Дрон в поле воин: российские беспилотники очистят обочины от борщевика

Фото: Пресс-служба МАИ / Архив

Борщевик Сосновского особенно быстро распространяется там, где за территорией сложно постоянно следить: вдоль автомобильных дорог, железнодорожных путей, линий электропередачи и границ сельскохозяйственных земель. Заросли приходится обрабатывать на протяжённых участках, где наземная техника не всегда может свободно пройти, а ручная работа повышает риск контакта человека с опасным растением. Сок борщевика содержит вещества, повышающие чувствительность кожи к солнечному свету, поэтому попадание жидкости на тело может привести к серьёзным ожогам. Для борьбы с растением применяют механические, химические и агротехнические методы, подбирая их с учётом площади очага, стадии развития растений и дальнейшего использования земли.

Беспилотник способен добраться до труднодоступного участка, пройти по заранее рассчитанному маршруту и сократить непосредственный контакт людей с зарослями. Однако один только полёт ещё не делает обработку точной. Дрон должен не просто перенести бак с раствором, а распределить препарат так, чтобы он попал на целевые растения, не был унесён в сторону и не расходовался там, где обработка не требуется.

Эту задачу решает распылительный узел — сравнительно небольшая часть агродрона, от которой зависит размер капель, ширина факела и равномерность внесения жидкости. Если параметры подобраны неправильно, преимущества беспилотной платформы теряются: аппарат быстро обследует участок, но препарат распределяется недостаточно точно. Поэтому развитие агродронов требует не только новых летательных аппаратов, но и специализированного оборудования, связанного с ними общей системой управления.

Первую отечественную центробежную форсунку для внесения пестицидов и удобрений с беспилотников создали инженеры-конструкторы Московского авиационного института. До этого российские агродроны, по данным разработчиков, оснащали преимущественно импортными распылительными узлами, что сохраняло зависимость от зарубежных поставок, усложняло обслуживание и не всегда позволяло учитывать российские климатические условия и применяемые препараты. Работы проводились в рамках федерального проекта «Кадры для БАС» при поддержке АНО «Университет 2035».

О том, как вращающийся диск превращает поток жидкости в управляемый факел, зачем форсунке понадобились воздухозаборник и собственная система охлаждения и какие специалисты создают оборудование для точного земледелия, в рамках проекта «Как это работает?», реализуемого при поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации в рамках Десятилетия науки и технологий, рассказали руководитель проектов дирекции «Аэромобильность» МАИ Антон Ляпин и инженер-конструктор проекта Даниил Назаров.

Капля, которой можно управлять

В центробежной форсунке жидкость не проходит через неподвижное отверстие, как в ряде традиционных распылителей, а поступает на вращающийся диск. Скорость его движения и характер подачи раствора определяют, на какие капли распадётся поток и какой формы получится факел. Благодаря этому параметры обработки можно менять не только перед вылетом, но и непосредственно во время выполнения задания.

— Эти устройства распыляют жидкость с помощью вращающегося диска. Подаваемый раствор распределяется по поверхности диска и под действием центробежной силы ускоряется к его периферии. Рельефная структура диска дробит поток на множество мелких порций, а на выходной кромке они срываются и распадаются на капли. За счёт изменения скорости вращения и параметров подачи можно регулировать размер капель в диапазоне от 50 до 500 микрометров, а также управлять шириной факела распыла, — рассказал Антон Ляпин.

Диапазон от 50 до 500 микрометров позволяет работать с каплями, различающимися по размеру в десять раз. Но сам по себе широкий диапазон ещё не означает, что самый мелкий или самый крупный вариант окажется лучшим. Режим необходимо подбирать под конкретный препарат, культуру, плотность растительности и задачу обработки, поскольку свойства жидкости и условия её внесения могут отличаться.

Справка: почему нельзя выбрать один размер капель для всех задач

Размер капель влияет на характер распределения раствора, однако его нельзя рассматривать отдельно от расхода жидкости, ширины факела и особенностей препарата. Разработчики планируют после полевых испытаний оформить результаты в виде агрономической таблицы, где для каждой культуры и вещества будут указаны рекомендуемые обороты диска, размер капель, ширина факела и расход.

Такая таблица должна соединить инженерные возможности форсунки с практикой растениеводства. Оператору недостаточно знать, что устройство способно создавать капли разного размера: ему нужен проверенный режим, подходящий для конкретного сценария применения.

Форсунка работает автоматически в соответствии с заданной программой, а оператор может во время полёта менять размер капель, расход жидкости и ширину факела. Для этого к электродвигателю подключён регулятор оборотов, который получает сигналы от агродрона. По сведениям разработчиков, бесколлекторный двигатель и регулятор производят в России, а корпусные детали изготавливают в МАИ.

Автоматическое управление связывает форсунку с более широкой цифровой системой. Полётное задание определяет, над каким участком должен пройти аппарат, навигационное оборудование помогает выдерживать маршрут, а бортовая электроника управляет режимом распыления. В перспективе такая связка позволяет переходить от одинаковой обработки всего поля к более адресной работе с отдельными зонами, хотя эффективность каждого режима ещё необходимо подтвердить испытаниями.

По оценке Антона Ляпина, российские эксплуатанты используют более двух тысяч агродронов, которым ежегодно требуется от 800 до 1000 новых форсунок, а к 2030 году рынок может вырасти в пять раз. Эти значения представляют собой экспертную оценку руководителя проекта, а не официальную статистику всей отрасли, поэтому их важно отделять от подтверждённых характеристик самого изделия.

Почему форсунка похожа на ракету

Продолжительная работа вращающегося диска создаёт нагрузку на электродвигатель, а перегрев способен изменить его характеристики и сократить ресурс. В таком случае проблема затронет не только долговечность устройства: отклонение скорости вращения может повлиять на распыление. Поэтому разработчикам пришлось одновременно решать задачи подачи жидкости, электропривода и отвода тепла.

— На первый взгляд наша форсунка может напоминать небольшую ракету, но такой облик появился не ради дизайна. Он обусловлен конкретными конструкторскими решениями: продолговатый полый корпус выполняет функцию воздухозаборника, а радиаторы отвечают за отвод тепла. Кроме того, вместо привычного щёточного двигателя мы используем бесщёточный мотор. В сочетании с оригинальной системой охлаждения это позволяет форсунке работать продолжительное время без перегрева и сохранять стабильные характеристики распыления, — поделился Даниил Назаров.

Форма корпуса в этом случае подчинена внутреннему устройству: через полую часть проходит воздух, а радиаторы помогают отводить тепло. Бесколлекторный двигатель выбран не как отдельная эффектная характеристика, а как часть системы, которая должна долго сохранять заданный режим. Внешний вид изделия стал результатом инженерной компоновки, а не попыткой придать ему сходство с летательным аппаратом.

Сейчас прототип проходит ресурсные испытания. Инженеры проверяют, как он работает под длительной нагрузкой, измеряют размер капель при разных режимах и оценивают равномерность распределения жидкости по ширине факела. Эти исследования должны показать, сохраняет ли форсунка заданные характеристики не в течение короткой демонстрации, а на протяжении полноценного рабочего цикла.

После ресурсных проверок запланированы полевые испытания совместно с потенциальными эксплуатантами. Именно на этом этапе лабораторные показатели предстоит сопоставить с реальными условиями, препаратами и требованиями агрономов. Пока эти исследования не завершены, разработку корректно называть прототипом, проходящим проверку, а не готовым серийным средством обработки.

Борщевик как проверка точности

Одним из проработанных сценариев стало использование форсунки для борьбы с борщевиком Сосновского на линейных объектах. Такие территории имеют большую протяжённость и часто неоднородны: плотные заросли чередуются с участками, где необходимо сохранить другую растительность. Это повышает требования к маршруту беспилотника и к характеру внесения препарата.

— Изделие рассчитано на широкий диапазон применения. Один из проработанных сценариев — борьба с борщевиком Сосновского на линейных объектах. Это агрессивное сорное растение, которое быстро захватывает территории вдоль дорог и на полях. Бороться с ним сложно. При этом зачастую обычные методы распыления гербицидов неэффективны из-за отсутствия возможности точной настройки параметров распыления. Наше устройство позволяет настроить режим так, чтобы активное вещество попадало непосредственно на целевые растения, не разлеталось в стороны и не наносило вреда окружающей экосистеме избыточным внесением химикатов, — поделился Антон Ляпин.

Эта цитата описывает цель разработки, но её нельзя трактовать как уже подтверждённую экологическую эффективность. Способность форсунки удерживать заданные параметры сейчас проверяют, а практический результат борьбы с борщевиком должны показать полевые испытания. Кроме того, использование гербицида остаётся лишь одним из методов: Россельхознадзор рекомендует выбирать или сочетать химическую обработку, скашивание, подрезание корней, вспашку и другие меры в зависимости от состояния территории.

Беспилотная обработка может стать полезной частью этой системы там, где выбран химический способ и необходимо пройти по большому либо труднодоступному участку. При этом форсунка не уничтожает растение сама по себе и не заменяет агрономическое решение. Она даёт специалистам инструмент для настройки распыления, а выбор препарата, времени и общего плана борьбы остаётся за профильными службами.

Справка: что ещё делают агродроны

Применение беспилотников в растениеводстве не ограничивается распылением. Россельхозцентр относит к перспективным задачам фитосанитарный мониторинг, внесение биопрепаратов, энтомофагов, микроэлементов и удобрений, определение фаз развития растений, фиксацию географических координат посевов, поиск неиспользуемых земель и оценку последствий чрезвычайных ситуаций.

Отдельным направлением названы обработки против борщевика Сосновского, саранчовых и других вредных объектов с последующей оценкой результата. Агродрон в такой системе выполняет сразу несколько ролей: собирает сведения о территории, следует цифровому заданию, проводит обработку и помогает получить данные для следующего решения.

Потенциальные применения форсунки также выходят за пределы растениеводства. Разработчики рассматривают возможность использовать её для нанесения противообледенительной жидкости на самолёты, здания и высотные конструкции, где также необходим контроль размера капель. Пока это направление остаётся исследовательской перспективой: возможность такого применения должна быть отдельно подтверждена испытаниями.

При серийном производстве команда рассчитывает удержать стоимость изделия ниже 10 тыс. рублей. В дальнейшем разработчики планируют выпускать специализированные электронные компоненты для форсунки, чтобы контролировать качество и быстрее адаптировать устройство под разные задачи. И цена, и предполагаемая локализация электроники пока относятся к планам проекта, которые можно будет окончательно оценить после испытаний и подготовки производства.

Кто создаёт точное земледелие

За работой агродрона стоит команда, объединяющая авиацию, электронику, программирование и сельское хозяйство. Инженер-конструктор проектирует корпус форсунки, выбирает материалы и рассчитывает размещение элементов, а специалист по электроприводу работает с двигателем и регулятором оборотов. Инженер-испытатель проверяет ресурс и стабильность характеристик, тогда как программист связывает распылительный узел с системой управления беспилотника.

Когда аппарат выходит в поле, к этой команде присоединяются агрономы и специалисты по защите растений. Они определяют, какой препарат допустимо применять, в какой фазе развития находится культура или сорное растение и какой режим обработки необходим. Внешний пилот готовит полётное задание и контролирует выполнение миссии, а специалисты по геоинформационным системам работают с картами, координатами очагов и результатами обследований.

В 2026 году сфера БАС всё заметнее разделяется на отдельные профессиональные траектории. Отрасли нужны не только операторы, но и инженеры-конструкторы, разработчики бортового оборудования, специалисты по эксплуатации и ремонту, аналитики данных, программисты, специалисты по связи и сертификации. Федеральный проект «Кадры для беспилотных авиационных систем» предусматривает подготовку начиная со школ и колледжей и заканчивая университетами, при этом к образовательной сети подключают работодателей, которым предстоит формулировать реальный спрос на специалистов.

Желающему работать именно с агродронами недостаточно научиться управлять аппаратом. Потребуются основы аэродинамики, электроники, программирования и безопасности полётов, а для сельскохозяйственного применения — понимание агрономии, защиты растений и методов обработки. В июле 2026 года программы подготовки специалистов по эксплуатации БАС включали работу с аппаратами самолётного и мультироторного типов, составление полётных заданий и обработку данных, что хорошо показывает широту современной профессии.

Выбирать образование лучше не по наличию слова «беспилотник» в названии, а по той части системы, с которой человек хочет работать. Для создания конструкции подойдут авиационная техника, машиностроение и мехатроника; для бортовой электроники — радиотехника, приборостроение и автоматическое управление; для цифровой части — программирование, анализ данных и геоинформатика. Тем, кто хочет применять аппараты в поле, понадобятся агрономия, агроинженерия и защита растений, дополненные подготовкой по эксплуатации БАС.

Отдельной профессиональной траекторией остаётся внешний пилот. С 1 марта 2026 года свидетельство внешнего пилота стало обязательным для операторов, управляющих с земли тяжёлыми дронами; для его получения требуются подготовка в авиационном учебном центре, экзамены и подтверждённый налёт на конкретном типе аппарата. Даже там, где такое свидетельство не требуется, оператор должен понимать ограничения техники, правила использования воздушного пространства, основы навигации, метеорологии и радиосвязи.

Отечественная форсунка показывает, почему современное сельское хозяйство уже нельзя разделить на «обычную агрономию» и отдельные цифровые технологии. Чтобы одна капля попала в нужную точку, инженерам приходится соединять механику жидкости, электропривод, охлаждение, программное управление, навигацию и знания о растениях.

В начале этой цепочки находится заросшая обочина, куда человеку опасно или неудобно выходить с ручным оборудованием. В её конце — точно настроенный поток, параметры которого должны соответствовать конкретному участку и задаче. Беспилотник сокращает расстояние между этими точками, но реальный результат создают специалисты, способные управлять не только полётом, но и самой каплей.