Дрон в поле воин: российские беспилотники очистят обочины от борщевика
Отечественные агродроны смогут эффективнее распылять удобрения и средства защиты растений благодаря первой разработанной в нашей стране «умной форсунке», полностью изготовленной из российских компонентов. Система позволяет настраивать размер капель и ширину распыления, что особенно важно при выполнении задач, требующих высокой точности. Один из примеров — борьба с зарослями борщевика Сосновского и других сорняков, когда необходимо обеспечить попадание химических препаратов только на целевые растения и минимизировать их воздействие на окружающую среду. Кроме того, разработку можно использовать для нанесения противообледенительных жидкостей на самолеты. При этом эксперты отмечают, что ключевым этапом станет проверка технологии в реальных условиях эксплуатации. По их словам, важно не только подтвердить заявленную эффективность системы, но и оценить, насколько безопасным будет ее применение для людей и животных в зоне проведения работ.
Как беспилотники обрабатывают поля
Инженеры-конструкторы Московского авиационного института создали первую в стране умную форсунку для сельскохозяйственных беспилотников. Это устройство помогает с высокой точностью опрыскивает поля пестицидами и удобрениями.
Как пояснили разработчики, ранее отечественные агродроны оснащались импортными распылительными узлами, что создавало зависимость от зарубежных поставщиков и увеличивало стоимость обслуживания техники. Кроме того, такие изделия не всегда адаптированы к российским климатическим условиям и особенностям технологий применения. Новый проект призван решить эту проблему.
— Устройство представляет собой форсунку центробежного типа, которая распыляет жидкость с помощью вращающегося диска. Изменяя скорость его вращения и параметры подачи, можно регулировать размер капель в диапазоне от 50 до 500 микрометров, а также управлять шириной факела распыла — формой струи, создаваемой распылителем, — рассказал один из разработчиков, руководитель проектов дирекции «Аэромобильность» МАИ Антон Ляпин.
По его словам, основу форсунки составляет бесколлекторный электродвигатель российского производства, к которому подключается отечественный регулятор оборотов. Корпусные элементы устройства изготавливаются в МАИ. Устройство работает в автоматическом режиме по заданной программе, однако оператор может изменять основные параметры распыления непосредственно во время полета.
— На первый взгляд форсунка напоминает ракету. Такой облик обусловлен конструкторскими решениями — продолговатый полый корпус выполняет функцию воздухозаборника, а радиаторы отвечают за отвод тепла. Вместо привычного щеточного двигателя мы используем бесщеточный. В сочетании с оригинальной системой охлаждения это позволяет устройству работать без перегрева и сохранять стабильные характеристики распыления, — уточнил инженер-конструктор проекта Даниил Назаров.
По его словам, в настоящее время прототип проходит ресурсные испытания. Специалисты оценивают надежность работы устройства при длительных нагрузках, измеряют размер капель в различных режимах распыления, а также проверяют равномерность распределения жидкости по ширине факела. Следующим этапом станут полевые испытания, которые разработчики планируют провести совместно с потенциальными эксплуатантами устройства.
Борьба с борщевиком и обслуживание самолетов
— Устройство рассчитано на широкий спектр применения. Один из наиболее проработанных сценариев — борьба с борщевиком Сосновского на линейных объектах. Это агрессивное сорное растение, которое быстро распространяется вдоль дорог и на сельскохозяйственных угодьях, а борьба с ним остается сложной задачей. Традиционные методы распыления гербицидов зачастую оказываются недостаточно эффективными из-за отсутствия возможностей точной настройки параметров обработки. Наша разработка позволяет подобрать режим распыления таким образом, чтобы действующее вещество попадало только на целевые растения и минимизировало воздействие на окружающую экосистему, — рассказал Антон Ляпин.
Борщевик представляет собой одно из самых агрессивных и быстро распространяющихся растений. Он вытесняет местные виды трав и кустарников, нарушает естественный баланс в природе и снижает биологическое разнообразие. Кроме того, его опасность заключается в соке, который содержит фуранокумарины. Это вещества, повышающие чувствительность кожи к ультрафиолетовому излучению. При попадании сока на кожу и последующем воздействии солнечного света возникают тяжелые ожоги. Они сопровождаются пузырями, болью и длительным заживлением, а на месте поражения могут оставаться пигментные пятна и рубцы. В некоторых случаях при обширных поражениях возможны осложнения в виде лихорадки и интоксикации организма.
Исследователи также рассматривают возможность использования форсунки для нанесения противообледенительных жидкостей, где особенно важна высокая точность размера капель. Если испытания подтвердят эффективность такого решения, устройство можно будет применять для обработки самолетов, зданий и высотных конструкций.
— Борьба с борщевиком — задача государственного масштаба, которая требует широкого вовлечения ученых и инженеров. В то же время нужно понимать, как технологии будут работать на практике и как они обеспечат безопасность для человека и животных в районе обработки, — отметил доцент Института экологии РУДН имени Патриса Лумумбы, главный редактор интернет-журнала «Отходы и ресурсы», член Общественного совета базовой организации государств — участников СНГ по экологическому образованию Владимир Пинаев.
Вместе с тем при практическом применении технологии могут возникнуть определенные сложности, отметил доцент кафедры конструкции и проектирования летательных аппаратов Казанского национального исследовательского технического университета им. А.Н. Туполева — КАИ Ильфир Абдуллин.
— Борщевик обладает сложным рельефом листьев и способен восстанавливаться даже из небольшого фрагмента растения. Кроме того, для эффективной борьбы его необходимо уничтожать сразу на больших площадях. Если же очаги распространения находятся рядом с режимными территориями или частными объектами, операторы беспилотников могут столкнуться с бюрократическими барьерами при проведении таких работ, — считает эксперт.
По его словам, для полноценного внедрения подобных технологий необходимо развивать не только сопутствующую инфраструктуру. Сегодня в России уже есть производители дронов, готовых комплексов для аэрофотосъемки, опрыскивания, картографирования и мониторинга, а также разработчики специализированного программного обеспечения. Однако для достижения технологической независимости отрасли нужно стимулировать создание отечественных сенсоров и бортовых вычислительных модулей, совершенствовать нормативно-правовую базу и развивать инфраструктуру, необходимую для выполнения полетов беспилотников вне прямой видимости оператора.
— Разработка заслуживает внимания, однако ключевой задачей остается налаживание коммерческого сотрудничества с производителями агродронов, которые смогут интегрировать устройство в свои платформы. Сегодня на отечественном рынке доминируют китайские беспилотники, оснащенные собственными системами распыления, встроенными в управляющую электронику. Функциональность, которую воспроизводят разработчики, у лидеров рынка уже реализована в качестве одной из опций флагманских моделей. Поэтому заменить штатную форсунку на китайских аппаратах отечественным аналогом без потери связи с автопилотом и системой контроля расхода жидкости практически невозможно, — уточнил эксперт рынка НТИ «Аэронет» Артем Богатырев.
По оценке разработчиков, при серийном производстве стоимость одной форсунки составит менее 10 тыс. рублей. В дальнейшем они рассчитывают наладить выпуск электронных компонентов для устройства на базе института. Это позволит обеспечить контроль качества продукции и оперативно адаптировать ее под конкретные задачи. Проект реализуется при поддержке Минобрнауки России.
