Методика выбора платформы-носителя и оценки времени висения БПЛА для задач оперативного развертывания связи

Целью исследования является выбор и обоснование летно-технических характеристик беспилотной платформы для интеграции с портативной ретрансляционной станцией в целях создания мобильных сетей связи.

Актуальность задачи обусловлена растущей потребностью в надежных и гибких системах связи при ликвидации последствий широкого спектра чрезвычайных ситуаций, а также для обеспечения связью временных объектов, удаленных или труднодоступных районов. Скорость и автономность развертывания становятся критическими факторами эффективности действий аварийно-спасательных служб. 

Методология работы включает сравнительный анализ рынка электрических БПЛА по критериям грузоподъемности и времени полета, а также детальный аэродинамический расчет времени висения с учетом массы, энергопотребления полезной нагрузки, температуры и ветра. 

Результат. Установлено, что легкие коммерческие БПЛА не обладают необходимой грузоподъемностью для транспортировки стандартного ретрансляционного оборудования массой 3–10 кг. Показано, что наиболее подходящими носителями являются тяжелые сельскохозяйственные дроны. На основе проведенных расчетов выявлена и проанализирована нелинейная зависимость времени висения от массы полезной нагрузки, демонстрирующая ее критическое влияние на продолжительность работы комплекса. Главный вывод заключается в том, что для существенного увеличения времени работы и расширения операционных возможностей комплекса необходима целенаправленная миниатюризация и оптимизация энергопотребления ретрансляционного оборудования.

Научная новизна работы заключается в разработке алгоритмического подхода к формированию конфигурации мобильного ретрансляционного комплекса и установлении количественной нелинейной зависимости времени висения от массы полезной нагрузки для тяжелых сельскохозяйственных БПЛА.

Практическая значимость результатов исследования состоит в предоставлении инженерам и проектировщикам обоснованной методики для выбора конкретной платформы-носителя и совместимого ретрансляционного оборудования. Разработанные рекомендации и алгоритм выбора позволяют сформировать работоспособный, экономически эффективный комплекс, готовый к оперативному развертыванию силами МЧС, служб охраны правопорядка и другими подразделениями, решающими задачи в условиях дефицита времени и разрушенной инфраструктуры.

1. Al-Hourani A., Kandeepan S., Lardner S. Optimal LAP Altitude for Maximum Coverage // IEEE Wireless Communications Letters. 2014. Vol. 3. Iss. 6. PP. 569–572. DOI:10.1109/LWC.2014.2342736

2. Mozaffari M., Saad W., Bennis M., Debbah M. Mobile Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) for Energy-Efficient Internet of Things Communications // IEEE Transactions on Wireless Communications. 2017. Vol. 16. Iss. 11. PP. 7574‒7589. DOI:10.1109/TWC.2017.2751045

3. Lyu J., Zeng Y., Zhang R., Lim T.J. Placement Optimization of UAV-Mounted Mobile Base Stations // IEEE Communications Letters. 2016. Vol. 21. Iss. 3. PP. 604‒607. DOI:10.1109/LCOMM.2016.2633248

4. Бурмистров А. Беспилотник на поводке. Профессор Владимир Вишневский о привязных высотных платформах // Научная Россия. 2024. URL: https://scientificrussia.ru/articles/bespilotnik-na-povodke-professor-vladimir-visnevskij-o-privaznyh-vysotnyh-platformah (дата обращения: 29.12.2024)

5. Ozdemir U., Aktas Y.O., Vuruskan A., Dereli Y., Tarhan A.F., Demirbag K., et al. Design of a Commercial Hybrid VTOL UAV System // Journal of Intelligent & Robotic Systems. 2014. Vol. 74. PP. 371‒393. DOI:10.1007/s10846-013-9900-0. EDN:ZSTJLI

6. Давлюд И.И. Расчет основных эксплуатационных характеристик привязной высотной системы корабельного базирования // Russian Technological Journal. 2024. Т. 12. № 4. С. 40–50. DOI:10.32362/2500-316X-2024-12-4-40-50. EDN:ECAQGY

7. Чан Т.З., Кучерявый А.Е. Оптимизация использования ресурсов воздушных базовых станций на основе методов искусственного интеллекта // Труды учебных заведений связи. 2025. Т. 11. № 1. С. 62‒68. DOI:10.31854/1813-324X-2025-11-1-62-68. EDN:RVENVC

8. Джонсон У. Теория вертолета. Пер. с англ. М.: Издательство «Курьер», 2012. 784 с.

9. Nonami K., Kendoul F., Suzuki S., Wang W., Nakazawa D. Autonomous Flying Robots: Unmanned Aerial Vehicles and Micro Aerial Vehicles. Springer, 2010. 329 p.

10. Wang J., Liu P., Hicks-Garner J., Sherman E., Soukiazian S., Verbrugge M., et al. Cycle-life model for graphite-LiFePO₄ cells // Journal of Power Sources. 2011. Vol. 196. Iss. 8. PP. 3942‒3948. DOI:10.1016/j.jpowsour.2010.11.134