Как управлять дронами через геостационарную орбиту
Учёные из Московского авиационного института (МАИ) создали систему управления беспилотными летательными аппаратами (БПЛА) через геостационарный спутник. Эта технология позволяет контролировать дроны на больших расстояниях, выходящих за пределы прямой радиовидимости. Она открывает возможности для развития беспилотной логистики в удалённых регионах страны.
Исследование проводилось совместно с компаниями «Газпром космические системы» и АО «Решетнёв», входящими в госкорпорацию «Роскосмос», в рамках программы «Приоритет-2030» и проекта «Бесшовная операционная среда». Целью проекта является обеспечение непрерывного обмена информацией между космическими, воздушными и наземными объектами.
«Рост рынка БПЛА выявил необходимость управления ими на больших расстояниях. В настоящее время большинство таких систем ограничены зоной прямой радиовидимости, которая составляет до 40–50 километров. Использование высотных геостационарных спутников значительно увеличит радиус действия дронов, что даст толчок развитию беспилотного транспорта. Дальность полёта будет ограничена только ресурсом аппарата», — отметил Александр Туров, руководитель проекта и заместитель директора Центра космических технологий МАИ.
Как пишет газета «Известия», преимущество геостационарной связи заключается в её стабильности. Спутники на геостационарной орбите остаются неподвижными относительно Земли, обеспечивая широкое покрытие и постоянный, надёжный канал связи. В отличие от них, низкоорбитальные спутники имеют меньшую зону покрытия и находятся в постоянном движении, что усложняет передачу данных.
Связь с геостационарным спутником осуществляется через терминал, установленный на борту дрона. Изначально это устройство предназначалось для обеспечения стабильного сигнала в условиях ограниченного мобильного интернета и сотового покрытия. Терминал оснащён антенной, которая автоматически настраивается на спутник на геостационарной орбите.
Однако управление дроном в реальном времени через геостационарный спутник сталкивается с проблемой задержки сигнала, которая составляет 0,25 секунды. Это делает невозможным мгновенное реагирование на команды оператора, что критично для задач, требующих быстрой реакции, таких как передача видео или прямое пилотирование.
Для решения этой проблемы разработчики использовали алгоритмы директорного управления. В этом режиме оператор задаёт дрону координаты или маршрутные точки, а аппарат самостоятельно выполняет полученные инструкции, используя свои исполнительные механизмы и навигационную систему.
Испытания системы включали три этапа. На первом этапе тестировался терминал и проверялось его соответствие техническим требованиям. На втором этапе учёные интегрировали спутниковую систему в дрон и проверили её совместимость с аппаратом. На третьем этапе проводились лётные испытания на аэродроме.
Результаты испытаний подтвердили пригодность оборудования. В будущем планируется работа с тяжёлыми дронами самолётного типа, которые будут использоваться на протяжённых маршрутах.
По мнению специалистов, прототипы регулярных линий для дальних беспилотных полётов появятся в России к 2027 году. Для этого необходимо подготовить инфраструктуру, включая площадки для взлёта и посадки, терминалы для погрузки и разгрузки, а также доработать правовые нормы и правила полётов.
«Задержка сигнала — это особенность связи через геостационарный спутник. Однако для некоторых задач, таких как управление беспилотным катером, она не является критичной. Корректировка курса по данным телеметрии допускает небольшую задержку», — отметил Юрий Хворост, директор Института цифрового неба МФТИ.
Разработка терминалов для подвижных объектов представляет собой более сложную задачу, так как антенна должна постоянно отслеживать положение спутника. Такие системы пока не получили широкого распространения на рынке.
«Преимущество геостационарных спутников заключается в их широкой зоне охвата (четыре спутника могут охватить весь земной шар) и стабильном сигнале. Однако этот вид связи имеет свои ограничения, связанные с расстоянием до орбиты, задержкой сигнала и его силой», — подчеркнул Сергей Алексеев, член экспертного комитета Минцифры РФ и эксперт рынка «Аэронет».
По его словам, расстояние до геостационарной орбиты в 100 раз больше, чем до низких орбит, что приводит к увеличению задержки сигнала в 100 раз. При этом сила сигнала на геостационарной орбите в 10 тысяч раз слабее. Это предъявляет высокие требования к приёмо-передающей аппаратуре — её массе, габаритам, энергопотреблению и цене.
«Дроны с управлением через геостационарный спутник не подходят для задач, требующих быстрого реагирования. Однако они отлично подходят для дистанционного зондирования. Такие технологии могут быть использованы для мониторинга протяжённых объектов, таких как железные и автомобильные дороги, линии электропередач и трубопроводы», — прокомментировал Владимир Зенин, заместитель директора Исследовательского центра в сфере искусственного интеллекта НИЯУ МИФИ.
Кроме того, эти технологии могут быть применены для изучения природных территорий, рыбопромысловых зон, ледовых полей, ведения поисковых работ, геологоразведки и картографии.