مركبة جوية بدون طيار (UAV) ، معروفة باسم طائرة بدون طيار ، هي طائرة بدون طيار بشري على متنها. الطائرات بدون طيار هي جزء من نظام الطائرات بدون طيار (UAS) ؛ والتي تشمل الطائرة بدون طيار ، وحدة تحكم أرضية ، ونظام اتصالات بين الاثنين. قد تعمل رحلة الطائرات بدون طيار مع درجات مختلفة من الاستقلالية: إما تحت تحكم عن بعد من قبل مشغل بشري أو بشكل مستقل بواسطة أجهزة كمبيوتر مدمجة.
وبالمقارنة مع الطائرات المأهولة ، كانت الطائرات بدون طيار تستخدم في الأساس للبعثات “باهتة أو قذرة أو خطيرة” بالنسبة للبشر. وبينما نشأ معظمها في التطبيقات العسكرية ، فإن استخدامها آخذ في التوسع بسرعة إلى التطبيقات التجارية والعلمية والترويحية والزراعية وغيرها ، مثل الشرطة وحفظ السلام والمراقبة وتسليم المنتجات والتصوير الجوي والزراعة والتهريب وسباق الطائرات بدون طيار. يفوق عدد الطائرات بدون طيار المدنية إلى حد كبير عدد الطائرات بدون طيار العسكرية ، مع تقديرات لأكثر من مليون تباع بحلول عام 2015 ، بحيث يمكن اعتبارها تطبيقًا تجاريًا مبكرًا للأشياء المستقلة ، تليها السيارات ذاتية القيادة والروبوتات المنزلية.
تصنيف
عادة ما تندرج الطائرات بدون طيار في واحدة من ست فئات وظيفية (على الرغم من أن منصات هياكل الطائرات متعددة الأدوار أصبحت أكثر انتشارًا):
الهدف والطرد – توفير المدفعية البرية والجوية هدف يحاكي طائرة العدو أو صاروخ
الاستطلاع – توفير ذكاء ساحة المعركة
القتال – توفير القدرة على الهجوم للبعثات عالية الخطورة (انظر: مركبة جوية قتالية بدون طيار (UCAV))
الخدمات اللوجستية – تسليم البضائع
البحث والتطوير – تحسين تقنيات الطائرات بدون طيار
الطائرات بدون طيار المدنية والتجارية – الزراعة والتصوير الجوي وجمع البيانات
يستخدم نظام الطائرات بدون طيار العسكرية الأمريكية من قبل المخططين العسكريين لتحديد مختلف عناصر الطائرات الفردية في خطة الاستخدام الشاملة.
Schiebel S-100 مزودة بصاروخ Multirole صاروخ خفيف الوزن
يمكن تصنيف المركبات من حيث المدى / الارتفاع. تم تقديم ما يلي [من من؟] كما هو ملائم في أحداث الصناعة مثل منتدى الأنظمة غير المأهولة ParcAberporth:
ارتفاع 2000 قدم (600 م) يدويًا ، حوالي 2 كم
أغلق على ارتفاع 5000 قدم (1500 م) ، حتى مسافة 10 كم
نوع الناتو ارتفاع 10000 قدم (3000 م) ، يصل إلى 50 كم
التكتيكية 18،000 قدم (5،500 م) الارتفاع ، حوالي 160 كم المدى
ذكر (متوسط الارتفاع ، والتحمل الطويل) يصل إلى 30،000 قدم (9000 م) ويتراوح أكثر من 200 كم
HALE (ارتفاع عالٍ ، تحمّل طويل) أكثر من 30،000 قدم (9،100 م) ونطاق غير محدد
فرط الصوت فائق السرعة وسريع الصوت (Mach 1–5) أو تفوق سرعته سرعة الصوت (Mach 5+) 50000 قدم (15،200 متر) أو الارتفاع شبه المداري ، على مدى 200 كم
مدار أرضي منخفض مدار (Mach 25+)
CIS Lunar Earth-Moon transfer
نظام إرشاد الناقل بمساعدة الكمبيوتر (CACGS) للطائرات بدون طيار
تشمل الفئات الأخرى ما يلي:
الطائرات بدون طيار الهواة – التي يمكن تقسيمها إلى مزيد من
جاهزة للطيران (RTF) / تجاري جاهز (COTS)
ربط وتطير (BNF) – تتطلب الحد الأدنى من المعرفة لتطير النظام الأساسي
على استعداد تقريبا للطيران (ARF) / افعل ذلك بنفسك (DIY) – تتطلب معرفة كبيرة للحصول في الهواء
إطار عاري – يتطلب معرفة كبيرة وأجزاء خاصة بك للحصول عليها في الهواء
متوسطة الحجم الطائرات العسكرية والتجارية
طائرات بدون طيار عسكرية محددة
الطائرات بدون طيار مكافحة الشبح
طائرات بدون طيار متعددة الاستخدامات (في الأصل 2-Pipistrel Sinus)
تم تحويل الطائرات المأهولة إلى طائرات بدون طيار (و UAVs Pilatus الاختيارية أو OpVs)
تصنيفات وفقا لوزن الطائرة هي أبسط من ذلك بكثير:
مركبة جوية صغيرة (MAV) – أصغر الطائرات بدون طيار التي يمكن أن تزن أقل من 1G
طائرة بدون طيار مصغرة (وتسمى أيضا SUAS) – أقل من 25 كجم تقريبًا
أثقل الطائرات بدون طيار
مكونات الطائرات بدون طيار
عادة ما تحتوي الطائرات المأهولة وغير المأهولة من نفس النوع على مكونات فيزيائية مماثلة معترف بها. الاستثناءات الرئيسية هي قمرة القيادة ونظام التحكم البيئي أو أنظمة دعم الحياة. تحمل بعض الطائرات بدون طيار الحمولات (مثل الكاميرا) التي تزن أقل بكثير من شخص بالغ ، ونتيجة لذلك يمكن أن تكون أصغر إلى حد كبير. على الرغم من أنها تحمل حمولات ثقيلة ، إلا أن الطائرات العسكرية بدون طيار المسلحة هي أخف وزنا من نظيراتها المأهولة بأسلحة مماثلة.
لا تملك الطائرات بدون طيار المدنية الصغيرة أي أنظمة حياة حرجة ، وبالتالي يمكن بناءها من مواد وأشكال أقل خفة ، لكنها أقل قوة ، ويمكن أن تستخدم أنظمة تحكم إلكترونية أقل قوة. بالنسبة للطائرات بدون طيار الصغيرة ، أصبح تصميم كوادكوبتر شائعًا ، على الرغم من أن هذا التصميم نادرًا ما يستخدم للطائرات المأهولة. وتعني التصغير أن تكنولوجيات الدفع الأقل قوة يمكن استخدامها غير ممكنة للطائرات المأهولة ، مثل المحركات الكهربائية الصغيرة والبطاريات.
نظم التحكم للطائرات بدون طيار تختلف في كثير من الأحيان عن الطائرات المأهولة. بالنسبة للتحكم البشري عن بُعد ، تحل الكاميرا وكاميرا الفيديو محل نوافذ مقصورة القيادة تقريبًا ؛ أوامر رقمية تنتقل عن طريق الراديو استبدال عناصر التحكم في قمرة القيادة المادية. يتم استخدام برنامج Autopilot على كل من الطائرات المأهولة وغير المأهولة ، مع مجموعات ميزة مختلفة.
الجسم
الفرق الأساسي للطائرات هو غياب منطقة قمرة القيادة ونوافذها. تعتبر كوادكوبتر المرنة شيئًا شائعًا لتصميم الطائرات بدون طيار ، في حين أن الطائرات أحادية المستوى والمروحيات هي شائعة في المنصات المأهولة.
امدادات الطاقة ومنصة
تستخدم الطائرات بدون طيار الصغيرة في الغالب بطاريات ليثيوم بوليمر (Li-Po) ، في حين تعتمد المركبات الأكبر على محركات الطائرات التقليدية. ليس حجم الطائرة أو حجمها السمة المحددة أو المحددة لتوريد الطاقة لطائرة بدون طيار. في الوقت الحاضر ، [متى] تكون كثافة طاقة Li-Po أقل بكثير من البنزين. يتم الاحتفاظ بسجل السفر للطائرة بدون طيار (المصنوعة من خشب البلسا وجلد مايلر) عبر شمال المحيط الأطلنطي بواسطة طائرة بنزين أو طائرة بدون طيار. Manard Hill في “في عام 2003 عندما طار أحد إبداعاته 1888 ميلاً عبر المحيط الأطلسي على أقل من غالون من الوقود” يحمل هذا الرقم القياسي. انظر: يتم استخدام الطاقة الكهربائية كما هو مطلوب أقل للعمل للرحلة والمحركات الكهربائية أكثر هدوءا. أيضا ، المصممة بشكل صحيح ، يمكن أن تصل نسبة الدفع إلى الوزن لمحرك كهربائي أو بنزين يقود المروحة أو يتسلق رأسياً. طائرة بوتميت هي مثال على الطائرات بدون طيار الكهربائية التي يمكن أن تصعد عموديا.
تستخدم دارة التخلص من البطاريات (BEC) لتركيز توزيع الطاقة وغالبًا ما تحتوي على وحدة متحكم (MCU). التبديل الأكثر تكلفة BECs يقلل من التدفئة على المنصة.
الحوسبة
تبعت قدرة الحوسبة بدون طيار تقدم تقنيات الحوسبة ، بدءاً بالضوابط التناظرية والتطور إلى وحدات التحكم الدقيقة ، ثم أجهزة الكمبيوتر (SOC) وحيدة اللوحة (SBC).
غالباً ما تسمى أجهزة النظام للطائرات بدون طيار الصغيرة جهاز التحكم في الطيران (FC) أو لوحة تحكم الطيران (FCB) أو الطيار الآلي.
أجهزة الاستشعار
توفر مستشعرات الحركة والتنقل معلومات حول حالة الطائرة. تتعامل المستشعرات الخارجية مع المعلومات الخارجية مثل قياسات المسافة ، في حين ترتبط المجسات غير الصالحة بين الحالات الداخلية والخارجية.
أجهزة الاستشعار غير المتعاونة قادرة على كشف الأهداف بشكل مستقل بحيث يتم استخدامها لضمان الفصل وتجنب الاصطدام.
تشير درجات الحرية (DOF) إلى كل من كمية ونوعية أجهزة الاستشعار على متن الطائرة: 6 DOF تتضمن جيروسكوبات ومقاييس تسارع ثلاثي المحاور (وحدة قياس بالقصور الذاتي النموذجية – IMU) ، يشير 9 DOF إلى وحدة IMU بالإضافة إلى بوصلة ، 10 DOF يضيف بارومتر و 11 DOF يضيف عادة جهاز استقبال GPS.
المحركات
تشمل مشغلات الطائرات بدون طيار أجهزة التحكم الرقمية في السرعة (التي تتحكم في RPM للمحركات) والمرتبطة بالمحركات / المحركات والمراوح والمحركات (للطائرات والمروحيات في الغالب) والأسلحة ومشغلات الحمولات والصمامات ومكبرات الصوت.
البرمجيات
برنامج UAV يسمى رصة الطيران أو الطيار الآلي. الطائرات بدون طيار هي أنظمة في الوقت الحقيقي تتطلب استجابة سريعة لتغيير بيانات المستشعر. ومن الأمثلة على ذلك Raspberry Pis ، و Beagleboards ، إلخ. محمية بـ NavIO ، PXFMini ، إلخ ، أو مصممة من الصفر مثل Nuttx أو Prepptive-RT Linux أو Xenomai أو Orocos-Robot Operating System أو DDS-ROS 2.0.
نظرة عامة على مكدس الطيران
| طبقة | المتطلبات | عمليات | مثال |
|---|---|---|---|
| البرامج الثابتة | وقت حرج | من رمز الجهاز إلى تنفيذ المعالج ، والوصول إلى الذاكرة | ArduCopter-v1.px4 |
| الوسيطة | وقت حرج | التحكم في الطيران ، الملاحة ، إدارة الراديو | Cleanflight ، ArduPilot |
| نظام التشغيل | الكمبيوتر المكثف | تدفق البصرية ، وتجنب عقبة ، SLAM ، صنع القرار | ROS ، Nuttx ، توزيعات Linux ، Microsoft IOT |
تشمل أكشاك المصادر المفتوحة ذات الاستخدام المدني:
ArduCopter
DroneCode (متفرع من ArduCopter)
CrazyFlie
KKmulticopter من
MultiWii
BaseFlight (متشعب من MultiWii)
CleanFlight (متشعب من BaseFlight)
BetaFlight (متفرع من CleanFlight)
iNav (متفرع من CleanFlight)
RaceFlight (متفرع من CleanFlight)
OpenPilot
dRonin (متفرع من OpenPilot)
LibrePilot (متفرع من OpenPilot)
TauLabs (متفرع من OpenPilot)
المصورون
مبادئ حلقة
تستخدم الطائرات بدون طيار معماريات تحكم مفتوحة الحلقة أو مغلقة الحلقة أو هجينة.
حلقة مفتوحة – يوفر هذا النوع إشارة تحكم إيجابية (أسرع وأبطأ ولليسار ولليمين ولأعلى ولأسفل) دون تضمين تعليقات من بيانات المستشعر.
حلقة مغلقة – يتضمن هذا النوع ردود فعل أجهزة الاستشعار لضبط السلوك (تقليل السرعة لتعكس الريح الخلفية ، والانتقال إلى ارتفاع 300 قدم). وحدة تحكم PID أمر شائع. في بعض الأحيان ، يتم استخدام feedforward ، مما يؤدي إلى تحويل الحاجة إلى إغلاق الحلقة بشكل أكبر.
التحكم في الرحلة
يمكن برمجتها الطائرات بدون طيار لأداء manocuvres العدوانية أو الهبوط / جثم على الأسطح المائلة ، ومن ثم تسلق نحو مراكز الاتصال أفضل. يمكن لبعض الطائرات بدون طيار التحكم في الطيران بنماذج طيران مختلفة ، مثل تصميمات VTOL.
الطائرات بدون طيار يمكن أيضا تنفيذ جلس على سطح عمودي مسطح.
مجال الاتصالات
معظم الطائرات بدون طيار تستخدم راديو للتحكم عن بعد وتبادل الفيديو وغيرها من البيانات. كان للطائرات بدون طيار في وقت مبكر فقط الوصلة الصاعدة الضيقة. الوصلات الهابطة جاءت في وقت لاحق. حملت هذه الوصلات الراديوية ضيقة النطاق ثنائية الاتجاه الأوامر والتحكم (C & amp؛ C) وبيانات القياس عن حالة أنظمة الطائرات إلى المشغل البعيد. بالنسبة للرحلات طويلة المدى ، تستخدم الطائرات بدون طيار العسكرية أجهزة استقبال الأقمار الصناعية كجزء من أنظمة الملاحة عبر الأقمار الصناعية. في الحالات التي يكون فيها نقل الفيديو مطلوبًا ، ستقوم الطائرات بدون طيار بتطبيق رابط راديو فيديو تناظري منفصل.
في تطبيقات UAV الأكثر حداثة ، مطلوب نقل الفيديو. لذلك ، بدلاً من وجود رابطين منفصلين لرمز C & amp؛ C ومعدل نقل البيانات والقياس عن بُعد ، يتم استخدام رابط النطاق الترددي العريض لنقل جميع أنواع البيانات على رابط راديو واحد. يمكن لهذه الروابط ذات النطاق العريض الاستفادة من تقنيات جودة الخدمة لتحسين حركة مرور C & amp؛ C لوقت استجابة منخفض. عادة ما تحمل هذه الروابط عريضة النطاق حركة مرور TCP / IP التي يمكن توجيهها عبر الإنترنت.
يمكن إصدار إشارة الراديو من جانب المشغل إما من:
التحكم الأرضي – شخص يعمل على جهاز إرسال / استقبال لاسلكي أو هاتف ذكي أو جهاز لوحي أو جهاز كمبيوتر أو المعنى الأصلي لمحطة مراقبة أرضية عسكرية (GCS). وقد تم إثبات السيطرة في الآونة الأخيرة على الأجهزة القابلة للارتداء ، والتعرف على حركة الإنسان ، وموجات الدماغ البشرية.
نظام شبكة الاتصال عن بُعد ، مثل ارتباطات البيانات المزدوجة عبر القمر الصناعي لبعض القوى العسكرية. كما دخل الفيديو الرقمي المتدفق عبر شبكات المحمول إلى الأسواق الاستهلاكية ، في حين تم عرض وصلة مباشرة للتحكم في الطائرات بدون طيار فوق شبكة الكيلول (LTE) وشبكة LTE في التجارب.
طائرة أخرى ، تعمل كمحطة مراقبة متحركة أو متحركة – فرق عسكرية بدون طاقم (MUM-T).
بروتوكول MAVLink أصبح شائعًا بشكل متزايد لحمل بيانات القيادة والتحكم بين التحكم الأرضي والمركبة
الحكم الذاتي
وتصنف الايكاو الطائرات بدون طيار إما كطائرة موجهة عن بعد أو مستقلة تماما. قد تقدم الطائرات بدون طيار الفعلية درجات متوسطة من الاستقلالية. على سبيل المثال ، قد تكون السيارة التي يتم توجيهها عن بُعد في معظم السياقات عملية مستقلة من العودة إلى القاعدة.
الاستقلال الذاتي يأتي من أجهزة الاستشعار التحسسية. يستدعي الاستقلالية المتقدمة الوعي الظرفي ، والمعرفة حول البيئة المحيطة بالطائرة من أجهزة الاستشعار الخارجية: دمج الانصهار يدمج المعلومات من أجهزة استشعار متعددة.
المبادئ الأساسية
تستخدم إحدى الطرق لتحقيق التحكم الذاتي طبقات متعددة التحكم ، كما هو الحال في أنظمة التحكم الهرمية. اعتبارًا من عام 2016 ، سجلت الحلقات ذات الطبقة المنخفضة (أي للتحكم في الطيران) سرعة تصل إلى 32000 مرة في الثانية ، بينما يمكن أن تدور الحلقات ذات المستوى الأعلى مرة واحدة في الثانية. والمبدأ هو تحليل سلوك الطائرة إلى “أجزاء” يمكن التحكم فيها ، أو حالات ، مع عمليات انتقال معروفة. تتراوح أنواع أنظمة التحكم الهرمية من النصوص البسيطة إلى أجهزة الحالة المحدودة ، وأشجار السلوك ومخططي المهام الهرمية. تعد آلية التحكم الأكثر شيوعًا المستخدمة في هذه الطبقات هي وحدة تحكم PID التي يمكن استخدامها لتحقيق تحوم كوادكوبتر باستخدام بيانات من وحدة المراقبة الدولية IMU لحساب مدخلات دقيقة لوحدات التحكم في السرعة الإلكترونية والمحركات.
أمثلة على خوارزميات متوسطة الطبقة:
تخطيط المسار: تحديد المسار الأمثل للمركبة التي يجب اتباعها مع الالتزام بأهداف وقيود المهمة ، مثل العقبات أو متطلبات الوقود
الجيل مسار (تخطيط الحركة): تحديد مناورات التحكم لاتخاذ من أجل اتباع مسار معين أو للانتقال من مكان إلى آخر
تنظيم المسار: تقييد مركبة داخل بعض التسامح مع مسار
يستخدم مخططو المهام الهرمية المتغيرة UAV طرقًا مثل عمليات البحث عن الشجرة أو الخوارزميات الجينية.
ميزات الاستقلالية
غالباً ما يبني مصنعو الطائرات بدون طيار في عمليات مستقلة محددة ، مثل:
المستوى الذاتي: استقرار الموقف على محاور الملعب والدوران.
عقد الارتفاع: تحافظ الطائرة على ارتفاعها باستخدام أجهزة الاستشعار البارومترية أو الأرضية.
حالة التحويم / الموضع: حافظ على مستوى الملعب والدوران ، وثبات مستوى الانعراج والارتفاع مع الحفاظ على الموقع باستخدام GNSS أو أجهزة الاستشعار الخاملة.
وضع مقطوعة الرأس: التحكم في الملعب نسبة إلى موضع الطيار بدلاً من نسبة إلى محاور السيارة.
خالية من الرعاية: التحكم التلقائي في الانعراج والتثاقل أثناء التحرك أفقياً
الإقلاع والهبوط (باستخدام مجموعة متنوعة من الطائرات أو أجهزة الاستشعار وأنظمة الأرض ؛ انظر أيضًا: Autoland)
Failsafe: الهبوط التلقائي أو العودة إلى المنزل عند فقدان إشارة التحكم
العودة إلى المنزل: العودة إلى نقطة الإقلاع (غالباً ما تحصل على الارتفاع أولاً لتجنب العوائق التي يمكن أن تتداخل مثل الأشجار أو المباني).
Follow-me: الحفاظ على موضع نسبي لطيار متحرك أو كائن آخر باستخدام GNSS أو التعرف على الصور أو منارة صاروخية.
التنقل عبر الطريق GPS: استخدام GNSS للتنقل إلى موقع وسيط على مسار السفر.
تدور حول كائن: شبيه بـ Follow-me ولكن ضع دائرة حول الهدف باستمرار.
الأكروبات المبرمجة مسبقا (مثل اللفائف والحلقات)
المهام
الاستقلالية الكاملة متوفرة لمهام محددة ، مثل إعادة التزود بالوقود في الجو أو تبديل البطارية الأرضية ؛ لكن المهام ذات المستوى الأعلى تتطلب المزيد من قدرات الحوسبة والاستشعار والتحفيز. يعتمد أسلوب واحد لتحديد المقدرات الذاتية على مصطلحات OODA ، كما اقترح مختبر أبحاث سلاح الجو الأمريكي عام 2002 ، ويستخدم في الجدول أدناه:
وقد تم بالفعل تحقيق مستويات متوسطة من الاستقلالية ، مثل الاستقلالية التفاعلية والمستويات العالية باستخدام الاستقلالية المعرفية ، إلى حد ما وهي مجالات بحثية نشطة للغاية.
الاستقلالية التفاعلية
وتعتمد الاستقلالية التفاعلية ، مثل الطيران الجماعي ، وتجنب الاصطدام في الوقت الفعلي ، ومتابعة الحائط في الممر ، والتركيز على الممرات ، على الاتصالات والوعي بالأوضاع التي توفرها مستشعرات النطاق: التدفق البصري ، lidars (رادارات الضوء) ، والرادارات ، والسونار.
معظم أجهزة استشعار المدى تحلل الإشعاع الكهرومغناطيسي ، تنعكس على البيئة وتصل إلى جهاز الاستشعار. تعمل الكاميرات (للتدفق المرئي) بمثابة أجهزة استقبال بسيطة. ويقوم كل من ليدارس والرادارات والسونار (مع الموجات الميكانيكية السليمة) بإصدار وتلقي الموجات ، وقياس وقت العبور ذهاباً وإياباً. لا تتطلب كاميرات UAV قدرة انبعاث ، مما يقلل من الاستهلاك الكلي.
تستخدم الرادارات والسونار في الغالب للتطبيقات العسكرية.
وقد بلغ الاستقلالية التفاعلية في بعض أشكال الأسواق الاستهلاكية بالفعل: قد تكون متاحة على نطاق واسع في أقل من عقد من الزمان.
التعريب ورسم الخرائط في وقت واحد
تجمع SLAM بين قياس المسافات والبيانات الخارجية لتمثيل العالم ووضع الطائرة بدون طيار في ثلاثة أبعاد. لا يتطلب التنقل في الأماكن المفتوحة عالية الارتفاع مجالًا رأسيًا كبيرًا ويمكنه الاعتماد على إحداثيات GPS (مما يجعله تخطيطًا بسيطًا بدلاً من SLAM).
اثنين من المجالات البحثية ذات الصلة هي التصوير التصويري و LIDAR ، لا سيما في البيئات 3D على ارتفاعات منخفضة والداخلية.
وقد تم عرض التصوير المقطعي والتصوير الفوتوغرافي الداخلي SLAM مع quadcopters.
ثبت منصات Lidar مع منصات ليزر التقليدية الثقيلة ، ومكلفة و gimbaled. محاولات البحث لمعالجة تكلفة الإنتاج والتوسع من ثنائي إلى ثلاثي الأبعاد ونسبة القدرة إلى المدى والوزن والأبعاد. يتم تسويق تطبيقات تحديد نطاق LED لإمكانيات الاستشعار عن بُعد. ويتحقق البحث في التهجين بين انبعاث الضوء والطاقة المحوسبة: متلازمات الضوء الفراغي المكانية المرحلية ، والموجات المتوازية ذات التشكيل المتغير بالتردد (FMCW) ، الليزرات ذات الانبعاث العمودي لتجويف السطح MEMS القابل للانضغاط (VCSEL).
يحتشدون
يشير تجمع الروبوت إلى شبكات من العوامل القادرة على إعادة التكوين ديناميكيًا عند مغادرة العناصر أو دخولها إلى الشبكة. أنها توفر مرونة أكبر من التعاون متعدد العوامل. التعويم قد يفتح الطريق لاندماج البيانات. تستخدم بعض أسراب الطيران المستوحاة من الكائنات الحية سلوكيات توجيهية وتدفقًا. [بحاجة لمصدر]
الإمكانات العسكرية المستقبلية
في القطاع العسكري ، تُصنع طائرات بريداتورز أند ريبيرز الأمريكية لعمليات مكافحة الإرهاب وفي مناطق الحرب التي يفتقر فيها العدو إلى قوة نيران كافية لإسقاطهم. وهي غير مصممة لتحمل دفاعات مضادة للطائرات أو قتال جوي. في سبتمبر 2013 ، صرح قائد القيادة الجوية الأمريكية أن الطائرات بدون طيار الحالية كانت “غير مجدية في بيئة متنازع عليها” ما لم تكن هناك طائرات مأهولة لحمايتها. وتكهن تقرير خدمة أبحاث الكونغرس لعام 2012 بأن الطائرات بدون طيار في المستقبل قد تتمكن من القيام بمهام تتجاوز الذكاء والمراقبة والاستطلاع والإضرابات. سجل تقرير CRS القتال الجوي (“مهمة مستقبلية أكثر صعوبة”) كمشاريع مستقبلية محتملة. يتوقع خارطة الطريق المتكاملة للأنظمة غير المأهولة التابعة لوزارة الدفاع FY2013-2038 وضعًا أكثر أهمية بالنسبة للطائرات بدون طيار في المعارك. وتشمل القضايا قدرات موسعة ، وتفاعل بين الطائرات بدون طيار ، وإدارة زيادة تدفق المعلومات ، وزيادة الاستقلالية وتطوير الذخائر الخاصة بالذخيرة بدون طيار. قد يفسر مشروع DARPA لأنظمة الأنظمة أو أعمال Atomics العامة سيناريوهات الحرب المستقبلية ، حيث يكشف هذا الأخير عن أسراب Avenger المجهزة بنظام الدفاع عالي الطاقة في منطقة الليزر السائلة (HELLADS).
راديو المعرفي
قد يكون لتكنولوجيا الراديو المعرفي [التوضيح المطلوب] تطبيقات الطائرات بدون طيار.
قدرات التعلم
الطائرات بدون طيار قد تستغل الشبكات العصبية الموزعة.
سوق
الجيش
تهيمن على سوق الطائرات بدون طيار العسكرية العالمية شركات مقرها في الولايات المتحدة وإسرائيل. وبحسب أرقام المبيعات ، احتفظت الولايات المتحدة بأكثر من 60٪ من حصة السوق العسكرية في عام 2017. أربعة من أكبر خمس شركات تصنيع الطائرات بدون طيار هي أمريكية بما في ذلك جنرال أتوميكس ، لوكهيد مارتن ، نورثروب غرومان وبوينج ، تليها الشركة الصينية CASC. تركز الشركات الإسرائيلية بشكل رئيسي على نظام الطائرات بدون طيار للمراقبة الصغيرة وكمية الطائرات بدون طيار ، حيث قامت إسرائيل بتصدير 60.7٪ (2014) من الطائرات بدون طيار في السوق بينما تصدر الولايات المتحدة 23.9٪ (2014) ؛ أكبر المستوردين من الطائرات بدون طيار العسكرية هي المملكة المتحدة (33.9 ٪) والهند (13.2 ٪). قامت الولايات المتحدة وحدها بتشغيل أكثر من 9000 طائرة عسكرية بدون طيار في عام 2014. عام Atomics هي الشركة المهيمنة مع خط إنتاج أنظمة Global Hawk و Predator / Mariner.
مدني
تهيمن الشركات الصينية على سوق الطائرات بدون طيار المدنية. تمتلك شركة DJI الصينية بدون طيار 75٪ من حصة السوق المدني في عام 2017 حيث توقعت مبيعات عالمية بقيمة 11 مليار دولار في عام 2020. وتتبعها شركة Parrot الفرنسية بمبلغ 110 مليون دولار وشركة 3DRobotics الأمريكية بمبلغ 21.6 مليون دولار في عام 2014. وحتى مارس 2018 ، أكثر من تم تسجيل الملايين من الطائرات بدون طيار (878،000 هواة و 122،000) مع إدارة الطيران الفدرالية الأمريكية. يشير برنامج NPD لعام 2018 إلى المستهلكين الذين يشترون بشكل متزايد الطائرات بدون طيار مع ميزات أكثر تقدمًا مع نمو بنسبة 33 بالمائة في كل من شرائح السوق التي تزيد عن 500 دولار و 1000 دولار.
سوق الطائرات بدون طيار المدني هو جديد نسبيا بالمقارنة مع الجيش. الشركات الناشئة في كل من الدول المتقدمة والنامية في نفس الوقت. وقد تلقت العديد من الشركات الناشئة في مرحلة مبكرة الدعم والتمويل من المستثمرين مثل في الولايات المتحدة والوكالات الحكومية كما هو الحال في الهند. تقدم بعض الجامعات برامج البحث والتدريب أو الدرجات العلمية. توفر الكيانات الخاصة أيضًا برامج تدريب عبر الإنترنت أو شخصيًا لاستخدامات الطائرات بدون طيار على حد سواء للاستخدام الترفيهي والتجاري.
وتستخدم الطائرات بدون طيار المستهلك على نطاق واسع من قبل المنظمات العسكرية في جميع أنحاء العالم بسبب طبيعة فعالة من حيث التكلفة من المنتجات الاستهلاكية. في عام 2018 ، بدأ الجيش الإسرائيلي في استخدام مجموعة DJI Mavic و Matrice من الطائرات بدون طيار للقيام بمهمة استطلاع خفيفة ، حيث أن الطائرات المدنية بدون طيار أسهل في الاستخدام وذات موثوقية أعلى. طائرات بدون طيار من طراز DJI هي أيضًا أكثر الأنظمة الجوية التجارية المستخدمة بدون طيار والتي استخدمها الجيش الأمريكي.
بدأت الطائرات بدون طيار تستخدم في العروض الليلية لأغراض فنية وإعلانية.
المواصلات
ذكرت AIA أن الشحنات الكبيرة يجب أن يتم اعتمادها وتقديمها على مدار العشرين سنة القادمة. ومن المتوقع أن الطائرات بدون طيار كبيرة تحمل جهاز استشعار من 2018. شحن لمسافات قصيرة ، خارج المدن من عام 2025 ؛ الرحلات الجوية لمسافات طويلة بحلول منتصف عام 2030 ثم رحلات المسافرين بحلول عام 2040. ومن المتوقع أن يرتفع الإنفاق من بضع مئات من ملايين الدولارات على البحث والتطوير في عام 2018 إلى 4 مليارات دولار بحلول عام 2028 و 30 مليار دولار بحلول عام 2036.
اعتبارات التنمية
تقليد الحيوانات – علم الازهار
الخنازير المخروطية الجناح ، تقليد الطيور أو الحشرات ، هي حقل بحث في microUAVs. توصيهم الشبح الكامنة بهم لمهام التجسس.
طائر النانو الطنان متوفر تجاريا ، في حين أن microUAVs sub-1g المستوحاة من الذباب ، وإن كان ذلك باستخدام حبل كهربائي ، يمكن أن “تهبط” على الأسطح العمودية.
وتشمل المشاريع الأخرى “الخنافس” غير المأهولة والحشرات الأخرى.
يستكشف البحث مستشعرات التدفق البصري المصغرة ، المعروفة باسم ocellis ، التي تحاكي العينين الحشرية المركبة التي تتكون من جوانب متعددة ، والتي يمكن أن تنقل البيانات إلى رقائق عصبية قادرة على معالجة التدفق البصري بالإضافة إلى تناقضات شدة الضوء.
قدرة التحمل
لا تتحمل القدرة على التحمل بدون طيار القدرات الفسيولوجية للطيار البشري.
نظرًا لصغر حجمها ، وانخفاض وزنها ، وانخفاض الاهتزاز ، وارتفاع نسبة الطاقة إلى الوزن ، تستخدم محركات Wankel الدوارة في العديد من الطائرات بدون طيار الكبيرة. لا تستطيع محركات دوران المحرك الخاصة بهم الاستيلاء عليها ؛ المحرك ليس عرضة للتعرض للصدمات أثناء النزول ولا يتطلب خليط وقود غنيًا للتبريد عند طاقة عالية. هذه السمات تقلل من استهلاك الوقود ، زيادة المدى أو الحمولة.
التبريد السليم بدون طيار أمر ضروري لفترة طويلة من التحمل بدون طيار. يعد ارتفاع درجة الحرارة وفشل المحرك اللاحق السبب الأكثر شيوعًا لفشل الطائرة بدون طيار.
قد تكون خلايا الوقود الهيدروجينية ، باستخدام طاقة الهيدروجين ، قادرة على توسيع قدرة الطائرات بدون طيار الصغيرة ، حتى عدة ساعات.
يتم تحقيق أقصى قدر ممكن من التحمل في المركبات الجوية الصغرى من خلال الطائرات بدون طيار الجناح المتقلب ، تليها الطائرات ومكبرات الصوت المتعددة الدائمة ، بسبب انخفاض عدد رينولدز.
وقد حققت الطائرات بدون طيار الكهربائية الشمسية ، وهي الفكرة التي دافع عنها في الأصل AstroFlight Sunrise في عام 1974 ، أوقات الرحلات لعدة أسابيع.
فالأقمار الصناعية الجوية التي تعمل بالطاقة الشمسية (“atmosats”) المصممة للتشغيل على ارتفاعات تزيد عن 20 كم (12 ميلاً ، أو 60،000 قدم) لمدة تصل إلى خمس سنوات ، يمكن أن تؤدي واجبات أكثر اقتصادية وأكثر مرونة من الأقمار الصناعية ذات المدار الأرضي المنخفض. وتشمل التطبيقات المحتملة مراقبة الطقس ، والتعافي من الكوارث ، والتصوير الأرضي والاتصالات.
كما أن الطائرات بدون طيار الكهربائية التي يتم تشغيلها عن طريق ناقل طاقة الميكروويف أو تقنية إرسال الطاقة بالليزر هي حلول محتملة أخرى للتحمل.
تطبيق آخر للـ UAV ذو القدرة على التحمل العالي سيكون “التحديق” في ساحة معركة لفترة طويلة (ARGUS-IS، Gorgon Stare، Integrated Sensor Is Structure) لتسجيل الأحداث التي يمكن بعدها تشغيلها لتتبع أنشطة ساحة المعركة.
رحلات طويلة التحمل
| UAV | وقت الرحلة ساعات: دقيقة |
تاريخ | ملاحظات |
|---|---|---|---|
| بوينغ كوندور | 58:11 | 1989 | الطائرة موجودة حاليا في متحف الطيران هيلر. |
| الجنرال Atomics GNAT | 40:00 | 1992 | |
| TAM-5 | 38:52 | 11 أغسطس 2003 | أصغر طائرة بدون طيار لعبور المحيط الأطلسي |
| QinetiQ Zephyr Solar Electric | 54:00 | سبتمبر 2007 | |
| RQ-4 Global Hawk | 33:06 | 22 مارس 2008 | تعيين سجل قوة تحمّل لطائرة بدون طيار تعمل بكامل طاقتها. |
| QinetiQ Zephyr Solar Electric | 82:37 | 28-31 يوليو 2008 | |
| QinetiQ Zephyr Solar Electric | 336: 22 | 9-23 يوليو 2010 |
الموثوقية
تهدف تحسينات الاعتمادية إلى جميع جوانب أنظمة الطائرات بدون طيار ، باستخدام تقنيات المرونة وتقنيات مقاومة الأعطال.
تغطي الموثوقية الفردية متانة أجهزة التحكم في الطيران ، وذلك لضمان السلامة دون الحاجة إلى زيادة التكرار لتقليل التكلفة والوزن. بالإضافة إلى ذلك ، يسمح التقييم الديناميكي لظروف الطيران باستخدام الطائرات بدون طيار المرنة للتلف ، وذلك باستخدام تحليل غير خطي مع حلقات مصممة خصيصًا أو شبكات عصبية. إن انضباط البرمجيات بدون طيار (UAV) هو الانحناء نحو التصميم والشهادات الخاصة ببرامج إلكترونيات الطيران المأهولة.
تنطوي مرونة السرب على الحفاظ على القدرات التشغيلية وإعادة تشكيل المهام التي تعطى فشل الوحدات.
تطبيقات
هناك العديد من التطبيقات المدنية والتجارية والعسكرية والطائرات الفضائية للطائرات بدون طيار. وتشمل هذه:
مدني
الإغاثة في حالات الكوارث ، وعلم الآثار ، والحفظ (مراقبة التلوث ومكافحة الصيد غير المشروع) ، وإنفاذ القانون ، والجريمة ، والإرهاب
تجاري
المراقبة الجوية ، صناعة الأفلام ، الصحافة ، البحث العلمي ، المسح ، نقل البضائع ، والزراعة
الجيش
الاستطلاع والهجوم وإزالة الألغام والممارسة المستهدفة
الطائرات بدون طيار القائمة
الطائرات بدون طيار يتم تطويرها ونشرها من قبل العديد من البلدان في جميع أنحاء العالم. نظرا لانتشارها على نطاق واسع ، لا توجد قائمة شاملة لأنظمة الطائرات بدون طيار.
إن تصدير الطائرات بدون طيار أو التكنولوجيا القادرة على حمل حمولة 500 كيلوغرام على الأقل 300 كم مقيد في العديد من البلدان بموجب نظام مراقبة تكنولوجيا القذائف.
السلامة والأمن
الحركة الجوية
يمكن للطائرات بدون طيار أن تهدد أمن الفضاء الجوي بطرق عديدة ، بما في ذلك الاصطدامات غير المقصودة أو أي تدخل آخر مع الطائرات الأخرى أو الهجمات المتعمدة أو عن طريق تشتيت الطيارين أو وحدات التحكم في الطيران. وقع أول حادث اصطدام طائرة بدون طيار في منتصف أكتوبر 2017 في مدينة كيبيك ، كندا. أول ظهور مسجل لحدوث تصادم بدون طيار مع منطاد الهواء الساخن حدث في 10 أغسطس 2018 في دريغز ، أيداهو ، الولايات المتحدة. على الرغم من عدم وجود أي تلف كبير في البالون أو أي إصابات لساكنيه الثلاثة ، فقد أبلغ الطيار البالون الحادث إلى NTSB ، قائلاً “أتمنى أن يساعد هذا الحادث في خلق محادثة حول احترام الطبيعة والمجال الجوي والقواعد واللوائح “.
استخدام ضار
يمكن تحميل الطائرات بدون طيار محملة بأحمال خطيرة ، وتحطمت في أهداف ضعيفة. يمكن أن تشتمل الحمولات على المتفجرات أو المخاطر الكيميائية أو الإشعاعية أو البيولوجية. من الممكن أن يتم اختراق الطائرات بدون طيار ذات الحمولات غير المميتة بشكل عام وأن يتم استخدامها في أغراض خبيثة. يتم تطوير أنظمة مكافحة الطائرات بدون طيار من قبل الدول لمواجهة هذا التهديد. هذا ، ومع ذلك ، يثبت صعبة.كما ذكر د. ج. روجرز في مقابلة مع A & amp؛ T “هناك جدل كبير في الوقت الحالي حول أفضل طريقة هي مواجهة هذه الطائرات الصغيرة غير المأهولة ، سواء تم استخدامها من قبل الهواة مما تسبب في بعض الإزعاج أو بطريقة أكثر شراً من قبل ممثل إرهابي “.
بحلول عام 2017 ، تم استخدام طائرات بدون طيار لإسقاط المواد المهربة في السجون.
الثغرات الأمنية
وقد زاد الاهتمام بالأمن السيبراني غير المرغوب فيه بشكل كبير بعد حادث اختطاف مجرى الفيديو Uv Predator في عام 2009 ، حيث استخدم المتشددون الإسلاميون أجهزة رخيصة جاهزة لنقل بث الفيديو من طائرة بدون طيار. خطر آخر هو إمكانية اختطاف أو تشويش طائرة بدون طيار في الرحلة. وقد كشف العديد من الباحثين الأمنيين عن بعض نقاط الضعف في الطائرات بدون طيار التجارية ، وفي بعض الحالات حتى توفير شفرة كاملة المصدر أو أدوات لإعادة إنتاج هجماتهم. في ورشة عمل حول الطائرات بدون طيار والخصوصية في أكتوبر 2016 ، أظهر باحثون من لجنة التجارة الفيدرالية أنهم تمكنوا من اختراق ثلاث طائرات استهلاكية مختلفة وأشاروا إلى أن مصنعي الطائرات بدون طيار يمكن أن تجعل طائراتهم بدون طيار أكثر أمانًا من خلال الإجراءات الأمنية الأساسية لتشفير شبكة Wi-Fi إشارة وإضافة الحماية بكلمة مرور.
حرائق الغابات
في الولايات المتحدة ، يُعاقب على الطيران بالقرب من حريق بغرامة بحد أقصى 25000 دولار. ومع ذلك ، في عامي 2014 و 2015 ، تم إعاقة الدعم الجوي لمكافحة الحرائق في كاليفورنيا في عدة مناسبات ، بما في ذلك في بحيرة النار ونورث نورث. ردا على ذلك ، قدم المشرعون في ولاية كاليفورنيا مشروع قانون من شأنه أن يسمح لرجال الاطفاء لتعطيل الطائرات بدون طيار التي غزت المجال الجوي المحظور. طلبت FAA في وقت لاحق تسجيل معظم الطائرات بدون طيار.
ويجري أيضا التحقيق في استخدام الطائرات بدون طيار للمساعدة في اكتشاف ومكافحة حرائق الغابات ، سواء من خلال المراقبة أو إطلاق الأجهزة النارية لبدء إطلاق النار.