). 12-15 сентября 2017 года, Санкт-Петербург — СПб.: ХИМИЗДАТ, 2017. С. 5-8.
3. Смирнов К.Г., Гудошников Ю.П., Войнов Г.Н., Чанцев В.Ю., Плешанов Д.А., Скутина Е.А. Подсистема гидрометеорологического мониторинга для обеспечения бесперебойного выполнения морских работ //Труды 13 Международной конференции и выставки по освоению ресурсов нефти и газа Российской Арктики и континентального шельфа стран СНГ (RAO / CIS Offshore 2017). 12-15 сентября 2017 года, Санкт-Петербург — СПб.: ХИМИЗДАТ, 2017. С. 78-83.
4. Зубков С.А., Слободян В.Ю., Науменко А.А., Хаустов А.В. Геоинформационное обеспечение мониторинга и контроля ледовой обстановки в рамках морских операций при освоении нефтегазовых промыслов //Труды 13 Международной конференции и выставки по освоению ресурсов нефти и газа Российской Арктики и континентального шельфа стран СНГ (RAO / CIS Offshore 2017). 12-15 сентября 2017 года, Санкт-Петербург — СПб.: ХИМИЗДАТ, 2017. С. 124.
5. Данилов А.И., Смирнов В.Г. Айсберговые угрозы в Арктике: от изучения к управлению //Труды 13 Международной конференции и выставки по освоению ресурсов нефти и газа Российской Арктики и континентального шельфа стран СНГ (RAO / CIS Offshore 2017). 12-15 сентября 2017 года, Санкт-Петербург — СПб.: ХИМИЗДАТ, 2017. С. 9-14.
6. Штрек А.А. Предварительная оценка вывоза нефти из района Хатанги по Северному морскому пути арктическим танкером класса Афрамакс //Труды 13 Международной конференции и выставки по освоению ресурсов нефти и газа Российской Арктики и континентального шельфа стран СНГ (RAO / CIS Offshore 2017). 12-15 сентября 2017 года, Санкт-Петербург — СПб.: ХИМИЗДАТ, 2017. С. 120-123.
7. Савоткина А.А., Чекменева Н.А., Сурина А.В., Волгин С.А. Радиолокационный спутниковый мониторинг как необходимый инструмент обеспечения экологической безопасности и контроля ледовой обстановки при производстве буровых работ на морских акваториях //Труды 13 Международной конференции и выставки по освоению ресурсов нефти и газа Российской Арктики и континентального шельфа стран СНГ (RAO / CIS Offshore 2017). 12-15 сентября 2017 года, Санкт-Петербург — СПб.: ХИМИЗДАТ, 2017. С. 265-268.
