Сельхозавиация: от АН-2 до беспилотников

Многие авиаторы, учившиеся в летных учебных заведениях в 1970-1980-х гг., еще помнят броский плакат с надписью «Один самолет типа Ан-2 заменяет 40-45 тракторных прицепов». Действительно, почти 4000 «кукурузников» (самолетов типа Ан-2сх), а также вертолетов типа Ми-2сх, Ка-26 вносили свою лепту в «битву за урожай» в СССР.

С помощью самолетов и вертолетов проводились авиационно-химические работы по обработке значительных территорий, занятых сельскохозяйственными культурами, с целью обезвреживания насаждений от вредоносных насекомых (саранча, колорадский жук, тля, вредная черепашка, луговой мотылек и пр.) и болезней растений. Сельскохозяйственная авиатехника также была задействована на посевных работах, для внесения минеральных удобрений, опрыскивания гербицидами (с целью очищения полей от сорняков), что позволяло совершать эти работы на значительных площадях (до 700 га в день) и в более короткие сроки. Обработка с воздуха позволяет увеличить урожайность сельскохозяйственных культур до 20-25%. Время на обработку средствами защиты растений в период нашествия вредителей снижается до 10 раз. То, что наземная техника делает в течение 10 дней, самолет выполняет за один день.

Практическое применение авиатехники в земледелии показало ряд преимуществ по сравнению с наземной техникой: ее высокую производительность (обработка больших посевных территорий за более короткое время, низкие трудозатраты, экономное расходование посевного материала и химических распыляемых веществ), возможность проведения работ в труднодоступных районах (гористая местность, заболоченные поля и др.), возможность визуального наблюдения за состоянием культур и оперативное реагирование в случае создания критической ситуации (массовое поражение вредоносными бактериями, насекомыми, грызунами и пр.), устранение последствий природных катаклизмов, вызвавшее частичную гибель растений (выпревание, выгорание и т.п.). С конца прошлого века авиастроители добились значительных успехов в создании более мобильных, малобюджетных, экономичных моделей, отличающихся повышенной маневренностью, предназначенных и для сельскохозяйственных целей в том числе. Спрос на машины класса легких летательных аппаратов, среди которых наиболее известны    «Cessna»,   «Бекас», «Су-38», «НАРП»,  «Спектр» и другие, обоснован, поскольку применение данной техники для обработки полей и культур позволяет повысить урожайность на 20-30%.

Для ультрамалообъемного опыления в аграрном секторе были разработаны мотодельтапланы, оснащенные опрыскивателями с вращающимися распылителями жидкости. Созданные специально для работы на посевах, в садах и виноградниках, мотодельтапланы («Т-2М» и «Т-2М СХ», «Ветер», «Гриф», «Горизонт») идеально подходят для выпуска на поля трихограмм. Их можно использовать для внесения минеральных удобрений, обработки посевов пестицидами, десикантами и другими средствами защиты растений. Эти летательные аппараты укомплектованы объемными баками общей вместительностью от 100-200 л (в зависимости от грузоподъемности машины и модификации крыла), комбинированными распыляющими приспособлениями, способными производить мелкокапельный (с величиной капли до 100 мкм) полив (опыление) или обработку (удобрение) сухими препаратами (минеральным комплексом) на оптимальной высоте от 1 до 3 м. Производительность при этом составляет около 500 га в день. Особенности конструкции мотодельтаплана способствуют хорошему проникновению препарата даже в загущенных посадках и высокой плотности его распыления, а расход рабочего раствора составляет около 5 л/га. При этом турбулентность, возникающая при работе машины, обеспечивает обработку не только верхней, но и нижней стороны листовых пластин.

Эффективность применения мотодельтаплана заключается в значительном уменьшении денежных затрат на его обслуживание и топливо по сравнению с самолетами и уменьшении (на треть) нормы расхода химических препаратов.

Но серьезным недостатком легкой и сверхлегкой авиации является низкий уровень защиты пилотов от воздействия высокотоксичных СЗР. Поэтому появление беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) открыло новую эру развития точного земледелия.

УМО: методика и преимущества

Технологии и аппаратура мелкокапельного распыления позволяют получать максимальный эффект от распыленных препаратов с наименьшими затратами в короткие сроки, с минимальным ущербом окружающей среде.

Качество обработки главным образом зависит от качества распыления рабочей жидкости и оценивается плотностью (густотой) покрытия каплями обрабатываемой поверхности.

В основе аппаратуры мелкокапельного распыления заложен принцип вращающегося сетчатого барабана, который дробит поступающую в него (под небольшим давлением) жидкость на мелкие однородные капли.

Что такое малообъемное (МО) и ультрамалообъемное (УМО) опыление растений?

Принцип опыления прост. Капля химпрепарата, попадая на растение, образует очаг поражения. Чем больше капель, тем больше попаданий в цель.

Но традиционные методы имеют один очень большой недостаток. Для того, чтобы получить большее количество капель, необходимо увеличивать количество распыляемой жидкости на единицу площади. Это снижает производительность работ, а также порождает ряд технических проблем и неудобств, как-то:

- увеличение частоты подвоза воды в семь раз и более;
- затраты на использование дополнительного трактора и увеличение расхода топлива на подвоз воды;
- технологические простои на заправку водой;
- увеличение количества персонала, задействованного на химработах;
- эти затраты увеличиваются с увеличением расстояния от места заправки водой до рабочего поля.

Пытаясь решить эту проблему, исследователи технологии химической обработки растений пришли к выводу, что нужно увеличивать количество капель не путем увеличения объема рабочей жидкости на гектар, а путем уменьшения размера самой капли. При этом количество химпрепарата, растворенного в объеме рабочей жидкости, остается неизменным.

Традиционная химаппаратура (нагнетательные форсуночные системы) способны выдавать только каплю размера 600-700 микрон. Но жидкость можно дробить на капли не только путем выдавливания из сопла, но и непосредственно механически  воздействуя  на свободно текущую струю.  В результате исследований физики процесса появились вращающиеся сетчатые барабаны, которые  эффективно  дробили поданную в них жидкость. Капли, полученные таким образом, имеют гораздо меньший диаметр, и факел распыла более однороден.

Специальные исследования показали, что из условной капли определенного диаметра получается 8 капель с диаметром, меньшим в 2 раза. Например, одна капля, диаметр которой в два раза превышает оптимальный размер, содержит столько же химических веществ, сколько 8 капель правильного размера.

Большая капля обеспечит обработку лишь 1/8 части необходимой поверхности и будет в 8 раз тяжелее, уменьшая, таким образом, возможность проникновения химиката сквозь густую листву.

Чтобы обработать условную площадь, необходимо обеспечить достаточное количество капель, а используя метод дробления сетчатым барабаном, количество рабочей жидкости (объем) можно уменьшить до 8 раз. Отсюда и термин - малообъемное (МО) и ультрамалообъемное (УМО) опыление.

УМО — размер капли (диаметр) от 10 до 100 микрон, что позволяет работать нормами от 0,3 -0,5 до 1 л/га.

МО — размер капли от 100 до 300 микрон, нормы расхода рабочей жидкости — от 1 до 10 л/га.

Отработаны методики эффективного применения препаратов, данные которых можно свести в таблицу. (Таблица1)

Преимущество аппаратуры МО и УМО:

- Один и тот же сетчатый распылитель барабанного  типа    может      работать в диапазоне капель от УМО до традиционного крупнокапельного, что достигается путем изменения оборотов вращающегося барабана и количеством поступающей в него жидкости.
- Распылитель может быть адаптирован практически к любой, как авиационной, так и наземной установке.
- Подача рабочей жидкости к распылителю не требует применения насосов высокого давления.
- В системе нет жиклеров с малым диаметром, поэтому она мало подвержена загрязнению химическими осадками и примесями.
- Система легко и понятно настраивается.

Методика МО и УМО:

Облако из мелких капель обеспечивает более равномерное покрытие объекта, препарат оседает на листьях и стеблях, не попадая в почву (в традиционных методах крупная и тяжелая капля скатывается с листа в почву). Особенность методики: требуется соблюдение температурного и ветрового режима.

Применение МО оборудования позволяет при работе наземным способом обрабатывать до 60 га за одну заправку опрыскивателя и увеличить производительность до 40-60 га/час.

Применимо данное оборудование при выполнении авиационно-химических работ (АХР) с использованием сельхозавиации — самолетов, вертолетов, СЛА (сверхлегкой авиации) и позволяет поднять производительность авиахимработ до 100 га в час и выше.

СК-1 – создан для авиахимработ

Самарское ООО «Серебряные крылья» на протяжении почти трех десятков лет занимается разработкой и производством легкомоторных самолетов, входя в число ведущих предприятий страны в области малой авиации.

Сейчас ООО «Серебряные крылья» представляет собой авиационный завод полного цикла, размещенный на собственных производственных площадях, с опытно-конструкторским бюро и летно-испытательной станцией. Самолеты производства ООО «Серебряные крылья», количество которых уже превысило 100 машин, эксплуатируются на всей территории Российской Федерации.

«Серебряные крылья» — разработчик и собственник конструкторской документации на несколько видов авиационной продукции:

- самолёт-амфибия «Корвет» и его модификации;
- многоцелевой самолёт «Цикада-М» и его модификации;
- четырехместный самолет «СК-04»;
- специализированный сверхлегкий самолет для авиахимработ «СК-01».

Из перечисленных самолетов «СК-01» проектировался именно как специализированное сверхлегкое воздушное судно, обеспечивающее высокий уровень эффективности ультрамалообъемного опыления и безопасность выполнения авиационных химических работ. Буквы в названии самолета «СК» обозначают название компании разработчика и изготовителя самолета – ООО «Серебряные крылья».

Генеральный директор ООО «Серебряные крылья» Валерий Фролович Андреев рассказал, что идея проекта возникла в октябре 2013 года при посещении авиационной компании «Аэрон», которая несколько лет занимается АХР на коммерческой основе. Деятельность компании   основана на возможности применения на АХР сверхлегких воздушных судов. Компания имеет богатый опыт эксплуатации   самолетов типа «Х-32 Бекас» и «СП-30». В ходе разговора выяснилось, что применяемые в настоящее время на АХР самолеты являются, по словам практикующих летчиков-химиков, «приспособленцами» и в полной мере не отвечают требованиям эксплуатантов. Речь зашла о необходимости разработки специализированного СВС (сверхлегкое воздушное судно) для АХР. Специалисты «Серебряных крыльев» провели совместное совещание с техническими специалистами «Аэрона», обсудив возможные компоновки   самолета, летно-технические характеристики, эксплуатационные требования. Основные требования по компоновке, озвученные специалистами АК «Аэрон», были учтены. К концу июля 2014 года опытный экземпляр СВС «СК-01» прошел необходимый объем наземных испытаний и отработок систем, был подготовлен к проведению летных испытаний и сдан заказчику.

Если речь идет о сверхлегкой авиации в сельском хозяйстве, то автоматически подразумевается использование метода УМО, и наоборот. Производится и используется большое разнообразие наземной техники для проведения обработок, но самолеты успешно составляют конкуренцию тракторам и опрыскивателям. Что привлекает авиаторов в сферу АПК? Ответим с трех разных точек зрения – от лица производителей сверхлегкой авиации, с точки зрения летчиков-химиков (обработчиков) и заказчиков услуги – сельхозпроизводителей.

Над полями на «Серебряных крыльях»

Первый полет на СВС «СК- 01» совершил заслуженный летчик-испытатель РФ Воронов Геннадий Николаевич. Полеты показали, что характеристики опытного самолета близки к расчетным, самолет показал хорошие взлетно-посадочные характеристики, достаточную скороподъемность, но были выявлены и недостатки.

После доработок самолет стал устойчивым по путевому каналу, показал хорошие маневренные характеристики, а с трехлопастным винтом увеличилась скороподъемность и скорость горизонтального полета.

Директор ООО «Серебряные крылья» рассказал о перспективах проекта: «Новизной разработки является создание специализированного сверхлегкого воздушного судна, обеспечивающего эффективность УМО и безопасность полетов. В настоящее время наметилась положительная тенденция роста объемов авиационно-химических работ (АХР). Объем АХР на 2030 год оценивается в 15-25 млн. га. Исходя из этого, суммарная потребность в сельскохозяйственных ВС для выполнения прогнозируемого объема значительна и составляет 1000- 1700 машин. Наиболее многочисленным будет парк ультралегких сельскохозяйственных воздушных судов – около 38% перспективного парка.

Основной объем АХР (более 60%) будет приходиться на средние и легкие сельскохозяйственные самолеты грузоподъемностью по химикатам от 300 до 1200 кг.

Предполагаемая доля рынка, которую способен занять разрабатываемый продукт — 50-75%, в зависимости от темпов развития сельского хозяйства и политики продвижения продукта».

Пилоты – в помощь аграриям

Пока «Серебряные крылья» разрабатывают стратегию выхода на рынок услуг, пилоты-химики с многолетним стажем открывают очередной сезон. С пилотом сверхлегких воздушных судов Сергеем Кудапиным мы встретились на территории Самарского областного аэроклуба ДОСААФ, где готовы к вылетам несколько единиц самолетов СП-30, оснащенных оборудованием для УМО (ультрамалообъемного опыления). Целый ряд сельхозпредприятий ежегодно делают выбор в пользу авиации при обработке посевов. Сергей   Васильевич рассказал, в каких условиях самолет предпочтительнее наземной техники и как на практике работает технология ультрамалообъемного опыления.

«С     агропромышленным комплексом мы сотрудничаем более двух десятков лет, выполняем весь существующий    спектр   авиахимработ, - говорит   Сергей Кудапин. –  Весной это обработка гербицидами от сорняка, подкормка микроудобрениями. Когда растение подросло и начали появляться вредители (чаще всего клоп-черепашка, жук- кузька хлебный) — работаем инсектицидами, от болезней (ржавчина, грибковые) распыляем фунгициды. Ближе к завершению сезона вылетаем на десикацию — сушим подсолнечник и другие культуры.

Услуги сельхозпредприятиям пилоты оказывают от имени     самарской   компании «Авиаспектр», где расположено   диспетчерское   отделение. «Авиаспектр» занимается производством дельталетов (мотодельтапланов), воздушных винтов, комплектующих, обучением пилотов, авиахимработами. Непосредственно сами обработчики, они же владельцы самолетов — это индивидуальные         предприниматели. Они работают в ряде районов Самарской области и других регионах России».

Воздушная сельхозтехника

Сергей Кудапин пилотирует самолет СП-30, произведенный в Таганроге. СП-30 относится к сверхлегким воздушным судам единичного образца. Для таких самолетов предусмотрены упрощенные условия эксплуатации, они не требуют установки маяков — соответственно, обработка обходится заказчику дешевле. «Чтобы работать на таком самолете, нужно его должным образом зарегистрировать, иметь номера, свидетельство летной годности, свидетельство пилота и допуск к авиахимработам. Если все документы в наличии, то можно заключать договоры и предоставлять услугу».

Двухместный самолет СП- 30 относится к классу очень легких воздушных судов взлетной массой до 500 кг.

Область применения: выполнение защитных авиационно-химических работ в сельском хозяйстве по борьбе с сорняками, вредителями, болезнями растений, саранчой, внесение регуляторов роста, аэросев, патрулирование, видеонаблюдение.

Отличительные особенности: внеаэродромное базирование, короткие взлетно-посадочные полосы, обработка малых площадей сложной конфигурации, мобильность передвижения, точность и качество обработки при небольших расходах рабочего препарата, а также спутниковая навигационная система, сертифицированная аппаратура мелкокапельного малообъемного распыления.

Полеты могут выполняться днем в простых метеоусловиях по правилам визуальных полетов пилотами, имеющими допуск к управлению самолетами данного типа.

Как это работает?

Без крепких агрономических знаний пилоту-химику не обойтись и не получить допуск.

«Авиахимобработка — орудие обоюдоострое, — отмечает Сергей Васильевич, — наряду с положительным эффектом можно нанести и вред. Работать нужно взвешенно, обдуманно и аккуратно. Следить за равномерностью внесения препарата, за соблюдением условий для обработки. УМО работает в определенном диапазоне температур. Летом мы в половине четвертого утра вылетаем и работаем часов до девяти. Когда температура приближается к 24 градусам приостанавливаем обработку. Мелкокапельный раствор должен впитаться, иначе высохнет, испарится. Для культур важно, чтобы даже мелкие капли не срабатывали на ярком солнце, как линзы. Оптического эффекта тоже стараемся избегать. Продолжаем вылеты в вечернее время. Все эти нюансы предварительно изучаем и учитываем на практике».

В основе авиахимработ лежит метод ультрамалообъемного опыления. Самолет СП-30 оснащен сертифицированным оборудованием УМО – баками, насосами, регуляторами, распылителями. Воздушный разбрасыватель жидкости (ВРЖ) раскручивается от потока воздуха, под действием центробежной силы капли разлетаются и дополнительно разбиваются сеточкой. Жидкость разбрасывается конусом, несколько конусов сливаются в единое пятно.

В зависимости от препарата создается размер капли — чем больше оборотов, тем меньше капля. «Допустим, у нас три препарата, при этом жидкость становится густая, как кисель, объясняет пилот, — его нужно разбить в капли, и тогда обороты делаются большие. У нас есть инструкции, на какие обороты настраивать ВРЖ в зависимости от используемого.  Слишком мелкая капля - разлетится или высохнет, а крупная — упадет с листа».

Самолет оснащен навигатором и компьютером, можно регулировать расход препарата вне зависимости от скорости.

Самолет или «наземка»?

«В южных областях рано начинается обработка озимых от сорняков. Мои коллеги работают в Волгоградской области, где очень много авиации задействовано, а наземная техника, напротив, используется редко, что связано с недостатком воды. Мы расходуем жидкость в объеме нескольких литров на гектар, а наземная техника льет 200-300 литров.  В Самарской области достаточно водоемов для набора воды, они расположены чаще, а для Волгоградской, Ростовской областей, Ставропольского края – это проблема, там попросту невозможно так щедро лить воду, и поля обширные, от горизонта до горизонта. Для авиации — оптимальные условия.

Есть много «за» и «против» авиации в сравнении с наземной техникой, и наоборот. Многие агрономы продолжают работать «наземкой», чтобы имеющаяся техника и рабочая сила не простаивали. Считают, что если  препарат  поступает  с большим объемом воды, то растение испытывает меньший стресс. На полях применяются пневмоходы, они передвигаются на шинах низкого давления и до определенной фазы минимально травмируют посевы. Пока культура пребывает в фазе кущения, еще можно работать

«наземкой», а когда растение уходит в «трубку», то гербициды становятся вредными. Остается узкий промежуток времени. Рано нельзя — культура еще слабенькая, и поздно нельзя — фаза пройдена. И вот когда площадь обработки велика и наземная техника не успевает — тогда вызывают нас.

Если сравнивать экономический эффект — авиация дешевле и производительней. При работе теми же гербицидами мы тысячу гектаров сделаем за день, а опрыскиватель эту же площадь обрабатывает неделю. Цены, в зависимости от объема заказа — от 180 до 200 рублей за гектар.

Мы работаем с одной точки, что удобно, если поля разбросаны. На точке стоит машина-заправщик, человек заправляет препаратом самолет. Не нужно воду возить и трактор гонять. Не нужен аэродром, достаточно проселочной дороги. Мне карту дали, норму дали — я работаю. В случае с наземными машинами — один тракторист обрабатывает, второй воду возит, работники заправляют, размешивают — там целая бригада трудится, а это солярка, это время, это заработная плата.

Есть климатические особенности. Во время дождей «наземка» не может выйти в поле, а культура растет, сорняк тоже растет, и фаза уходит — вызывают нас, и мы просто нарасхват.

Ограничения тоже существуют — некоторые поля находятся вблизи населенных пунктов, а у нас зона безопасности около 5 километров. Ближе к жилым постройкам самолет работать не может, а трактор может. Руководители и агрономы учитывают все обстоятельства, выбирают наиболее подходящий вариант – у каждого свои методы, свои технологии, свои расчеты».

Рациональный выбор

Проведенный опрос показал, что авиация в арсенале  агронома  — орудие, применяемое не безусловно и однозначно, а из соображений рациональности в текущих условиях, и в той части технологии, где это удобно и экономически оправдано. В ряде ситуаций использование УМО с воздуха остается единственным вариантом, позволяющим уложиться в агротехнические сроки проведения обработок и тем самым избежать потерь урожая.

Николай Евгеньевич Хвостов, главный агроном ООО «Тверское»: «Мы используем ультрамалообъемное опыление на протяжении трех лет — для проведения десикации. Это подсушивание подсолнечника осенью, перед уборкой, для равномерного и быстрого созревания. Метод удобен по ряду причин — во-первых, это делается быстро, во-вторых, техника не ходит по полю и не травмируются растения. При хорошей погоде около тысячи гектаров в день обрабатывается, а на площадях ООО «Тверское» в Волжском районе порядка 4000 гектаров подсолнечника. Препараты выбираем сами, самого высокого качества.  Мы остановились на препарате РЕГЛОН® ЭЙР компании «Сингента», он относится к группе десикантов, это препарат с повышенным содержанием действующего вещества, специально разработанный для десикации подсолнечника и рапса авиа-методом. Обеспечивает быстрый сбор урожая с наименьшими потерями и лучшими показателями качества.

Преимущества метода ультрамалообъемного опыления очевидны. Расход рабочей жидкости идет в объеме 4-4,5 литра на один гектар. Воды требуется минимум. Если бы не было возможности использовать самолет и ультамалообъемное опыление, то уборка отходила бы на более поздние сроки, и уборочные работы сопровождались бы заметными потерями.

Конечно, существуют способы проведения наземной обработки. Приобретаются высококлиренсные самоходные опрыскиватели, но они очень дорогостоящие (около 30 миллионов рублей). Выработка у них гораздо ниже, и все равно происходит травмирование растений.

Некоторые ученые утверждают, что провести десикацию четырьмя литрами раствора на гектар невозможно, и до сих пор готовы отстаивать свою точку зрения. Когда мы показываем им на практике результаты обработки при указанном расходе, и качество десикации при этом стопроцентное, то они разводят руками и все равно не верят.

Ультамалообъемное опыление появилось тогда, когда появилась авиаобработка. Ни легкий самолет, ни дельтаплан не смогут взять много раствора на борт. Если будут брать много раствора, то придется совершать многократные вылеты, именно поэтому оптимальный эффект при десикации достигается   сочетанием авиации и УМО. Другие варианты — сложно и дорого».

Виталий Андреевич Коробов, бывший главный агроном ООО «Усманка»:«Обрабатывали авиацией зерновые, бобовые, подсолнечник — от болезней и вредителей. Один раз обрабатывали зерновые от сорняка. Проводили десикацию по нуту. Авиация себя полностью оправдывает: растения не подвергаются механическим повреждениям, качество обработки высокое. Пользовались импортными препаратами производства «Сингента» и отечественными «Щелково Агрохим». Немаловажный фактор – время. Проводя обработки с помощью самолета, мы укладываемся в кратчайшие агротехнические сроки.

В случае необходимости проводим обработку дважды за сезон. С экономической точки зрения для сельхозпредприятия использовать самолет вполне по силам.

Работал агрономом три года, и все три года мы привлекали авиацию. Когда времени мало, а нужно обработать тысячи гектаров, то собственными опрыскивателями не справиться. Думаю, что такая практика в дальнейшем будет применяться всё шире».

Дмитрий Николаевич Тихий, главный агроном КФХ «Валочкин»: «Используем авиацию для проведения инсектицидных обработок на кукурузе и нуте — против насекомых. У нас небольшие площади: 350-370 гектаров кукурузы и 250 гектаров нута, и самолетом получается их обработать за вечер — в этом и выгода. Когда вредители появляются, нужно работать оперативно. Этим методом мы избавляемся от хлопковой совки на нуте и кукурузе, от нутового минера. Работаем с препаратами производства «Щелково Агрохим» — «Кинфос», «Эсперо», «Карачар», выбираем в зависимости от фазы и вредителя.

К тому же, если кукуруза высокая, то работать с земли уже не получается, и нут тоже подвергнется повреждению. У нас был в использовании старый опрыскиватель, и простые подсчеты показали, что ущерб от травмирования посевов больше, чем расходы на авиацию».

#БПЛА #авиа #обработка #пестициды #опыление