Опережая время: аспирантка МАИ научила беспилотники мгновенной реакции на сигналы операторов

Аспирантка института № 1 «Авиационная техника» МАИ Татьяна Воронка разработала способ компенсации запаздывания сигналов в беспилотных авиационных системах (БАС) с телеоператорным управлением – дистанционной ручной системой пилотирования. Её метод позволяет максимально точно управлять различными видами БАС, несмотря на возможное запаздывание сигнала до двух секунд. Разработка уже нашла применение в перспективных проектах Государственного научно-исследовательского института авиационных систем (ГосНИИАС).

От первых космических решений к современным разработкам

Первые фундаментальные разработки в области компенсации временных задержек при дистанционном управлении летательными аппаратами были начаты в научно-исследовательской лаборатории «Пилотажные стенды и система «самолёт-лётчик» (НИЛ ПССЛ) Московского авиационного института в 2013 году – в рамках международного космического проекта с участием Сколковского института науки и технологий и Массачусетского технологического института. Тогда исследователи столкнулись со сложной проблемой: при телеоператорном управлении стыковкой грузового корабля «Прогресс» с МКС задержка видеосигнала превышала одну секунду, что делало точное маневрирование практически невозможным. Путём долгих опытов специалисты нашли выход из ситуации, разработав способ компенсации запаздывания с использованием дополнительного символа на экране пункта управления — указателя вектора скорости «Прогресса» относительно Международной космической станции. Но со временем стало понятно, что это решение – не универсально. И когда речь зашла о реализации нового проекта – возможной стыковке на орбите Луны пилотируемого транспортного корабля типа «Орёл», необходимо было решать куда более серьёзную задачу.

Речь шла о стыковке в действительно экстремальных условиях: «Орёл» был приблизительно в два раза тяжелее «Прогресса», вследствие чего любая, даже самая минимальная задержка при приёме-передаче сигнала грозила уходом с заданной траектории и провале миссии. За решение данной проблемы взялся доцент кафедры 106 «Аэродинамика, динамика и управление летательных аппаратов» МАИ, кандидат технических наук Михаил Тяглик. Он модернизировал алгоритмы системы телеоператорного управления и настроил их таким образом, что вероятность возникновения погрешностей сводится практически к нулю.

В 2024 году к реализации масштабного проекта подключилась аспирантка МАИ Татьяна Воронка, решившая применить опыт для земных летательных аппаратов. Взяв за основу наработки Михаила Тяглика, она адаптировала его методику под управление беспилотниками. Испытания уже подтвердили эффективность разработки.

И на орбите, и на земле

Разработка Татьяны Воронки представляет собой  уникальный программно-аппаратный комплекс, который внедряется в наземный пункт управления БЛА и помогает внешнему пилоту компенсировать запаздывания в тракте управления беспилотником. Это возможно благодаря алгоритму, который словно предугадывает поведение летательного аппарата, на котором размещены камеры и датчики отслеживания передвижения, и показывает, куда он будет лететь через некоторый интервал времени. Таким образом оператор производит управление, не чувствуя запаздывания.

Устройство уникально тем, что его не нужно перестраивать под объект управления. Оно настраивается на БЛА любых типов весом от 1,5 килограммов до 70 тонн. Разработка может применяться при использовании как малых БЛА, так и при разработке новых технологий на больших беспилотных демонстраторов летательных аппаратов. 

— Моя работа заключалась не просто в улучшении существующих решений, а в создании универсального подхода, который учитывает человеческий фактор и специфику разных видов техники. Это позволяет применять наши разработки в самых разных областях – от космоса до гражданской авиации, – подчеркнула разработчица.

Сегодня разработанная методика открывает новые перспективы в области дистанционного управления, делая возможным создание гибридных систем «человек-машина» с распределённым управлением.