Испытание дрона Case IH P150 – 24-часовое испытание

Ожидания нашей команды возрастают, когда испытания включают запуски или даже технологические инновации, но на этот раз мы превзошли самих себя. Если бы мы знали, насколько масштабным окажется это испытание, эти ожидания превратились бы в напряжение и нервозность. Из Агуа-Боа, в штате Мату-Гросу, мы отправились в Агропромышленную палату Иерусалима, чтобы стать свидетелями чего-то беспрецедентного: 24-часового испытания с непрерывным применением дрона Case IH P150.

Муниципалитет Агуа-Боа расположен в восточной части штата Мату-Гросу, в регионе, известном как долина Арагуайя, недалеко от горного хребта Серра-ду-Ронкадор. Покинув город, можно увидеть прекрасные пейзажи, типичные для бразильского Среднего Запада, главного центра развитого агробизнеса.

Ферма Agropecuária Jerusalém также известна как «подключенная ферма Case IH», поскольку на ней реализуется новаторский проект бренда, представляющий собой образец 100% взаимосвязи, отражающий одну из ценностей цифрового сельского хозяйства Case IH.

Под цифровым сельским хозяйством или сельским хозяйством 4.0 понимается технологическая трансформация, произошедшая в последние годы и сопоставимая с тем, что произошло в промышленности за последнее десятилетие. С появлением цифровизации в процессе сельскохозяйственного производства начался ряд достижений, направленных главным образом на интеграцию сельскохозяйственной деятельности в современный мир, объединяя концепции искусственного интеллекта с глобальной сетью взаимосвязей.

Нет предела объединению различных миров и сценариев, где искусственный интеллект и электроника объединяются для использования датчиков, исполнительных механизмов, программного обеспечения и т. д. с имеющимися ресурсами геолокации и геообработки. Для этого необходима взаимосвязь, а возможность генерации информации сельскохозяйственными машинами открывает нам путь к более футуристическим, но не менее осуществимым концепциям, таким как использование Интернета вещей (IoT), больших данных и других последних достижений. Будущее уже наступает, и дроны для сельскохозяйственного применения, особенно предназначенные для внесения сельскохозяйственных удобрений и средств защиты растений, уже доступны на коммерческой основе.

Идея команды Case IH подвергнуть одну из своих коммерческих машин интенсивной 24-часовой работе в полевых условиях при поддержке техников разных специальностей, включая наших, была блестящей.

Идея заключалась в том, чтобы рассмотреть всю экосистему, задействованную в этом виде деятельности, и проанализировать производительность оборудования, не беспокоясь об оценке каких-либо аспектов применяемых технологий, что в некоторой степени известно и остается в центре внимания инженерной работы Case IH.

В ходе этого сложного испытания оценивались параметры, связанные с энергопотреблением, производительностью работы дрона Case IH P150 и поддержанием эксплуатационной стабильности во времени.

Наша задача — рассказать нашим читателям и подписчикам все подробности предложения этой компании оценить максимальную производительность самого большого дрона бренда, выпущенного в 2025 году, для чего техническая команда Case IH спланировала эту интересную оценку, которая в итоге превратилась в идею „24-часового челленджа“.

Передовые технологии

В настоящее время мы наблюдаем технологически гораздо более продвинутое поколение дронов по сравнению с начальным этапом, который был всего несколько лет назад. Оборудование значительно усовершенствовано и обладает гораздо более совершенными современными функциями, позволяющими ему соответствовать требованиям сельскохозяйственных работ, что делает возможным сравнение его работы с работой наземной техники, даже современной.

Беспилотник Case IH P150, который мы анализировали в рамках конкурса, выполняет трехмерное картирование местности в реальном времени с помощью инструментов геообработки и может автоматизировать траектории полета и маневры. Он оснащен 4D-радаром для получения изображений местности, который облегчает обнаружение препятствий и границ зон, а также корректирует высоту полета при наличии уклона местности. Дальность обнаружения достаточно широка, варьируется от 1,5 м до 100 м, с горизонтальным полем зрения ± 40° и вертикальным полем зрения от +90° до -45°. Одним из важных аспектов оборудования, который мы оценили, является его способность ориентироваться в направлении вылета при возвращении на базу, что повышает эффективность работы.

В основном на участках, края которых окаймлены деревьями, расстояние обхода препятствия составляет около 2,5 метров, то есть расстояние между кончиком пропеллера и препятствием после того, как дрон затормозится и стабилизирует свой полет в фиксированном положении. Он обнаруживает препятствие с огромной скоростью, используя в качестве параметров обнаружения положение на границе, расстояние до препятствия, направление движения и относительную скорость между ними.

Что касается системы питания, то в Case IH P150 используются две интеллектуальные литий-ионные батареи с емкостью зарядки 1.500 циклов, номинальным выходным напряжением 48,75 вольт (В), максимальным зарядным током 100 ампер (А) и номинальной емкостью 20 000 мАч. В комплект поставки коммерческого оборудования входят шесть батарей в базовом комплекте и восемь батарей в полном комплекте. Батарея считается интеллектуальной, потому что количество циклов зарядки суммируется, так что каждый цикл соответствует 100% заряду; следовательно, даже если батарея не полностью заряжена или зарядка начинается с частичной зарядки, она будет завершена и засчитана как полный цикл зарядки.

В ходе испытаний батареи заряжались на стационарной станции и одновременно охлаждались. Известно, что батареи теряют эффективность при нагреве; поэтому во время зарядки в охладителе создавался туман, что является простейшим способом теплообмена, поскольку другая система, основанная на погружении, могла бы повредить разъемы. Градирня для охлаждения батарей имеет емкость четыре литра воды, а расход составляет пол-литра в час охлаждения.

Оборудование

Компания Case IH официально представила свой беспилотный летательный аппарат для внесения удобрений на выставке Agrishow 2025 в качестве дополнительного решения к линейке опрыскивателей Patriot. Импортируемый и распространяемый в Бразилии компанией, он предлагается в двух моделях: 30-литровой (P60) и 70-литровой (P150), с полной поддержкой бренда через более чем 180 сервисных центров в дилерской сети.

В 24-часовом испытании использовалось оборудование Case IH P150 — летательный аппарат с двигателями A55 номинальной мощностью 4.700 Вт, сконфигурированный для двух различных операций: Revocast 4 — система распределения твердых продуктов весом 58 кг, и RevoSpray 4 — система распыления весом 54 кг. Обе версии могут нести до 70 кг продукта, достигая максимального веса 125 кг в условиях взлета для распыления. Габариты установки RevoSpray 4 в рабочем положении составляют 3.110 x 3.118 x 764 мм, а для транспортировки ее можно переупаковать, уменьшив габариты до 1.072 x 1.102 x 788 мм за счет шарнирного соединения пропеллеров и рычагов, что позволяет перевозить ее в небольшом пикапе. Для тех, кто не знаком с подобным оборудованием, его размеры и функциональность весьма впечатляют. Резервуар для продукта имеет максимальную емкость 70 литров, а летательный аппарат оснащен двумя распылительными форсунками, приводимыми в действие гибкими роторными насосами, вращающимися со скоростью от 1.500 об/мин до 16 000 об/мин. Размер распыла, зависящий от высоты полета, составляет от 5 до 10 м. Каждый насос работает с расходом от 0,5 до 15 л/мин, что позволяет достичь суммарного расхода до 30 л/мин. Информация о качестве нанесения указывает на переменный размер капель от 60 до 400 микрометров (мкм). Максимальная непрерывная дальность полета составляет 2.000 м, максимальная скорость полета во время нанесения — 65 км/ч, а максимальная высота — 30 м.

Важно подчеркнуть, что дроны, используемые в сельском хозяйстве, являются беспилотными летательными аппаратами, в отношении которых существует соответствующее законодательство, которое необходимо соблюдать. Поэтому пилот должен продемонстрировать прохождение обучения по программе подготовки операторов дистанционно управляемых летательных аппаратов (CAAR) и быть зарегистрирован в Министерстве сельского хозяйства, животноводства и снабжения (MAPA). Владелец должен использовать только оборудование, одобренное Национальным агентством связи (ANATEL), и зарегистрировать его в Национальном агентстве гражданской авиации (ANAC). Кроме того, обязательно наличие страхования гражданской ответственности перед третьими лицами. SIPEAGRO от MAPA — это приложение Интегрированной системы сельскохозяйственной продукции и предприятий, в котором владелец дрона должен зарегистрироваться.

Операция в рамках вызова

Прибыв на территорию Case IH Connected Farm и встретившись с командой, которая будет участвовать в этом соревновании, мы сразу поняли, что это будет нечто грандиозное. Огромное количество людей и компаний, вовлеченных в такое серьезное и хорошо организованное мероприятие, создавало впечатление, что в итоге мы получим массу полезной информации.

После краткого инструктажа с командами мы смогли узнать подробности как об оборудовании, так и о планах на два дня, посвященных мероприятию.

Группа экспертов Case IH предложила подвергнуть оборудование непрерывной 24-часовой работе и проверить эксплуатационные характеристики, долговечность и стабильность работы, оценить максимальную производительность оборудования с целью количественной оценки площади, которую можно обработать за 24 часа.

Для этой цели было выбрано 17 участков фермы, характеристики которых соответствовали площади всего региона, общей площадью чуть более 1.000 га. Первоначально предполагалась производительность более 30 га/ч при норме внесения 10 л/га. Для оптимизации работы необходимо было сбалансировать объем жидкости в баке с ресурсом батареи; поэтому было решено использовать от 55 до 65 л жидкости на заправку и возвращать дрон на базу, когда заряд батареи достигнет минимум 10%, обеспечивая безопасное возвращение. С помощью этого эксплуатационного теста компания стремится получить достоверные данные о ресурсе батареи, под нагрузкой и на площади (гектарах), а также о фактической площади, которую можно обработать полным баком в рабочих условиях.

Испытание было безупречно организовано таким образом, чтобы в течение 24-часового полета генерировалось множество точек данных, с мониторингом в реальном времени всей командой и нами в качестве наблюдателей. Использовались две стационарные структуры: одна рабочая, а другая резервная, где размещалась команда, пилоты и ассистенты, и которые перемещались для лучшего соответствия эксплуатационным параметрам, а также для приема и передачи сигналов. Были сформированы три команды под руководством пилотов с ассистентами, которые отвечали за заправку топливом, замену батарей, а также зарядку и охлаждение батарей, которые снимались с оборудования на каждой остановке. Чтобы уменьшить влияние оператора, каждая команда работала четыре часа подряд, чередуясь посменно. Таким образом, все пилоты работали утром, днем ​​и вечером.

Стало ясно, что главной целью является получение реалистичных полевых данных с использованием стратегии, позволяющей согласовать оптимальные условия зарядки аккумулятора с объемом воды, имеющейся в резервуаре.

Руководителями группы были пилоты дронов Тамилон Камило Диас, Элиас Джакомель и Алан Преусс, пилот дронов и специалист по точному земледелию из компании Agritex, считающийся одним из лучших пилотов дронов в стране. В течение всего периода испытаний за вспомогательные мероприятия отвечали помощники Алессандро, Хорхе, Эдуардо и Самуэль.

Кроме того, компания Case IH предоставила команду, и специалисты Эвертон Фим, Альберто Маза и Рудни Невес оставались на протяжении всего испытания, оказывая техническую поддержку, предоставляя информацию и, при необходимости, материалы для технического обслуживания. Майкон Николетти, агроном из Case IH Connected Farm, находился с пилотами все время.

После того, как все было организовано, команды сформированы, а оборудование готово, караван двинулся в один из районов, используя стратегию, при которой начиналась работа с районов, наиболее удаленных от Центра опыта в штаб-квартире фермы, где была централизована операция, а затем, в конце, применял методы на районах, наиболее близких к Центру.

Подготовка и стратегия для достижения наилучших результатов в этом 24-часовом испытании, ранее доказавшие свою эффективность в подобных мероприятиях, основывались на следующих принципах: норма внесения 8 л/га, ширина полосы внесения 12 м, приблизительная высота полета от 4 до 4,5 м над уровнем земли и средняя скорость дрона от 62 до 64 км/ч. Работа заключалась в нанесении жидкости, в данном случае воды, на ровную поверхность почвы, покрытую соломой, оставшейся после последнего сбора урожая кукурузы.

Операция требовала определенного времени, которое зависело от уровня жидкости в резервуаре и срока службы батареи, с запланированной «остановкой» для замены батареи и подзарядки резервуара. В этом смысле работа помощников имела основополагающее значение для достижения высокой эффективности работы. База была расположена таким образом, чтобы обслуживать два смежных участка без необходимости перемещения конструкции.

Кроме того, в целях безопасности были обозначены маршруты, которые будут перекрыты во время пролета дрона и для работы бригады по опрыскиванию. Таким образом, был разработан протокол действий, определяющий роль каждого участника для более эффективного выполнения работы.

Величайший вызов

Когда настало время испытания, команды подготовились, и в 8:48 утра 14 октября 2025 года дрон начал движение и оставался в эксплуатации ровно 24 часа. В среднем дрон находился в воздухе около семи с половиной минут, при этом показатели автономности варьировались от семи до девяти минут, включая время выполнения задачи и время возвращения на базу. После посадки, как только винты перестали вращаться, команда поддержки заменила две батареи и заправила топливный бак. Время этой остановки до следующего взлета составляло приблизительно 40-48 секунд. Различные команды поддержки продемонстрировали хорошую подготовку и с завидной регулярностью выполняли обе функции. 

Пилот постоянно контролировал работу с помощью интеллектуального пульта дистанционного управления XAG SRC4, дальность действия которого в оптимальных условиях, при отсутствии препятствий и помех, составляет до 2.000 метров. Этот пульт совместим как с Case IH P150, так и с другой моделью, Case IH P60.

Операционная эффективность

Учитывая, что понятие операционной производительности представляет собой отношение площади, обрабатываемой за единицу времени, к операционной эффективности, которая является процентом времени, затраченного исключительно на выполнение задачи, по отношению к общему времени, затраченному на операцию, стало возможным проанализировать производительность дрона в течение этих 24 часов работы в рамках конкурса.

Анализируя операцию в целом, можно выделить несколько факторов, непосредственно связанных с ней и являющихся неотъемлемой частью работы; например, невозможно эксплуатировать это оборудование, не учитывая в качестве обязательных процедур заправку топливом, маневрирование и возвращение на базу с пустым баком.

Заметно, что во время маневров необходимо снижать скорость, а также важно учитывать длину траекторий между маневрами, поскольку чем длиннее они, тем больше времени беспилотник работает в полную силу по отношению к общему времени полета. В данном случае, анализируя данные на момент проведения испытания, мы наблюдали, что длина непрерывных траекторий в реальных условиях варьировалась в среднем от 490 м, 890 м до 1.100 м. При средней скорости 62 км/ч и полосе покрытия 12 м, реальные данные о производительности показали эффективность полета 78%, с потерями 9% на пит-стопах для дозаправки и замены батарей и 12% потерь из-за логистических операций. Таким образом, учитывая, что часть полета включает возвращение на базу с пустым дроном, можно сделать вывод об эффективности работы около 72%, что доказывает эксплуатационные преимущества дрона для данного применения.

В ходе испытаний мы наблюдали такие временные факторы, как изменение скорости, время маневрирования, время в пути без нагрузки, изменение положения опорной конструкции, перекрытие между проходами (минимальное и контролируемое), время заправки и замена батарей, а также другие факторы, характерные для мест работы техники. Следует отметить, что все полевые условия, включенные в это испытание, были реальными, с несколькими короткими маршрутами, что повышает репрезентативность маневрирования в общем времени.

Таким образом, было установлено, что оборудование может обрабатывать от 44 га/ч до 45 га/ч, при обычных значениях около 42 га/ч, и можно ожидать обработки площади более 1.000 га в течение непрерывных 24 часов при максимально оптимизированном формате обработки и логистических условиях.

Данные производителя указывают на более скромные показатели производительности: 26 га/ч при опрыскивании, внесении около 30 л/га и ширине обработки 9 м, при скорости 65 км/ч. В разбрасывателе твердых частиц производительность достигает 2.167 кг/ч при дозе 300 кг/га и ширине полосы нанесения 6,8 м при той же скорости 65 км/ч.

Очевидно, что объем тестовых данных больше, поскольку, помимо работы с большей шириной внесения и большей высотой полета, количество вносимого продукта было меньше, около 8 л/га. Одна из целей испытаний заключалась в том, чтобы подвергнуть оборудование воздействию внешних условий, чтобы определить максимальные условия эксплуатации.

С самого начала конкурса целевая производительность составляла 44 гектара в час, но в реальности фактическое отклонение составило 37 га/ч и 47 га/ч, соответственно, минимальное и максимальное значения.

Физические опорные конструкции

Были созданы две централизованные рабочие структуры: одна в качестве основной, а другая — в качестве резервной, которая будет использоваться только при необходимости и, главным образом, на заключительных этапах работ.

Каждая из этих конструкций представляла собой прицеп, в котором размещались зарядные устройства для аккумуляторов, холодильники, водяной насос Buffalo и платформа для водителя. Перед этой конструкцией была установлена ​​станция с RTK-антенной. Для питания зарядных устройств в основной конструкции были установлены два генератора Toyama XP, которые использовались одновременно для зарядки и охлаждения аккумуляторов.

В ходе соревнований было использовано в общей сложности 12 батарей: две в дроне, четыре на зарядке или охлаждении и шесть в качестве резервных. Коммерческое оборудование поставляется с шестью батареями в базовом комплекте и с восемью батареями в полном комплекте.

Рядом со строением была размечена взлетно-посадочная полоса для дронов, которая служила местом для остановок, где заменялись батареи и заправлялся резервуар с жидкостью. Эта зона постоянно орошалась, чтобы уменьшить воздействие пыли на оборудование и помощников во время взлета и посадки. Хотя на строении имелась платформа для пилота с антенной, было решено осуществлять пилотирование с земли, при этом пилот координировал действия своей группы поддержки.

Каждый раз, когда возникала необходимость переместить конструкцию с одного места на другое, приходилось настраивать оборудование, получать информацию о новой территории и активировать RTK-станцию. Кстати, как и ожидалось, сигнал и соединение Case IH Connected Farm были превосходными и ни разу не помешали решению задачи.

Заключительные мысли о поставленной задаче

В ходе испытания, включавшего 147 полетов за 24 часа, было израсходовано 238 литров бензина. При быстрой сравнительной оценке выбросов это составляет половину выбросов CO2, характерных для обычной операции по нанесению жидких продуктов, по сравнению с наземным нанесением. Очевидно, что пока нет надежных сопоставимых рекордов по нанесению жидких продуктов с помощью дрона, но был достигнут важный рубеж, который можно считать весьма значительным.

За 24 часа в условиях, заданных в задании, была обработана впечатляющая площадь в 892 гектара. Было пройдено 815 км по прямой, а общий объем использованной жидкости достиг 7.039 литров. Хотя повторить это испытание было сложно, немногие современные образцы оборудования способны достичь таких поразительных результатов. Следует отметить, что целью оценки была проверка эксплуатационных возможностей и эффективности полета оборудования в сложных условиях, и что оценка качества технологии применения оборудования должна продолжаться, как это делают команды Case IH.

Для тех из нас, кто следил за этим испытанием от начала до конца, энтузиазм был огромным, особенно видя решимость всех участников и, прежде всего, их уверенность в оборудовании.

Хосе Фернандо Шлоссер

Центр испытаний сельскохозяйственной техники - UFSM