Использование карбона в сельском хозяйстве

Как и многие другие сферы нашей жизни, агропромышленный комплекс не остался в стороне от «композитного бума», хотя и нельзя сказать, что взял резкий старт. И на данный момент применение карбона в агропромышленности с учетом специфики земледелия уже разделилось на два главных направления: развитие элементной базы для выпуска и модернизации сельхозтехники — и применение беспилотных летательных аппаратов. Сегодня Carbon Composites рассказывает о каждом из этих путей подробнее.

Карбон в сельхозмашиностроении

Интересно, что применение композитов в области сельского хозяйства связано в первую очередь с ремонтом, поскольку в силу ряда причин вторичный рынок с/х техники устойчиво растет. Происходит это как минимум потому, что часто возникает ситуация, когда требуется отремонтировать машины, уже снятые с производства, но активно эксплуатируемые в настоящее время. Это в свою очередь можно объяснить тем, что, согласно анализу мирового опыта, наибольшие перспективы имеют те предприятия, которые способны выполнять именно модернизацию техники на основе последних достижений в материаловедении и технологиях.

Хотя разработке машин нового поколения также уделяется много внимания — поскольку далеко не каждую единицу техники можно назвать идеальной с точки зрения производительности, удобства обслуживания, экономичности и эргономичности. Так что в данном направлении тоже ведется работа по созданию новых конструкций агрегатов и применению новых материалов, в числе которых и композиты.

Правда, на данном этапе развития массовое использование углепластиков в полном цикле производства сельхозтехники хотя и имеет перспективы, но движется пока не так быстро, как хотелось бы. Это касается даже выпуска запчастей. Поэтому в данной отрасли предприниматели зашли немного с другой стороны, а именно — стали осваивать недорогие стыковочные узлы, которые способны соединять детали из металлов (преимущественно из стали) и композитов.

В связи с этим на сегодняшний день есть немало научных работ, посвященных разработкам конструкторско-технологических решений в соединениях «сталь-композит» и даже есть уже определенные наработки и примеры внедрения их в производство. Ведь это решает много проблем — в частности, повышает износоустойчивость тонкостенных частей конструкций путем ремонта с применением углепластиков. Это, прежде всего, необходимо для кормоуборочной и прочей техники машинно-тракторного парка и особенно той, что трудится в агрессивных средах.

И доля карбона в данной отрасли машиностроения стабильно растет! Причем не только из-за того, что истощаются резервы традиционных материалов, но и потому, что именно композиты дают уникальные возможности создавать материал, компоненты которого, взаимодействуя друг с другом, обеспечивают ему заданные (то бишь отличные) свойства.

Снижение массы как главное преимущество карбона в земледелии

Казалось бы, комбайн — не самолет. Зачем бороться за снижение массы? Тем не менее, есть на то такой ряд объективных причин:

стальной прокат, используемый в производстве, имеет устойчивую тенденцию к удорожанию;
повышаются также эксплуатационные затраты;
возрастает сложность в обслуживании и ремонте;
слишком тяжелые машины уплотняют пахотный слой и имеют недостаточную трещиностойкость в зонах высокой концентрации приложения сил. Как следствие — частые аварии и простои, что во время посевной или сбора урожая совсем ни к чему.

Применение же композитных материалов не только значительно снижает массу, но и увеличивает химическую устойчивость, а также повышает ресурс практически в 1,5–3 раза.

Стоимость как главное препятствие
при внедрении углепластиков в сельское хозяйство

Однако радостную картину, как всегда, омрачает стоимость производства, которое в идеале должно быть безубыточным. А именно — стоимость оснастки и материалов не должна быть выше стоимости традиционных технологий и сырья. Поэтому тут только серийное производство может считаться экономически оправданным, особенно когда речь идет о карбоне.

Кстати, экономической целесообразностью объясняется и преимущественное использования стекловолокна: тентовые покрытия посевных площадей, дуги теплиц, конструктивные части техники, используемой для полевых работ, в животноводстве, хранении и переработке урожая — везде сегодня можно встретить стеклопластик. Продукция же данного назначения из углепластика встречается значительно реже.

Однако в перспективе карбон всё равно заменит его, как это сейчас всё чаще наблюдается в автомобилестроении, ведь углеволокно значительно превышает характеристики стекловолокнá.

Летательные аппараты из карбона

Итак, еще одно направление использования карбона в сельском хозяйстве, хотя и опосредованное, — это применение беспилотников. Эта важная и технологически успешная область системы агроменеджмента является частью точного земледелия. Ибо квадрокоптеры — помощники не только в формировании актуальной информации о полях, но и средство более эффективной их обработки.

Возможности беспилотников из карбона

Первая возможность — построение карты посевных площадей с нанесением точных координат любых объектов, что несет в себе бесценную информацию для определения объективных площадей пахотной территории, пастбищ, сенокосов, паров, недосевов и присевов, а также гарантирует их своевременный и глубокий анализ. По сравнению со спутниковыми снимками такая съемка менее затратна, хотя и не может полностью заменить их. В связке же их эффективность увеличивается — открывается сразу вся подробная картина со всеми проблемными участками.

Вторая возможность — посадка семян, которую сегодня тоже можно доверить карбоновым дронам, хотя практикуется это пока редко по разным причинам.

Третья — контроль и уход за посевами, а также точечное опрыскивание. Квадрокоптер из карбона способен быстрее других облететь участок и передать всю нужную и точную информацию: равномерно ли взошли семена, достаточно ли влаги на всем участке, не напали ли вредители — и так далее. Точечное же опрыскивание при помощи углепластиковых дронов сокращает время, физические ресурсы и финансовые затраты, поскольку ликвидирует необходимость опрыскивать весь участок, локализовав проблему. Да и окружающей среде при этом наносится самый минимальный вред. Раньше о таком можно было только мечтать.

Четвертая — орошение больших полей с предварительным мониторингом, который проводят квадрокоптеры из композитов, выясняя проблемы. Для этого их оснащают тепловизионными камерами, которые легко определяют участки, нуждающиеся в поливе, и те, на каких влаги достаточно. Легко сделать вывод об эффективности такого подхода, особенно в случае выращивания культур, чувствительных к засухе или переувлажнению.

Кстати, тепловизионные камеры на борту карбоновых беспилотников помогают также контролировать и поголовье скота при минимуме человеческого фактора. Вовремя выявить раненое, больное и только что появившееся на свет животное также под силу такому дрону.

О чем не хочется, но придется говорить

Это — недостатки, и они есть такие:

Работа беспилотника из углепластика зависит от погодных условий. Например, сильный ветер может усложнить управление, а качество собранных данных снизить. Хотя сегодня уже известны конструкции, которые создаются именно для работы в сложных условиях.
В зависимости от региона применения большой проблемой могут стать крупные птицы, которые не хотят делить небо с композитными квадрокоптерами. Для такого охотника, как орел, ничего не стоит вывести из строя этот дорогостоящий аппарат.
Высокая стоимость не только аппаратной части, но и многофункционального программного обеспечения.

Спрóсите, при чем тут карбон? Всё просто: чем легче сам дрон, тем больше он может взять на борт, сохраняя устойчивость. Об этом уже было рассказано в одной из статей блога, так что не будем повторять пояснения.

Заключение

При таких отличных характеристиках композитов складывается впечатление, что как только технология будет стоить ровно столько, чтобы можно было разворачивать массовое производство, карбон займет все ниши нашего бытия.

Хорошо это или плохо? Поживем — увидим.