Подготовка операторов БПЛА

Беспилотные летательные аппараты (БПЛА), или беспилотники, - это самолеты, вертолеты, аэростаты или дроны, которые пилотируются дистанционно оператором или полностью автоматически.

До сих пор, к сожалению, самая широкая сфера применения БПЛА – это военные операции. Содержание беспилотника обходится в несколько десятков раз дешевле, чем содержание военного истребителя, а опасность для жизни военных пилотов и военных операторов БПЛА не сопоставима. Поэтому несколько государств уже имеют на службе в ВВС беспилотные авиационные системы, а остальные страны тестируют возможность воздушного боя, бомбардировки и разведки с помощью БПЛА.


Использование дронов в мирных целях тоже не стоит на месте. Дроны и беспилотники используются для картографической съемки, телетрансляций, киносъемки, рекламы, метеорологических наблюдений, грузоперевозок, мониторинга безопасности на объектах и в городе, наблюдения за протяженными объектами (железными дорогами или линиями электропередач), при орошении почвы, в спасательных операциях и тушении пожаров.


Представьте, что на поиск потерявшихся людей в горах отправляют не 1-2 вертолета, а несколько десятков дронов, которые оснащены термическими камерами, способными улавливать тепло человеческого тела даже в условиях плохого освещения и при наличии препятствий. Такая спасательная операция экономичнее и эффективнее обычной. Дроны могут сразу нести полезный груз с одеялами и продуктами. По данным компании DJI, мирового лидера по производству гражданских дронов и технологий аэросъемки, в 2017 году с помощью беспилотников было спасено минимум 65 человек.

Как устроена работа оператора БПЛА?

Есть беспилотник, а значит, должен быть и тот, кто им управляет, то есть "оператор". Условия работы оператора БПЛА могут отличаться в зависимости от сферы деятельности. Оператор дрона, работающего в пределах прямой видимости, может стоять на стадионе с пультом дистанционного управления и направлять дрона, который несет рекламный плакат. Операторы БПЛА на службе ВВС работают за пределами прямой видимости.

Оператор находится в специально оборудованном помещении на авиабазе, где несколько экранов, датчики и вибрация джойстиков позволяют отслеживать обстановку вокруг аппарата, который находится за тысячи километров от базы.

  В обязанности оператора БПЛА входит:

• Сборка БПЛА, подготовка и запуск
• Настройка полезной нагрузки
• Управление полетом, отслеживание технических показателей БПЛА и выполнение заданий
• Участие в разработке полетного задания
• Анализ результатов полета по данным объективного контроля и системы бортовых измерений
• Проведение съемки местности, последующая обработка фото и видео
• Участие в отработке и оформлении актов (отчетов) по результатам выполненных испытаний
• Техническое обслуживание и ремонт БПЛА

Как стать оператором беспилотника?

Считается, что успешными операторами БПЛА становятся любители видеоигр, потому что пилотирование дрона похоже на привычные игровые симуляторы Microsoft Flight Simulator X, War Thunder, X-plane 10, DCS World, Ил-2 Штурмовик (а точнее, наоборот, игры очень реалистично повторяют физику настоящих полетов). Современные видеоигры не только показывают землю с высоты полета, но и помогают выработать скорость реакции, навыки навигации в воздухе, навыки управления летательным аппаратом при различных погодных условиях и внештатных ситуациях.


Получить профессиональные навыки, опыт пилотирования БПЛА и сертификат специалиста можно на специальных курсах или в вузе. В профессию оператора БПЛА можно прийти несколькими путями. Во-первых, обучение по специальности «Системы управления летательными аппаратам», которые представлены в нескольких вузах (МАИ, МГТУ им. Н.Э. Баумана и др.), где обучают разработке, проектированию и управлению беспилотных и пилотируемых летательных систем. Во-вторых, для военнослужащих отличным способом освоить профессию станут курсы в Государственном центре беспилотной авиации Минобороны РФ, которые можно пройти во время службы в армии. В-третьих, в России работает несколько учебных центров по подготовке пилотов и квалифицированных кадров для авиакомпаний, они уже открыли программы подготовки для операторов БПЛА (например, центр BAA Training).

Как и на чем готовят операторов БПЛА?

В основе любой подготовки лежат комплексы позволяющие обучающимся осваивать в безопасном режиме тонкости реального пилотирования того или иного дрона, не опасаясь повредить или разбить его.

В учебно-тренировочном комплексе есть симулятор полета - виртуальная часть, в которой можно, глядя на монитор, управлять виртуальным дроном в самых разных локациях - например, в городе или на природе - и при различных погодных условиях. В учебных полетах на тренажере также участвует и настоящие дроны.

Виртуальные комплексы позволяют обучающимся гораздо быстрее и проще осваивать учебный курс по подготовке операторов. "Они смогут в безопасном режиме отрабатывать на нем те навыки пилотирования, которые достаточно сложно изучить при полете на улице, в полевых условиях"

Давайте рассмотрим их разновидности:

Тренажер «Оператор БПЛА»

Предназначен для подготовки операторов и пилотов гражданских беспилотных воздушных судов мультироторного и самолетного типов (летающее крыло). Комплекс позволяет изучить основные этапы, методы и правила составления полетной программы для летательного аппарата, а также овладеть базовым навыкам планирования, подготовки и выполнения полетов.


Комплекс позволяет наблюдать весь процесс полёта модели с различных ракурсов, а также непосредственно управлять выбранным аппаратом. Программное обеспечение тренажера реалистично моделирует динамику полёта летательного аппарата в режиме прямого радиоуправления и учитывает настройки стабилизации, центр масс аппарата, и параметры среды. Также комплекс может поставляться в комплектации с модулем симуляции процесса составления полётного задания и выполнения полностью беспилотного полета. Данный модуль реалистично имитирует поведение БПЛА на основе полетного задания и показания датчиков, а также выполняет управление полетом виртуального ЛА и передает телеметрические данные на имитируемую НСУ.

Тренажер предназначен для выполнения следующих видов обучения:

• Первичного обучения операторов принципам управления БПЛА;
• Получение базовых моторных навыков пилотирования для разных типов БПЛА;
• Отработка моторных навыков управления скоростными БПЛА в режиме FPV;
• Подготовки к выполнению реальных полётов;
• Поддержания навыков операторов;
• Отработка навыков составления полетного задания (при наличии модуля).

  Программный комплекс может обеспечивать:

• Реализацию процесса полета и управления, а также работы ПО для составления полетного задания и программирования виртуально ЛА, (с возможностью адаптации по под конкретный аппарат и систему)
• Моделирование полета ЛА с визуализацией и без визуализации, исключительно «по датчикам» с нанесением метки на карту для симуляции отсутствия прямой связи.
• Разработку маршрута полета БЛА во встроенном редакторе полетных заданий;
• Получение знаний по произведению операций предполетной и послеполетной подготовке;
• Моделирование и симуляция управления БЛА в процессе полета в различных метеоусловиях;
• Отработку действий оператора в нештатных ситуациях.

Программное обеспечение состоит из нескольких учебных модулей, (в зависимости от комплектации) позволяющих изучить разные аспекты программирования и управления БПЛА.

Модуль «Пилотирование БПЛА» – Данный модуль позволяет с помощью трехмерной графики и проработанного физического движка произвести непосредственный полет на выбранном аппарате в ручном режиме с помощью пульта дистанционного управления, полностью повторяющего реальный аналог. В данном режиме производится реалистичная симуляция физики полета ЛА с учетом его аэродинамических характеристик, настроек системы стабилизации, массы, габаритов, условий внешней среды.

Данный модуль обеспечивает следующий функционал:

• Процесс прямого пилотирования, с помощью пульта управления, летательным аппаратом;
• Содержит различные виртуальные мультироторные аппараты с разными физическими характеристиками полёта, в том числе аналоги моделей популярных аппаратов;
• Содержит различные типы ландшафта: поле, городская среда, лесополоса, закрытый для полётов объект;
• Гибкие настройки физики летательных аппаратов;
• Различные режимы полётов: обучение, гонка, свободный режим;
• Полёт по кольцам с фиксацией времени пролёта;
• Дополнительный модуль «выполнение специализированных задач»: поиск объектов с помощью тепловизора, слежение за объектом;
• режим визуализации полета от первого лица для изучения БАНО и определения направления полета;
• Поддержка воспроизведения в VR режиме с имитацией управления от первого лица;
• Поддержка воспроизведения в VR режиме с имитацией управления в FPV режиме;
• Реалистично имитирует общее устройство интерфейса популярного ПО пилотирования ЛА;
• Поддерживает съёмку фото и видео контента;
• Поддерживает управление камерой летательного аппарата;
• Поддерживает оригинальный пульт управления DJI;
• Поддерживает имитацию систему управления дроном большинство функций DJI (возврат домой, режимы полёта, полёт по GPS, предупреждения, ошибки).

  Модуль «Предполетной подготовки и создания полетного задания» – Данный модуль позволяет произвести изучение принципа работы с программным обеспечением наземной станции контроля беспилотным ЛА для планирования геодезической аэрофотосъемки и управления БПЛА, весь интерфейс ПО и принцип работы достоверно имитирует оригинальную программу и позволяет произвести имитацию работы с ПО в режимах составления полетного задания и подготовки к запуску различных типов миссий. Включает в себя программный симулятор полёта по точкам с системой имитационной визуализации процесса полета на основе виртуально-генерируемых показателей датчиков имитируемого БПЛА.

Данный модуль обеспечивает следующий функционал:

• Поддержка различных моделей местности с загрузкой карт-планов из сети;
• Поддержка моделирования полетов в условиях гор и застройки;
• Составление полетного задания на трехмерной карте местности;
• Определения места посадки;
• Визуализацию полета посредством управляемой камеры для наблюдения за ходом выполнения полетного задания;
• Вывод на экран информации о скорости летательного аппарата, высоте и направлении полета, скорости и направлении ветра;
• Различные типы миссий – путевые точки, линейная, круговая, периметр, сканирование территории;
• Планирование миссий для фотограмметрии;
• Импорт матрицы высот;
• Импорт актуального ортофотоплана в качестве подложки карты;
• Профиль высот всех точек;
• Режим следования рельефу;
• Программный симулятор;
• Загрузка маршрута частями для замены батарей при выполнении больших миссий;
• Инструмент для геопозиционирования фотографий;
• Запись и проигрывание телеметрии;
• Отображение позиций центров фотографирования на карте;
• Бесполетные зоны, реестр аэропортов;
• Создание собственных беспилотных зон;
• Управление несколькими дронами в рамках одной миссии;
• Возможность подключения реальных аппаратов.

Учебно-лабораторный комплекс «Беспилотный летательный аппарат мультироторного типа»

Лабораторный комплекс включает в себя кит-набор для сборки беспилотного аппарата среднего-профессионального класса и набор необходимых инструментов и запчастей, позволяющих произвести наладку и испытания данного ЛА.

Собранный летательный аппарат позволяет выполнять маловысотные маневры, зависания, облет объекта, движение по маршруту. Также комплекс содержит в себе модуль специализированного ПО предназначенного для программирования полета БПЛА по точкам.

Поставляется в собранном виде. Для безопасности транспортировки некоторые узлы отсоединены.

Базовый Кит-набор комплекса для сборки БПЛА с набором ЗИП представляет собой:

• Сборная пластиковая рама;
• Полетный контроллер класса Pixhawk (состоит из главного процессора и датчиков: определения положения моторов, ускорения, высоты, акселерометр, гироскоп, GPS);
• Двигатели и их контроллер;
• Пропеллеры;
• Крепежные элементы
• Пульт управления
• Приёмник RC для пульта управления
• Аккумуляторная батарея и зарядное устройство
• Камера fpv с 2-осевым стабилизационным подвесом
• Комплект приёмопередатчик радиотелеметрии;
• Передатчик видеосигнала;
• FPV UVC приемник видеосигнала с поддержкой вывода видео на экран ПК;
• Инструкция по сборке и эксплуатации комплекса
• Набор инструментов для сборки

Учебный лабораторный комплекс «Сборка и программирование БПЛА»

  Данная лаборатория представляет из себя учебный комплекс, предназначенный для подготовки специалистов по сборке программированию и эксплуатации беспилотных летательных аппаратов разных классов с четырьмя и шестью несущими винтами. Комплекс включает в себя кит-набор для сборки летательного аппарата и набор необходимых инструментов и запчастей, позволяющих произвести сборку наладку и испытания данного ЛА. Собранный летательный аппарат позволяет выполнять маловысотные маневры, зависания, облет объекта, движение по запрограммированному маршруту и посадку.

  Конструкция аппарата обеспечивает стабильность полета и выполнения различных практических и прикладных задач.

  Также комплекс содержит в себе модуль специализированного ПО, предназначенного для изучения принципов в конструирования, сборки наладки и испытания различных БПЛА. Также служит для контроля знаний и экзаменационной сборки аппарата под различные входные условия с проверкой совместимости компонентов после сборки и присвоения баллов

  Для изучения особенностей программирования микроконтроллеров вместе с комплексом поставляется курс лабораторных работ для освоения базовых возможностей микроконтроллеров на базе Arduino.
Учебный комплекс состоит из следующих модулей:

• Модуль-набор для сборки и изучения летательного аппарата;
• Модуль специализированного ПО для изучения конструкции и устройства ЛА;
• Модуль-лаборатория 2 рабочих места для изучения курса программирования микроконтроллеров на базе Arduino.

Базовый Кит-набор комплекса для сборки БПЛА с набором ЗИП представляет собой:

• Сборная пластиковая рама;
• Полетный контроллер класса Pixhawk (состоит из главного процессора и датчиков: определения положения моторов, ускорения, высоты, акселерометр, гироскоп, GPS);
• Двигатели и их контроллер;
• Пропеллеры;
• Крепежные элементы
• Пульт управления
• Приёмник RC для пульта управления
• Аккумуляторная батарея и зарядное устройство
• Камера fpv с 2-осевым стабилизационным подвесом
• Комплект приёмопередатчик радиотелеметрии;
• Передатчик видеосигнала;
• FPV UVC приемник видеосигнала с поддержкой вывода видео на экран ПК;
• Инструкция по сборке и эксплуатации комплекса
• Набор инструментов для сборки

Стенд-планшет «Электроника, автоматика и оборудование БПЛА»

  Данный комплекс представляет из себя интерактивный физический стол-стенд с действующим образцом изучаемого прототипа, аналогичного решениям на базе БПЛА мультироторного типа DJI 450. Все электрические связи между
узлами модели выполнены в виде штырьковых разъемных соединений и могут быть разъединены в любой момент для сборки другой конфигурации. С помощью данного комплекса реализуется процесс обучения устройству электроники и электрических связей БПЛА мультироторного типа. Комплекс предоставляет возможность произвести исследование конструкции и особенностей строения электрических систем типовых ЛА мультироторного типа и произвести замену некоторых модулей на аналогичные, с другими характеристиками.

  Комплекс позволяет провести изучение следующих электрических систем и связей изучаемого аппарата:

• Система управления;
• Система питания;
• Система подвески;
• Система съемки;
• Система радиосвязи;
• Система крепления узлов и проводки.

Комплекс позволяет произвести замену составных частей БПЛА на аналогичные, с другими характеристиками, и оценить их влияние на параметры системы. В комплексе содержатся следующие комплекты для проведения замены:

• Комплект электродвигателей двигателей разной мощности.
• Комплект батарейных блоков разной емкости
• Комплект пропеллеров с разными параметрами шага и диаметром

Дополнительные устройства, подключаемые к стенду:

• Видеокамера и устройство вывода в виде монитора;
• Видео очки для тестирования приема изображения с камеры;
• Комплект приёмника и передатчика для видеосигнала;
• Стабилизированный подвес для камеры.

Для измерения тягового усилия разных двигателей с разными винтами в комплекс входит специальная измерительного малогабаритного стенда, на котором закрепляется испытываемый двигатель, и динамометрический датчик, определяющий тягу, создаваемую двигателем, установленным на подвижной тележке.

Лабораторный стенд «Диагностика и ремонт БПЛА (World Skills)»

Лабораторный стенд представляет из себя учебный комплекс, предназначенный для подготовки специалистов по сборке программированию и эксплуатации беспилотных летательных аппаратов разных классов. Специалист в этой области разрабатывают, конструируют, осуществляют техническое обслуживание, локализуют и устраняют неисправности оборудования, программируют системы управления беспилотных авиационных систем.
Стенд выполнен в виде стенд-планшета, на котором жестко закреплен действующий образец изучаемого прототипа ЛА мультироторного типа, основанном на реальном прототипе ЛА. Все электрические связи между узлами аппаратов выполнены в виде штырьковых разъемных соединений со свободными концами для пайки и разъединяются в любой момент для осуществления сборки или введения неисправностей. С помощью данного комплекса реализуется процесс обучения устройству электроники и электрических связей БПЛА, а также приобретение навыков по диагностике и исправлению неисправностей в БПЛА разных типов.
К стенду прилагается специально разработанное методическое пособие, с имитацией различных дефектов в таких узлах как: моторы, питание, система управления, полётный контроллер, пропеллеры и прочее.
Преподаватель вносит неисправность вручную с помощью приложенного пособия, или устанавливает заранее неисправный модуль на аппарат, а затем передает его на диагностику испытуемому. Студенту необходимо выявить неисправность и устранить её. Дефекты имею разный уровень сложности и в некоторых случаях имеют несколько вариантов решения. Рама выполнена из алюминиевого профиля.

Перечень вносимых в конструкцию БПЛА дефектов:
1. Дефекты ВМГ (винтов);
2. Дефекты ВМГ (моторы);
3. Дефекты системы питания (батарея);
4. Дефекты системы радио-канального управления;
5. Дефекты полетного контроллера;
6. Дефекты регулятора тяги Регулятор тяги;
7. Дефекты системы позиционирования.