Беспилотник набирает высоту. Как дроны используют в геологоразведке

Взвалив на плечи рюкзак, прихватив компас, карту и особый молоток, геологи уходят в маршрут. Нехитрое это снаряжение может пригодиться им в пути и сегодня, как сто лет назад: видеть обнажения горных пород всегда лучше своими глазами. Скажете, консервативные люди? Ничего подобного, есть у них ноутбуки и много чего еще. Причем некоторые из приборов снимают важные геофизические показатели уже не на земле, а в воздухе с квадрокоптеров. Петербуржцы, выпускающие беспилотники, стали применять их в геологоразведке не первыми. Но именно они улучшили такие технологии, позволив значительно увеличить масштабы и качество подобных работ.

ФОТО Дмитрия СОКОЛОВА

Кейс с летуном

Найти эту производственную площадку, даже зная ее адрес, не так просто. Находится она на просторной территории Научно-исследовательского института телевидения между улицами Шателена и Политехнической, в одном из его корпусов. Впрочем, на обычный цех помещение, где ведется сборка «умных» дронов, не очень-то похоже.

Представьте себе: длинный ряд столов, заваленных всякой всячиной, на которых мерцают мониторы компьютеров, и металлические шкафы с мелочовкой. На одном из столов, правда, лежит, раскинув черные трубки-лучи, «полуфабрикат» со знакомыми очертаниями. Это одна из моделей выпускаемых здесь квадрокоптеров и, собственно, та самая, которая помогает геофизикам и горнякам выполнять их задачи.

Даже в полусобранном виде дрон едва умещается на столешнице, а когда на концах тонких трубок появятся моторы с вертушками, станет еще больше. Но это не беда, говорит Вячеслав Гончаров, начальник сборочного цеха. Рама у этих трудяг-«летунов» складывается, как ученический циркуль, так что их можно уложить в компактный кейс-чемоданчик.

«Примерно 70% комплектующих мы берем на стороне: втулки, стаканы подшипников, которые проще купить, чем с ними копаться, - поясняет Гончаров. - Хотя это не серийные детали: поставщики делают их по эскизам наших конструкторов. Моторы, работающие от аккумулятора, тоже не наши, китайские. Кое-что, взяв на рынке, мы подгоняем под нужные типоразмеры: скажем, трубки из углепластика. А части дрона, которые играют ключевую роль, выпускаем сами...»

На макушке Эльбруса

Это, например, корпусные детали из композитных материалов, легких и в то же время очень прочных. Технология производства таких элементов сложная, не все могут ее освоить. А главное - интеллектуальная начинка, которую разрабатывает КБ, находящееся там же на другом этаже. То есть электронные плато, отвечающие за работу беспилотников, устройство, пилотирующее борт в автоматическом режиме, и другое, которое обеспечивает устойчивый канал связи (до 40 км) между ним и наземной станцией управления.

Каждую новую такую «машинку», собранную здесь, специалисты везут на полигон у поселка Путилово, недалеко от южного побережья Ладоги, и обкатывают на всех режимах. Запускать в небо где угодно, без согласования с разными инстанциями, беспилотники таких размеров нельзя. Ведь они могут подниматься на высоту до 7,7 км (один из них «дотянулся» до макушки Эльбруса) и двигаться со скоростью более 10 метров в секунду, хотя «геофизический» дрон 401-й модели с вертикальным взлетом-посадкой весит не как пушинка, около 9 кг, а с приборами он чуть тяжелее.

Но с оборудованием на борту это уже не игрушка, подобная тем, которыми развлекаются в наши дни все на свете, а толковый инструмент. Не случайно беспилотники-самолеты и коптеры, серийный выпуск которых петербуржцы освоили на этой площадке лет пять-шесть назад, видоизменяя и модифицируя их под конкретные цели, обрели известность за пределами нашей страны.

В Индии питерские дроны следили за состоянием сельскохозяйственных культур, а в Анголе вели съемку лесных угодий и предотвращали от эрозии обширные пространства с оврагами. На территории Казахстана они выполнили первую в мире аэромагнитную разведку на месторождении полиметаллов, а в Армении провели инвентаризацию земельных участков.

Что беспилотник «прихватит» с собой, такие задачи в полете и будет решать. А выбор немалый: от простой фотокамеры (приспособленной под аэрофотосъемку) до газоанализатора, инфракрасной камеры и геодезического прибора, выполняющего привязку к местности. Программа полета вшита при этом в электронный «мозг» летающего устройства. Данные, которые он фиксирует в пути, записываются на флешке (или оседают во внутренней памяти), а инженеры потом считывают и анализируют эту информацию.

3D для Голливуда

Говорить о простой аэрофотосъемке, впрочем, не приходится. Петербуржцы разработали технологию, позволяющую создавать трехмерную модель, которую можно напечатать на 3D-принтере, используя фотоснимки, автоматически отснятые из разных точек. Чем ниже дрон с камерой опускается, тем подробнее, в мельчайших деталях, он видит и снимает объект. А значит, можно сделать максимально точную его виртуальную копию.

Это нужно, например, для формирования 3D-модели города, применение которой удешевляет наблюдение за работами по строительству, развитию дорожной сети, межеванию и др. Благодаря питерским квадрокоптерам такие цифровые двойники обрели в последние годы Казань, Набережные Челны, Махачкала, Томск, Нижневартовск и другие города России. Включая Гатчину и Кронштадт.

На основе этой технологии, отмечают ее авторы, был реализован крупнейший в мире проект с использованием БПЛА по созданию трехмерной модели целого региона, Тульской области. Для этого беспилотники сделали около 6 млн снимков высокого разрешения с большим перекрытием, то есть множеством ракурсов. А голливудская «фабрика грез», по словам разработчиков, стала применять питерский софт для 3D-моделирования при создании многих компьютерных игр.

Не остался в стороне и Петербург. Съемка с БПЛА велась здесь для нужд Государственной административно-технической инспекции, при строительстве стадиона на Крестовском острове и некоторых участков КАД (в Ленобласти дроны применялись на одном из заказников и в морском порту «Усть-Луга»). Хотя горожанам больше известны дроны-крохи, участвовавшие прошлой осенью в шоу, посвященном 75-летию окончания Второй мировой войны, когда разом взлетело рекордное их количество (2198 единиц), синхронно перестраиваясь и рисуя в небе над Невой «живые» картинки.

Над болотом по кривой

Но это ладно, а как беспилотники могут помочь геологам, которые всматриваются в то, что у них под ногами? Умные головы нашли применение дронам и здесь. Для этого летающий аппарат надо снабдить прибором, измеряющим характеристики магнитного поля.

«Магнитометрия - один из основных методов геологоразведки, изыскатели ведут ее давно, - объясняет Дмитрий Гоглев, руководитель этого направления работ в компании. -
Такая съемка может рассказать о структурно-тектонических особенностях того или иного участка земли, обнаружить разломы, к которым приурочены месторождения».

Дмитрий, дипломированный геофизик, окончивший Горный университет, хорошо в этих вещах разбирается.

Самые распространенные способы магнитометрии, продолжает он, это съемка в пешем маршруте и с борта воздушного судна, и оба по-своему хороши. Но самолет не может опускаться слишком низко, хотя чем ближе к земле, тем лучше видны локальные аномалии. А наземная съемка, напротив, дает слишком большой объем информации, в том числе ненужной, в нем легко «утонуть». К тому же не везде пройдешь из-за болот, горных склонов. Хотя лишь в труднодоступных местах геологов ждет ныне удача - в «легких» месторождения давно открыты.

Да и потом много ли пройдешь с магнитометром на трассе в непростых условиях? От силы 8 - 10 км за день. Такие работы требуют приемлемой погоды, занимают много времени и дорого стоят: нужно охватить огромные территории. А беспилотник-разведчик дает точные данные с меньшими издержками (только подзаряжай аккумулятор), считают специалисты, обеспечивая в день 150 - 200 погонных км (а то и вдвое больше) качественной магнитной съемки.

Конечно, ее можно получить, используя беспилотный вертолет, у которого летный ресурс больше, но это дороже. Существуют и разные способы обращения с магнитометром: одни жестко крепят его к фюзеляжу (хотя прибор чутко реагирует на металл, а помехи тут не нужны), другие цепляют на 3-метровый трос, но летать с ним сложнее.

«Опытным путем мы установили, что лучше всего прикрепить прибор к тросу длиной 20 метров, - резюмирует Дмитрий, - а чтобы не задевать верхушки деревьев, дрон летит на нужной высоте по кривой, повторяющей контуры местности. Он следует по маршруту, заданному благодаря трехмерной модели рельефа, строящейся на основе предварительной аэрофотосъемки».

Ловим ныне гамма-кванты

По словам Гоглева, петербуржцы первыми в нашей стране стали применять такой метод и мудреные приборы для магнитной разведки делают сами. Жизнь заставила. Оказалось, что отечественных магнитометров, которые бы для этого годились, не существует, а зарубежные (прежде всего канадские) из-за санкций недоступны. Но дело того стоило: есть медвежьи углы, и немало, где «беспилотная» геофизика незаменима. Вертолет туда может добраться, но «съест» столько топлива, что экономика любого проекта треснет по швам.

Так, в Якутии пионеров этого метода забросили в дикую глушь. Но, совершив там при полной автономии магнитосъемку, они прирастили запасы железорудного месторождения, за пределы которого вышли, на 300 млн тонн. По другим видам полезных ископаемых такой метод дает, скорее, дополнительные данные, но и они важны для геологов.

Плюс масштабы съемки: работая на территории от Карелии до Камчатки, умельцы с улицы Шателена в прошлом году выполнили более 35 тысяч погонных км магнитометрии (опередив по этому показателю канадцев) для ряда золотодобывающих компаний, газпромовских «дочек» и таких китов, как «Полиметалл» и «Норникель». Но у «воздушной» геофизики возможности шире: петербуржцы создали и свою версию спектрометра. Этот прибор, улавливающий гамма-кванты, готов «подсказать», содержатся ли в породах радиоактивный уран, калий, редкоземельные элементы вроде тория.

«В России есть промышленники, способные делать технологии мирового уровня, и мы пытаемся доказать это себе и другим, - говорит Алексей Семенов, генеральный директор компании «Геоскан». - Дело не только в дронах, которых в магазине не купишь, или новых приборах. Нужно было добиться, чтобы программа, отвечающая за полет, работала надежно и точно. А для этого приходится постоянно обновлять, как Бруклинский мост, свои подходы к работе».

Точек приложения у таких технологий становится все больше. Питерские беспилотники следят за состоянием карьеров, у которых могут обрушиться стенки, чтобы не допустить подобных аварий. Заменяют маркшейдеров, определяя объемы выработки при открытой добыче угля, скажем, в Березовском угольном разрезе (Кузбасс). Дроны помогают вести геодезическую съемку и картографию, инвентаризации угодий и кадастровый учет земель.

Функционал «стрекозы»

Мониторинг магистральных нефтепроводов и высоковольтных линий электропередачи им тоже по силам. Да только ли это? Квадрокоптеры родом из нашего города прошли испытания в условиях Арктики, сопровождая экспедицию «Северный десант» и отслеживая ледовую обстановку с борта ледокола «Новороссийск». А в Антарктиде их использовали, чтобы найти оптимальную площадку для строительства взлетной полосы около полярной станции «Молодежная», рассказал глава компании.

Питерские дроны участвуют в поисковой работе (Новгородская и Курская области) там, где трудно пройти, обнаруживая в местах сражений с частями вермахта технику и братские могилы (Ленобласть). Они применяются в образовательных проектах: студенты знакомятся с ними на вузовских полигонах, а школьники учатся иметь дело с коптерами (модель «Пионер») и собирать их на кружковых занятиях.

Эти направления разработчики тоже будут развивать. Но одним из главных, подчеркивает их руководитель, останется геофизика, где объемы работ, судя по всему, будут расти и появятся новые методы поисково-разведочных работ. Так, петербуржцы готовы создавать сами или в кооперации с партнерами приборы, позволяющие проводить с воздуха электрогравиразведку. Они намерены расширять функционал дронов, наращивать их производительность и ресурс, чтобы те летали на сверхмалых высотах, охватывая еще большую площадь.

Многое из того, что эти «стрекозы» уже умеют делать, недавно казалось фантастикой. А завтра, глядишь, они смогут справляться с еще более трудными задачами, хотя... Это лишь инструмент в руках покорителей недр, способный творить чудеса, только если у геофизиков есть интуиция и опыт. Без них, как и сто лет назад, вести полевые работы даже не стоит.

Материал опубликован в газете «Санкт-Петербургские ведомости» № 36 (6874) от 03.03.2021 под заголовком «Разведчик набирает высоту».