DARPA, агентство передовых оборонных исследовательских проектов Пентагона, имеет репутацию организации, охотно применяющей инновационные решения для своих практических задач. Такие известные угрозы персоналу и транспортным средствам, как самодельные взрывные устройства, вызвали появление программы «Трансформера».
В своих первоначальных требованиях к «Трансформеру» DARPA попросили участников «продемонстрировать четырехместный, летающий и транспортабельный по шоссе автомобиль, который обеспечивает боевой единице независимую от местности мобильность. Транспортное средство будет иметь возможность вертикального взлета и посадки, с минимальной боевой дальностью 250 морских миль на одном баке топлива.»
Перевод статьи из «CodeOneMagazine», 26 мая 2013, Eric Hehs, автор иллюстраций Doug Moore
«Сканк уоркс» (англ. Skunk works) — секретное отделение фирмы «Локхид» (англ. Lockheed Martin). Формально именовалось «Lockheed's Advanced Development Project division», во главе подразделения стоял Келли Джонсон.
«Транспортировка и снабжение войск труднодоступной местности стали одной из основных проблем, тем более, что американские военные переходит на использование меньших и более распределенных боевых единиц», — объяснил Кевин Реншоу (Kevin Renshaw), возглавляющий в Lockheed Martin Skunk Works программу Transformer.
Skunk Works сформировал команду в 2010 году вместе с Piasecki Aircraft Corporation и Ricardo, Inc, которые были выбраны для программы DARPA Transformer. На первом этапе программы команда Skunk Works проведены экономические исследования и разработана концепция системы для Трансформера.
Программа, в настоящее время находящаяся в фазе 3, стремится развивать новое поколение компактных, высокоскоростных, вертикального взлета и посадки, или СВВП, или VTOL, систем доставки.
Рамки программы с тех пор были расширены, чтобы сосредоточиться на универсальном модульном СВВП, который может адаптироваться к нескольким типам миссий со сменной полезной нагрузкой.
«Трансформер применит несколько ключевых технологий для создания оперативных систем СВВП более компактных, чем обычные вертолеты, и вдобавок к этому перемещающихся с более высокой скоростью», — отметил Реншоу.
Выйдя на второй этап программы DARPA Transformer в 2011 году, команда Lockheed Martin сформировала его концепцию и завершила предварительное рассмотрение конструкции с DARPA и другими техническими специалистами в 2012 году.
Эскизный проект стал основой для Фазы 3, включающей в себя проектирование и строительство прототипа системы. Lockheed Martin выиграла Фаза 3 контракта на $20,3 млн в конце 2012 года на детальное исследование схемы, испытания по снижению риска, которые приведут к окончательному выбору конструкции. После этого DARPA оценит возможность постройки лётного прототипа в 2015 году.
Lockheed Martin имеет фору в разработке и развертывании систем беспилотного вертикального взлета и посадки благодаря K-MAX, беспилотному грузовому вертолету, эксплуатируемому в настоящее время морской пехотой Соединенных Штатов в Афганистане. Вертолеты K-MAX пилотируются удаленно, с автоматизированной навигацией между путевыми точками, доставляя грузы на внешней подвеске.
Инженеры Lockheed Martin Mission Systems and Training продемонстрировали использование этих беспилотных вертолетов для доставки более чем трёх миллионов фунтов (1360 тонн) грузов для морских пехотинцев. Системы ограничили свое взаимодействие с военнослужащими СВУ десятками тысяч часов. Успех K-MAX в Афганистане привел морских пехотинцев к продлению демонстрации на неопределенный срок.
Mission Systems and Training также заключили контракт с Управлением военно-морских исследований, чтобы продемонстрировать передовые датчики и элементы управления для вертикального взлета и посадки беспилотных воздушных систем (unmanned air systems), или UAS, в рамках программы автономной воздушной системы грузоперевозок (Autonomous Aerial Cargo Utility System), или AACUS.
AACUS испытает датчики и программное обеспечение управления полетом, чтобы следующее поколение СВВП UAS автономно определяло зоны посадки, избегало препятствий и выполняло посадки без дистанционного вмешательства пилота. Система будет предназначена для программирования солдатами и морскими пехотинцами, действующими в данной области, при помощи простого, интуитивно понятного интерфейса управления, таких как военные смартфоны или планшетные компьютеры повышенной прочности. Эта технология вписывает Трансформатор непосредственно как часть прототипа готовящейся DARPA системы управления войсковыми операциями.
Лётный модуль вертикального взлёта и посадки (СВВП), с вентиляторами в кольцевом обтекателе, предназначен для приспособления Трансформера к нескольким типам миссий, со сменной полезной нагрузкой. Нагрузка может включать грузовые капсулы, медицинские эвакуационные модули, тактические наземные автотранспортные средства, реализовать разведывательные и ударные возможности.
Наклоняемые канальные вентиляторы обеспечивают более безопасное применение, объединяя высокую скорость с посадочной зоной в половину размера, требуемого для типичного вертолета с аналогичной полезной нагрузкой.
Одно из первых требований к Трансформеру — возможность перенастрйки его для проезда по одной полосе дороги. Таким образом, система может занимать максимум до 8,5 футов в ширину и 30 футов в длину (2,6 на 9,1 метров). «Ширина дороги определяет размер канальных вентиляторов», — говорит Реншоу. «Ограничения приводят к системе, вписывающейся в небольшой ангар судна или в транспортный С-130. Канальная конструкция вентилятора, с выходящим наружу ротором, будет также способствовать повышению безопасности войск на земле.»
Возможность использовать тот же лётный модуль для выполнения несколько миссий снизит затраты флота. Трансформеры дополнят более дорогие специализированные ударные вертолеты, которые требуют пилотирования подготовленными экипажами. «Модульная концепция усиливает оригинальное видение DARPA, позволяя варьировать роли, предлагая универсальность сейчас и адаптируемость в будущем», — добавил Реншоу.
Переход от горизонтального к вертикальному полету для взлетов и посадок будет производиться автоматически. Рабочая версия будет автономно перемещаться к заданному месту доставки, избегая препятствий в пути или в зоне посадки.
Конструкция в полной мере задействует результаты работ в области цифрового контроля работы СВВП, проделанных Lockheed Martin в последние пятнадцать лет в рамках программ X-35 и F-35. Также применён предыдущий опыт команды с автономным управлением воздушными беспилотными системами. «Эксплуатация такой системы в режиме СВВП, переходном и крейсерского полета требует применения полетной контрольной системы», — говорит Реншоу.
Компания Piasecki Aircraft, давно ведущая исследования вертолета и СВВП, отвечает за разработку лётного модуля, в том числе конструкцию подъёмного привода. Фрэнк Пясецкий разработал систему двойного ротора для вертолетов в 1950 году. Сегодня его роторы используются на CH-46 Sea Knight и Chinook CH/MH-47. Предыдущий опыт компании по канальным вентиляторам СВВП включает серию демонстрантов VZ-8 AirGeep. Пясецкий также исследовал потенциал подъемных модульных систем в проекте по эвакуации для военных медиков армии США.
В рамках программы Transformer прототип был усовершенствован, чтобы подчеркнуть развитие летающей части модульной системы для начальной демонстрации. Летные испытания прототипа теперь продемонстрируют летающий модуль системы как UAS (беспилотник, БПЛА, unmanned air systems), вместо пилотируемого средства, управляемого летчиком дистанционно (ДПЛА), как было в течение 2-й фазы работ.
«Операционная система всегда должна иметь возможность выполнять полеты как высокоавтономный UAS (БПЛА), летный модуль в состоянии вернуться на базу после выгрузки автомобиля», — объяснил Реншоу. «Рабочий проект обязательно будет в состоянии нести автомобиль в качестве одной из многих полезных нагрузок.»
Во время фазы 3 команда Lockheed Martin создаст подробные чертежи аппаратные средства для полномасштабного прототипа лётного модуля. Разработка будет включать в себя аппаратные средства, приводные валы, винты, органы управления, редукторы системы подъёмной трансмиссии.
Команда адаптирует существующие компьютеры лётного управления, которые будут использоваться для цифровой системы управления полетом. Команда также выберет датчики, GPS-навигаторы, линии передачи данных для работы UAS. Длинномерные элементы трансмиссии, а также зубчатые передачи и подшипники, будут заказаны для первых испытаний трансмиссии, запланированных на 2014 год.
«Прототип будет приводиться существующими вертолётными турбовальными двигателями», — объяснил Реншоу. «Будут выбраны доступные компоненты, чтобы минимизировать затраты на прототип».
Также будут созданы средства и программное обеспечение цифрового управления полетом, наведением, переходными режимами и крейсерским полётом. Моделирование управления и пилотажные характеристики системы ведутся в лабораториях управления полетом. Эти моделирования направлены на обеспечение выпуска пакета программ для тестов оборудования и летных испытаний.
Команда также строит модель масштабом в одну треть, для проверки в аэродинамической трубе осенью 2013 года. Испытания охарактеризуют эффекты обтекания, энергетики и управляемости во всем диапазоне тяги. Эти данные затем будут использованы для завершения лётной модели, законов управления и программного обеспечения для прототипа.
Строительство прототипа начнется с трансмиссии, канальных вентиляторов, механизмов наклона. Затем будут добавлены канальные структуры, системы управления полетом и электроника. Данные испытаний комплекта системы на стенде будут использоваться для измерения и контроля тяги и обратной связи. Испытательный стенд также позволит провести испытание отказов и аварийных процедур с аппаратным и программным обеспечением полетов в контролируемой среде.
Программа будет завершаться демонстрацией способности лётного модуля к выполнению вертикального взлета, зависания, плавного перехода к горизонтальному полету, а также проверит заданные летно-технические характеристики. После того, как прототип покажет, что он может летать, как предсказано, будут выполнены дополнительные испытания с различными типами полезной нагрузки. Специфика этих тестов будет зависеть от требований потребителей. «Мы контактируем с операторами из Корпуса морской пехоты США, армии США и командования специальных операций, чтобы определить область применения сиситемы», — говорит Реншоу.
«Как только Трансформер будет полностью разработан, он сможет обеспечить будущим командирам большую гибкость и возможности для транспортировки персонала, выполняя разведывательные миссии, а также осуществляя поддержку войск на поле боя», — заключил Реншоу. Возможность для небольших подразделений действовать в поле, выдвигаться из передовых баз, производить поставки или эвакуацию раненых. И всё это без запроса поддержки пользующихся высоким спросом вертолётов. Это может произвести революцию в проведении рассредоточенных операций.
Историческая справка. «Сканк уоркс» (англ. Skunk works) — секретное отделение фирмы «Локхид» (англ. Lockheed Martin). Формально это подразделение именовалось «Lockheed's Advanced Development Project division» — компания перспективных разработок. Во главе подразделения стоял «Келли» Джонсон. Сверхсекретное подразделение на фирме «Локхид» было организовано в 1943 г. специально под программу разработки реактивного истребителя XP-80. Название секретное бюро получило после курьезного случая. Над программой по проекту «Архангел 2» (будущий SR-71) занималось секретное бюро не только фирмы Локхид, но и Боинг, хотя с самого начала предпочтение отдавалась разработке компании Локхид. В начале 60-х конструкторы фирмы Локхид увлекались комиксом про самогонщика и секретный самогон, варившийся в чаще леса в том числе и из скунсов, печатавшийся на последней странице еженедельной газеты. Увлечение было настолько сильным, что работников стали за глаза называть «скунсами», и слово, а точнее выражение «skunk works» прижилось и дошло до самого верха после телефонного звонка из правительства, представитель министерства был обескуражен когда ему сообщили, что на связи «skunk works». Дело в том, что слово «skunk» по отношению к человеку переводится как «подлец», но слово не воробей, и неофициальное название секретного бюро прижилось, даже появилась эмблема забавного скунса.
Автор Eric Hehs
| 
