Воздушные грузовики вместо аэротакси

Александр Тимофеев, управляющий партнер FPI, президент компании ADRN Technology, которая занимается разработкой грузовых дронов SKYF, рассказал о проблемах и перспективах беспилотников.

Беспилотники — это наше завтра. Небольшие дроны уже используются в сельском хозяйстве, для фото и видеосъемки, для дистанционного зондирования земли, обеспечения безопасности и т.д. И отрасль, несмотря на различные сложности, продолжает развиваться. Вероятно, уже через 10 лет летающий беспилотник станет чем-то обыденным и простым для понимания. Однако в то время как мечтатели грезят о летающих автомобилях, реальность ставит перед БПЛА несколько другие задачи.

Индустрия профессиональных дронов

Собрать простой дрон можно даже в домашних условиях — все схемы и компоненты есть в свободном доступе. И разница между самодельной игрушкой-квадрокоптером и профессиональным аппаратом, по большому счету только в минутах полёта, полезной нагрузке и дизайне.

Самый массовый сегмент в гражданской авиации оккупировали маленькие дроны с грузоподъемностью от 0,5 до 10 кг. На рынке присутствуют сотни моделей, распространенных — десятки. И поскольку сегмент заполонен, соревнование уже идет не за конструкцию аппаратов, а за полезную нагрузку — у кого камера получше, кто чуть дольше летает, у кого лучше стабилизация, опять же важен дизайн. Понятно, что диапазон решаемых задач там узкий, а дальность и продолжительность полета небольшие, но и стоимость вполне подъемная — от $1 000 для домашнего использования до $50 000 для профессиональной съёмки.

Если говорить о профессиональных дронах, которые используются для перевозки более тяжелых грузов, их на рынке пока немного, потому что подходящие технологии довольно дороги. В диапазоне от 20 до 40 кг самый известный дрон — Yamaha Rmax, практически безальтернативный японский аппарат с грузоподъемностью 28 кг, созданный по классической вертолетной схеме. Было произведено порядка 10 000 таких аппаратов, сейчас они активно эксплуатируются, но удовольствие это недешевое. Начальная стоимость — 100 тыс долларов, а в комплектации для авиахимработ уже около 200 тыс.

Еще есть несколько разработок в сегменте между 20 и 60 кг по $300-500 тыс в зависимости от задач. Например, Swissdron вертолетного типа по соосной вертолётной схеме с грузоподъемностью 50 кг, стоит порядка 400 тыс евро. Отдельно стоят достаточно дорогие мультироторные системы с грузоподъемностью больше 100 кг, нацеленные на сегмент пассажирских грузоперевозок. На рынке представлено не более 3-4 реально летающих моделей — например, китайский E-Hang и немецкий Volocopter — электрические дроны с грузоподъемностью 120 кг и 200 кг и временем полета 27 мин и 40 мин соответственно.

Почему мы не летаем

Говоря о перспективах БПЛА, конечно, нельзя обойти рынок грузопассажирских перевозок. Пожалуй, наиболее подогретый и самый спорный на сегодня. Все большие игроки пытаются туда залезть уже несколько лет, но проекты, в которые реально стоит инвестировать, можно пересчитать по пальцам. Один из самых известных — аэротакси Lilium. В 2017 году у них был первый тестовый полет — разумеется, без людей, и больше пока ничего не слышно.

Стоимость таких решений велика, а проблемы с лицензированием еще больше. Аппараты, заточенные под перевозку людей, требуют дополнительного резервирования для всего: энергоснабжения, автопилота, высоконадёжных двигателей, повышенной прочности кабины, способной выдержать перегрузку более 8g и т.д. и т.п. У самолета или вертолета даже при отключении всех двигателей есть шанс успешно совершить посадку, у мультироторной системы нет — аппарат просто упадет. А учитывая, что потребность в аэротакси, мягко говоря, не такая уж острая, и конкурировать с прекрасно развитыми наземными перевозками в этом случае очень сложно, возникает вопрос, а надо ли?

Вопрос становится совсем острым если принять во внимание скорое появления наземных беспилотных автомобилей, способных кратно повысить эффективность уже существующей дорожной инфраструктуры. Поэтому если три года назад все бежали в сторону аэротакси, сейчас бизнес-парадигма начала меняться — многие крупные игроки создают платформенные решения, заточенные под B2B клиентов и обеспечивающие перевозку грузов.

Что мешает развитию БПЛА

Беспилотники — очень перспективное направление, но бизнесу в этой отрасли не дают развернуться две вещи — отсутствие одновременно эффективных и дешевых технологий и сложное регулирование.

Говоря о технологических аспектах, основная проблема электрических дронов — это аккумуляторы, которые значительно ограничивают время полета. За последние 20 лет использования литий-ионных батарей их удельная стоимость (запас энергии на доллар стоимости) уменьшилась в десятки раз, а удельная плотность энергии (отношение запасённой энергии к массе батареи) увеличилась всего в 2 раза. И, честно говоря, непонятно, что может произойти в ближайшие 5-7 лет, чтобы ситуация кардинально изменилась и аккумуляторы смогли бы хоть как-то приблизиться по плотности энергии к жидкому топливу, которое в 40 раз более энергоёмкое.

Возникает вопрос: почему бы не делать бензиновые беспилотники? Но и тут не все так просто. Разработать мультироторную схему на бензине по классическим алгоритмам управления можно только одним способом — используя схему последовательного гибрида, при которой энергия для электродвигателей вырабатывается связкой ДВС-Генератор. А так как генератор вырабатывает переменный электрический ток, а все электродвигатели питаются от постоянного, то требуется бортовая электрическая силовая схема большой мощности, это очень серьезная инженерная задача, которая требует дорогой силовой электроники в авиационном исполнении.

Обойти эту проблему смог российский грузовой бензиновый мультикоптер SKYF c полной грузоподъемностью до 400 кг и дальностью полета до 350 км. Он использует мощность и выносливость ДВС для обеспечения вертикальной тяги, а для управления и стабилизации — быстрые электромоторы. В результате, всего 5% энергии проходит по схеме последовательного гибрида, при этом доля силовой электроники в себестоимости дрона составляет 30%. Это своеобразный компромисс между электричеством и ДВС.

Сейчас SKYF на стадии тестовых полетов, однако интерес к дронам подтверждается множеством соглашений о сотрудничестве с компаниями Азии, Европы и Африки. Потребность в подобных грузовых дронах просто огромная, начиная с задач, связанных с логистикой, и заканчивая аварийным снабжением, пожаротушением и т.д.

С точки зрения сертификации за последние 2-3 года все изменилось только в худшую сторону — если раньше область просто была не отрегулирована, то сейчас серую зону сменило прямо-таки драконовское законодательство. Особенно это касается ЕС и США. На всю Америку только десять компаний получили разрешение на профессиональное использование беспилотников. Среди них Apple, Microsoft и Uber, а вот компании Amazon разрешения уже не дали. Когда в прошлом году мы участвовали в выставке в Сан-Франциско, одни американцы рассказывали, что вынуждены испытывать свой беспилотник в Австралии из-за сложностей с регулированием.

В погоне за безопасностью регуляторы просто тормозят развитие перспективной отрасли. Тут нужен риск-ориентированный подход. Понятно, что технологии еще не прошли апробацию, нет статистики использования, нет уверенности в автопилотах и надежности электрических схем, но ведь никто и не предлагает сразу летать над населенными пунктами. Почему бы не летать над сельскохозяйственными угодиями, тундрами, пустынями или болотами? Над морем в конце концов. Тем более, что дроны, в первую очередь, и нужны там, где наземный транспорт неэффективен, а риски для наземной инфраструктуры практически отсутствуют.

Что делать?

Ускорить развитие отрасли можно и нужно. Для этого, во-первых, должно появляться больше подходящих и недорогих технологий. Один из способов удешевить производство дронов — это эффективная организация/локализация производственных цепочек. Например сейчас для российских производителей сборка дронов — это настоящий квест с поиском надежных комплектующих по всему миру. При этом Россия исторически имеет большой опыт создания сложных продуктов на основе кооперации. У нас сильная инженерная школа.

Самые яркие российские производители дронов базируются в Москве и в Казани. В Казани уже работает авиационный кластер. В Москве создается глобальный кластер, который должен усилить взаимодействие между предприятиями отрасли и другими производителями — от промышленных гигантов до частных IT-решений. Думаю, это может помочь локализации и повышению эффективности разработки новых аппаратов.

Вторая важная задача — возможность тестировать свои разработки. Пока Европа и США занимаются так называемым «перерегулированием», имеет смысл смотреть в сторону развивающихся рынков — это Азия, Африка, Россия и СНГ. Тут дроны можно хотя бы испытывать. Плюс на развивающихся рынках они нужны больше всего — для сельского хозяйства, при добыче полезных ископаемых, обеспечения экстренного снабжения медикаментами и продуктами питания и т.п. Это подтверждается серьёзным интересом со стороны российских, африканских и азиатских заказчиков.

И в-третьих, нужно решить существующую проблему доверия между всеми участниками рынка — не только производителями и регуляторами, но и эксплуатантами, клиентами, банками, страховыми компаниями. Техническим инструментом, обеспечивающим 100% доверие, может стать операционная платформа, которая будет выполнять функцию «черного ящика», хранящего всю информацию о событиях, происходящих с грузовыми роботами на протяжение всего жизненного цикла. Когда вопрос доверия решится, процесс пойдет лучше.

Кстати, создание такой платформы актуально не только для воздушных, но и для наземных и водных беспилотников, так как вопросы страхования, обслуживания, утверждения маршрутов, оперативная проверка лицензий и разрешений и т.п. актуальны для любых типов беспилотников.

Все мы медленно, но верно двигаемся по пути решения этих проблем, так что рынок грузовых беспилотников в любом случае будет разрастаться. А с развитием технологий и преодолением инертности сознания люди смогут каждый год открывать для себя новые возможности БПЛА. Через 10, максимум 15 лет невозможно будет представить себе мир без воздушных грузовиков.