РАЗВИТИЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНЫХ КОМПЕТЕНЦИЙ ПИЛОТОВ БПЛА СРЕДСТВАМИ ТЕХНОЛОГИЙ ВИРТУАЛЬНОЙ РЕАЛЬНОСТИ

АННОТАЦИЯ

В статье рассматриваются современные методы развития профессиональных компетенций операторов беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) с использованием технологий виртуальной реальности. Описываются основные сложности, с которыми сталкиваются операторы, а также методические подходы к обучению с применением VR. Анализируются преимущества и ограничения VR-систем на примере нескольких отечественных разработок.

Ключевые слова: беспилотные летательные аппараты, виртуальная реальность, профессиональные компетенции, обучение операторов, симуляторы.

Профессиональная подготовка пилотов беспилотных летательных аппаратов (далее – БПЛА) является одним из актуальных направлений, которое востребовано в условиях решения военных и прикладных гражданских задач. Бесспорно, ускоренная разработка и введение профессионального стандарта для подготовки операторов беспилотников была обусловлена потребностью единообразной высокоуровневой подготовки данной категории специалистов в условиях нарастающей тенденции использования БПЛА в решении военно-стратегических задач на фронте и за пределами фронтовой территории зоны специальной военной операции. Поэтому наиболее распространенной классификацией беспилотных летательных аппаратов является деление их на две укрупненные группы: БПЛА предназначенные для решения военных задач (которые, в свою очередь, делятся на информационные, имитационные, боевые ЛА), и гражданские беспилотные ЛА [3].

Новый профессиональный стандарт «Специалист по эксплуатации беспилотных авиационных систем, включающих в себя одно или несколько беспилотных воздушных судов с максимальной взлетной массой 30 кг и менее» обеспечил возможность для внедрения программ профессионального образования для подготовки операторов БПЛА к решению стратегических и тактических задач по управлению аппаратами, предназначенными для полетов без экипажа, автоматически управляемыми на расстоянии из командного пункта или посредством бортовых устройств. Современные БПЛА реализуют полет по заранее заданной программе или управляются дистанционно [2].

Первоосновой и источником для разработки БПЛА стали достижения в области баллистики, аэродинамики, автоматики, радиотехники, теории реактивных двигателей, конструирования ракет и прочих смежных областей, и если ранее, в 1960-1970-е гг. конструкция БПЛА предусматривала возможность установки только реактивных двигателей, то на сегодняшний день в системе питания аппаратов широко используются литий-полимерные аккумуляторы, водородные топливные элементы или батареи солнечной энергии. Воздушно-реактивные двигатели и двигатели внутреннего сгорания широко используются в конструкциях летательных аппаратов, требующих большего запаса хода [3]. По мере развития технико-технологических свойств беспилотных летательных аппаратов были внесены изменения в профстандарт, регламентирующий подготовку специалистов по их эксплуатации. Упомянутый выше профессиональный стандарт, введенный приказом Министерства труда и социальной защиты РФ N 526н [5], пришел на смену одноименному приказу N 447н от 5 июля 2018 года, и на то было несколько причин:

- во-первых, в новой версии Приказа N 526н изменена цель профессиональной деятельности специалиста: если ранее она состояла в «обеспечении безопасности полетов БПЛА», то в актуальной версии профстандарта целью заявлено «обеспечение безопасной эксплуатации БПЛА»;

- во-вторых, были внесены изменения в структуру групп трудовых функций. До 2022 года в профессиональном стандарте подготовки летчика БПЛА было предусмотрено: функция технической эксплуатации беспилотных авиационных систем (БАС) и функция летной эксплуатации беспилотных АС. В новом стандарте N 526н выделены группы: 1) эксплуатация одного воздушного судна массой не более десяти килограмм, которая включает в себя функции подготовки, управления полетом, технического обслуживания и ремонта беспилотных авиационных систем, в пределах высоты до 150 м; 2) эксплуатация одного или нескольких авиационных систем совокупной массой от десяти до тридцати килограмм, включающая функции подготовки, управления полетом, технического обслуживания, ремонта БАС [5]. Что касается второй группы функций, в профессиональном стандарте прописаны требования к предварительному опыту работы на авиационном транспорте, по эксплуатации воздушных судов или БВС, или диспетчерского обслуживания длительностью не менее одного года. Таким образом, в современном профстандарте произошло разделение на две функциональные группы специалистов: по технической и летной эксплуатации беспилотных авиационных систем массой не более 30 кг. Предыдущая версия профстандарта не учитывала также элементарных сценариев эксплуатации беспилотников – на высоте до 150 метров, в пределах зоны визуальной доступности для пилота. В новой редакции учтены два варианта сценариев летной эксплуатации: 1) VLOS – в пределах зоны видимости, и 2) BVLOS – за пределами зоны визуальной доступности (рис 1.).

Рисунок 1. Наглядное соотношение вариантов сценариев летной эксплуатации БПЛА

Источник: составлено автором по материалам [5]

К профессиональным компетенциям внешних пилотов БПЛА (здесь и далее мы будем преимущественно рассматривать аппараты массой 30 кг и менее) относят три группы, составленные знаниями, умениями и навыками (трудовыми действиями), (см. табл. 1).

Таблица 1.

Группы знаний, умений и навыков (трудовых действий), составляющих профессиональные компетенции внешних пилотов БПЛА

Источник: составлено автором по материалам [5]

Среди прочих составляющих компетенций пилотов беспилотных летательных аппаратов, как показывает практика, наиболее тщательной профессиональной подготовки требуют умения распознавать риски и ошибки во время управления полетом БПЛА и трудовые действия по принятию решений в случае возникновения особых условий в полете, поскольку «особые условия» в полете требуют от специалиста быстрого и эффективного реагирования в ситуации неопределенности внешней среды. Помимо проблемы подготовки пилота к принятию объективных и своевременных решений в ситуации неопределенности, А. И. Ефимов, Н. А. Балилый выделяют следующие нетривиальные сложности осуществления профессиональных компетенций:

1) сложности ориентации на местности, анализа окружающего пространства, актуального положения и динамики перемещения аппарата, обусловленные трудностями анализа видеоряда и показателей датчиков позиционирования БПЛА;

2) сложности адаптации и управления конкретным летательным устройством, имеющим собственные характеристики массы, аэродинамики, управляющих элементов и пр.;

3) трудности, связанные с внештатными ситуациями во время полета и непредвиденными изменениями погодных условий, уровня скрытности и помех [4].

На сегодняшний день в формировании профессиональных компетенций, связанных с отработкой различных сценариев полета БПЛА, получили распространение технологии виртуальной реальности (VR) – редко используемые самостоятельно, но продемонстрировавшие свою эффективность в сочетании с технологиями дополненной реальности (AR). Технологии виртуальной и дополненной реальности существенно снижают издержки обучения и риски проведения обучающихся экспериментов с участием человека. Технологии виртуальной реальности имеют неоспоримые преимущества, связанные с реализацией симуляционных аспектов проблем, указанных выше в перечне формируемых профессиональных компетенций. Однако представляются недостаточно разработанными методические аспекты использования средств VR и их реализации при переносе в реальную среду осуществления управления БПЛА.

На отечественном рынке программного обеспечения и интерактивных технологий в подготовке операторов БВС далеко не все игроки могут предложить соответствующие запросам и потребностям VR-технологии. Среди наиболее распространенных – продукты Flytonica, Program Lab, Prom VR, VR Concept.

Flytonica – это симулятор виртуальной реальности, включающий в себя интегрированную систему, состоящую из VR-приложения, сервисной части с базой данных, web-интерфейс и непосредственно физическую модель (шлемы виртуальной реальности, VR-контроллеры, пульты дистанционного управления, мобильные системы зарядки, хранения и очистки). Преимуществом симулятора является его сравнительно наиболее реалистичная физика, отображающая изменения условий внешней среды – направления и силы ветра, потери сигналов датчиков и пр.). Во-вторых, преподаватель, осуществляющий управлением учебным процессом, может использовать готовые сценарии, так и программировать собственные. Симулятор обеспечивает возможность отработки сценариев поиска объектов, видеофиксации, доставки грузов, прохождения заданного отрезка пути на скорость и прочие в условиях открытой территории с однотипной местностью, городской инфраструктуры с высотными зданиями, ограниченных единообразных пространств (ангаров) с заданными контрольными точками.

Program Lab – поставщик инновационного учебного оборудования, разработчик PL-Drone, многофункционального обучающего средства подготовки операторов БПЛА. Данная разработка является полностью отечественным продуктом, который способе абсолютно реалистично имитировать сценарий полета беспилотного летательного аппарата, повторяя физику его полета в разнообразной окружающей среде. Спецификой данного VR-комплекса является то, что в учебных аудиториях при его помощи можно отработать решение прикладных задач «доставки грузов», «поиска пострадавших», применения FLIR-камер и прочие. Сценарии полета БПЛА предусматривают возможности изменения ситуаций и обстоятельств – времени суток, осадков, потери видимости, изменения направления и силы ветра.

VR Concept и Prom VR сравнительно более слабые тренажеры подготовки, использующие технологии виртуальной реальности.

Основным ограничением использования VR-технологий в развитии профессиональных компетенций пилотов (операторов) БПЛА, во-первых, состоит в их ценовом сегменте: они сравнительно более дорогие, требующие затрат на программное обеспечение и поддержку. Во-вторых, одной из методологических проблем, требующих перспективного исследования, является проблема сохранения и развития компетенций при переходе из виртуальной в реальную среду. В-третьих, технологии VR апробированы применительно к легковесным летательным аппаратам, в то время как БПЛА весовой категории от 10 до 30 кг требуют качественно новых разработок технологий виртуальной реальности.

Список литературы:

1. Сыпачев, В. С. Компетенции необходимые оператору беспилотных летательных аппаратов / В. С. Сыпачев, А. А. Михалев // Актуальные проблемы авиации и космонавтики. – 2018. – №14. – С.571-573.
2. Афонин, П. М. Беспилотные летательные аппараты / П. М. Афонин, И. С. Голубев, Н. И. Колотков, В. А. Манучаров и др. – М. : Машиностроение, 1967. – 440 с.
3. Моисеев, В. С. Прикладная теория управления беспилотными летательными аппаратами: монография / В. С. Моисеев. – Казань : ГБУ «Республиканский центр мониторинга качества образования», 2013. – 768 с.
4. Ефимов, А. И. Методика обучения систем управления беспилотными летательными аппаратами путем погружения их в виртуальную реальность / А. И. Ефимов, Н. А. Балилый // Кибернетика и программирование. – 2019. – №2. – С.17-22.
5. Приказ Минтруда РФ от 14.09.2022 N 526н «Об утверждении профессионального стандарта «Специалист по эксплуатации беспилотных авиационных систем, включающих в себя одно или несколько беспилотных воздушных судов с максимальной взлетной массой 30 кг и менее» // Официальный интернет-портал правовой информации, 25.05.2023.
6. Flytonica [Электронный ресурс]/ Официальный сайт. – URl.: https://flytonica.ru/ (дата обращения: 21.10.2024).