Новые технологии научных исследований с применением беспилотных летательных аппаратов

В последние годы ААНИИ осуществляет работы по применению беспилотных летательных аппаратов (БЛА) для задач мониторинга природной среды Арктики. После серии экспериментальных полетов в реальных условиях дрейфующей станции «Северный полюс — 35» весной 2008 г. БЛА модели «Элерон-Т23Э» с 2009 г. применяются в круглогодичном цикле работ на дрейфующих станциях «Северный полюс», где используется для получения оперативной информации о ледовой обстановке в зоне дрейфа станции. Этот летательный аппарат применялся с успехом как в условиях светлого времени (ТВ — камера), так и в условиях полярной ночи (ИК — камера). Будучи оснащенным аэрологическим датчиком производства фирмы Vaisala, этот комплекс БЛА позволяет получать вертикальные профили температуры и влажности воздуха до высоты около 3000 м. Параметры ветра в ходе полета рассчитываются аппаратными средствами. Получаемые таким образом данные наблюдений над подстилающей поверхностью разного типа представляют значительный интерес для исследований в области взаимодействия атмосферы и океана при наличии дрейфующего льда.

Россия, являясь одним из членов Арктического Совета, принимает участие в работе его различных органов и, в частности, AMAP (Arctic Monitoring and Assessment Program — Программа мониторинга и оценки состояния Арктики), разделяет заинтересованность международного научного сообщества о перспективах применения БЛА для мониторинга природной среды в Арктике. Росгидромет уделяет внимание и оказывает необходимую финансовую и организационную поддержку этому направлению, которое в последние годы активно развивается на базе Высокоширотной арктической экспедиции ААНИИ. Были созданы условия для участия представителей ААНИИ в разработанном AMAP проекте «Координированные исследования взаимодействия климата и криосферы» (Coordinated Investigation of Climate — Cryosphere Interactions — CICCI). Район проведения работ — окрестности научного посёлка Ни-Олесунн (Ny-Alesund), о. Зап. Шпицберген, арх. Шпицберген. Сроки — март–май 2011 г. Целью проекта являлось исследование процессов, определяющих распределение аэрозолей и сажи в атмосфере Арктики, оказывающих воздействие на распространение, накопление сажи на поверхности снега и льда и на величину альбедо. В методическом плане важным являлось проведение интеркалибрации датчиков, которыми оснащены БЛА разных типов. В реализации проекта приняли участие представители девяти научных организаций из семи стран. К формированию программы проекта CICCI были привлечены участники рабочей группы AMAP по БЛА, что позволило существенно обогатить содержание проекта CICCI. Помимо ААНИИ в лётной подпрограмме проекта участвовали представители Норвегии (NORUT — Норвежский институт изучения Севера) и США (NOAA — Национальная океаническая и атмосферная администрация).

К середине мая 2011 г. полевая фаза работ по проекту в районе Ни-Олесунн была завершена. Активная фаза работ БЛА ограничивалась периодом 08.04–15.05.2011. В лётной части проекта от NOAA принимало участие 8 специалистов, от NORUT — 7, от ААНИИ — 4. В программе наблюдений с помощью БЛА наметилась некоторая специализация. БЛА NOAA был оснащён приборами для измерения концентрации аэрозолей и содержания сажи; БЛА NORUT — спектрометрами и высокоточным альтиметром; БЛА ААНИИ снабжён теле-, ИК-, фотоаппаратурой. Каждый из БЛА оснащён блоком для выполнения метеорологических измерений (температура и влажность воздуха; скорость и направление ветра — рассчитываются по полётным характеристикам программно).

Специалистами из Норвегии и США за месяц работ было выполнено примерно по 20 полётов. Российский БЛА менее чем за две недели выполнил 10 полётов. Серьёзным фактором, ограничивавшим полёты, являлись неблагоприятные погодные условия. Задачи, поставленные перед группой БЛА, были, в целом, выполнены успешно. Получен большой массив данных наблюдений по концентрации сажи и аэрозолей на разных высотах (NOAA); выполнены множественные измерения альбедо, в том числе над районами работ наземных групп (NORUT). В результате полётов БЛА ААНИИ получены 12 вертикальных профилей распределения температуры, влажности воздуха, а также скорости и направления ветра над подстилающей поверхностью разного типа (чистая вода, заснеженный грунт, разные участки ледника) в диапазоне высот 100–2700 м. По данным трёх типов БЛА получен объёмный материал с изображением района работ в видео — и ИК — диапазонах.

Совместная работа с иностранными коллегами предоставила возможности для взаимного обмена накопившимся опытом применения БЛА. Специалисты NOAA работают в области применения БЛА к задачам гидрометеорологии около 10 лет. Специалисты NORUT — с 2006 года. Оба коллектива владеют БЛА разных изготовителей, но с близкими тактико-техническими характеристиками. Модель БЛА NOAA — «Manta»; модель БЛА NORUT -»CryoWing». Для обеих моделей старт обеспечивается с применением катапульты; посадка производится «по самолётному» в режиме радиоуправления с переносного пульта оператора. Обе модели оснащены 2-тактными 2-цилиндровыми двигателями внутреннего сгорания (ДВС), обеспечивающими длительность полёта в 4–5 часов, максимальное удаление (радиус действия) 300–400 км, с ограничением по полезной нагрузке 7–8 кг. Состав полезной нагрузки — газоанализаторы, спектрофотометры, метеодатчики, аппаратура ТВ наблюдения и фоторегистрации. Накопление большей части получаемой информации производится на борту БЛА. Связь с наземной станцией управления обеспечивается по каналу системы «Иридиум».