Класифікація дронів: які види та типи бувають? Частина перша

Класифікація дронів: які види та типи бувають?

Якщо підійти до поняття дрон суворо науково, його визначення буде таким:

Дрон - це безпілотний (безекіпажний) літальний (повітряний), водний чи наземний апарат, здатний пересуватися самостійно за заздалегідь заданим алгоритмом, без управління людиною. Дрон може пересуватися повітрям, у воді, на землі. Дрон програмується на виконання завдань за заздалегідь заданими алгоритмами! Якщо моделлю може керувати лише людина, хоч і дистанційно, за допомогою пульта керування, то це не дрон, а радіокерована модель! Дронами можна назвати безпілотні автомобілі, роботехнічні комплекси (роботи-сапери, роботи-розвідники). До дронів відносяться всі безпілотники - квадрокоптери (мультикоптери), літаки (БПЛА), наземні платформи (танки, машини, роботи), човни, безекіпажні морські катери із запрограмованими діями чи зі штучним інтелектом.

Однак у народній лексиці і для керованих операторами безпілотних літальних апаратів (БПЛА), хоча оператор і є «пілот», закріпилася назва «Дрон».

Тому, хоча дронами називають і гусеничні безпілотні платформи, і безекіпажні катери без віддаленого управління, у цій статті ми будемо застосовувати цей термін виключно до літаючих засобів незалежно від методу керованості, головне, що без людини на борту. Ця техніка має й альтернативні варіанти найменувань: безпілотник, коптер, БПЛА, які також будемо використовувати. Всі вони характеризують пристрої, які здатні переміщатися у повітрі та не вимагають екіпажу.

Сучасні дрони розрізняються за способом польоту та його дальністю, вагою корисного навантаження та іншими характеристиками. Поєднання практичних властивостей в одному апараті робить його використання ефективним у різних видах діяльності, починаючи від бойових дій та закінчуючи будівництвом.

Що таке дрон?

Дрон - (у нашому випадку) безпілотний літальний апарат, який здатний автономно переміщатися в повітрі і не вимагає безпосереднього пілотування, тобто апарати, що управляються за допомогою бортового комп'ютера або дистанційно з пульта або VR-засобів.

Перші зразки безпілотників з'явилися ще наприкінці 19 століття і розроблялися у військових цілях. Повністю автономні дрони почали виготовляти у другій половині 20 століття, регулярно удосконалюючи механізм їхньої роботи.

Сучасні БПЛА відрізняються показниками. Проте в основі будь-якого безпілотника лежать базові принципи:

• здатність самостійно переміщатися у повітрі;
• вміння витримувати задану висоту та швидкість польоту;
• переміщення додаткового навантаження різної маси;
• можливість встановлення на апарат додаткового обладнання для фіксації даних та передачі інформації оператору в реальному часі.

Види дронів

Дрони класифікують за різними критеріями: кількістю та розташуванням гвинтів або крил, мети використання, дальності польоту, масі корисного навантаження, базового механізму та ін.

Але це більше експлуатаційні характеристики. А за технічними характеристиками виділяють дрони трьох видів:

• вертолітного/коптерного (мультироторні – мультикоптерні та співвісні);
• літакового ( з нерухомим крилом );
• гібридного (з гвинтами та крилами).

Втім, іноді вертолітний тип ділиться на 2 види:

• Мультироторні або мультикоптерні апарати – звичні багатогвинтові моделі.
• Однороторні БПЛА, вони оснащені великим провідним гвинтом і на додаток до нього мають невеликий хвостовий гвинт для контролю курсу.

Принцип поділу зрозумілий із назви. В основі літакових моделей – несуть площини-крила, які забезпечують дрону високий, тривалий політ великого радіусу. Безпілотники гелікоптерного (або коптерного) типу оснащені гвинтами. Залежно від кількості гвинтів коптери ділять на:

• трикоптер оснащений 3 гвинтами;
• квадрокоптер із 4 гвинтами;
• гексакоптер із 6 гвинтами;
• октокоптер із 8 гвинтами.

Однак у випадку з попарно співвісними гвинтами таких усталених назв, що повідомляють кількість рухово-гвинтових елементів, немає, а тому всі вони називаються співвісними коптерами, а кількість гвинтів вже шифрується по форм-фактору (див. ілюстрацію вище).

Дрони коптерного типу відрізняються плавністю та стабільністю польоту. Апарати підходять для моніторингу території та її детального аналізу.

Гібридні версії поєднують у собі переваги моделей з нерухомим крилом, такі як більш високий час польоту, з перевагами моделей на основі гвинтів – можливість ширяння. Гібридні конструкції літальних апаратів проектувалися з 1960-х років, але не мали особливого успіху. Однак з появою датчиків нового покоління (гіроскопів та акселерометрів) гібридність конструкції отримала нове життя та напрямок розвитку.

Типи дронів

• Мікро. Такі БПЛА важать менше 10 кг, максимальний час перебування у повітрі – 60 хвилин.
• Міні. Вага цих апаратів сягає 50 кг, час перебування у повітрі сягає 5 годин.
• Міді. Безпілотні літальні апарати вагою до 1 тонни розраховані на 15 годин польоту.
• Важкі безпілотники.

За типом управління безпілотники поділяються на GPS і FPV дрони. GPS дрони найчастіше використовуються для реалізації стабілізованої аерозйомки. Такі моделі доходять до споживача в повній, готовій до польоту з коробки комплектації (Дрон + Пульт + АКБ + ЗУ) для реалізації якого достатньо прочитати інструкцію та зарядити акумулятори за допомогою зарядного пристрою, що йде в комплекті. Завдяки автоматичним функціям експлуатація GPS дронів максимально проста і не вимагає від користувача особливих навичок пілотування. Потенціал GPS дронів завжди обмежений електронікою, як у потужності, так і в управлінні, що в цілому визначає їх вузьке призначення (аерозйомка/картографія/моніторинг/пошук та порятунок).

FPV дрони/квади/квадрики, що стрімко набирають популярність, — повна протилежність GPS дронам. Саме ця ніша зародила видовищні дрон-рейсинг та дрон-фрістайлінг. Такі БЛА використовуються для реалізації вільного динамічного польоту в режимі від першої особи, що дозволяє дарувати користувачеві неймовірні відчуття — польоту птиці. Згадана свобода польоту стає доступною завдяки відсутності у FPV дронів будь-яких електронних обмежень, як у потужності, так і в управлінні. В ідеалі такі дрони збираються та налаштовуються користувачем з нуля з урахуванням особистих переваг.

FPV (First Person View) квадрокоптери відрізняються від звичайних квадрокоптерів за п'ятьма основними ознаками:

Відеоспостереження: FPV квадрокоптери оснащені камерою, яка транслює живе відео на землю, тому пілот може бачити те, що бачить квадрокоптер у першій особі.

Управління: FPV квадрокоптери управляються за допомогою спеціальної очкової підставки або дисплея, а не за допомогою пульта керування. Це дає пілоту більш пряму та повну можливість керування квадрокоптером. Втім, і керовані з пульта в народі вважаються FPV, і в цій статті ми робитимемо те саме.

Швидкість: FPV квадрокоптери зазвичай мають вищу швидкість і прискорення, ніж звичайні квадрокоптери, що дозволяє пілоту швидше пересуватися та виконувати більш екстремальні маневри.

Технологія: FPV квадрокоптери оснащені сучасною технологією, такою як відео передача в реальному часі та вбудовані камери, які дозволяють вам бачити все з точки зору вашого квадрокоптера, тут важливіша швидкість передачі з мінімальною затримкою сигналу через високі швидкості. (Знову ж таки зараз всі безпілотники намагаються оснастити камерами, забираючи ексклюзивність цієї властивості з реальних FPV).

FPV квадрокоптери більш придатні для змагань через свою маневреність та свободу управління. І саме ці властивості визначили їх застосування як дронів-камікадзе.

Безпілотники також поділяють, виходячи з мети використання. Тут можливі різні варіанти класифікації. Виділяють:

• цивільні дрони;
• військові БПЛА.

Громадянські безпілотники знайшли застосування у різних сферах:

• сільськогосподарські – обробка полів добривами, відстеження стадій зростання, охоронні функції, у тому числі від природних лих та нападу тварин;
• будівництво – використання як підйомних кранів та контролю робіт;
• геодезичні роботи – картографія, створення 3D-моделей об'єктів та рельєфу;
• безпека – відстеження периметра територій, пошуково-рятувальні операції в лісі, водоймищах, у важкодоступній місцевості;
• надзвичайні ситуації – пожежі, інші катаклізми, в процесі яких дрони допомагають виявляти осередки небезпеки та надають допомогу з їх усунення, доставка засобів виживання тим, хто опинився в полоні стихії;
• повсякденний моніторинг різних служб – наприклад, контролю над станом лісу, густотою рослинності, поширенням шкідників;
• кур'єрська доставка – адресна доставка замовлень у містах, а особливо у природних умовах.

Більш докладно приклади не військового використання дронів можна переглянути у статті «Дрони – корисні для людини пристрої», опублікованій ще у мирному 2021 році. Виконання перерахованих завдань можливе завдяки високим льотним характеристикам дронів, що поєднується з якісним додатковим обладнанням. Перед запуском безпілотники оснащують системою навігації, фото- та відеокамерами (у тому числі тепловизорами). Апаратура забезпечує високоточні детальні знімки, які виконуються навіть в умовах поганої видимості.

На жаль, зараз, під час війни, громадянське використання БПЛА заборонено, а тому роздрібного продажу та розвитку функціоналу дронів для громадян та господарської діяльності зовсім не відбувається в Україні.

Військові БПЛА – прабатьки всіх сучасних дронів. Їх використовують у бойових діях. Апарати вирізняються високими технічними характеристиками: здатні самостійно здійснювати посадку, літати на далекі відстані, виконувати поставлені тактичні завдання, витримувати важкі вантажі.

Військове застосування

Власне військовий дрон – це особливий вид безпілотників, призначений для ведення аеророзвідки, картографування місцевості, передачі оперативної інформації та знищення цілей. До переваг відносяться величезна дальність польоту, хороша вантажопідйомність, висока продуктивність та відмінна автономність. Керувати таким безпілотником зможе професійний кваліфікований оператор БПЛА з досвідом. Ціна за військовий дрон стартує від кількох десятків тисяч доларів.

Військовим безпілотником зазвичай називають БЛА, безпілотний літаючий апарат, призначений для використання військовими чи силовими структурами. Може не мати на борту летальної зброї, наприклад, якщо призначен для спостереження або розвідки. Може бути озброєний, наприклад, ракетами земля-повітря чи повітря-повітря. Може бути універсальним пристроєм, який можна використовувати як для спостереження за ворогом, так і в ударних цілях. Може виконувати транспортні завдання, наприклад перевезення вантажів.

Військові країни НАТО не люблять термін "дрон", віддаючи перевагу UAV/БЛА та іншим позначенням. Крім літаючих пристроїв можуть бути наземні військові, морські військові БПА (плаваючі), включаючи підводні. В основному це телекеровані апарати з різним ступенем автономності. У перспективі можуть виникнути автономні рободрони, здатні самостійно виконувати доручені їм завдання.

Однак для військових цілей можна адаптувати і порівняно недорогі цивільні квадрокоптери. Вони компактні, допомагають зрозуміти принцип управління, освоїти необхідні навички пілотам-початківцям, а також здійснювати моніторинг території та зйомку з висоти. Даний тип дрону дуже вигідно застосовувати в розвідувальних цілях на невеликих відстанях завдяки вбудованим сучасним технологіям, зокрема, режиму нічного бачення, 5-кратному наближенню і т.і.

Найпопулярнішими серед дронів є моделі квадрокоптерів американських виробників Skydio (Skydio X2), Autel (квадрокоптер Autel Evo II Pro) або китайської компанії DJI (дрон DJI Mavic 3, коптери серії Mavic 2). До речі, остання має у своєму асортименті військові квадрокоптери, наприклад, військовий дрон DJI Matrice 300 із тепловізором.

Але все ж таки цивільні квадрокоптери створені під обмежений радіус дії і невелику тривалість роботи. До того ж, маленький квадрокоптер не здатний переносити великий вантаж (гранати, снаряди) та ефективно протистояти засобам радіоелектронної боротьби.

Втім, наробити неприємностей можуть будь-які БПЛА і не лише у військовому значенні. Про це також писалося у мирному 2021 році у статті «Загроза з повітря: наскільки небезпечні дрони?», але тут ми розглянемо інші реалії.

БПЛА можуть завдавати ударів, ведучи бомбардування з повітря (скидання безпосередньо над цілями таких боєзарядів як ручні гранати, мінометні снаряди або інші пристосовані вибухові пристрої), запускаючи ракети або безпосередньо врізаючись у вразливі цілі, а також вибухаючи на підльоті до них, дістаючи ціль від самопідриву. БПЛА можуть бути оснащені такою зброєю, як керовані бомби, касетні бомби, запальні пристрої, ракети "повітря-поверхня", ракети "повітря-повітря", протитанкові керовані ракети або інші типи високоточних боєприпасів, автогарматів і кулеметів; їх боєзаряди можуть включати вибухові речовини, уламки, хімічні, радіологічні чи біологічні небезпеки.

Крім доставки вибухівки БПЛА можуть вирішувати такі військові завдання:

• авіарозвідка (на сьогодні формально це основне їхнє призначення);
• управління вогнем та цілевказівки;
• завдання ударів по наземних і морських цілях (про що вже було вище);
• перехоплення повітряних цілей;
• мінування та розмінування;
• постановка радіоперешкод;
• ретрансляція повідомлень та даних;
• розкриття систем протиповітряної оборони (дрон-приманка);
• доставка вантажів підрозділам.

У зв'язку з цим військові дрони діляться ще кілька видів.

Види військових БПЛА

• Літак-носій, "авіаматка" - БПЛА носій інших безпілотників.
• Літак-мішень можуть використовуватися як літаючі мішені, для випробувань і виявлень зенітних ракетних комплексів (ЗРК).
• БПЛА РЕБ - ставить радіоперешкоди, блокує GPS або бореться з іншими ворожими дронами, може бути ретранслятором радіосигналів.
• Баражуючий боєприпас (дрон-камікадзе) — тип БПЛА з бойовою частиною, які здатні тривалий час у режимі очікування перебувати в повітрі в районі мети та оперативно атакувати її після отримання відповідної команди від оператора, або виконувати завдання, що передбачаються закладеним алгоритмом. Подібний боєприпас, за вартості набагато менше мільйона доларів, може знищити найновіший танк або ракетний комплекс набагато більшої вартості.
• Ударний БПЛА - що доставляє вибухівку (що було вище).

Але взагалі військові безпілотники можна розрізняти за низкою ознак. Варіанти класифікації наведені нижче.

За типом управління

• Автономні, що не потребують управління людиною-оператором
• АЗ дистанційним керуванням людиною-оператором
• АКомбіновані (здатні продовжувати функціонувати оптимальним чином за тимчасової втрати зв'язку з оператором).

За дальністю дії

• надмалу дальність - десятки метрів
• малої дальності - пряма видимість, одиниці чи десятки кілометрів
• середньої дальності – сотні кілометрів
• великої дальності дії - від кількох сотень до кількох тисяч кілометрів безпосадкових перельотів

За робочими висотами

• для роботи на надмалих висотах (до десятків метрів)
• для роботи на малих висотах (до сотень метрів)
• для роботи на середніх висотах (10 км)
• для роботи на великих висотах (понад 10 км)

За тривалістю польоту

• надмале - одиниці хвилин
• мале - десятки хвилин
• середня - кілька годин
• тривале - до кількох десятків годин
• надтривале - десятки діб безпосадкового польоту

За типом старту

• наземного старту
• з використанням ЗПС
• з катапульти
• з вертикальним зльотом
• з трампліну
• з руки
• ракетою
• повітряного старту
• без повернення на материнське повітряне судно
• із поверненням на материнське повітряне судно

За типом конструкції

• літакового типу
• військові безпілотники вертолітного типу
• автожири
• коптери (мультикоптери)
• тейлсітери
• що імітують птахів
• імітують комах

Помітно для радарів

• звичайні
• малопомітні (невидимки)

За захищеністю каналу зв'язку/управління

• малозахищені
• криптозахищені

За розмірами

• надмалого типу (до 1 кг)
• малого типу (до 4 кг)
• середнього типу (десятки кілограм до кількох сотень кг)
• великі (від кількох сотень кг до кількох тонн)

За призначенням

• розвідувальні
• ударні
• з можливістю використання з борту летальної зброї, наприклад ракет
• є летальною зброєю, як барожуючі боєприпаси
• транспортні
• універсальні, з поєднанням кількох функцій

За здатністю до групових дій, дій у складі організованої групи

• для індивідуального використання
• для використання у складі невеликої групи (однотипних або різнотипних дронів)
• для використання у складі групи з кількох десятків дронів

За типом джерела енергії

• електроакумуляторні із зарядкою на землі
• з паливними елементами
• на сонячних батареях (бортовий акумулятор може заряджатися від сонячної енергії)
• на хімічному паливі (дрони з ДВЗ або реактивні)
• з підзарядкою від лазерного променя

За тривалістю роботи в режимі очікування

Створюються проекти БЛА, які зможуть днями та тижнями "гніздитися" в заданому місці, в тому числі, заряджаючись від сонця чи ЛЕП. А в заданий момент, за сигналом ззовні або після спрацьовування будь-якого датчика, активуватись і виконувати те чи інше завдання – наприклад, спостереження чи атаку на ціль.

Дрони у сучасній війні

В 1991 безпілотники AAI RQ-2 Pioneer і AeroVironment FQM-151 Pointer використовувалися для спостереження під час війни в Перській затоці. В 1993 безпілотні апарати General Atomics Gnat були протестовані для спостереження в Югославських війнах. У 2001-2002 pp. Безпілотники MQ-1 Predator були оснащені ракетами для ураження ворожих цілей. З початку століття більшість ударів безпілотників було завдано збройних сил США в таких країнах, як Афганістан, Пакистан, Сирія, Ірак, Сомалі та Ємен, з використанням ракет класу «повітря-поверхня». Але переважно це були точкові антитерористичні удари. Масована атака дронами з боку ІДІЛ на сирійську авіабазу Хмеймім 6 січня 2018 року, яку відбили, розміщені там війська РФ. Це вважається першою такою атакою в історії воєн. Але потім БПЛА стали широко застосовуватися також Туреччиною та Азербайджаном.

В Україні виготовлення військових дронів розпочалося з 2016 року на авіазаводі «Антонов». Зараз активно використовуються військові тактичні безпілотники "Лелека-100", Spectator-М1, "Фурія", PD-2, "Валькірія", призначені для розвідки. Український ударно-розвідувальний БПЛА Punisher застосовують і в рятувальних операціях, дрон допомагає транспортувати медичні засоби, щоб надавати допомогу пораненим.

Крім того, зараз є безліч інших моделей “Shark”, "Довбуш", "Інквізитор", "Ельф", "Колдун", "Баба Яга" та інші БПЛА, створені українськими інженерами для ЗСУ, за якими протягом 2023 року 58 українських виробників дронів отримали держконтракт, 67 моделей отримали кодифікацію, всього на ринку працює понад 200 українських компаній, які займаються БПЛА або сервісами та продуктами у сфері дронів. Але мало про якісь хоча б щось відомо у відкритих джерелах, що й зрозуміло.

Українські виробники дронів вже здатні щомісяця виробляти до 150 тисяч одиниць продукції, а до кінця року Україна може вийти на загальну цифру у 2 мільйони безпілотників.

Однак більшу частину дронів, що виробляються в Україні, становлять 7 і 8 дюймові FPV квадрокоптери «камікадзе». Їх насправді клепають практично скрізь, навіть у необладнаних умовах різні волонтери, не пов'язані з виробництвом підприємства та приватні особи. Все для фронту, для перемоги. Що, щоправда, не сильно знижує їхню ціну порівняно з китайськими оригіналами з AliExpress.

Найбільш частими закупівлями з Китаю є дрони, які випускає Компанія DJI. Серед популярних моделей дрони для різних цілей та різного рівня користувачів. Найбільш потрібні квадрокоптери, тобто дрони з чотирма гвинтами.

• DJI Phantom - найпопулярніша та швидкісна лінійка мультикоптерів. Середня швидкість сягає 36 км/год, польотний час - до 15 хвилин. Максимальна швидкість останньої версії модельного ряду 4 Pro складає 70 км/год, а одного заряду акумулятора вистачає на 28 хвилин польотного часу.
• DJI Inspire - модельний ряд квадрокоптерів для професійної аерозйомки. Вони більше за розмірами та вагою, ніж Phantom, а також мають більш розвинені технічні характеристики. Головна особливість – кут огляду камери в 360 ⁰, що уможливлює необмежений огляд.
• DJI Mavic – відрізняються мобільністю та високою якістю зйомки, невеликим розміром та триосьовим стабілізатором, що забезпечує якісне зображення. Завдяки портативності їх легко брати із собою навіть на далекі відстані.
• DJI Spark – як і Mavic, компактні та зручні. Дрон Spark може злітати одразу з руки пілота. Швидкість – до 50 км/год, польотний час – 16 хвилин.
• DJI Mini - один з найменших і найлегших дронів, його вага складає всього 249 г. Однак він оснащений триосьовим механічним стабілізатором і дозволяє знімати відео в 2.7K.
• DJI Air 2S – портативний коптер DJI з 1-дюймовою CMOS-матрицею та великим набором функцій. Важить до 600 г, підходить для аерофотозйомки в будь-якому місці та в будь-який час доби.
• DJI FPV - БПЛА з потужною відеокамерою та унікальним керуванням: у оператора створюється ілюзія знаходження всередині дрону.

З другою частиною статті "Класифікація дронів: які види та типи бувають?" можна ознайомитись тут.