Безпілот­ні літаль­ні апа­рати у сільсько­му гос­по­дарстві

Підви­щен­ня вро­жай­ності куль­тур у рос­лин­ництві — стра­тегіч­не за­вдан­ня для Ук­раїни. Во­но має гло­баль­ний ха­рак­тер і йо­го ви­­рішен­ня — це пи­тан­ня не тільки еко­номіки, а й ве­ли­кої політи­ки.                         
В. Моргун

А. Пе­дерій, провідний інже­нер-кон­ст­рук­тор, тво­рець пер­ших вітчиз­ня­них безпілот­них с.-г. літаків,
Ю. Пе­дерій, провідний інже­нер-кон­ст­рук­тор із ав­то­ма­тич­ної си­с­те­ми ке­ру­ван­ня безпілот­них літаль­них апа­ратів, тво­рець пер­ших вітчиз­ня­них безпілот­них с.-г. літаків,
В. Санін, д-р с.-г. на­ук, про­фе­сор, провідний фахівець із тех­но­логії за­сто­су­ван­ня аг­рохімікатів у с./г.,
В. Швар­тау, д-р біол. на­ук, чл.-кор. НАН України, за­ступ­ник ди­рек­то­ра Інсти­ту­ту фізіології рос­лин і ге­не­ти­ки НАН Ук­раїни, провідний спеціаліст із фізіології рос­лин і оп­тимізації за­сто­су­ван­ня аг­рохімікатів у с./г.,
О. Санін, магістр із захисту рослин, випробувач з оцінювання ефективності ультрамалооб’ємного авіаобприскування в с./г., аспірант Інституту фізіології рослин і генетики НАН України.
Розв’язан­ня цієї про­бле­ми мож­ли­ве на базі ство­рен­ня но­вих ви­со­ко­про­дук­тив­них сортів сільсько­го­с­по­дарсь­ких куль­тур і тех­но­логій їхньо­го ви­ро­щу­ван­ня; впро­ва­д­жен­ня до­с­ко­на­лої та ви­со­ко­про­дук­тив­ної техніки, но­вих форм ор­ганізації праці в аг­рар­но­му сек­торі ви­роб­ництва.
Збільшен­ня вро­жай­ності куль­тур­них рос­лин у світі є ос­нов­ним на­пря­мом, який за­без­пе­чує підви­щен­ня рен­та­бель­ності сільсько­го­с­по­дарсь­ко­го ви­роб­ництва. За­зна­чи­мо, що кри­ти­ка по­тре­би підви­щен­ня вро­жай­ності куль­тур у рос­лин­ництві прирікає вітчиз­ня­них ви­роб­ників на кон­сер­вацію чис­лен­них про­блем сьо­го­ден­ня. На по­чат­ку ХХ ст. у Росії й Ук­раїні мріяли про сто­пу­до­вий уро­жай зер­но­вих (16 ц/га), у ХХІ ст. в Ук­раїні 100 ц/га ста­ло пересічним ре­зуль­та­том. Підви­щен­ня про­дук­тив­ності ви­роб­ництва зер­но­вих та інших куль­тур за­ле­жить від ба­га­ть­ох чин­ників. Роз­г­ля­не­мо ли­ше про­бле­му, пов’яза­ну із вирішен­ням за­вдань за­хи­с­ту куль­тур­них рос­лин від шкідли­вих ор­ганізмів і стре­сів.

Вплив обприскування на якість та кількість вирощеної продукції
Щорічно рос­лин­ництво за­знає знач­них втрат уро­жаю від шкідли­вих ор­ганізмів і не­спри­ят­ли­вих умов ви­ро­щу­ван­ня куль­тур­них рос­лин за істот­но­го зни­жен­ня йо­го якості. Провідні українські вчені вважають, що в Україні на більшості посівних площ через ушкодження шкідливими організмами втрачається від 10 до 90% потенційного врожаю. Це означає, що значна частина врожаю всіх оброблюваних культур з року в рік надходить не в засіки й комори, а витрачається на годівлю численних шкідочинних бур'янів, рослиноїдних видів комах, кліщів, нематод, мишоподібних гризунів та грибних, бактеріальних, вірусних хвороб культурних рослин. По­мил­ки в за­хисті рос­лин від шкідли­вих ор­ганізмів сільгоспви­роб­ни­кам об­хо­дять­ся за­над­то до­ро­го. Тоді як за­хо­ди ком­плекс­но­го за­хи­с­ту посівів рен­та­бельні й ба­га­то­ра­зо­во оку­па­ють­ся збе­ре­же­ним уро­жа­єм — у по­над 10 разів і більше, а го­ло­вне, убез­пе­чу­ють уро­жай від за­ги­белі.
Провідни­ми спо­со­ба­ми за­сто­су­ван­ня су­час­них пе­с­ти­цидів та інших аг­ро­хімікатів на де­сят­ках мільйонів гек­тарів до­нині є об­при­с­ку­ван­ня посівів і об­роб­ка насіння. Об­при­с­ку­ван­ня ши­ро­ко ви­ко­ри­с­то­ву­ють для вне­сен­ня су­час­них гербіцидів, інсек­ти­цидів, ака­ри­цидів, фунгіцидів, ма­к­ро- й мікро­до­б­рив, РРР (регулятори росту рослин) та інших аг­рохімікатів. Асор­ти­мент про­по­но­ва­них на рин­ку й доз­во­ле­них для за­сто­су­ван­ня в Ук­раїні аг­ро­хімікатів до­сить ве­ли­кий (по­над
3 тис. най­ме­ну­вань), що дає змо­гу га­ран­то­ва­но за­хи­с­ти­ти куль­турні рос­ли­ни від шкідли­вих ор­ганізмів і низ­ки не­спри­ят­ли­вих стре­сів. Од­нак по­зи­тив­ний ре­зуль­тат мож­ли­вий ли­ше за та­ких умов: ви­со­ка якість об­при­с­ку­ван­ня в оп­ти­маль­ний термін, на­не­сен­ня пре­па­ра­ту точ­но на цільо­вий об’єкт у най­чут­ливіші до ньо­го фа­зи й стадії роз­вит­ку шкідли­вих ор­ганізмів ще до то­го, як па­то­ге­ни за­вда­дуть істот­ної шко­ди куль­тур­ним рос­ли­нам. Ви­ко­на­ти всі ці ви­мо­ги на ок­ре­мо­му сільсько­го­с­по­дарсь­ко­му ви­роб­ництві, а тим більше в мас­шта­бах регіону, вкрай склад­но з ба­га­ть­ох при­чин.
Оп­ти­мальні стро­ки за­сто­су­ван­ня пе­с­ти­цидів та інших аг­рохімікатів об­ме­жені за ча­сом (най­частіше кілько­ма дня­ми, а іноді й го­ди­на­ми). Для своєчас­них об­ро­бок посівів потрібна або за­без­пе­ченість гос­по­дарств технічни­ми за­со­ба­ми з ве­ли­кою кількістю об­слу­го­ву­ю­чо­го пер­со­на­лу, або су­час­на техніка з ви­со­кою про­дук­тивністю робіт. Істот­но об­ме­жу­ють своєчасність об­ро­бок не­спри­ят­ливі по­годні умо­ви (тем­пе­ра­ту­ра, во­логість повітря й грун­ту, вітер, вер­ти­кальні по­то­ки, опа­ди). У не­по­го­ду про­стої техніки три­ва­ють ча­сом кілька тижнів і тоді про­пу­с­ка­ють­ся оп­ти­мальні стро­ки за­сто­су­ван­ня за­собів за­хи­с­ту рос­лин. Так, ук­рай склад­но ви­бра­ти гербіци­ди, які за ме­ханізмом дії не на­ле­жать до доміну­ю­чих у посівах зер­но­вих ко­ло­со­вих куль­тур інгібіторів аце­то­лак­тат­син­та­зи, для ран­нь­о­вес­ня­но­го вне­сен­ня з вузь­ким тем­пе­ра­тур­ним вікном.  За­сто­су­ван­ня на­зем­них об­при­с­ку­вачів об­ме­же­но пе­ре­зво­ло­жен­ням грун­ту, а авіаційної техніки  — швидкістю вітру й  вер­ти­каль­них по­токів повітря.

Чому авіація?
Не всі по­ля при­датні для об­роб­ки за до­по­мо­гою на­зем­ної і авіаційної тех­ніки. Не­доліком на­зем­них об­при­с­ку­вачів є ут­во­рен­ня тех­но­логічних колій, не­при­пу­с­ти­мо ве­ликі по­шко­д­жен­ня куль­­ту­ри, особ­ли­во в ге­не­ра­тив­ну фа­зу роз­вит­ку рос­лин,  не­мож­ливість  за­сто­су­ван­ня техніки на гу­с­тих, суцільних посівах, а тим більше на ви­со­ко­рос­лих посівах ку­ку­ру­дзи й со­няш­ни­ку (зав­виш­ки 2–3 м у період фор­му­ван­ня й дозріван­ня вро­жаю). Не убез­пе­чу­ють рос­лин ні тех­но­логічні колії, ні ви­со­кий кліренс ма­шин, ні високий кліренс машин чи підйом штанги над об­роб­лю­ва­ною рос­линністю. Са­ме то­му пе­ре­ва­ги авіаційно­го об­при­с­ку­ван­ня оче­видні: не­має уш­ко­д­жень куль­тур­них рос­лин, не­раціональ­но­го ви­ко­ри­с­тан­ня жод­ної ділян­ки по­ля, що особ­ли­во важ­ли­во за інтен­сив­них тех­но­логій об­робітку сільсько­го­с­по­дарсь­ких куль­тур. Це не поз­бав­ляє мож­ли­вості ши­ро­ко­го ви­ко­ри­с­тан­ня на­зем­них об­при­с­ку­вачів для за­хи­с­ту й піджив­лен­ня рос­лин, пе­ре­дусім, по схо­дах і в ранні фа­зи роз­вит­ку куль­тур. При­клад ро­зум­но­го поєднан­ня й за­сто­су­ван­ня авіаційних і на­зем­них об­ро­бок існу­вав ще до­не­дав­на до роз­ва­лу ко­лек­тив­но­го ве­ден­ня сільсько­го гос­по­дар­ст­ва, ко­ли кількість площ на яких за­сто­совувалися обидва способи бу­ла прак­тич­но рівною.
За до­по­мо­гою літаків і гвин­то­крилів ча­с­то вно­си­ли міне­ральні до­б­ри­ва, ме­ліо­ран­ти, ре­тар­дан­ти, ма­к­ро- і мікро­до­б­ри­ва для по­за­ко­ре­не­во­го піджив­лен­ня, гербіци­ди, інсек­ти­ци­ди, фунгіци­ди, де­си­кан­ти то­що. Ро­бо­та сільго­с­павіації на по­лях бу­ла зви­чай­ним яви­щем. Те­пер це ви­ня­ток, який для Ук­раїни, з на­шим ве­ли­чез­ним по­тенціалом ви­роб­ництва сільгосппро­дукції й по­туж­ною авіа­ційною про­мис­ловістю, оз­на­чає ве­ликі еко­номічні втра­ти. Об’єктив­но авіаме­тод не має аль­тер­на­ти­ви. Йо­го го­ло­вна пе­ре­ва­га — ви­со­ка про­дук­тивність та опе­ра­тивність робіт, що дає мож­ливість в оп­ти­маль­но стис­лий строк здійсню­ва­ти об­роб­ки. Один літак АН-2 заміняв ро­бо­ту 5–10 трак­тор­них об­при­с­ку­вачів.
В умо­вах по­вно­го при­пи­нен­ня про­мис­ло­во­го ви­го­тов­лен­ня й по­ста­чан­ня сільсько­му гос­по­дар­ст­ву Ук­раїни вітчиз­ня­ної авіаційної та на­зем­ної техніки для за­хи­с­ту рос­лин сільгоспви­роб­ник ви­му­ше­но замінив їх за­кор­дон­ною на­зем­ною технікою. В Ук­раїну ста­ли над­хо­ди­ти різно­го кла­су трак­торні причіпні й навісні об­при­с­ку­вачі, по­тужні са­мохідні об­при­с­ку­вальні ус­та­нов­ки, се­ред яких ба­га­то застарілих. Ли­ше де­які об­при­с­ку­вачі технічно до­с­ко­налі, але во­ни до­рогі й не по ки­шені ма­со­во­му сільгоспви­роб­ни­кові. За­кор­донні об­при­с­ку­вачі, які ви­ко­ри­с­то­ву­ють в Ук­раїні, в ос­нов­но­му, енер­го­за­т­ратні й ма­ють ве­ли­ку ма­су ( 5–20 т).

БПЛА для обприскування
Хоч би якою технічно удо­с­ко­на­ле­ною бу­ла на­зем­на техніка для об­при­с­ку­ван­ня, во­на апріорі не мо­же в ба­га­ть­ох ви­пад­ках заміни­ти авіаційну. В інтен­сив­них тех­но­логіях об­робітку сільсько­го­с­по­дарсь­ких куль­тур вкрай потрібна но­ва авіаційна техніка, що відповідає всім ви­мо­гам ви­со­кої ефек­тив­ності, еко­номічності та еко­логічній без­пеці.  Та­ку техніку в Ук­раїні ство­ри­ла не­ве­ли­ка гру­па фахівців-про­фесіоналів, ав­торів цієї статті. Це безпілотні над­легкі літа­ки (безпілотні літальні апа­ра­ти — БПЛА) з ма­сою до 40 кг, із ван­та­жопідйомністю від 20 до 50 кг, при­зна­чені для уль­т­ра­ма­ло­об’ємно­го об­при­с­ку­ван­ня (УМО) з нор­мою ви­т­ра­ти ро­бо­чої ріди­ни від 1 до 10 л/га замість 50–400 л/га за зви­чай­но­го тра­диційно­го об­при­с­ку­ван­ня, з ро­бо­чою швидкістю 80–120 км/год, із ши­ри­ною за­хва­ту 15–25 м, а в ок­ре­мих ви­пад­ках — до 100 м.
БПЛА об­лад­на­но су­ча­сни­ми при­ла­да­ми: ав­топіло­том, який дає змо­гу про­во­ди­ти ро­бо­ти  в ав­то­ма­тичній си­с­темі ке­ру­ван­ня (АСУ) за до­по­мо­гою су­пут­ни­ко­во­го зв’яз­ку (GPS) як удень, так і вночі; спеціаль­ним об­при­с­ку­ва­чем для УМО з обер­таль­ни­ми роз­пи­лю­ва­ча­ми, з ре­гу­ль­о­ва­ною оп­ти­маль­ною
дис­персністю роз­пи­лен­ня ро­бо­чої ріди­ни (від мо­но­ди­с­перс­но­го ту­ма­ну до дрібно­кра­пель­но­го до­щу); си­с­те­мою апа­ра­ту­ри зі ска­ну­ван­ня об­роб­лю­ва­ної площі й пе­ре­дачі інфор­мації про фіто­санітар­ний стан посівів на пер­со­наль­ний комп’ютер або в Інтер­нет, які да­ють мож­ливість уточ­ню­ва­ти й ко­ри­гу­ва­ти ре­жим по­льо­ту й ро­бо­ту в си­с­темі «точ­но­го уповільнен­ня».
Для БПЛА не потрібні спеціаль­но підго­тов­лені постійні або тим­ча­сові по­льові ае­ро­дро­ми. Зліт і по­сад­ка літа­ка мож­ли­ва з рівно­го май­дан­чи­ку роз­міром 100х30 м, який має відкриті підхо­ди. Крім то­го, во­ни мо­жуть зліта­ти з посівів у період роз­вит­ку сходів, зо­к­ре­ма тих, які по­тре­бу­ють об­роб­ки. БПЛА ос­на­ще­но радіоке­ро­ва­ною галь­мо­вою і ру­ль­ож­ною си­с­те­мою для йо­го точ­но­го ру­ху на землі.
Ви­со­та по­льо­ту (від 5 м удень до 10–20 м уночі) ре­гу­люється й кон­тро­люється трьо­ма си­с­те­ма­ми (ба­ро­ме­т­рич­ним, уль­т­ра­зву­ко­вим і ла­зер­ним на­ве­ден­ням), що га­ран­тує ви­со­ку без­пе­ку по­льо­ту та якість об­при­с­ку­ван­ня. Про­бле­ма швид­ко­го ви­па­ру­ван­ня кра­пель за уль­т­ра­ма­ло­об’ємно­го об­при­с­ку­ван­ня вирішується спо­со­бом роз­ве­ден­ня пре­па­ратів в ан­ти­ви­пар­них носіях, на­при­клад, з ви­ко­ри­с­тан­ням во­дних роз­чинів азот­них до­б­рив (КАС тощо) або до­б­рив з ви­со­ким вмістом аміно­кис­лот (ме­га­фол, ме­га­фол про­теїн, ізабіон).
Про­тя­гом кількох років вітчиз­няні БПЛА про­хо­ди­ли льотні ви­про­бу­ван­ня й прак­тич­но го­тові до здійснен­ня ком­плекс­но­го ви­ко­ри­с­тан­ня су­час­них пе­с­ти­цидів і аг­рохімікатів, доз­во­ле­них для авіаційно­го за­сто­су­ван­ня в Ук­раїні.
Які ви­ди робіт у сільсько­му гос­по­дарстві мож­на ви­ко­на­ти з до­по­мо­гою БПЛА? Прак­тич­но все, що бу­ло ре­ко­мен­до­ва­но раніше для авіаме­то­ду, крім, при­род­но, розсіван­ня міне­раль­них до­б­рив і меліорантів з ви­со­ки­ми нор­ма­ми вне­сен­ня. З їхньою до­по­мо­гою мож­на за­сто­со­ву­ва­ти су­часні гербіци­ди, інсек­тоака­ри­ци­ди, фунгіци­ди, ре­тар­дан­ти, де­си­кан­ти, ма­к­ро- й мікро­до­б­ри­ва для по­за­ко­ре­не­во­го піджив­лен­ня рос­лин та інші рістре­гу­лю­ючі ре­чо­ви­ни. А ще — біологічні за­со­би за­хи­с­ту рос­лин, зо­к­ре­ма розсіван­ня над посіва­ми ко­рис­них ко­мах (три­хо­г­ра­ма то­що). Як при­клад, на­га­даємо, що ма­со­вих ура­жень зер­но­вих ко­ло­со­вих куль­тур фу­заріозом і сеп­торіозом під час три­ва­лих без­пе­рерв­них дощів ве­ге­таційно­го се­зо­ну 2014 р., ко­ли уп­ро­довж ба­га­ть­ох тижнів трак­то­ри не мог­ли зай­ти в по­ле, вда­ло­ся б уник­ну­ти за­вдя­ки  вне­сен­ню фунгіцидів безпілот­ни­ми літаль­ни­ми апа­ра­та­ми.

   БПЛА мож­на ак­тив­но за­сто­со­ву­ва­ти  для точ­но­го кон­тро­лю бур’яни­с­тої рос­лин­ності, шкідників і хво­роб рос­лин по­льо­вих куль­тур, зо­к­ре­ма, суцільних ви­со­ко­про­дук­тив­них посівів пше­ниці, яч­ме­ню, про­са, сої, го­ро­ху, ри­су, сор­го, ріпа­ку, й особ­ли­во, ви­со­ко­рос­лих куль­тур — ку­ку­руд­зи, со­няш­ни­ку то­що. Во­ни важ­ливі та­кож для ек­с­прес-іден­тифікації фізіологічно­го ста­ну посівів спо­со­бом дис­танційно­го ска­ну­ван­ня в різних діапа­зо­нах спе­к­т­ра. Зна­чимість БПЛА зро­с­тає в період ма­со­во­го ура­жен­ня рос­лин шкідни­ка­ми (са­ра­ною, лу­го­вим ме­те­ли­ком і т. д.), хво­ро­ба­ми. Авіао­б­роб­ки посівів мож­ли­во поєдну­ва­ти з по­за­ко­ре­не­вим піджив­лен­ням рос­лин ма­к­ро- і мікро­до­б­ри­ва­ми. БПЛА важ­ливі для об­роб­ки куль­тур де­си­кан­та­ми пе­ред зби­ран­ням уро­жаю.
Усі за­зна­чені ви­ди робіт по­тре­бу­ють за­сто­су­ван­ня аг­рохімікатів у оп­ти­маль­но стислі стро­ки, у відповідну фізіо­ло­гічну фа­зу, з ви­со­кою якістю об­при­с­ку­ван­ня й ско­ро­чен­ням ви­т­рат до­ро­гих пре­па­ратів і паль­но­го, з ви­со­кою гігіє­нічною та еко­логічною без­пе­кою.
Про­дук­тивність БПЛА за уль­т­ра­ма­ло­об’ємно­го об­при­с­ку­ван­ня ви­со­ка — 60–100 га/год, 600–1000 га/до­бу — що ви­ще, порівня­но із ви­робітком мо­раль­но за­старіло­го літа­ка АН-2, еко­номічно не вигідно­го для та­ких робіт. Слід та­кож ска­за­ти й про еко­номічні пе­ре­ва­ги об­ро­бок, пов’язані з різким змен­шен­ням підве­зен­ня во­ди (у 50–100 разів), приго­ту­ван­ням і за­ван­та­жен­ням ро­бо­чої ріди­ни в бак об­при­с­ку­ва­ча, змен­шен­ням кількості до­поміжно­го ро­бо­чо­го пер­со­на­лу. Але особ­ли­во важ­ли­ве ско­ро­чен­ня енер­го­ви­т­рат у разі ви­ко­ри­с­тан­ня БПЛА: для об­­роб­ки 1 га посівів до­сить від 10 до 200 мл паль­но­го. Вартість об­роб­ки посівів  при цьо­му істот­но ниж­ча, ніж за ви­ко­ри­с­тан­ня на­зем­них об­при­с­ку­вачів.