Фото: Госкорпорация “Росатом”

Выбор гибридной схемы

МФТИ совместно с дирекцией Северного морского пути госкорпорации «Росатом» и компанией ООО «Ирбис Скай Тех» успешно завершили цикл летных испытаний комплекса оперативной ледовой разведки на базе беспилотного воздушного судна вертикального взлета и посадки. Уникальная российская система, разработанная в МФТИ, кроме данных оперативного мониторинга, позволяет получать локальный трехсуточный прогноз ледовой обстановки в заданной акватории.

Аппарат взлетел с палубы атомохода «Ямал» и собрал оперативную информацию о ледовой обстановке в акватории Обской губы Карского моря. Во время полета формировались радиолокационные снимки, велась видеозапись в оптическом и инфракрасном диапазоне. Все данные с привязкой к местности передавалась оператору на судно. Также специалисты протестировали систему автоматизированной посадки на палубу без участия человека.

Разработка системы мониторинга ведется специалистами МФТИ при поддержке Фонда НТИ уже более пяти лет. В процессе неоднократно пересматривалась концепция решения, тип носителя, менялся состав оборудования. По итогу в комплекс вошли радиолокационная аппаратура, оптико-электронная система видимого и инфракрасного диапазонов, высокопроизводительный вычислитель, система автоматической посадки с применением кинематика реального времени и машинного зрения. Для оперативной бортовой обработки было разработано специальное программное обеспечение, в том числе с применением сверточных нейронных сетей.

“Несмотря на то, что данные мониторинга ледовой обстановки получают ряд действующих зарубежных и перспективных отечественных космических аппаратов, капитану судна нужна оперативная информация, что называется, на «коротком плече», чтобы спланировать маршрут на ближайшие несколько часов хода.

Мы не сразу остановились на беспилотнике гибридной аэродинамической схемы, начинали мы со значительно более тяжелого беспилотного вертолета. Однако после неоднократных летных испытаний пришли к выводу, что носителем полезной нагрузки должен быть конвертоплан – летательный аппарат, выполняющий взлет и посадку в коптерном режиме, а полет по маршруту – как классический самолет.

Такая комбинация, наряду с возможностью безопасной посадки на палубу ледокола, позволяет добиться максимальной надежности полетов в сложных арктических условиях, где невозможно ориентироваться по геомагнитному полю, а повышенные ветровые нагрузки, плотная облачность и быстрые изменения погоды являются не исключением, а правилом”, рассказал руководитель работ по созданию комплекса, исполнительный директор научно-технического центра мониторинга окружающей среды и экологи Центра компетенций НТИ МФТИ Александр Родин.

Команда разработчиков выработала оптимальный формат данных, получаемых комплексом. По словам Родина, изначально они стремились получить наиболее детальную радиолокационную «картинку», однако потом выяснилось, что для грамотной интерпретации ледовой обстановки детализация не столь важна, как широкая полоса захвата и точная радиометрическая калибровка.

Массу нюансов, вплоть до цветовой гаммы представления инфракрасных изображений, ученым пришлось обсуждать с моряками, которые будут пользоваться этой информацией в ежедневном режиме.

Финальные испытания

Фото: Ледокол “Таймыр”

Финальные испытания созданного аппарата проходили в акватории Обской губы в сложных погодных условиях в период полярной ночи. По словам разработчиков, порывы ветра достигали 20 м/с, температура воздуха упала до – 30°C, а само воздушное судно неоднократно попадало в зоны сильного обледенения. Взлет и посадка выполнялась в автоматическом режиме с палубы атомного ледокола «Ямал» находящегося как в дрейфующем состоянии, так и на ходу во время проводки каравана судов.

Несмотря на тяжелые условия, была выполнена серия полетов и получены изображения морской поверхности с различными типами ледяных образований в видимом, инфракрасном и радиолокационном диапазонах в режиме реального времени. Кроме оперативной информации, экипажу ледокола были переданы данные прогноза ледовой обстановки.

Прогноз был получен при помощи разработанной в МФТИ прогностической модели на основе детальных расчетов морских течений, метеорологических явлений и термомеханики морского льда. Полученные результаты полностью подтвердили правильность выбранной концепции оперативной ледовой разведки для ее внедрения в повседневную работу атомного ледокольного флота.

В разработке радиолокационной станции арктического БПЛА ключевую роль играют сотрудники Передовой инженерной школы радиолокации, радионавигации и программной инженерии МФТИ.
“Одним из важных проектов ПИШ РПИ является создание РЛС ледовой разведки для легкого БВС. В основе разрабатываемого решения лежат малогабаритная радиолокационная аппаратура, обеспечивающая получение поляриметрических радиолокационных данных, и система цифровой обработки радиолокационных данных, обеспечивающая непрерывное формирование радиолокационного изображения вдоль линии движения носителя с шириной кадра до 10 км в режиме мягкого реального времени.

В рамках проведенных испытаний подтверждены основные параметры работы РЛС, подтверждена корректность работы алгоритмов и программного обеспечения обработки данных, разработаны предложения по совершенствованию разработанных решений для повышения устойчивости работы в сложных условиях полета носителя.

Задача ПИШ РПИ МФТИ – создать удобный и надежный инструмент для проведения оперативного мониторинга ледовой обстановки, которым в перспективе мог бы быть оснащен как ледокольный флот, так и отдельные береговые пункты, для обеспечения ледовой разведки наиболее загруженных участков СМП”, – дополнил заместитель директора ПИШ РПИ по научной работе Кирилл Бухаров.

МФТИ Источник