Наташа, вставай! Они прилетели. Совсем прилетели

До мая месяца, для большинства читателей беспилотники все еще оставались чем-то вроде сферического коня в вакууме. Горящие резервуары с топливом и черные пятна на ВПП аэродромов явления происходят «где-то там», это явления такого порядка, которые легко выключить из сознания. Достаточно переключить канал телевизора или телеграмма. Однако избежать новостей о взрыве беспилотника над куполом Сенатского дворца Кремля, конечно, трудновато. Истерика, крики - все запретить, журавлей запустить! Поможет ли? Ответ, как всегда, стоит поискать в истории. А история БПЛА пишется сегодня буквально на наших глазах. Главное – поскорее проснуться. (Немного истории беспилотных "сделай-сам")

Открытое ПО

Начало современных БПЛА, разбивающих очередной танк на нефтебазе или очередной "не эксплуатирующися" самолет, стоит искать (как ни странно) в альтернативной парадигме разработки аппаратного и программного обеспечения. В то время, как хранителями «ноу-хау» первых БПЛА десятилетиями оставались специализированные военные конструкторские бюро и корпорации, в начале XXI века была создана принципиально новая экосистема разработки - на основе разделения результата всем сообществом разработчиков при максимальной открытости такого сообщества.

Сама по себе эта идея о «открытом программном обеспечении» (открытом ПО) в том или ином виде витала чуть ли не с 60-х годов двадцатого века, но только понимание того, как из этой идеи извлекать деньги, дало ей настоящее движение в начале этого столетия. Клиенту предложили сыграть в рулетку - а что если расходы на сопровождение будут ниже чем на приобретение? Поставщик же получал постоянный доход вместо разового продажного. Другой стороной темы оказалась экономия средств, выделяемых заказчиком на разработку и тестирование программ. Кроме того, в сообщества пошли наиболее активные ("пассионарные") разработчики, что повышало шанс реализации более удачных алгоритмических решений.

И процесс пошел.

Уже в 2001 году исполнительный директор Microsoft Джим Оллчин (Jim Allchin) публично заявил, что «открытый исходный код - это разрушитель интеллектуальной собственности. Я не могу представить себе ничего, что могло бы быть хуже этого для бизнеса программного обеспечения и интеллектуальной собственности.» Впрочем, мнение Джима, переживающего о минутной прибыли, оказалось несущественным. Как оказалось впоследствии, открытое ПО решало вполне стратегические задачи.

Вселенная Arduino

Другим важным условием появления современных БПЛА стоит признать появление действительно дешевой платформы для самоделок. Таким оказался проект Arduinо, начатый в Институте интерактивного проектирования Ivrea (IDII) в Иврее, Италия. Студенческий дипломный проект вырос в небольшую монтажную платформу из печатной платы с 8-битным микроконтроллером ATmega128, а среда для быстрой разработки разработки позволяла сравнительно легко программировать микроконтроллер. В 2005 году Массимо Банзи вместе с Дэвидом Меллисом, другим студентом IDII, и Дэвидом Куартиеллесом ее расширили, добавив поддержку более дешевого микроконтроллера ATmega8. Новый проект, разветвленный на проводку, получил название Arduino.

После завершения разработки платформы в сообществе с открытым исходным кодом были распространены более легкие и менее дорогие версии.

Проект довольно долго сохранял верность Atmel, перейдя в 2012 на более мощный 32-битный микроконтроллер на основе ядра ARM, с которой в 2017 году было объявлено об установлении партнерских отношений.

Таким образом, начав с совершенно элементарных микроконтроллеров с всего-то 8-ю КБ флеш для программ, 1КБ оперативной и 512 байт энергонезависимой памяти данных, сегодня проект поддерживает контроллеры с сотнями килобайт флеш-памяти и десятками килобайт оперативной памяти на 32-битных контроллерах.

Другой особенностью проекта являлось то, что это был проект не только с открытым программным кодом, но и с открытым аппаратным обеспечением. Хотя сравнение и не будет совершенно сопоставимым, трудно не отметить, что, начав с продажи 300 тыс. официально выпущенных Arduino, спустя около десяти лет, на февраль 2020 года сообщество включало около 30 миллионов активных пользователей (на основе числа загрузок программного обеспечения разработчика - IDE).

Появление 30-баксового микроконтроллера со сравнительно простой системой быстрой разработки приложений открыло ящик Пандоры, из которого любой желающий мог реализовать свою мечту об автоматическом поливе помидоров, елочной гирлянде, о самобеглой игрушке или… самолете с автопилотом.

Доходный альтруизм

Принцип открытого программного обеспечения в некоторой мере перераспределяет разработку или доработку функционала на конечного пользователя. В перспективе это строит хоть и «тормозную», но равновесную систему разработки и потребителя, естественным путем отказываясь от заведомо нерентабельных (не нужных пользователю и потому обреченных на провал) функций.

И если на рубеже 2000-х можно было наблюдать взрывной интерес к открытому ПО операционных систем, то уже вскоре появились подобные проектны и в прикладных областях. Википедия рисует пасторальную картинку энтузиастов и альтруистов, собирающихся в группы и находящие свое призвание в служении общему проекту. Однако даже не слишком глубокое погружение в историю вопроса обнаруживает, что среди трех наиболее отмеченных проектов современной «открытой» беспилотной авиации - Ardupilot, PX4 и Paparazzi – три из трех имеют государственную поддержку или государственные корни.

Проект Ardupilot, рожденный на основе экосистемы Arduino в 2007 году, довольно скоро получил коммерческие деньги от 3DRobotics (Вики рекомендует эту компанию как занимающуюся беспилотными решениями для строительства, машиностроения и добычи полезных ископаемых – совместно с правительственными агенствами). Выросший на самой популярной тогда платформе «Сделай сам», Ardupilot в значительной мере определил направление и стандарты современных БПЛА. Ограниченность в ресурсах предопределила разработку экономного протокола MAVLink (или Micro Air Vehicle Link т.е. облегченный протокол для связи с БПЛА, лицензия LGPL, это 2009 год). Сегодня это - «де факто» стандарт межмодульного взаимодействия оборудования БПЛА и между БПЛА и станцией управления (GCS, Ground Control Station). Когда производительности 8-битных контроллеров перестало хватать, в проект добавили более мощные 32-битные микроконтроллеры на основе ядра ARM, а код проекта переработали, добавив уровень независимости прикладных функций от аппаратного обеспечения (HAL – Hardware Abstract Layer, уровень абстракции от аппаратуры).

Проект PX4 стартовал в 2009 году и в настоящее время дорабатывается и используется в Лаборатории компьютерного зрения и геометрии ETH Zurich (Швейцарский федеральный технологический институт) при поддержке Лаборатории автономных систем и Лаборатории автоматического управления.

Утверждается, что проект Paparazzi ведет свою историю с 2003 года и в настоящее время дорабатывается и используется в Национальной школе гражданской авиации (ENAC), французской академии гражданской аэронавтики.  Страница его участников не обновляется с 2013 года, остатки Вики на тему проекта - здесь.

Как бы то ни было, все эти проекты были нацелены на разработку максимально дешевого обеспечения и объединяет их общий подход – это проекты, основанные на программном обеспечении с открытым исходным кодом. Появление новых возможностей БПЛА и доработка существующих производится сообществом разработчиков, свободно доступным и открытым для новых членов. Естественно, это не отменяет возможности направлять разработку в ту сторону, которая необходима бенефициару разработки.

Праздник урожая

Читая Вики, создается впечатление, что накопление базового функционала автопилотов БПЛА производилось до 2014 года. В 2014 же году была создана ассоциация DroneCode, в которую вошли и Ardupilot, PX4 и ряд других разработчиков БПЛА.

Проект ArduPilot был постепенно переведен от специфики микроконтроллеров Atmel. Большая часть кода была переписана на универсальный язык программирования C++, а вспомогательные утилиты - на Python. Были выпущены полетные контроллеры на базе ОС Linux, такие как NAVIO2 на базе Raspberry Pi и ErleBrain на базе BeagleBone.

В 2015 году среди пользователей Ardupilot отрапортовалась Лаборатория передовых роботизированных систем (ARSENL) аспирантуры Военно-морского флота США (Monterey, California, U.S.), а затем и DARPA.

Взаимовыгодное сотрудничество Ardupilot и Ко прекратилось 2016 году. Якобы “неожиданно” для команды Ardupilot оказалось, что структура ассоциации имеет «врожденные проблемы»: структура и устав DroneCode основаны на исключительной власти «платиновых» членов (упоминались - Intel, Qualcomm и ранее спонсировавшая Ardupilot 3DRobotics), что дало им исключительный контроль над будущим DroneCode. "Платиновые" удалили из DroneCode все проекты с открытым исходным кодом высшего уровня и потребовали, чтобы им были переданы под контроль все торговые марки, учетные записи и домены Ardupilot.

Разработчики PX4 приняли ультиматум, а Ardupilot хлопнул дверью, заявив, что будущее проекта «должно определяться сообществом».

Таким образом "платиновыми" были сняты сливки - наработанный годами функционал. Хотя, если принять версию о неявном участии в разработке самых «платиновых» участников, то можно говорить о фиксации интеллектуальной прибыли.

Что сегодня

Сегодня любой желающий в любом конце света, где работает доставка и где проведен интернет буквально за 70-100 уе может получить посылку из Шанхая и собрать из говна и палок (и это в буквальном смысле) БПЛА вот, например, с таким контроллером Ardupilot:

Полноценный автопилот
Редактирование маршрута в полете
Поддержка мультикоптеров (начиная с трикоптера и более), вертолеты, самолеты, машинки и лодки
3 осевой гироскоп, акселерометр, магнитометр или высокоточный барометр
Система стабилизации с возможностью воздушной акробатики
Удержание позиции по GPS, автомтический полет по точкам (до 166 полетных точек)
Возможность использования инфракрасного датчика для обхода препятствий
Поддержка ультразвукового датчика (Sonar sensor) для автоматического взлета и посадки (или для…  – уж кому что для чего)
Собственная система стабилизации для камеры (функция контроллера подвеса)
Радиосвязь и телеметрия с борта
Поддержка датчика уровня заряда батареи
Поддержка OSD телеметрии (наложение на видеопередачу телемерических данных) используя протокол MAVLINK
Конфигурирования точек полета посредством Google Maps

Или, если не жалко приплатить за помехоустойчивость, то за чуть подороже можно заказать вот такую «пиксу»:

Основной процессор 32-битный и дополнительный (тоже 32-битный) – для отказоустойчивости, с возможностью перезапуска основного в случае сбоя;
Гироскопы и акселерометры с тройным резервированием;
Компас и барометр - с дублированием;
Возможность подключения до 2 (и даже 3 – в зависимости от модели)  внешних GPS датчиков.
Встроенный приемник ADS-B 1090 МГц с использованием всей информации полетных заданий присутствующих в небе пилотируемых воздушных судов (координаты, скорость и т.д.). Включая возможность избегать самолетов в пределах настроенной зоны исключения.
Термоизолированный блок с контролем и стабилизацией температуры.

И там же до кучи в наличии вязанка интерфейсов для управления сервоприводами и подключения дополнительного бортового компьютера – например, для приема-передачи команд, телеметрии, для анализа и распознавания образов и т.д. и т.п..

Автопилоты БПЛА давно ушли от применения простейших механизмов вроде датчика инфракрасного горизонта (пирометрической вертикали), и теперь используют современный набор смонтированных рядом с микроконтроллером акселерометров, гироскопов и магнитометров. Что позволяет проходить дистанции в сотни и более километров. А поддержка типов беспилотников ушла от тривиального самолетного типа до развитого множества подпроектов "Вертолет", "Самолет", "Ровер", "Подводная лодка" и даже "Конвертоплан".

Разумеется, сегодня и Ardupilot, и "мирная" «пикса» с двойным и тройным резервированием  функций стали регулярными участниками фотосессий разбитых БПЛА, которые прилетают в расположение наших частей и по нашей инфраструктуры. Возможности этих полетных контроллеров таковы, что обеспечивают поддержку практически любого радиуса действия БПЛА. Все ограничивается лишь запасом топлива или электричества в батарейках.

Уже не первый месяц "пиксы" литают в "Лелеках" и "Фуриях"

Но жизнь не стоит на месте.

Что день грядущий нам готовит

Движение БПЛА на автопилоте по точкам заранее введенного маршрута в условиях противодействия имеет ограниченную точность (хотя потеря координат за единицы километров, как пишут специалисты, большой роли не играют). Тем не менее, «сообщество разработчиков» взялось и за эту проблему.

В марте 2023 появились сообщения о выходе планировщика миссий БПЛА, который позволяет управлять БПЛА через сети сотовой связи GSM. Формально разработка имеет румынские корни, по факту, якобы, сами программисты сидят в Луцке.

18 апреля эта программа была выложена для свободного обозрения и пользования (за темой следит ТГ Разработчик БПЛА, см. здесь). «Румыны» пишут об этом так:

Одна версия будет бесплатной для сообщества и обеспечит телеметрию 4G через протокол Mavlink, поддерживая все модемы Hilink (plug and play). Другая версия будет платной и будет предлагать множество функций, в том числе потоковую передачу видео с малой задержкой для длительных полетов 4G. Он будет поддерживать большинство существующих модемов... Он будет иметь задержку 500 мс, отлично подходит для 4G и поддерживать 1080p, 720p и 480p, а также все камеры Raspberry. Программа под названием UAV 4G Tool готова, и я подготовил всю документацию в помощь тем, кто еще не знаком с ней. Программа исключительно стабильна, и я доволен тем, насколько хорошо все получилось. Интерфейс простой, но надежный, он делает именно то, что должен, и делает это хорошо».

Таким образом, «ручное» управление позволит проходить области, прикрытые генераторами помех для систем позиционирования (GPS) и точность наведения БПЛА возрастет без необходимости подсаживания на аппарат прожорливого контроллера технического зрения.

Возможно, этим проектом вызваны украинские попытки «спрямить» доступ в российские GSM сети из-за линии боевого соприкосновения.

Выводы

Из всего перечисленного можно сделать несколько выводов.

Существуя вне вселенной современных методов разработки БПЛА, Россия оказалась не в полной мере готова к такому нашествию. Теперь эта вселенная влетает в наши стены. Возможности наборов «сделай сам» таковы, что позволяют собирать БПЛА с ранее беспрецедентным радиусом действия в сотни, а то и более километров. Соответственно, это дает возможность врагу запускать БПЛА вне территории России для поражения ее  объектов. Рефлекторные попытки «запретить БПЛА» эффективны не более, чем попытки запретить Луну на небе.

Существующие возможности купить и собрать БПЛА в любой точке земного шара кардинально изменяют характер ответственности при ведении боевых действий. Доступность «сделай самов» играет роль прокси-прокладки, размывая ответственность настоящего источника наносимых ударов. Лишь в некоторых случаях можно восстановить трассу движения БПЛА по журналу в его памяти (если сборщики конструктора были ленивы или тупы, либо если трасса не является существенным свидетельством).  

Следует ожидать (если даже уже не дождались) повышения точности ударов, наносимых с помощью БПЛА за счет управления полетом со стороны операторов посредством использования российских GSM сетей. Илон Маск отказал? Обойдутся без него.

Вместо бессовестных предложений разработать «отечественный аналог TCP/IP» или прикрытия пустоты чужими разработками стоило бы «еще вчера» приложить максимальные усилия на разработку средств противодействия имеющимся угрозам. Создателям любого производства на пользу фронта - признание. НТИшным инфоцыганам растратившим бабла и позорящим Президента - бан. На деньги. На пяр. Дайте лучше этим прекраснолицым людям дело.

В первую очередь, необходимы средства предупреждения о нападении. Насколько удивительно, настолько и неприемлемо, когда страна, обладающая лучшими в мире средствами ПВО была бы не в состоянии применить информацию о нападении по причине «выходного дня» А если и не выходного - почему бы не предупреждать гражданских в районах обстрелов?

Разумеется, нужны средства поражения БПЛА (учитывая кратное резервирование той же навигационной системы) - пусть цветут все цветы. Хоть бы и кинетические перехватчики. Локализация материалов и компонент для их производства - вот чего бы слышать в рапортах о совещании.

К слову, именно наличие конкурентной среды позволяет сейчас выбирать наиболее эффективные решения среди антидроновых установок. Запрет же «любых дронов» автоматически парализует разработку любых мер противодействия БПЛА, в том числе и на основе собственных БПЛА. Но именно сжатая по времени и эффективная конкуренция - это единственный путь выработке так необходимого России иммунитета к БПЛА, который не был выработан своевременно из-за отсутствия в российской реальности этой самой «болячки».

Кстати, действительно суверенный интернет (а не "отечетвенный TCP/IP") также мог быть одной из мер противодействия атакам. Банальные задержки распространения пакетов, неприемлемые для оператора БПЛА в требуемой географической области могли бы снизить эффективность применения чужих беспилотников.

И было бы прикольно открытие площадки с верифицированными участниками для общественной разработки решений в области БПЛА. что могло бы хоть в какой-то степени объединить усилия, позволяя разработчикам не наступать сотни раз на одни и те же грабли... Хотя с такими и такими "новостями" это где-то в области фантастики.

Крайнее.

Как видно из перечисленного, БПЛА прошли большой путь эволюции в программном и аппаратном обеспечении. Этот путь уже оплачен чужими деньгами, но стоит ли сегодня морочиться «мелким шрифтом» лицензионных соглашений? Чем кого не устраивает Mavlink? Вы уже научилсь печь микросхемы в товарных количествах на всех желающих? Огромный раздел уже отработанных и доступных решений ждет своего применения на фронтах СВО.