Классификация дронов: какие виды и типы бывают? Часть первая

Классификация дронов: какие виды и типы бывают?

Если подойти к понятию дрон строго научно, то его определение будет следующим:

Дрон - это беспилотный (безэкипажный) летательный(воздушный), водный или наземный аппарат, способный передвигаться самостоятельно по заранее заданному алгоритму, без управления человеком. Дрон может передвигаться по воздуху, в воде, на земле. Дрон программируется на выполнение задач по заранее заданным алгоритмам! Если моделью может управлять только человек, хоть и дистанционно, с помощью пульта управления, то это не дрон, а радиоуправляемая модель! Дронами можно назвать беспилотные автомобили, роботехнические комплексы (роботы-саперы, роботы-разведчики). К дронам относятся все беспилотники - квадрокоптеры (мультикоптеры), самолеты (БПЛА), наземные платформы (танки, машины, роботы), лодки, безэкипажные морские катера с запрограммированными действиями или искусственным интеллектом.

Однако в народной лексике и для управляемых операторами беспилотных летательных аппаратов (БПЛА), хотя оператор и есть «пилот», закрепилось название «Дрон».

Поэтому, хотя дронами называют и гусеничные беспилотные платформы, и безэкипажные катера без удалённого управления, в этой статье мы будем применять сей термин исключительно к летающим средствам вне зависимости от метода управляемости, главное, что без человека на борту. У этой техники есть и альтернативные варианты наименований: беспилотник, коптер, БПЛА, которые также будем использовать. Все они характеризуют устройства, которые способны перемещаться в воздухе и не требуют экипажа.

Современные дроны различаются по способу полёта и его дальности, весу полезной нагрузки и другим характеристикам. Сочетание практичных свойств в одном аппарате делает его использование эффективным в разных видах деятельности, начиная от боевых действий и заканчивая строительством.

Что такое дрон?

Дрон – (в нашем случае) беспилотный летательный аппарат, который способен автономно перемещаться в воздухе и не требует непосредственного пилотирования, то есть аппараты, которые управляются с помощью бортового компьютера или дистанционно с пульта или VR-средств.

Первые прототипы беспилотников появились ещё в конце 19 века и разрабатывались в военных целях. Полностью автономные дроны начали производить во второй половине 20 века, регулярно усовершенствуя механизм их работы.

Современные БПЛА различаются характеристиками. Тем не менее в основе работы любого беспилотника лежат базовые принципы:

• способность самостоятельно перемещаться в воздухе;
• умение выдерживать заданную высоту и скорость полёта;
• перемещение дополнительной нагрузки разной массы;
• возможность установки на аппарат дополнительного оборудования для фиксации данных и передачи информации оператору в реальном времени.

Виды дронов

Дроны классифицируют по разным критериям: количеству и расположению винтов или крыльев, цели использования, дальности полёта, массе полезной нагрузки, базовому механизму и пр.

Но это больше эксплуатационные характеристики. А по техническим характеристиками выделяют дроны трёх видов:

• вертолётного/коптерного (мультироторные – мультикоптерные и соосные);
• самолётного (с неподвижным крылом);
• гибридного (с винтами и крыльями).

Впрочем, иногда вертолётный тип делится на 2 вида:

• Мультироторные или мультикоптерные аппараты – привычные многовинтовые модели
• Однороторные БПЛА, они оснащены большим ведущим винтом и в дополнение к нему имеют маленький хвостовой винт для контроля курса.

Принцип разделения понятен из названия. В основе самолётных моделей – несущие плоскости-крылья, которые обеспечивают дрону высокий, продолжительный полёт большого радиуса. Беспилотники вертолётного (или коптерного) типа оснащены винтами. В зависимости от количества винтов коптеры делят на:

• трикоптер оснащен 3 винтами;
• квадрокоптер с 4 винтами;
• гексакоптер с 6 винтами;
• октокоптер с 8 винтами.

Однако в случае с попарно соосными винтами таких устоявшихся названий, сообщающих количество двигательно-винтовых элементов, нет, а потому они все называются соосными коптерами, а количество винтов уже шифруется по форм-фактору (см. иллюстрацию выше).

Дроны коптерного типа отличаются плавностью и стабильностью полёта. Аппараты подходят для мониторинга территории и её детального анализа.

Гибридные версии сочетают в себе преимущества моделей с неподвижным крылом, такие как - более высокое время полета, с преимуществами моделей на основе винтов – возможность парения. Гибридные конструкции летательных аппаратов проектировались с 1960-х годов, но не имели особого успеха. Однако с появлением датчиков нового поколения (гироскопов и акселерометров) гибридность конструкции получила новую жизнь и направление развития.

Типы дронов

• Микро. Такие БПЛА весят меньше 10 кг, максимальное время нахождения в воздухе – 60 минут.
• Мини. Вес этих аппаратов достигает 50 кг, время пребывания в воздухе достигает 5 часов.
• Миди. Беспилотные летательные аппараты весом до 1 тонны, рассчитаны на 15 часов полета.
• Тяжелые беспилотники.

По типу управления беспилотники разделяются на GPS и FPV дроны. GPS дроны зачастую используются для реализации стабилизированной аэросъёмки. Такие модели доходят до потребителя в полной, готовой к полёту из коробки комплектации (Дрон + Пульт + АКБ + ЗУ) для реализации которого достаточно прочитать инструкцию и зарядить аккумуляторы посредством идущего в комплекте зарядного устройства. Благодаря автоматическим функциям эксплуатация GPS дронов максимально проста и не требует от пользователя особых навыков пилотирования. Потенциал GPS дронов всегда ограничен электроникой, как в мощности, так и в управлении, что в целом предопределяет их узкое предназначение (аэросъёмка/картография/мониторинг/поиск и спасение).

Стремительно набирающие популярность FPV дроны/квады/квадрики — полная противоположность GPS дронам. Именно эта ниша зародила зрелищные дрон-рейсинг и дрон-фристайлинг. Такие БЛА используются для реализации свободного динамичного полёта в режиме от первого лица, что позволяет дарить пользователю непередаваемые ощущения — полёта птицы. Упомянутая свобода полёта становится доступна благодаря отсутствию у FPV дронов каких-либо электронных ограничений, как в мощности, так и в управлении. В идеале такие дроны собираются и настраиваются пользователем с нуля с учётом личных предпочтений.

FPV (First Person View) квадрокоптеры отличаются от обычных квадрокоптеров по пяти главным признакам:

Видеонаблюдение: FPV квадрокоптеры оснащены камерой, которая транслирует живое видео на землю, так что пилот может видеть то, что видит квадрокоптер в первом лице.

Управление: FPV квадрокоптеры управляются с помощью специальной очковой подставки или дисплея, а не с помощью пульта управления. Это дает пилоту более прямую и полную возможность управления квадрокоптером. Впрочем, и управляемые с пульта в народе считаются FPV, и в этой статье мы будем делать тоже самое.

Скорость: FPV квадрокоптеры обычно имеют более высокую скорость и ускорение, чем обычные квадрокоптеры, что позволяет пилоту быстрее передвигаться и выполнять более экстремальные маневры.

Технология: FPV квадрокоптеры оснащены современной технологией, такой как видео передача в реальном времени и встроенные камеры, которые позволяют вам видеть все с точки зрения вашего квадрокоптера, здесь более важна скорость передачи с минимальной задержкой сигнала из-за высоких скоростей. (Опять же сейчас все беспилотники пытаются оснастить камерами, забирая эксклюзивность этого свойства с реальных FPV).

FPV квадрокоптеры более пригодны для соревнований ввиду своей маневренности и свободы управления. И именно эти свойства определили их применение в качестве дронов-камикадзе.

Беспилотники также разделяют исходя из цели использования. Здесь возможны различные варианты классификации. Выделяют:

• гражданские дроны;
• военные БПЛА.

Гражданские беспилотники нашли применение в различных сферах:

• сельскохозяйственные – обработка полей удобрениями, отслеживание стадий роста, охранные функции, в том числе от природных бедствий и нападения животных;
• строительство – использование в качестве подъёмных кранов и контроля работ;
• геодезические работы – картография, создание 3D-моделей объектов и рельефа;
• безопасность – отслеживание периметра территорий, поисково-спасательные операции в лесу, водоёмах, в труднодоступной местности;
• чрезвычайные ситуации – пожары, иные катаклизмы, в процессе которых дроны помогают выявлять очаги опасности и оказывают помощь по их устранению, доставка средств выживания оказавшимся в плену стихии;
• повседневный мониторинг различных служб – например, контроль за состоянием леса, густотой растительности, распространением вредителей;
• курьерская доставка – адресная доставка заказов в городах, а особенно в природных условиях.

Более подробно примеры не военного использования дронов можно посмотреть в статье «Дроны – полезные для человека устройства», опубликованной ещё в мирном 2021 году. Выполнение перечисленных задач возможно благодаря высоким лётным характеристикам дронов, сочетающимся с качественным дополнительным оборудованием. Перед запуском беспилотники оснащают системой навигации, фото- и видеокамерами (в том числе, тепловизорами). Аппаратура обеспечивает высокоточные детальные снимки, выполняемые даже в условиях плохой видимости.

К сожалению, сейчас, во время войны, гражданское использование БПЛА запрещено, а потому розничных продаж и развития функционала дронов для граждан и хозяйственной деятельности совсем не происходит в Украине.

Военные БПЛА – прародители всех современных дронов. Их используют в боевых действиях. Аппараты отличаются высокими техническими характеристиками: способны самостоятельно совершать посадку, летать на дальние расстояния, выполнять поставленные тактические задачи, выдерживать тяжёлые грузы.

Военное применение

Изначально военный дрон – это особый вид беспилотников, предназначенный для ведения аэроразведки, картографирования местности, передачи оперативной информации и уничтожения целей. К преимуществам относятся огромная дальность полета, хорошая грузоподъемность, высокая производительность и отличная автономность. Управлять таким беспилотником сможет квалифицированный профессиональный оператор БПЛА с опытом. Цена за военный дрон стартует от нескольких десятков тысяч долларов.

Военным беспилотником обычно называют БЛА, беспилотный летающий аппарат, предназначенный для использования военными или силовыми структурами. Может не иметь на борту летального оружия, например, если предназначен для наблюдения или разведки. Может быть вооружен, например, ракетами земля-воздух или воздух-воздух. Может быть универсальным устройством, которое можно использовать, как для наблюдения за врагом, так и в ударных целях. Может выполнять транспортные задачи, например, перевозку грузов.

Военные стран НАТО не любят термин "дрон", предпочитая ему UAV/БЛА и другие обозначения. Кроме летающих устройств, могут быть наземные военные, морские военные БПА (плавающие), включая подводные. В основном это телеуправляемые аппараты с различной степенью автономности. В перспективе могут появиться автономные рободроны, способные самостоятельно выполнять порученные им задачи.

Однако для военных целей можно адаптировать и сравнительно недорогие гражданские квадрокоптеры. Они компактны, помогают понять принцип управления, освоить необходимые навыки начинающим пилотам, а также осуществлять мониторинг территории и съемку с высоты. Данный тип дрона очень выгодно применять в разведывательных целях на небольших расстояниях благодаря встроенным современным технологиям, в частности, режиму ночного видения, 5-кратному приближению и т.д.

Самыми популярными среди дронов являются модели квадрокоптеров американских производителей Skydio (Skydio X2), Autel (квадрокоптер Autel Evo II Pro) или китайской компании DJI (дрон DJI Mavic 3, коптеры серии Mavic 2). Кстати, последняя имеет в своем ассортименте военные квадрокоптеры, например, военный дрон DJI Matrice 300 с тепловизором.

Но всё же гражданские квадрокоптеры созданы под ограниченный радиус действия и небольшую продолжительность работы. К тому же, маленький квадрокоптер не способен переносить большой груз (гранаты, снаряды) и эффективно противостоять средствам радиоэлектронной борьбы.

Впрочем, наделать неприятностей могут любые БПЛА и не только в военном смысле. Об этом также писалось в мирном 2021 году в статье «Угроза с воздуха: насколько опасны дроны?», но здесь мы рассмотрим другие реалии.

БПЛА могут наносить удары, ведя бомбардировку с воздуха (сброс непосредственно над целями таких боезарядов как ручные гранаты, минометные снаряды или другие приспособленные взрывные устройства), запуская ракеты или непосредственно врезаясь в уязвимые цели, а также взрываясь на подлёте к ним, доставая цель зоной поражения от самоподрыва. БПЛА могут быть оснащены таким оружием, как управляемые бомбы, кассетные бомбы, зажигательные устройства, ракеты «воздух-поверхность», ракеты «воздух-воздух», противотанковые управляемые ракеты или другие типы высокоточных боеприпасов, автопушек и пулеметов; их боезаряды могут включать взрывчатые вещества, осколки, химические, радиологические или биологические опасности.

Кроме доставки взрывчатки БПЛА могут решать следующие военные задачи:

• авиаразведка (на сегодня формально это основное их предназначение);
• управление огнём и целеуказания,
• нанесение ударов по наземным и морским целям (о чём уже было выше);
• перехват воздушных целей;
• минирование и разминирование;
• постановка радиопомех;
• ретрансляция сообщений и данных;
• раскрытие систем противовоздушной обороны (дрон-приманка);
• доставка грузов подразделениям.

В связи с этим военные дроны делятся ещё на несколько видов.

Виды военных БПЛА

• Самолёт-носитель, «авиаматка» — БПЛА носитель других беспилотников.
• Самолёт-мишень — могут использоваться как летающие мишени, для испытаний и выявлений зенитных ракетных комплексов (ЗРК).
• БПЛА РЭБ — ставит радиопомехи, блокирует GPS или борется с другими вражескими дронами, может выступать ретранслятором радиосигналов.
• Барражирующий боеприпас (дрон-камикадзе) — тип БПЛА с боевой частью, которые способны длительное время в режиме ожидания находиться в воздухе в районе цели и оперативно атаковать её после получения соответствующей команды от оператора, или же выполнять задачи, предусматриваемые заложенным алгоритмом. Подобный боеприпас, при стоимости гораздо меньше миллиона долларов, может уничтожить новейший танк или ракетный комплекс гораздо большей стоимости.
• Ударный БПЛА — доставляющий взрывчатку (о чём было выше).

Но вообще военные беспилотники можно различать по целому ряду признаков. Варианты классификации приведены ниже.

По типу управления

• Автономные, не требующие управления человеком-оператором
• С дистанционным управлением человеком-оператором
• Комбинированные (способные продолжать функционировать оптимальным образом при временной потери связи с оператором).

По дальности действия

• сверхмалой дальности - десятки метров
• малой дальности - прямая видимость, единицы или десятки километров
• средней дальности - сотни километров
• большой дальности действия - от нескольких сотен до нескольких тысяч километров беспосадочных перелётов

По рабочим высотам

• для работы на сверхмалых высотах (до десятков метров)
• для работы на малых высотах (до сотен метров)
• для работы на средних высотах (то 10 км)
• для работы на больших высотах (свыше 10 км)

По продолжительности полета

• сверхмалое - единицы минут
• малое - десятки минут
• среднее - несколько часов
• длительное - до нескольких десятков часов
• сверхдлительное - десятки суток беспосадочного полета

По типу старта

• наземного старта
• с использованием ВПП
• с катапульты
• с вертикальным взлетом
• с трамплина
• с руки
• ракетой
• воздушного старта
• без возвращения на материнское воздушное судно
• с возвращением на материнское воздушное судно

По типу конструкции

• самолетного типа
• военные беспилотники вертолетного типа
• автожиры
• коптеры (мультикоптеры)
• тейлситтеры
• имитирующие птиц
• митирующие насекомых

По заметности для радаров

• обычные
• малозаметные (невидимки)

По защищенности канала связи/управления

• малозащищенные
• криптозащищенные

По размерам

• сверхмалого типа (до 1 кг)
• малого типа (до 4 кг)
• среднего типа (десятки килограмм до нескольких сотен кг)
• большие (от нескольких сотен кг до нескольких тонн)

По назначению

• разведывательные
• ударные
• с возможностью использования с борта летального оружия, например, ракет
• являющиеся летальным оружием, как барражирующие боеприпасы
• транспортные
• универсальные, с объединением нескольких функций

По способности к групповым действиям, действиям в составе организованной группы

• для индивидуального использования
• для использования в составе небольшой группы (однотипных или разнотипных дронов)
• для использования в составе группы из нескольких десятков дронов

По типу источника энергии

• электроаккумуляторные с зарядкой на земле
• с топливными элементами
• на солнечных батареях (бортовой аккумулятор может подзаряжаться от солнечной энергии)
• на химическом топливе (дроны с ДВС или реактивные)
• с подзарядкой от луча лазера

По длительности работы в режиме ожидания

Создаются проекты БЛА, которые смогут днями и неделями "гнездиться" в заданном месте, в том числе, подзаряжаясь от солнца или ЛЭП. А в заданный момент, по сигналу извне или после срабатывания какого-либо датчика, активироваться и выполнять ту или иную задачу - например, наблюдение или атаку на цель.

Дроны в современной войне

В 1991 году беспилотники AAI RQ-2 Pioneer и AeroVironment FQM-151 Pointer использовались для наблюдения во время войны в Персидском заливе. В 1993 году беспилотные аппараты General Atomics Gnat были протестированы для наблюдения в Югославских войнах. В 2001—2002 гг. Беспилотники MQ-1 Predator были оснащены ракетами для поражения вражеских целей. С начала века большинство ударов беспилотников было нанесено вооруженными силами США в таких странах, как Афганистан, Пакистан, Сирия, Ирак, Сомали и Йемен, с использованием ракет класса «воздух-поверхность». Но в основном это были точечные антитеррористические удары. Массированная же атака дронами со стороны ИГИЛ на сирийскую авиабазу Хмеймим 6 января 2018 года, которую отразили, размещённые там войска РФ. Это считается первой подобной атакой в истории войн. Но затем БПЛА стали широко применяться также Турцией и Азербайджаном.

В Украине изготовление военных дронов началось с 2016 года на авиазаводе «Антонов». Сейчас активно используются военные тактические беспилотники "Аист-100", Spectator-М1, "Фурия", PD-2, "Валькирия", предназначенные для разведки. Украинский ударно-разведывательный БПЛА Punisher применяют и в спасательных операциях, дрон помогает транспортировать медицинские средства, чтобы оказывать помощь раненым.

Кроме того, сейчас есть масса других моделей “Shark”, "Довбуш", "Инквизитор", "Эльф", "Колдун", «Баба Яга» и другие БПЛА, созданные украинскими инженерами для ВСУ, по которым в течение 2023 года 58 украинских производителей дронов получили госконтракт, 67 моделей получили кодификацию, всего на рынке работает более 200 украинских компаний, занимающихся БПЛА либо сервисами и продуктами в сфере дронов. Но мало про какие хотя бы что-то известно в открытых источниках, что и понятно.

Украинские производители дронов уже способны ежемесячно производить до 150 тысяч единиц продукции, а до конца года Украина может выйти на общую цифру в 2 миллиона беспилотников.

Однако большую часть производимых в Украине дронов составляют 7 и 8 дюймовые FPV квадрокоптеры «камикадзе». Их на самом деле клепают практически везде, даже в необорудованных условиях различные волонтёры, не связанные с производством предприятия и частные лица. Всё для фронта, всё для победы. Что, правда, не сильно снижает их цену в сравнении с китайскими оригиналами с AliExpress.

Наиболее частыми закупками из Китая являются дроны, которые выпускает Компания DJI. Среди популярных моделей дроны для разных целей и разного уровня пользователей. Наиболее востребованы квадрокоптеры, то есть дроны с четырьмя винтами.

• DJI Phantom — самая популярная и скоростная линейка мультикоптеров. Средняя скорость достигает 36 км/час, полетное время — до 15 минут. Максимальная скорость устройства последней версии модельного ряда 4 Pro составляет 70 км/час, а одного заряда аккумулятора хватает на 28 минут полетного времени.
• DJI Inspire — модельный ряд квадрокоптеров для профессиональной аэросъемки. Они больше по размерам и весу, чем Phantom, а также имеют более развитые технические характеристики. Главная особенность — угол обзора камеры в 360 ⁰, что делает возможным неограниченный обзор.
• DJI Mavic — отличаются мобильностью и высоким качеством съемки, небольшим размером и трехосевым стабилизатором, обеспечивающим качественное изображение. Благодаря портативности их легко брать с собой даже на далекие расстояния.
• JI Spark — как и Mavic, компактны и удобны. Дрон Spark может взлетать сразу с руки пилота. Скорость — до 50 км/час, полетное время — 16 минут.
• DJI Mini — один из самых маленьких и легких дронов, его вес составляет всего 249 г. Однако он оснащен трехосевым механическим стабилизатором и позволяет снимать видео в 2.7K.
• DJI Air 2S — портативный коптер DJI с 1-дюймовой CMOS-матрицей и большим набором функций. Весит до 600 г, подходит для аэрофотосъемки в любом месте и в любое время суток.
• DJI FPV — БПЛА с мощной видеокамерой и уникальным управлением: у оператора создается иллюзия нахождения внутри дрона.

Со второй частью статьи "Классификация дронов: какие виды и типы бывают?" можно ознакомится здесь.