Способ доставки малокалиберных боеприпасов до цели с помощью автономного беспилотного летательного аппарата Российский патент 2024 года по МПК G05D1/49 G08G5/00 B64U101/15 B60V1/00 G01S17/89 

Изобретение относится к области транспортирования средств на воздушной подушке, которое посредством беспилотных летательных аппаратов (далее - БПЛА) обнаруживают цели и доставляют малокалиберные боеприпасы для поражения живой силы противника и стационарных огневых средств, расположенных как на открытых участках, так и скрывающихся за естественным рельефом местности или искусственными преградами.

Целью данного изобретения является разработка нового способа, позволяющего с помощью малогабаритного БПЛА, не управляемого оператором, а движущимся автономно по заданным координатам цели, доставлять малокалиберные боеприпасы до места (объекта) назначения в условиях выполнения боевой задачи, связанной с поражением живой силы противника и (или) стационарных огневых средств (опорных пунктов противника).

Развитие технологий позволяет вводить в вооруженные конфликты роботизированные комплексы и БПЛА, целью которых является поражение живой силы противника, вывод из строя вооружения и военной техники. С целью противодействия угрозам, создаваемым БПЛА (вооружение, средства видеорегистрации, наведения и др.), используются средства радиоэлектронной борьбы, позволяющие обнаружить, подавить каналы управления и навигации, а также перехватить управление беспилотным летательным аппаратом. Одной из задач, возлагаемых на совершенствуемые системы и способы применения БПЛА, является преодоление воздействия средств электронной борьбы.

Для противодействия средствам радиоэлектронной борьбы вводят дополнительные дублирующие системы управления и навигации, но каждая вводимая система приводит к повышению электропотребления, массогабаритных характеристик и существенному увеличению стоимости беспилотного летательного аппарата, который в большинстве случаев не подлежит повторному использованию.

Известна система управления БПЛА, содержащая блок управления, с GPS-приемником с антенной БПЛА и средствами видеонаблюдения, рабочее место оператора, состоящее из системного блока, монитора, клавиатуры и манипулятора типа «Мышь», пульт управления, соединенный по радиоканалу с системным блоком и беспилотником, отличающаяся тем, что к системному блоку присоединен сервер системы 4 ГИС с базой карт в динамике по времени издания и цифровых клонов объектов, база карт содержит информацию по оси Z, в качестве объектов в память сервера 4 ГИС заложены цифровые клоны рельефа местности, недвижимости, растительности, помехи перелету, дороги, транспортные средства, объекты и субъекты, растительность заложена в память сервера 4 ГИС в зависимости от времени года [1].

Также известен способ навигации подвижного объекта с использованием трехмерных датчиков, характеризующийся тем, что: получают данные трехмерной сцены складского помещения от по меньшей мере одного трехмерного датчика, установленного на подвижном объекте, и заранее известные истинные координаты точек стеллажей; формируют набор гипотетических координат точек стеллажей на основании данных трехмерной сцены складского помещения; определяют гипотетические координаты местоположения подвижного объекта; выполняют уточнение координат местоположения подвижного объекта на основании сопоставления гипотетических координат точек стеллажей и заранее заданных координат точек стеллажей, полученных выше [2].

Кроме того, известна система обнаружения препятствий для использования в летательном аппарате, содержащая: полезную нагрузку в виде датчика для обнаружения не отвечающего на запросы препятствия в первом воздушном пространстве, находящемся возле летательного аппарата, причем полезная нагрузка в виде датчика содержит радиолокационную станцию для радиального сканирования первого воздушного пространства с выработкой радиолокационной информации, имеющей первое разрешение, и камеру для получения изображения второго воздушного пространства в указанном первом воздушном пространстве с выработкой оптической информации со вторым разрешением, которое выше, чем первое разрешение; и процессор, функционально соединенный с полезной нагрузкой в виде датчика, причем процессор выполнен с возможностью определения местоположения не отвечающего на запросы препятствия и для определения не отвечающего на запросы препятствия в виде функции радиолокационной информации и оптической информации [3].

Недостатком рассмотренных технических решений аналогов является наличие в составе БПЛА видеокамер, предназначенных для контроля процесса полета и выполнения функций по предназначению, а также различных модулей и датчиков, усложняющих конструктивные особенности устройств, а значит, и передвижение (маневрирование) БПЛА, уменьшаются маскирующие способности устройства, и как следствие, оперативность и скрытность выполнения задачи.

Наиболее близким аналогом к заявленному изобретению по совокупности признаков и принятого за прототип является боеприпас с совмещением режимов обнаружения и поражения цели, включающий боевую часть осколочно-фугасного действия с взрывателем и видеокамерой и несущую часть, в стенке корпуса несущей части предусмотрены четыре паза, в которых до запуска размещаются четыре раскладные опоры с электродвигателями и винтами, в корпусе несущей части размещены элементы управления боеприпасом и источник питания, на хвостовике корпуса несущей части выполнена камера сгорания с капсюлем-воспламенителем, наполненная пороховым метательным зарядом, с внешним профилем под форкамеру ствола гранатомета, при этом дополнительно боевая часть закреплена на несущей части электромеханическим размыкателем, камера сгорания выполнена сменной, боеприпас снабжен дополнительной видеокамерой, размещенной на торце корпуса несущей части, выполненной с возможностью работы при отделении боевой части [4].

Основным недостатком прототипа является наличие систем дистанционного управления и позиционирования, что делает его уязвимым для обнаружения и перехвата управления противником в процессе передвижения (маневрирования) БПЛА.

Таким образом, в уровне техники существует потребность в создании способа, который обеспечивал бы возможность доставки малокалиберного боеприпаса до цели в условиях радиоэлектронного противодействия противником, при этом не вводя дорогостоящих и дублирующих друг друга систем навигации и управления.

Сущность изобретения заключается в надежном и достоверном способе доставки малокалиберного боеприпаса до цели противника с помощью автономного БПЛА («дрон-камикадзе»), в применении средств лазерного сканирования местности, которые позволяют осуществлять автономный полет без участия в управлении оператора путем самостоятельной ориентации автономного БПЛА в пространстве по топологической карте, предварительно загруженной на съемный флеш-накопитель, и отказ от иных средств ориентации в полете, таким образом, исключается возможность воздействовать на передвижение (маневрирование) БПЛА средствами подавления сигналов радиоуправления и GSM навигации противника.

Техническое решение по способу доставки малокалиберных боеприпасов до цели с помощью автономного БПЛА направлено на устранение недостатков, свойственных решениям, известным из уровня техники.

Технический результат изобретения состоит в разработке способа доставки БПЛА малокалиберных боеприпасов до цели в автономном режиме, в условиях возможной работы средств радиоэлектронной борьбы противника по перехвату управления и подмены данных системам позиционирования.

Технический результат достигается за счет того, что данное устройство состоит из высокопрочного полимерного материала типа Aerotex, из которого изготовлена несущая часть корпуса автономного БПЛА. Одним из элементов системы управления автономным БПЛА, помимо микропроцессора, являются три лидара, выполняющих функции средств лазерного сканирования местности. Для маневренного движения автономным БПЛА применяется автомат перекоса. Электропитание автономного БПЛА осуществляется с помощью двух графеновых аккумуляторов, отличающихся от Li-ионной большей емкостью при том же объеме и увеличенной скоростью подзарядки.

На чертеже изображен порядок передвижения (маневрирования) БПЛА с доставляемым малокалиберным боеприпасом до цели.

Способ доставки малокалиберных боеприпасов до цели с помощью автономного БПЛА заключается в предварительной работе оператора автономным БПЛА (установка малокалиберного боеприпаса, загрузка данных и запуск) и, в дальнейшем, независимом от оператора, самостоятельно корректируемом полете автономного БПЛА до цели.

Способ заключается в выполнении предполетного подготовительного цикла действий оператора с автономным БПЛА и практического «самостоятельного» порядка действий микропроцессора автономного БПЛА во время движения.

Оператор выполняет следующие действия:

- определяет необходимую часть предварительно полученной топологической структуры рельефа местности и находящихся на нем объектов в качестве исходных данных цели. При этом данная топологическая система обязательно должна неразрывно включать район запуска автономным БПЛА, район расположения объекта цели, к которой осуществляется доставка малокалиберного боеприпаса, и прилегающие (соседние) к ним районы;

- разделяет район поиска на элементарные объемы поиска;

- определяет и задает в районе расположения объекта топологическую структуру объекта, к которому осуществляется доставка;

- определяет и задает исходную точку для запуска автономного БПЛА;

- задает предварительный полетный маршрут в соответствии с определенной топологической структурой рельефа местности;

- задает высоты (от уровня рельефа местности и располагающихся на нем объектов) полета автономного БПЛА;

- задает предварительно полученные данные о метеорологической обстановке по всей протяженности маршрута полета;

- загружает полученный результат на флеш-накопитель автономного БПЛА;

- включает и запускает автономный БПЛА с исходной точки местности, соответствующей предварительно заданной на топологической структуре рельефа местности.

После запуска автономного БПЛА «самостоятельно» и независимо от внешних управляющих воздействий (оператора), выполняет следующие действия:

- поднимается на предварительно заданную высоту;

- определяет местоположения (выполняет самопозиционирование) по данным, получаемым со средств лазерного сканирования местности;

- корректирует маршрут в соответствии с полученными данными, а также поправками на высоту и метеорологическую обстановку;

- движется, маневрируя с помощью аппарата перекоса, по полетному маршруту в соответствии с взаимотнесением своего местоположения в процессе полета, топологической структурой рельефа местности, получаемой с помощью средств лазерного сканирования местности, предварительно загруженной топологической структурой рельефа местности и располагающимися на нем объектами;

- определяет и своевременно загружает заданный элементарный объем нахождения объекта поиска;

- инициирует команды на скоростное сближение автономного БПЛА с целью.

Для минимизации расчетов, производимых микропроцессором автономного БПЛА, используют объем пространства поиска V_n и плотность распределения в нем выявляемых объектов (1):

Для проведения расчетов учитывают стандартизированные данные: средняя скорость ветра - 30 м/с, максимальная скорость ветра - 50 м/с.

Возможности автономного БПЛА ограничиваются элементарным объемом, в котором возможна эффективная и достоверная работа регистрирующей (средства лазерного сканирования местности) и анализирующей (микропроцессор автономного БПЛА) аппаратуры. Условное разделение района поиска на элементарные объемы позволяет уменьшить нагрузку на микропроцессор автономного БПЛА и повысить скорость обработки данных, повысив эффективность производимых расчетов, путем их уменьшения (2).

Для элементарного объема dV=dxdydz, в котором располагается dF объектов поиска, определение количества объектов поиска F₀ производят через плотность распределения и общее количество ранее не регистрируемых объектов (2):

При совпадении топологической структуры обнаруживаемого объекта и предварительно определенной оператором топологической структуры объекта, микропроцессор выстраивает траекторию полета к данному объекту и с максимально допустимой аппаратом скоростью идет на скоростное сближение, вызывая подрыв снаряда.

Соответствие критерию «новизна»

Предлагаемое техническое решение является новым, поскольку в данном способе доставки малокалиберных боеприпасов до цели в условиях радиоэлектронного противодействия противником отсутствуют дорогостоящие и технические системы навигации и управления БПЛА, что позволяет «скрытно» и оперативно выполнить задачу.

Соответствие критерию «изобретательский уровень»

Предлагаемое техническое решение имеет изобретательский уровень, поскольку из опубликованных научных данных (технических решений) явным образом не следует, что известные способы позволяют оперативно, надежно и эффективно осуществить доставку малокалиберного боеприпаса до цели противника в автономном режиме, в котором исключается перехват управления БПЛА противником.

Соответствие критерию «промышленная применимость»

Предлагаемое техническое решение промышленно применимо, так как для его реализации могут быть использованы промышленно выпускаемые материалы и инструменты. Предлагаемый способ может быть реализован с помощью недорогих комплектующих: микропроцессор, малогабаритные двигатели, источники питания и лидары; из феломентного материала и 3D-принтера, изготавливающего корпус БПЛА, автомат перекоса, лопасти воздушных винтов, механизм удержания малокалиберного боеприпаса.

Для реализации предлагаемого способа защиты не требуется дорогостоящие технологическое оборудование и материалы, многочисленные трудозатраты. Не требуется разработка новых технологий и материалов и его работоспособность не вызывает сомнения.

Технико-экономическая эффективность

Заявленное изобретение за счет исключения дорогостоящих дублирующих систем (спутникового позиционирования, связи и др.) менее дорогостоящее в техническом и экономическом отношении.

Источники информации

1. Патент РФ на изобретение RU №2770251 С1, от 14.04.2022 г. «Система управления беспилотником».

2. Патент РФ на изобретение RU №2658092 С2, от 13.04.2018 г. «Способ и система навигации подвижного объекта с использованием трехмерных датчиков».

3. Патент РФ на изобретение RU №2762151 С2, 16.12.2021 г. «Система и способ обнаружения препятствий в системах воздушного движения».

4. Патент РФ на изобретение RU №2771508 С1, 05.05.2022 г. «Боеприпас с совмещением режимов обнаружения и поражения цели к под ствольному гранатомету».

Изобретение относится к области транспортирования средств на воздушной подушке, которое посредством БПЛА обнаруживает цели и доставляет малокалиберные боеприпасы для поражения живой силы противника и стационарных огневых средств, расположенных как на открытых участках, так и скрывающихся за естественным рельефом местности или искусственными преградами. На съемный флеш-накопитель микропроцессора БПЛА загружают данные о топологической структуре рельефа местности и цели. Закрепляют малокалиберный боеприпас в корпусе несущей части БПЛА. Запускают двигатель БПЛА и отпускают его в воздушное пространство в направлении цели. Для исключения воздействия средств подавления сигналов радиоуправления и GSM навигации управление движением БПЛА осуществляет микропроцессор, сопоставляя получаемые внешние данные с загруженной топологической структурой рельефа местности, во время полета используя в качестве источника внешних данных средства лазерного сканирования местности. Обеспечивается возможность доставки малокалиберных боеприпасов до цели в автономном режиме в условиях радиоэлектронного противодействия противником. 1 ил.

Способ доставки малокалиберных боеприпасов до цели, заключающийся в автономном от управления оператора полете беспилотного летательного аппарата, характеризующийся тем, что на съемный флеш-накопитель микропроцессора беспилотного летательного аппарата предварительно загружают подготовленные данные о топологической структуре рельефа местности и цели, закрепляют малокалиберный боеприпас в корпусе несущей части беспилотного летательного аппарата, запускают двигатель беспилотного летательного аппарата и отпускают его в воздушное пространство в направлении цели, в дальнейшем для исключения воздействия средств подавления сигналов радиоуправления и GSM навигации управление движением (маневрированием) беспилотного летательного аппарата в автономном режиме осуществляет микропроцессор, сопоставляя получаемые внешние данные с загруженной топологической структурой рельефа местности и цели, во время полета используя в качестве источника внешних данных исключительно средства лазерного сканирования местности, при этом, при совпадении описания топологической структуры цели на местности с предварительно загруженной в память топологической структурой цели, микропроцессор прокладывает кратчайший путь и инициирует команду на скоростное сближение беспилотного летательного аппарата с целью.