Беспилотная авиация - вчера, сегодня, завтра.

Муниципальное общеобразовательное учреждение

Средняя общеобразовательная школа №3

с углубленным изучением английского языка

ИНДИВИДУАЛЬНЫЙ ИТОГОВЫЙ ПРОЕКТ

ПРЕДМЕТНАЯ ОБЛАСТЬ «Естественно - научная»

ТЕМА « БЕСПИЛОТНАЯ АВИАЦИЯ - ВЧЕРА, СЕГОДНЯ И ЗАВТРА»

Выполнен

обучающейся 9 класса

МОУ школа № 3 г.о. Жуковский

Захаровой Я.С.

Руководитель проекта

Коровина Елена Серафимовна

Учитель

г.о. Жуковский, 2021 год

Оглавление

Введение………………………………………………………..2

Основная часть………………………………………………….3

Заключение……………………………………………………..19

Список использованных информационных источников……20

Введение

Научно-технический прогресс оказывает огромное влияние на повседневную жизнь каждого человека. То, что еще недавно казалось сюжетом сказок или фантастической литературы, сегодня становится повседневной реальностью. А то, что сегодня представляется в прогнозах футурологов и описывается в произведениях писателей-фантастов, завтра может стать обыденным явлением.

Мысли о создании аппарата способного подняться в воздух и дать возможность человеку передвигаться в воздушной среде, воплотив в жизнь полёты сказочных героев на ковре-самолёте, метле или в ступе, никогда не покидали головы ученых и изобретателей.

Создателем первого прототипа летательного аппарата считается гениальный художник и изобретатель эпохи возрождения Леонардо Да Винчи, однако покорить небо инженерам и конструкторам удалось только несколько столетий спустя. Историографы авиации прочат лавры отца-основателя современной авиации Уильяму Хенсону, создавшему проект летательного аппарата в середине 19-го века / 7 /. В 1885 году от земли оторвался самолёт А.Ф. Можайского с паровым двигателем / 6 /, работы по созданию которого начались в 1876 году, а в 1903 году состоялся первый полёт самолёта с бензиновым двигателем внутреннего сгорания американцев братьев Райт (Wright) / 6,7 /.

Первое упоминание о применении самолёта без лётчика, управляемого по радио, то есть беспилотного летательного аппарата самолётного типа, относится к 1909 году/ 2,3/. В 1922 году американским авиаконструктором российского происхождения Георгием Ботезатом был создан и испытан беспилотный летательный аппарат с четырьмя роторами, ставший родоначальником квадрокоптеров / 10 /. Таким образом, беспилотные летательные аппараты появились в начале развития авиации, однако оказались несвоевременными по двум причинам. Во-первых созданные образцы были несовершенны – механизмы, позволяющие беспилотным аппаратам длительное время парить в воздухе появились только в конце 20-го века. А во-вторых – они оказались просто невостребованными за исключением применения в военных целях / 1,2 /. Длительное время создание беспилотных летательных аппаратов невоенного назначения было уделом авиамоделистов-любителей, а областью их применения – соревнования авиамоделей, да ещё в качестве радиоуправляемых игрушек. Однако в начале 21-го века ситуация резко изменилась.

Развитие различных областей науки и техники позволило создавать лёгкие, грузоподъёмные, маневренные и надёжные беспилотные летательные аппараты ( часто для краткости называемые «беспилотниками»). В свою очередь, расширение возможностей беспилотников сделало их востребованными во многих областях человеческой деятельности, что явилось стимулом для дальнейшего совершенствования.

Человечество на современном этапе своего развития не мыслит свою жизнь без такого технического средства как авиация и его наиболее интенсивно развивающейся разновидности – беспилотной авиации и тех огромных возможностей, которые они предоставляют человеку. Это делает тему «Беспилотная авиация – вчера, сегодня и завтра» актуальной для изучения.

Тема: «Беспилотная авиация – вчера, сегодня и завтра»

Проблема: как применить возможности беспилотной авиации для решения повседневных задач современного человека.

Гипотеза: беспилотная авиация оказывает мощное воздействие на жизнь современного человека.

Цель работы: выявить роль беспилотной авиации в жизни современного человека и её перспективы в будущем.

Проектный продукт: предложения по расширению сфер применения беспилотной авиации для удовлетворения повседневных потребностей человека.

План исследования:

1. Анализ по литературным источникам и материалам Интернета истории появления беспилотной авиации и существующих её применений для решения повседневных задач человека.

2. Анализ по литературным источникам и материалам Интернета возможностей беспилотных летательных аппаратов различных типов.

3. Анализ возможности применения сетевых технологий для расширения областей использования беспилотной авиации.

4. Разработка предложений по новым областям применения беспилотной авиации.

5. Оценка перспектив беспилотной авиации.

Основная часть

Как уже было отмечено во вводной части настоящего исследования, возникновение беспилотной авиации относится к начальному этапу развития авиации в целом, однако широкое практическое применение беспилотников началось только в конце 20-го века, а начало 21-го века характеризуется взрывным ростом как разнообразия моделей беспилотных летательных аппаратов, так и областей их применения / 2,4,5,8-10 /.

Существует несколько разновидностей типов беспилотных летательных аппаратов. Некоторые из них напоминают обычные самолёты и вертолёты (аппараты самолётного и вертолётного типа), другие же –квадрокоптеры- выглядят совершенно необычно как пришельцы с других планет.

В качестве беспилотников самолётного типа можно привести аппараты «Инспектор-601» массой 120 кг и длительностью полёта 7 часов, разработанный предприятием «Аэрокон» из города Жуковский и «Дозор-100» массой 95 кг и длительностью полёта 10 часов / 8, 9 /. Аппарат «Инспектор-601» изображен на рисунке 1.

Рисунок 1. Аппарат «Инспектор-601»

Примером квадрокоптера может служить аппарат, изображенный на рисунке 2

Рисунок 2. Квадрокоптер

Беспилотники самолетного типа могут совершать длительные полёты на большой высоте, в то время как квадрокопреры обладают высокой маневренностью и могут применяться в ограниченных, в том числе замкнутых, пространствах. Эти особенности определяют области преимущественного применения каждого из типов этих аппаратов.

Беспилотники (они же «дроны») позволили человечеству совершить настоящий рывок через столетия. Первое время их использовали только в военных целях, что сохранило немало жизней: вместо разведчиков в горячую точку отправляли беспилотник с камерой, фиксировавший расположение вражеских войск. В настоящее время беспилотники применяют во многих областях деятельности.

Беспилотники подарили нам множество неочевидных возможностей, позволяя экономить рабочую силу, время и финансы.
Можно привести следующие области применения беспилотников в современной жизни

1. Помощь в космосе

С июня 2017 года на Международной космической станции находится японский аппарат IntBall (рисунок 3), созданный для работы в условиях невесомости. Беспилотник работает автономно, но им можно дистанционно управлять с Земли. IntBall представляет собой сферическое устройство с встроенной камерой, он снимает фото- и видеоотчеты об экспериментах, проводимых на станции, тем самым экономя время космонавтов на орбите. В дальнейшем японские ученые планируют расширить функционал беспилотника – увеличить время работы аппарата и научить его помогать команде.

Рисунок 3. Аппарат IntBall

2. Съемки кино

Сегодня беспилотники активно используют даже для съемок большого кино и ведения репортажей со спортивных соревнований.

Раньше для того, чтобы снять красивый вид с большой высоты, съемочной бригаде приходилось брать в аренду вертолет. С появлением квадрокоптеров задача заметно упростилась.



Рисунок 4 Квадрокоптер на съёмках

3. Физкультура

Ученые из Австралии спроектировали беспилотник, сопровождающий человека во время бега. Роботренер не дает сбиться с ритма, подсказывая, какой скорости следует придерживаться, также у дрона есть режим, в котором с ним можно бегать наперегонки –рисунок 5

Рисунок 5. Наперегонки с дроном

4. Археологические раскопки.

В 2016 году с помощью квадрокоптера GoPro в Мексике было найдено древнее поселение. Благодаря дрону с тепловизором были отслежены участки с измененной температурой, где и оказались захоронения- рисунок 6

Рисунок 6. Дрон с тепловизорм

5. Охрана объектов

Руководство немецкой железнодорожной компании Deutsche Bahn закупило беспилотники, чтобы предотвратить акты вандализма, после того как неизвестные хулиганы разрисовали граффити вагоны одного из поездов фирмы.  Квадрокоптеры парят над охраняемым объектом и стремительно летят вниз, когда датчики фиксируют подозрительную активность-рисунок 7.

Современные беспилотники-охранники далеко не безобидны: они вооружены электрошоковым пистолетом и, в отличие от людей, не станут мешкать, чтобы воспользоваться им.

Рисунок 7 Квадрокоптер-охранник и его оператор

6. Искусство

Артисты всего мира нередко используют квадрокоптеры в своих выступлениях. Одно из масштабных мероприятий с их участием – выставка CES-2016. Пока музыканты исполняли номер, в воздухе над ними синхронно перемещались сотни дронов со светодиодами. Тандем искусства и науки произвел настолько сильное впечатление, что выступление беспилотников вошло в Книгу рекордов Гиннеса- рисунок 8

Рисунок 8 Дроны со светодиодами на концерте

.

7. Реклама

Рестораны сети Wokker используют коптеры для рекламы своих блюд. Десяток беспилотных аппаратов кружит около бизнес-центров в обеденный перерыв, приглашая офисных сотрудников на ланч – рисунок 9. Надоедливые промоутеры с листовками и рядом не стояли.

Рисунок 9. Дрон с рекламой

8. Животноводство

Компания DJI выпустила беспилотники Phantom, особенность которых в том, что они способны следовать за намеченной целью, облетая при этом сторонние объекты на пути. Аппарат может развивать скорость до 70 км/час, аккумулятор работает около получаса.

Один из способов применения аппарата – ведение фермерского хозяйства. Благодаря дрону, теперь можно оперативно найти отбившееся от стада животное.

9. Виноградорство

Виноделы во Франции применяют беспилотники в своем ремесле. Квадрокоптер летает над владениями и передает предприимчивым фермерам видеоматериал о состоянии урожая – рисунок 10. Это позволяет вовремя предотвратить нашествие насекомых-вредителей, избежать обезвоживания почвы и при необходимости добавить питательных элементов на участки со слаборастущей лозой, а также можно контролировать уровень зрелости ягод.

Рисунок 10. Квадрокоптер инспектирует виноградник

10. Сфера обслуживания

Лондонский ресторан Yo Sushi – заведение, где используют квадрокоптеры вместо официантов. Здесь беспилотники, которыми дистанционно управляют через приложение на iPad, на подносе доставляют еду прямо к столикам посетителей- рисунок 11.

Рисунок 11. Квадрокоптер официант

11. Доставка посылок и еды

В 2013 году компания Amazon объявила, что работает над организацией доставки посылок в города Америки с помощью коптеров. Воздушный курьер будет отслеживать расположение получателя через приложение на смартфоне последнего и сможет направиться непосредственно к цели, сканируя местность и избегая столкновений с животными и людьми на своем пути–рисунок 12.

Рисунок 12. Квадрокоптер-курьер

Известно о планах еще одной компании наладить доставку с помощью беспилотников: Domino’s pizza закупила так называемых «домикоптеров» для этой цели. В 2016 году пиццерия впервые доставила заказ на остров Уангапараоа в Новой Зеландии. В будущем компания планирует наладить дронодоставку в Австралии, Бельгии, Франции, Нидерландах, Японии и Германии.

12. Поиск людей

Как используют беспилотники, помимо развлечений? Спасательные службы с их помощью ищут потерявшихся людей. Инженеры из Швейцарии научили квадрокоптер ориентироваться в лесу: устройство сканирует местность вокруг, находит тропинки, протоптанные человеком, и летит над ними на высоте около двух метров –рисунок 13.

Рисунок 13. Собака и робот идут по следу

Чтобы робот не разбился о деревья, ученые Цюрихского университета разработали для него специальное программное обеспечение – по сути это искусственный интеллект, обученный нейронной сетью. Разработчики обещают, что после окончательной доработки программы для поиска заблудившихся достаточно будет отправить на их поиски до шести квадрокоптеров.

13. Противопожарные системы

Пожарная служба в столице также закупила пару беспилотников. В этой сфере квадрокоптеры используют для обнаружения очагов возгорания, оценки их масштаба и оперативного устранения - рисунок 14. При этом пожарные не будут рисковать своими жизнями.

Рисунок 14. Квадрокоптер обнаруживает очаги пожара

14. Охрана природы и доставка предметов первой необходимости

В Массачусетском технологическом институте были разработаны мини-вертолеты с дистанционным управлением. Уникальность изобретения в том, что беспилотники заправляются бензином и держатся в воздухе до пяти суток без дозаправки, а также способны поднимать и переносить девятикилограммовый груз.

Создатели беспилотного летательного аппарата (рисунок 15) планируют следить за благополучием окружающей среды при помощи своего изобретения, однако благодаря длительному времени полета аппарат сможет, помимо прочего, транспортировать лекарства и жизненно необходимые материалы на труднодоступные материки.

Рисунок 15. Квадрокоптер на охране природы.

15. Охрана правопорядка

Робот-полицейский Робокоп был популярным персонажем из одноименной серии фильмов. Однако, этот футуристический персонаж или его подобие вполне могут воссоздать в ближайшие десятилетия. Это сделает патрулирование улиц и поиск преступников более эффективным –рисунок 16.

Рисунок 16. Робокоп помогает полиции

Сейчас ведутся работы по обучению аппаратов распознавать лица.

16.Раздача Интернета

Рисунок 17. Беспилотник с электродвигателем на солнечных батареях

С апреля 2014 года компания Google ведет работу над созданием сети спутников и беспилотников на солнечных батареях ( рисунок 17) для обеспечения интернет-покрытия во всем мире, включая «сложные» и отдаленные участки.

17. Восстановление экологии

В Соединенных Штатах из-за плохой экологии критическими темпами уменьшается популяция пчел. Исследователи из Гарвардского университета для устранения этой проблемы создали робопчелу – рисунок 18. Аппарат с забавным именем RoboВee умеет двигаться в заданном направлении, зависать в воздухе, «прилипать» к растениям и плавать в воде.

Размах крыльев робопчелы составляет всего 3 см, при этом количество взмахов достигает 120 в секунду. Пока робот-пчела присоединена к источнику питания проводами, потому что прикрепить к ней аккумулятор непросто – слишком малы размеры этого дрона-насекомого.

Рисунок 18 Робопчела

В настоящее время RoboВee не умеет опылять растения, однако ученым уже удалосьв приклеив на современную модель квадрокоптера меховую полоску с гелем собрать пыльцу с цветка и перенести ее на другое растение. Минус пока в том, что импровизированная «робопчела» не может действовать автономно, необходимо соответствующее программное обеспечение.

18. Журналистика

В Миссурийском университете студенты-журналисты посещают занятия по управлению дронами. Посредством беспилотников можно получить массу информации, чем и пользуются СМИ - рисунок 19. Теперь у звезд и политиков будет еще меньше возможностей скрыться от папарацци.

Рисунок 19. Дрон ведет репортаж с выставки

Летающие беспилотные устройства планируют использовать и для съемки экстремальных видов спорта. Скоро смазанные кадры останутся в прошлом.

19. Кадастровые работы и продажа недвижимости

Беспилотники, оборудованные фото- и видеоаппаратурой, уже сейчас широко применяются для съёмок территорий населённых пунктов в различных целях, в том числе для выполнения кадастровых работ. Для примера на рисунке 20 приведена фотография территории Северного административного округа города Москвы (район Дмитровского шоссе севернее станции метро «Петровско-Разумовская»), снятая с беспилотника

Рисунок 20. Панорама Северного административного округа Москвы, снятая с беспилотника

Риелторские агентства также осваивают новые технологии, чтобы обеспечить потенциальным покупателям возможность осуществить с помощью беспилотника виртуальную прогулку по зданию или вокруг него.

Рисунок 21. Риэлтор с дроном

20. Развлечения

Всемирно известная компания Disney приняла решение задействовать летающих роботов в кукольных представлениях –рисунок 22. В шоу примут участие беспилотники с дистанционным управлением, замаскированные под марионеток. Так шоу станет реалистичным и незабываемым.

Рисунок 22. Шоу роботов

Ещё одним технологическим прорывом современности являются сетевые информационные технологии, такие как мобильная телефония и Интернет. Сегодня с их помощью можно связаться с другим человеком в любом уголке мира или получить информацию, хранящуюся на удалённом сервере.

Представляется, что соединение этих двух прорывных технологий (беспилотной авиации и сетевой технологии) позволит придать беспилотникам новые качества и существенно расширить их возможности.

Например, можно будет объединять беспилотники в сеть, в которой они будут взаимодействовать также как абоненты мобильной информационной сети- обмениваться информацией или взаимодействовать не с одной ( как сейчас), а с несколькими наземными службами. Так один беспилотник, совершающий облёт территории, например, может снабжать информацией и службу пожарной охраны, и природоохранные службы, и правоохранительные органы. Это позволит существенно повысить эффективность применения беспилотников, а также расширит области их применения.

Уже сегодня беспилотники активно помогают человеку во многих областях деятельности, начиная со сферы развлечений и заканчивая операциями по спасению людей. Прогресс налицо, и возможно, в этом или следующем столетии будет достигнуто то идеальное «технологическое» будущее, о котором люди могли только мечтать или читать в книгах.

Заключение

Проведенное исследование истории появления беспилотных летательных аппаратов, областей их применения в настоящем и перспектив их развития позволяет сделать следующие выводы:

1.Беспилотные аппараты находят широкое применение в жизни современного человека, позволяя экономить рабочую силу, время и финансы.

2. Совершенствование беспилотных аппаратов постоянно расширяет область их применения.

3. Качественный скачёк в применении беспилотной авиации следует ожидать при совместном применении беспилотной и сетевой технологий.

Список использованных информационных источников

1. И. Коротченко. Уверенное движение вперед// «Точно в цель» - №1 (21) 2020 – С .12.

2. А.В. Козырев, С.С. Семенов, В.В. Новиков. Управляемые авиационные бомбы малого калибра для БЛА: состояние и пути развития//«Точно в цель» - №2 (22) 2020 – С. 42-63.

3.Файвуш Я., Аррисон В. Самолёт без лётчика и управление им по радио. – М.: Авиахим РСФСР, 1925.- 44с.

4. Китайский беспилотный калейдоскоп // «Взлёт». – 2018. - №11-12. – С. 24-28

5. Казачкова Е. «Кронштадт» выводит Россию на рынок тяжелых БПЛА //ShowObserver. Обозрение выставки МАКС-2017.- 2017.- 22с.- С.4.

6.Википедия. Самолёт Можайского

7. http://samoletos.rusamolety/bratya-rajt

8.http://bp-la.ru/primenenie-bespilotnyx-letatelnyx-apparatov-v-grazhdanskix-celyax

9. http://vfront.ru/samolety/bpla-rubezh-20

10. http://zen.yandex.ru/....../20-sposobov-primeneniia- dronov.....

11. https://mykvadrocopter.ru/russkie-kvadrokoptery/

20