Рынок беспилотных воздушных судов и перспективы применения технологий спутниковой связи для их контроля и управления на горизонте до 2030 года
Компания J’son & Partners Consulting провела исследование на тему: "Рынок беспилотных воздушных судов и перспективы применения технологий спутниковой связи для их контроля и управления на горизонте до 2030 года"
Введение
Целью исследований, результаты которых представлены в Отчете, является анализ современного состояния рынка беспилотных воздушных судов (БВС), выявление перспектив и особенностей его развития на горизонте до 2030 г. с учетом применения технологий спутниковой связи для их контроля и управления.
В Отчете рассматриваются рынок БВС, который не включает в свой состав сервисы, предоставляемые с использованием беспилотных авиационных систем (БАС). Рынок сервисов на основе эксплуатации БВС является отдельной темой исследований (https://5gdrones.eu/wp-content/uploads/2020/06/D1.4-Report-on-UAV-business-and-regulatory-ecosystem-and-the-role-of-5G_v3.pdf).
Ключевым условием активного развития рынка БВС (в том числе и сервисов) является обеспечение их безопасной эксплуатации, что непосредственно взаимосвязано с технологиями их контроля и управления в едином воздушном пространстве.
В индустрии пилотируемой авиации почти за 80 лет разработаны многочисленные правила эксплуатации пилотируемых воздушных судов как на международном (Международная организация гражданской авиации (ИКАО) была образована 4 апреля 1947 года), так и на национальных уровнях.
Возникновение нового направления в авиации – беспилотные системы, потребовало решения задачи интеграции и безопасной эксплуатации пилотируемых и беспилотных воздушных судов в едином воздушном пространстве. Работы в этом направлении в ИКАО начались примерно 25 лет назад. Однако анализ нормативных положений в этой области показывает, что к настоящему моменту выработаны лишь общие принципы, а конкретики в части технических параметров (спецификаций), которые следует предъявлять к беспилотным авиационным системам, беспилотным воздушным судам и их составным частям в области контроля и управления не выработано ни на международном, ни на национальных уровнях.
Попытки анализа проблематики организации контроля БВС и их управления в части конкретизации технических параметров предпринимались различными организациями прямо либо косвенно связанными с индустрией авиации. В частности эти вопросы затронуты в материалах рекомендации ITU-R М.2171 и Радиотехнической комиссии по аэронавтике (RTCA) для системы автоматического зависимого наблюдения в режиме радиовещания (ADS-B), например, RTCA DO-260A. Организация линий контроля и управления для БВС и конкретизация технических параметров линий С2 (Command and Control, линия передачи данных между БВС и пунктом дистанционного пилотирования) является ключевым условием развития гражданского рынка БВС, поскольку безопасная их эксплуатация является основой развития рынка беспилотных авиационных систем. Но до настоящего времени в нормативных документах нет технической конкретики для линий С2 как для режима прямой видимости (VLOS), так и для режима за пределами прямой видимости (BLOS).
Внимание к этой задаче только начало формироваться, в частности и в российских нормативных документах 2024-2025 годов. Анализу российских нормативно-правовых документов в этой области посвящен отдельный раздел Отчета.
Особенно важно решение задачи создания сверхнадежных линий С2 для БВС за пределами прямой видимости, т.е. для режима BLOS работы БАС, и организации интеграции БВС в воздушном пространстве. Очевидно, что ее решение невозможно без применения спутниковых систем. Но проблема еще и в том, что такая спутниковая система должна быть целевым образом спроектирована для решения задачи организации линии С2. В Отчете анализируется эта проблематика применительно к условиям России. В данном случае кратко отметим, что аналитические исследования показали, что ее решение невозможно с использованием низкоорбитальных систем широкополосного доступа (ШПД) типа Starlink (или проекта “Рассвет” в России) или OneWeb в силу недостаточной надежности линии и неприемлемых эксплуатационных параметров абонентских устройств для БВС. Действующая российская низкоорбитальная система “Гонец” для этой задачи так же неприемлема, поскольку изначально проектировалась в 90-х годах по принципу “электронной почты”, т.е. непрерывность линии С2 не обеспечивается. Решение задачи контроля и управления беспилотными системами, в том числе воздушными, предусмотрено в тактик-техническом задании (ТТЗ) на разработку глобальной низкоорбитальной системы “Марафон IoT” в S-диапазоне (“режим реального времени”). Эта система проектируется уже примерно 7 лет, (финансирование открыто последние 3 года), но по состоянию на май 2025 г. судьба ее пока непонятна после смены руководства ГК Роскосмос.
Отсутствие нормативно-технических параметров линии С2 и неопределённость обеспечения их физической реализации для БВС создает неопределённость при формировании прогнозов развития рынка. Дополнительную проблему вносит и неопределённость с радиочастотным обеспечением линии С2 как на международном, так и национальных уровнях. В частности, принятый для линей С2 на международном уровне диапазон частот 5030-5091 МГц (для VLOS и BLOS), пака не нашел реального применения в силу различных обстоятельств, что также рассматривается в Отчете.
Кроме того, неопределённость существует и для линии С3 для БВС, которая не предусмотрена для контроля и управления БВС. Ее назначение – передача целевой информации от БВС в направлении пункта дистанционно управления. В ряде документов, даже нормативного характера, существует некорректность, а определении линии С3. Эта некорректность вызвана тем, что предусмотрено совмещение линии С2 и С3, т.е. получается линия С2/C3. Но такая линия для контроля и управления БВС применятся только при потере связи по целевой линии С2. В Отчете кратко рассматриваются проблемы и направления реализации линии C2/C3 для БВС, поскольку это отдельная задача, связанная с сервисами, предоставляемыми полезной нагрузкой БВС по линии С3.
Таким образом, в Отчете анализируется современное состояние индустрии беспилотной авиации и перспективы развития рынка БВС, но с учетом анализа проблематики в нормативно-правовой и нормативно-технической области. Горизонт анализа принят 2030 год, поскольку сегодня существует высокая неопределённость в области технологических решений и нормативно-правовых материалов для задач управления, и контроля БВС в составе БАС по линии С2, особенно для режима BLOS.
Материалы, представленное Отчете, полезны студентам, аспирантам и преподавателям ВУЗов (соответствующих специальностей), а также компаниям, работающим в авиационной и спутниковой индустрии, и, надеемся, что они будут полезны чиновникам, формирующим нормативно-технические и нормативно-правовые положения в области беспилотной авиации и сопряженных областей, в частности в области развития спутниковых систем передачи данных и связи.
Методика исследований
В Отчете анализируются доступные открытые источники, в которых представлена оценка состояния рынка беспилотной авиации и перспективы его развития. В том числе анализируются сведения из российских нормативно-правовых материалов. В основу методики исследований заложены принципы классификации БВС на основе физической реализуемости линии С2 применительно к спутниковым технологиям для режима BLOS. С этой целью в Отчете приводятся результаты исследования спутниковых технологий применительно к реализации линий С2, С3 и линий С2/C3. В том числе, как для мировой индустрии, так и для российской индустрии беспилотной авиации.
Результаты анализ публикаций в области беспилотной авиации показывают, что сегодня существует многообразие классификаций БВС на основе различных их физических параметров. В данном Отчете особе внимание уделяется классификации БВС по тем параметрам, которые наиболее существенно отражаются на безопасности их эксплуатации для инфраструктуры страны и ее граждан, т.е. для физической реализации линии С2. С этой целью в Отчете представлен отдельный раздел с определением ключевых понятий.
Кроме того, в нормативно-технических и нормативно-правовых материалах, посвященных беспилотной авиации, имеется разнородность ключевых определений и понятий, что вызывает иногда проблемы при оценке результатов анализа. С этой целью в Отчете приведен краткий анализ основных понятий и определений.
Ключевые определения
Как уже отмечалось, в нормативно-технических (в том числе международных) и российских нормативно-правовых материалах нет четкого определения для линии С2, линии С3 и совмещенной линии С2/С3.
Вызвано это тем, что и в международных и российских нормативно-правовых документах нет четкости в этих определениях и понятиях. Это приводит к различным трактовкам и требованиям к техническим параметрам этих радиолиний.
В данном Отчете приняты следующие определения:
Линия С2 (Command and Control) - линия передачи/приема данных между БВС и пунктом дистанционного пилотирования, которая не относятся к полезной нагрузке БВС.
Примечание - В материалах ITU линия С2 обозначается CNPC (Control and non-payload communications).Линия С3 - линия передачи информации от БВС в направлении пункта дистанционного управления, в том числе информации видеокамерой БВС в интересах управления БВС и информации полезной нагрузки БВС.
Линия С2/C3 – линия передачи/приема информации между БВС и пунктом дистанционного пилотирования, совмещающая функции линий С3 и С2.
В нормативных технических материалах существуют различные сокращения, которые характеризуют свойства линий С2, С3, С2/С3, а именно работают эти линии в условиях прямой видимости или за пределами прямой видимости БВС для внешнего пилота. Причем под понятием “прямая видимость” подразумевается, как визуальная видимость VLOS (Visual Line of Sight), так и радиовидимость при использовании наземных средств связи RLOS (Radio Line of Sight). Условие “за пределами прямой видимости” обозначается как BLOS (Beyond Line of Sight) или BRLOS (Beyond Radio Line of Sight), что является тождественным обозначением.
В технических и нормативных российских материалах не существует единого определения для беспилотных летательных аппаратов (БПЛА или БЛА по ГОСТ Р 57258—2016), беспилотных воздушных судов (БВС), беспилотных авиационных систем (БАС). В данном Отчете под этими терминами подразумевается:
Беспилотный летательный аппарат (БПЛА или БЛА), что тождественно беспилотному воздушному судну (БВС);
Беспилотная авиационная система (БАС) — это система, которая включает в свой состав БВС (БПЛА или БЛА), радиолинии контроля, управления и связи (С2, С3 или С2/C3) и пункт дистанционного пилотирования.
Контроль и управление полетом БВС обеспечивается станцией управления, которая в российских нормативно-технических документах имеет разные обозначения: “Наземная станция управления”, “Станция дистанционного контроля”, “Пункт дистанционного пилотирования”, “Станция внешнего пилота” (ГОСТ Р 59520—2021). Их функции идентичны и важно, что они должны иметь взаимосвязь с системой управления воздушным движением (УВД). Далее в Отчете будет применяться обозначение “Станция внешнего пилота” (СВП).
Путаница в понятиях БВС существует и при оценке рынков. Дело в том, что с подачи журналистов и маркетологов часто применяется определение ДРОН для БВС. Хотя понятие ДРОН относится к любой беспилотному средству. Отсутствие единых определений и понятий вносит дополнительный хаос при оценке рынка беспилотной авиации.
В данном Отчете принято следующее определение:
ДРОН это БВС с относительно малой взлетной массой (для зарубежного рынка не более 25 кг, для российского рынка не более 30 кг);
БПЛА это БВС, но со взлетной массой более чем у ДРОНА.
Структура рынка гражданской беспилотной авиации
Рынок беспилотных авиационных систем следует разделить на сегменты:
Производство БВС и оборудования для управления и контроля БВС;
Сервисы, предоставляемые с использованием БВС;
Программное обеспечение.
Наибольший объем для сформировавшегося рынка обычно имеет сегмент сервисов. На начальные развития рынка преобладают доходы от поставки инсталляции оборудования. В данном Отчете этот сегмент рынка рассматривается кратко, поскольку это отдельная большая тема исследований.
Соотношение между этими сегментами в относительном финансовом выражении по данным компании Drone Induastry InsightsIs (Германия) приведено на рисунке 1, что следует рассматривать как оценки для сформированного рынка.
Рис. 1. Соотношение сегментов рынка беспилотной авиации
 |
Детальные результаты исследования представлены в полной версии Отчета.
Аналитический Отчет "Рынок беспилотных воздушных судов и перспективы применения технологий спутниковой связи для их контроля и управления на горизонте до 2030 года"
1. Введение
2. Методика исследований
3. Ключевые определения
4. Структура рынка гражданской беспилотной авиации
4.1. Соотношения для оценки динами рынка
5. Оценки мирового рынка беспилотной авиации и анализ прогнозов
5.1. О российском рынке беспилотной авиации
6. О беспилотных воздушных судах для военных задач
6.1. Объем военного рынка
7. Спутниковый рынок беспилотных авиационных систем
7.1. Контроль и управление БВС за пределами прямой видимости
7.2. Спутниковые системы для линии С2 сегодня
7.3. Спутниковые системы для линии С3 и С2/C3
7.4. Объем спутникового рынка для беспилотных авиационных систем
7.5. Примеры использования спутниковых систем для беспилотных авиационных систем
7.6. Сравнение низкоорбитальных систем ШПД и низкоорбитальных систем iot
7.6.1. Низкоорбитальные системы широкополосного доступа
7.6.2. Низкоорбитальные системы с целевой функцией интернета вещей
7.6.3. Краткие итоги сравнения системы Starlink и “Марафон iot”
8. Нормативно-правые и нормативно-технические документы о беспилотной авиации в России
8.1. Планируемые нормативно-технические документы
8.2. Стандарты в области спутниковых систем для беспилотной авиации
9. Проблемы радиочастотного обеспечения спутниковой системы для линии С2
9.1. Ограничение плотности потока мощности на Земле в диапазоне 868 мгц
9.2. Ограничения плотности потока мощности на Земле в диапазоне 2 ггц
9.3. Ограничение плотности потока мощности на Земле в диапазоне 5 ггц
9.4. Итоговые значения требуемой плотности потока мощности в диапазонах частот работы спутниковых систем для линии С2 и нормативных ограничений
9.5. Ограничение плотности потока мощности абонентского терминала линии С3
10. Оценка требуемой пропускной способности и задержки передачи информации по линии С2
10.1. Требуемая скорость передачи информации по линии С2
10.2. Требования к задержке передачи информации по линии С2
11. О сетевых протоколах передачи данных для линии С2
11.1. О применении АЗН-В для БВС
12. Оценка требуемой пропускной способности линии С3
13. АФАР беспилотного воздушного судна для линии С3
13.1. АФАР для БВС при работе с низкоорбитальной системой
13.2. АФАР для БВС при работе с КА на ГСО
Приложение 1 Обсуждение рыночных перспектив спутниковых систем для БВС
Приложение 2 Классификация БВС на основе линий С2 и С3
Приложение 3 Эксплуатационные параметры беспилотных воздушных судов и ограничения в национальных нормативно-правовых материалах
Сокращения и обозначения
Список рисунков
Рис. 1. Соотношение сегментов рынка беспилотной авиации
Рис. 2. Сервисы, предоставляемые с использованием БВС Компании1
Рис. 3. Оценка рынка беспилотной авиации от компании 2
Рис. 4. Оценка рынка беспилотной авиации от компании 3
Рис. 5. Оценка рынка беспилотной авиации 2024 года от компании 4
Рис. 6. Оценка рынка беспилотной авиации 2022 года от компании 4
Рис. 7. Оценка рынка беспилотной авиации от компании 5
Рис. 8. Оценка рынка беспилотной авиации от компании 6
Рис. 9. Оценка рынка беспилотной авиации от компании 7
Рис. 10. Оценка рынка беспилотной авиации от компании 8 в 2023 году
Рис. 11. Оценка рынка беспилотной авиации от компании 8 в 2022 году
Рис. 12. Оценка рынка беспилотной авиации от компании 9
Рис. 13. Оценка рынка беспилотной авиации от компании 10
Рис. 14. Регионы России, где имеются временные правила регистрации БВС
Рис. 15. Распределение компаний, занятых в индустрии беспилотной авиации по регионам России
Рис. 16. Российские компании, занятые в производстве БВС
Рис. 17. Распределение компаний разработчиков БВС по тематике
Рис. 18. Объем российского рынка беспилотной авиации по данным Компании 11
Рис. 19. Прогноз рынка беспилотной авиации в России (оптимистический и инерционный)
Рис. 20. Производство БВС в России 2021-2024 г. (данные TADVISER)
Рис. 21. Иллюстрация типов дронов FPV
Рис. 22. Типовой вид FPV (камикадзе)
Рис. 23. Украинский БВС Peklo
Рис. 24. Мировой рынок военных БАС от компании12
Рис. 25. Мировой рынок военных БАС от компании13
Рис. 26. Распределение популярности военных БВС по типу управления
Рис. 27. Популярность БВС по типу конструкции и объем рынка
Рис. 28. Структура наземной сети для контроля и управления БВС
Рис. 29. Структура гибридной сети для контроля и управления БВС
Рис. 30. Иллюстрация сети EchoStar Mobile
Рис. 31. Оценка рынка спутниковой связи для БВС от компании 14
Рис. 32. Оценка рынка спутниковой связи для БВС от компании 15
Рис. 33. Оценка рынка спутниковой связи для БВС от компании 16
Рис. 34. Оценка рынка спутниковой связи для БВС от компании 17
Рис. 35. Оценка рынка спутниковой связи для БВС от компании 18
Рис. 36. Оценка рынка спутниковой связи для БВС от компании 19
Рис. 37. Оценка рынка спутниковой связи для БВС от компании 20
Рис. 38. Оценка рынка спутниковой связи для БВС от компании 21
Рис. 39. Оборудование компании 22 для линии С2 (работа в сети Inmarsat BEGAN)
Рис. 40. Иллюстрация размещения на БВС оборудования компании 23 (работа в сети Inmarsat)
Рис. 41. Антенная система БВС для линии С2/C3 компании 24 ( антенны диаметром 31, 46, 60 см и массой 11, 14 и 15 кг, соответственно в Ku- и Ka-диапазонах)
Рис. 42. Оборудование С2/C3 на БВС Astro (Демонстрационные испытания на борту БВС Freefly Astro проведены в 2023 году
Рис. 43. Иллюстрация целевой спутниковой системы в материалах ICAO
Рис. 44. Иллюстрация BLOS канала линии С2 в диапазоне 863-870 МГц для бесшовного контроля и управления БВС
Рис. 45. Достигаемый уровень C/N в зависимости от уровня PFD на Земле для S-диапазона
Рис. 46. Достигаемый уровень C/N в приемном устройстве БВС линии С2 в диапазоне 5030-5091 МГц в зависимости от PFD на поверхности Земли
Рис. 47. Структурная схемы АТ на основе однолучевой передающей АФАР для линии С3
Рис. 48. Функциональная схема чипа beamforming KU1BTX8C
Рис. 49. Двухзеркальная несимметричная полноповоротная антенна
Рис. 50. АФАР со сканированием луча по углу мести и механическим вращением по азимуту
Список таблиц
Таблица 1 Усредненный темп развития и объем мирового рынка беспилотной авиации в 2024 г и 2030 г.
Таблица 2 Тяжелые БВС в странах мира https://www.nsin.us/countries-most-military-drones/
Таблица 3 Сводные данные от зарубежных компаний о рынке беспилотной авиации по годам до 2030 г. на горизонте
Таблица 4 Существующие спутниковые системы, применяемые для линий С2
Таблица 5 Усредненный темп и объем рынка спутниковой связи для беспилотной авиации 2024 г и 2030 г.
Таблица 6 Сводные данные от зарубежных компаний о рынке спутниковой связи для беспилотной авиации по годам на горизонте до 2030 г.
Таблица 7 Инициативы операторов систем MSS для организации линии С2
Таблица 8 Параметры Small UAV SATCOM компании 1
Таблица 9 Параметры оборудования Cobham UAV 200
Таблица 10 Оборудование линии С2 компании 2
Таблица 11 Формальное сравнение Компании3 и Компании 4
Таблица 12 Нормативно-правовые документы в области беспилотной авиации и краткие результаты их анализа
Таблица 13 Перспективная программа стандартизации в области беспилотных авиационных систем в части линии С2
Таблица 14 Диапазоны частот, планируемые для узкополосных систем подвижной спутниковой связи
Таблица 15 Уровни (PFD)a для систем на НГСО в диапазоне 2170-2200 ГГц
Таблица 16 Примечания к международной таблице частот
Таблица 17 Параметры абонентского устройства БВС в диапазоне 5030-5091 МГц
Таблица 18 Уровни спектральной плотности ППМ требуемые и нормативные
Таблица 19 Размер пакета телеметрии линии С2
Таблица 20 пакета телеметрии линии С2 в соответствии с ITU-R M.2171
Таблица 21 Рекомендуемые ITU максимальные скорости радиоканала С2
Таблица 22 Примерное значения ключевых параметров линии C2 (3GPP TS 22.125) без средств закрытия
Таблица 23 Классификация БВС для каналов С2 (применительно к технологии LoRa)
Таблица 24 Радиотехнические параметры АЗН-В 1090ES воздушных судов
Таблица 25 Скорость канала С3 для телевизионной информации
Таблица 26 Скорость канала С3 для тепловизионной информации
Таблица 27 Примеры форматов низкого разрешения (глубина пикселей h=8 бит)
Таблица 28 Зависимость требуемой скорости канала С3 от частоты кадров (пример для 320 х 240 пикселей и H.264, h=8)
Таблица 29 Характеристики передающей однолучевой АФАР АТ линии С3
Таблица 30 Чип beamfoming KU1BTX8C (XPASED Technology Co Ltd)
Таблица 31 Энергетический бюджет радиолинии С3 для АТ БПЛА с однолучевой АФАР
Таблица 32 Значения C/N для режима VL-SNR DVB-S2x и достигаемые скорости канала С3 при использовании на БПЛА малогабаритной однолучевой АФАР АТ
Таблица П2-1 Классификация БВС и применение спутниковых линий С2 и С3
Таблица П3-1 Страны и нормы на эксплуатацию БВС
