Беспилотники стирают границы между профессиями

Задание выглядело почти детским: беспилотник должен был подлететь к заданной точке и сбросить шарик в корзину. Чтобы реже промахиваться, участники учебного проекта увеличили мишень. Затем выяснилось, что крупная корзина переворачивает наземную платформу, а созданная для неё конструкция делает всю машину слишком тяжёлой. Когда механизм сброса уже напечатали на 3D-принтере, обнаружилась ещё одна мелочь: одна из деталей не помещалась в отведённое пространство.

Ни одна из этих ошибок не требовала открытия нового закона физики. Их причиной стало другое: разработчики улучшали отдельную часть и не сразу замечали, как принятое решение меняет всю систему. Размер корзины повлиял на устойчивость платформы, масса конструкции — на движение, а несколько миллиметров в цифровой модели — на возможность собрать реальное устройство. Именно такие связи превращают работу над беспилотником из набора отдельных операций в инженерную задачу.

Какие специалисты создают беспилотные авиационные системы, зачем программисту понимать механику, а конструктору — разбираться в электронике, и почему неудачное испытание иногда даёт студенту больше, чем хорошая лекция, объяснил директор Центра технологической поддержки образования МАИ, руководитель проектов Передовой инженерной школы и кандидат технических наук Андрей Лямин. Его интервью дополнено официальными материалами Московского авиационного института об образовательных программах и практической подготовке специалистов по беспилотным системам в 2025–2026 годах. Отдельные профессии рассматриваются через реальные задачи и связи между ними, а не как перечень новых названий. Материал подготовлен для проекта «Как это работает?» при поддержке Минобрнауки России в рамках Десятилетия науки и технологий.

Простая задача быстро перестаёт быть простой

Устройство сброса груза — лишь один небольшой узел беспилотной системы. Но даже для него требуется согласовать форму контейнера, массу полезной нагрузки, положение центра тяжести — точки, в которой можно условно считать сосредоточенным вес аппарата, — работу механизма открывания и команду бортового компьютера. Устройство должно сработать в нужный момент, не изменить положение аппарата слишком резко и не остаться заблокированным из-за деформации детали. Программист может безошибочно отправить команду, однако физическая конструкция выполнит её только в том случае, если двигатель развивает достаточное усилие, крепление выдерживает нагрузку, а источник питания способен отдать необходимый ток.

На полноценном беспилотнике число подобных связей возрастает. Изменение камеры влияет не только на качество изображения: новый прибор может оказаться тяжелее, потребовать больше энергии, занять другое место на корпусе и изменить передачу данных. Более ёмкий аккумулятор увеличивает доступный запас энергии, но одновременно добавляет массу, которую придётся поднимать на протяжении всего полёта. Облегчение корпуса помогает сэкономить заряд, хотя слишком тонкая или неправильно рассчитанная конструкция не выдержит вибрацию, посадку или повторяющуюся нагрузку.

Поэтому слово «беспилотник» иногда скрывает масштаб реальной работы. Воздушный аппарат необходимо связать с наземным пунктом управления, навигацией, программным обеспечением, средствами подготовки полётного задания и оборудованием, ради которого выполняется миссия. Инженер видит не отдельную раму с винтами, а цепочку, где решение одного участника становится исходным условием для другого. Если эта цепочка нигде не описана, несовместимость обнаруживается уже на сборке или испытании — то есть в самый дорогой момент разработки.

— В создании беспилотных систем невозможно назвать одну главную профессию. Программисты разрабатывают алгоритмы, но этим алгоритмам нужны вычислители, датчики и другая электроника. Электронное оборудование должно получать энергию, поэтому рядом появляется отдельная область, связанная с аккумуляторами, водородными источниками и другими энергетическими решениями. Затем возникает вопрос материалов: конструкцию необходимо сделать легче, прочнее и приспособить к размещению оборудования. Все эти направления жёстко связаны между собой, и выпадение одного звена ограничивает возможности остальных. Именно поэтому беспилотник создаёт не один универсальный человек, а команда специалистов, понимающих общий результат, — объясняет Андрей Лямин.

Программа подчиняется физической машине

В обычном приложении ошибка способна привести к зависшему окну или неверно сохранённому файлу. В беспилотной системе программная команда меняет движение физического объекта. Если алгоритм поздно заметил препятствие, неправильно оценил высоту или передал двигателям чрезмерную поправку, результат проявится уже в пространстве. Код здесь нельзя проверять только по тому, запускается ли программа: необходимо убедиться, что аппарат сохраняет устойчивость, укладывается в допустимые режимы и безопасно ведёт себя при неполных данных.

Для этого программисту приходится понимать, что именно измеряет каждый датчик. Акселерометр фиксирует ускорение, гироскоп — вращение корпуса, спутниковый приёмник оценивает координаты, а камера передаёт изображение с определённой задержкой. Показания неизбежно содержат погрешность и могут временно противоречить друг другу. Алгоритм должен сопоставить их, оценить состояние аппарата и выбрать действие раньше, чем отклонение станет опасным.

Связь между кодом и конструкцией особенно заметна при настройке системы управления. Команда «прибавить тягу» не имеет постоянного физического результата: он зависит от двигателя, винта, массы аппарата, напряжения аккумулятора и окружающих условий. После замены одного компонента прежние настройки могут перестать работать так, как ожидалось. Поэтому программное обеспечение испытывают вместе с конкретной аппаратной частью, а разработчик должен хотя бы на базовом уровне понимать характеристики машины, которой управляет его алгоритм.

— Специалисту важно быть сильным в собственной области, но современному инженеру уже недостаточно видеть только свой участок. Программист должен понимать, какие данные ему предоставляет электроника и какую физическую машину он заставляет двигаться. Конструктору необходимо представлять, где будут находиться датчики, провода и вычислительные блоки, а технологу — можно ли вообще изготовить придуманную деталь. Речь не идёт о человеке, который одинаково глубоко заменит всю команду. Нужен профессионал, способный разговаривать с соседними специалистами и заранее замечать, к чему его решение приведёт на следующем этапе. Именно понимание этих связей отличает инженера от исполнителя одной изолированной операции, — говорит Андрей Лямин.

Такой специалист иногда называется системным инженером или системным архитектором. Он не обязан самостоятельно писать весь код, рассчитывать аэродинамику и проектировать каждую плату. Его задача — описать общие требования, разделить изделие на взаимодействующие части и проверить, что они совместимы по массе, питанию, размерам, сигналам и режимам работы. Если камера выдаёт данные быстрее, чем вычислитель способен их обработать, или двигатель потребляет больше тока, чем допускает система питания, формально исправные компоненты не сложатся в работающий аппарат.

Электроника больше не живёт отдельно от корпуса

Разделение специальностей постепенно меняется ещё по одной причине: одна и та же деталь начинает выполнять несколько функций. Корпус традиционно воспринимается как несущая конструкция, а электронная плата — как отдельный элемент с дорожками, соединяющими компоненты. Но проводящие линии и датчики можно размещать непосредственно на элементах конструкции либо интегрировать в них во время производства. В таком случае часть корпуса одновременно удерживает нагрузку, соединяет электронику и собирает сведения о собственном состоянии.

Этот подход называют функциональной интеграцией. Его цель состоит не в том, чтобы механически приклеить больше устройств к поверхности, а в сокращении числа отдельных деталей, соединителей и проводов. Для летательного аппарата это особенно ценно: каждый кабель, кожух и крепёж увеличивает массу и занимает объём. Одновременно интеграция усложняет ремонт и производство — повреждение многофункциональной части может затронуть сразу несколько систем.

Материаловеду в такой команде недостаточно подобрать вещество с максимальной прочностью. Ему нужно учитывать электрические свойства, нагрев, вибрацию, технологию изготовления и поведение детали после множества рабочих циклов. Конструктор должен заранее оставить место для обслуживания, а электронщик — проверить, как проводящие элементы будут работать при изгибе и изменении температуры. Облегчение аппарата становится результатом совместного проектирования, а не простой замены тяжёлого материала на лёгкий.

Энергетика ставит похожую задачу. Новый аккумулятор оценивают не только по количеству запасённой энергии, но и по массе, способности быстро отдавать ток, температурному режиму, ресурсу и требованиям безопасности. Источник, хорошо работающий на земле, может оказаться невыгодным для полёта из-за системы охлаждения или защитного корпуса. Даже перспективное решение сначала должно доказать преимущество на уровне всей машины, а не одной красивой характеристики.

Цифровая модель умеет ошибаться вместе с человеком

Компьютерное моделирование позволяет проверить идею до изготовления дорогого образца. В виртуальной среде можно изменить массу аппарата, направление ветра, работу датчиков или параметры двигателя и проследить, как поведёт себя система. Создаваемый в МАИ виртуальный полигон для беспилотников предназначен для отработки алгоритмов управления и искусственного интеллекта в разных сценариях полёта. Разработка уже используется при проектировании новых алгоритмов, а её пилотная версия проходит тестирование у промышленного партнёра.

Симуляция особенно полезна при проверке редких и опасных ситуаций. В реальном испытании нельзя без конца намеренно терять связь, направлять аппарат к препятствию или доводить заряд до критической границы. В цифровой среде такой сценарий можно повторить, изменить исходные условия и посмотреть, какое решение принимает алгоритм. Инженер получает возможность обнаружить очевидную ошибку до того, как она повредит технику.

Но модель воспроизводит только те свойства, которые в неё заложили. Если разработчик неверно оценил трение, жёсткость детали, задержку механизма или влияние воздушного потока, виртуальный беспилотник будет уверенно летать в мире с неправильной физикой. Реальная конструкция добавит люфты — небольшие нежелательные зазоры между соединёнными частями, — неодинаковые двигатели, вибрацию, ошибки сборки и множество других отклонений. Поэтому цифровое испытание уменьшает число рискованных проверок, но не отменяет изготовления и проверки опытного образца.

— Практика нужна не для того, чтобы студент просто собрал аппарат по готовой инструкции. На учебном задании наши ребята увеличили корзину, чтобы в неё было легче попасть, но выяснилось, что конструкция начала переворачивать платформу. Затем они напечатали механизм сброса и только при сборке увидели, что одна из деталей не помещается буквально из-за нескольких миллиметров. На бумаге каждый отдельный шаг выглядел разумно, а реальное изделие показало связь между размерами, массой, устойчивостью и технологией изготовления. После такого опыта ошибка в модели или чертеже уже не остаётся отвлечённым замечанием преподавателя. Студент запоминает, к какому физическому последствию она приводит, и начинает мысленно прослеживать разработку на несколько этапов вперёд, — рассказывает Андрей Лямин.

Учебное испытание ценно, если после него можно восстановить причину результата. Недостаточно зафиксировать, что аппарат не выполнил задание: необходимо понять, ошибся ли алгоритм, не хватило ли тяги, сместился ли центр тяжести или механизм открылся слишком поздно. Для этого конструкцию оснащают средствами регистрации данных, а ход проверки заранее разбивают на измеряемые этапы. Инженер учится не угадывать причину поломки, а последовательно исключать версии.

Команда тоже является частью конструкции

Разработка сложной техники зависит не только от компетенций отдельных людей, но и от того, как между ними передаётся информация. Электронщик должен знать допустимые размеры и расположение платы, программист — формат поступающих данных, конструктор — нагрузку от оборудования, а технолог — материал и точность изготовления. Эти требования фиксируются в чертежах, цифровых моделях, таблицах интерфейсов — способов физического и информационного соединения частей — и программах испытаний. Устная договорённость полезна на старте, но её недостаточно, если в проекте десятки взаимозависимых решений.

Особенно опасны границы ответственности. Один участник может считать, что питание уже предусмотрено коллегами, а другой — что нужный преобразователь входит в комплект оборудования. В результате проблема не принадлежит никому до момента включения аппарата. Системная работа делает такие промежутки видимыми: для каждого сигнала, крепления, режима и ограничения должен существовать ответственный и способ проверки.

Практико-ориентированные занятия воспроизводят эту среду в безопасном масштабе. В 2025 году в программе молодёжного форума при участии МАИ команды проектировали устройства сброса, программировали беспилотники, выполняли логистические миссии и распределяли роли между сборщиками, разработчиками и пилотами. Цель подобной работы шире умения управлять квадрокоптером. Участники видят, что результат зависит от качества передачи задачи между людьми так же, как полёт — от обмена данными между устройствами.

Командная работа не отменяет личной глубины. Если все участники знают понемногу обо всём, но никто не умеет надёжно рассчитать конструкцию, разработать электронику или написать алгоритм, проект останется на уровне демонстрации. Современная модель подготовки напоминает букву «Т»: широкое понимание изделия сочетается с серьёзной специализацией в одной области. Именно такой баланс позволяет человеку задавать правильные вопросы коллегам, не пытаясь подменить их работу.

Где готовят инженеров беспилотных систем

В 2026 году МАИ открыл набор на программу базового высшего образования по проектированию БАС в рамках направления 24.05.07 «Самолёто- и вертолётостроение». Она рассчитана на подготовку специалистов, способных видеть полный жизненный цикл системы: формирование требований, проектирование, производство, испытания, сценарии применения и обслуживание. Партнёрами программы заявлены предприятия отрасли, а работать над тематикой беспилотников студенты смогут с первых этапов обучения. Такой порядок помогает связать фундаментальные дисциплины с требованиями, которые возникают при создании реального изделия.

В учебный план направления «Проектирование беспилотных авиационных систем» входят аэродинамика, прочностные расчёты, архитектура бортовых систем, цифровое производство, композиты — материалы из нескольких компонентов с разными свойствами, — виртуальные испытания и сертификация, то есть подтверждение соответствия установленным требованиям. Это траектория для тех, кому интересен аппарат как целостное инженерное изделие. Будущий специалист учится не только придумывать конструкцию, но и учитывать возможность её производства, проверки и дальнейшей эксплуатации. Системное представление здесь возникает из последовательного прохождения всех этапов, а не из попытки за один курс освоить работу каждого участника команды.

Тем, кто хочет глубже заниматься автоматикой, подойдёт направление «Системы управления беспилотными летательными аппаратами». Здесь изучают динамику полёта, навигацию, бортовое программное обеспечение, обработку оптической информации, управление силовым электрооборудованием и методы повышения надёжности. Программистам и аналитикам доступна магистерская программа по обработке данных полезных нагрузок БАС: так называют камеры, измерительные приборы и другое оборудование, ради которого аппарат выполняет задачу. В этой программе работа с изображениями и машинным обучением — поиском закономерностей в данных с помощью алгоритмов — соединяется с испытаниями реальных аппаратов. Ещё одна траектория — моделирование и оптимизация беспилотных систем, объединяющая математику, алгоритмы автономного движения, датчики и экономическую оценку проекта.

Выбирать программу полезнее не по одному слову «беспилотники» в названии, а по роли, которую человек хочет выполнять в команде. Конструктору потребуются физика, математика, механика и пространственное мышление; разработчику систем управления — математика, программирование и теория автоматического управления; инженеру по электронике — схемотехника, обработка сигналов и понимание источников питания. Специалисту по данным необходимы алгоритмы, статистика и машинное обучение, но также знание того, как камера или другой датчик получает исходную информацию. Общей основой остаётся способность проверять гипотезу измерением и отвечать за работу решения в физическом мире.

Школьники могут познакомиться с этим циклом в Центре технологической поддержки образования МАИ. Занятия по беспилотной технике дают возможность пройти путь от идеи до сборки и испытания, не дожидаясь поступления в университет. Начинать с готового набора не стыдно: он позволяет освоить базовые элементы и быстрее перейти к собственным изменениям. Инженерное мышление появляется не в момент первой идеальной сборки, а тогда, когда учащийся способен объяснить, почему аппарат повёл себя не так и что нужно проверить перед следующей попыткой.

— В сказках ковёр-самолёт, сапоги-скороходы и другие чудесные предметы исполняют желание человека без видимого механизма. Но сама мечта часто довольно точно формулирует будущую функцию: быстрее перемещаться, подниматься в воздух, перевозить груз или освобождать место пилота для пассажира. Сегодня электроника уже берёт на себя часть действий лётчика, а автоматические системы постепенно усложняются. Это ещё не означает, что любой фантастический образ буквально станет реальной машиной. Между замыслом и работающим изделием остаются физика, материалы, энергия, безопасность и труд большой команды. Сказка даёт направление, а инженер превращает его в систему требований, которую можно рассчитать, собрать и испытать, — заключает Андрей Лямин.

Будущему специалисту поэтому не придётся выбирать между воображением и точным расчётом. Первое помогает увидеть функцию, которой ещё нет, второй не позволяет выдать красивый образ за готовую технологию. Чем сложнее становятся беспилотные системы, тем меньше они зависят от одиночки, умеющей «всё», и тем больше — от людей, способных глубоко работать в своей области и понимать язык соседней. Инженер будущего не помещается в одной специальности не потому, что обязан освоить все профессии, а потому, что ни одно его решение больше не существует отдельно от остальных.

Источник фото: Shutterstock

Текст подготовлен пресс-службой МАИ