Un vehículo aéreo no tripulado (UAV), comúnmente conocido como avión no tripulado, es un avión sin piloto humano a bordo. Los UAV son un componente de un sistema de aviones no tripulados (UAS); que incluyen un UAV, un controlador en tierra y un sistema de comunicaciones entre los dos.El vuelo de los vehículos aéreos no tripulados (UAV) puede operar con diversos grados de autonomía: ya sea bajo el control remoto de un operador humano o de manera autónoma mediante computadoras a bordo.
En comparación con los aviones tripulados, los UAV se utilizaron originalmente para misiones demasiado «aburridas, sucias o peligrosas» para los humanos. Si bien se originaron principalmente en aplicaciones militares, su uso se está expandiendo rápidamente a aplicaciones comerciales, científicas, recreativas, agrícolas y otras, tales como vigilancia policial, mantenimiento de la paz y vigilancia, entregas de productos, fotografía aérea, agricultura, contrabando y carreras de drones.Los vehículos aéreos no tripulados civiles superan ampliamente a los vehículos aéreos no tripulados militares, con estimaciones de más de un millón vendidas para 2015, por lo que pueden verse como una aplicación comercial temprana de cosas autónomas, a las que seguirán los robots autónomos de automóviles y hogares.
Clasificación
Los UAV normalmente se clasifican en una de las seis categorías funcionales (aunque las plataformas de aviones de múltiples funciones son cada vez más frecuentes):
Objetivo y señuelo: proporciona a la artillería aérea y terrestre un objetivo que simula un avión o misil enemigo
Reconocimiento – proporcionar inteligencia de campo de batalla
Combate: proporciona capacidad de ataque para misiones de alto riesgo (ver: Vehículo aéreo de combate no tripulado (UCAV))
Logística – entrega de carga
Investigación y desarrollo – mejorar las tecnologías UAV
Vehículos aéreos no tripulados civiles y comerciales – agricultura, fotografía aérea, recopilación de datos
El sistema de niveles UAV Militares de EE. UU. Es utilizado por los planificadores militares para designar los diversos elementos de aeronaves individuales en un plan de uso general.
Schiebel S-100 equipado con un misil multiusos ligero
Los vehículos se pueden clasificar en términos de rango / altitud. Lo siguiente ha sido avanzado [¿por quién?] Según sea relevante en eventos de la industria como el foro de sistemas no tripulados ParcAberporth:
Mano de 2,000 pies (600 m) de altitud, aproximadamente 2 km de alcance.
Cierre 5,000 pies (1,500 m) de altitud, hasta 10 km de alcance
Tipo de OTAN 10.000 pies (3.000 m) de altitud, hasta 50 km de alcance
Táctica 18,000 pies (5,500 m) de altitud, alrededor de 160 km de alcance.
HOMBRE (altitud media, resistencia larga) hasta 30,000 pies (9,000 m) y alcance más de 200 km
HALE (altitud elevada, resistencia larga) a más de 30,000 pies (9,100 m) y alcance indefinido
Altitud hipersónica, supersónica (Mach 1–5) o hipersónica (Mach 5+) 50,000 pies (15,200 m) o suborbital, alcance más de 200 km
Órbita de órbita terrestre baja (Mach 25+)
Transferencia Lunar Tierra-Luna CIS
Sistema de guía de operador asistido por computadora (CACGS) para vehículos aéreos no tripulados
Otras categorías incluyen:
UAVs aficionados, que se pueden dividir en
Listo para volar (RTF) / Comercial listo para usar (COTS)
Bind-and-fly (BNF): se requiere un conocimiento mínimo para volar la plataforma
Casi listo para volar (ARF) / Hágalo usted mismo (DIY) – requiere un conocimiento significativo para estar en el aire
Marco desnudo: requiere un conocimiento significativo y sus propias partes para ponerlo en el aire
UAVs militares y comerciales de tamaño mediano
Grandes UAVs militares específicos
Sigilo de combate sigiloso
Aviones versátiles no tripulados (originalmente un Sinus Pipistrel de 2 plazas)
Aviones tripulados transformados en UAVs u OpVs no tripulados (y opcionalmente pilotados)
Las clasificaciones según el peso de la aeronave son bastante más simples:
Vehículo micro aéreo (MAV): los UAV más pequeños que pueden pesar menos de 1 g
UAV en miniatura (también llamado SUAS) – aproximadamente menos de 25 kg
UAVs más pesados
Componentes UAV
Los aviones tripulados y no tripulados del mismo tipo generalmente tienen componentes físicos reconociblemente similares. Las principales excepciones son la cabina y el sistema de control ambiental o los sistemas de soporte vital. Algunos vehículos aéreos no tripulados llevan cargas útiles (como una cámara) que pesan considerablemente menos que un humano adulto, y como resultado pueden ser considerablemente más pequeños. Aunque llevan una carga útil pesada, los vehículos aéreos no tripulados militares son más ligeros que sus homólogos tripulados con armamentos comparables.
Los UAV civiles pequeños no tienen sistemas críticos para la vida y, por lo tanto, pueden construirse con materiales y formas más livianos pero menos resistentes, y pueden usar sistemas de control electrónico menos probados. Para los UAV pequeños, el diseño del quadcopter se ha vuelto popular, aunque este diseño rara vez se usa para aviones tripulados. La miniaturización significa que se pueden usar tecnologías de propulsión menos potentes que no son factibles para aeronaves tripuladas, como motores eléctricos pequeños y baterías.
Los sistemas de control para los vehículos aéreos no tripulados son a menudo diferentes de las embarcaciones tripuladas. Para el control humano remoto, una cámara y un enlace de video casi siempre reemplazan las ventanas de la cabina; Los comandos digitales transmitidos por radio reemplazan a los controles físicos de la cabina. El software de piloto automático se usa en aviones tripulados y no tripulados, con diferentes conjuntos de características.
Cuerpo
La principal diferencia para los aviones es la ausencia del área de la cabina y sus ventanas. Los cuadricópteros sin cola son un factor de forma común para los vehículos aéreos no tripulados de ala rotatoria, mientras que los mono y bi-helicópteros de cola son comunes para las plataformas tripuladas.
Fuente de alimentación y plataforma.
Los UAV pequeños utilizan principalmente baterías de polímero de litio (Li-Po), mientras que los vehículos más grandes se basan en motores de avión convencionales. La escala o el tamaño de la aeronave no es la característica definitoria o limitante del suministro de energía para un UAV. En la actualidad, [¿cuándo?] La densidad de energía de Li-Po es mucho menor que la de la gasolina. El registro de viaje de un UAV (construido con madera de balsa y piel de mylar) a través del Océano Atlántico Norte se lleva a cabo mediante un modelo de avión a gasolina o UAV. Manard Hill en «en 2003 cuando una de sus creaciones voló 1,882 millas a través del Océano Atlántico con menos de un galón de combustible» tiene este récord. Consulte: La energía eléctrica se utiliza ya que se requiere menos trabajo para un vuelo y los motores eléctricos son más silenciosos. Además, adecuadamente diseñado, la relación de empuje a peso para un motor eléctrico o de gasolina que impulsa una hélice puede flotar o trepar verticalmente. El avión Botmite es un ejemplo de un UAV eléctrico que puede escalar verticalmente.
El circuito de eliminación de batería (BEC) se usa para centralizar la distribución de energía y, a menudo, alberga una unidad de microcontrolador (MCU). Los BEC de conmutación más costosos disminuyen el calentamiento en la plataforma.
Informática
La capacidad de computación de UAV siguió los avances de la tecnología de computación, comenzando con controles analógicos y evolucionando a microcontroladores, luego a sistema en un chip (SOC) y computadoras de una sola placa (SBC).
El hardware del sistema para UAV pequeños a menudo se denomina controlador de vuelo (FC), placa de controlador de vuelo (FCB) o piloto automático.
Sensores
Los sensores de posición y movimiento dan información sobre el estado de la aeronave. Los sensores exteroceptivos tratan con información externa como las mediciones de distancia, mientras que los exproprioceptivos se correlacionan con los estados internos y externos.
Los sensores no cooperativos son capaces de detectar objetivos de forma autónoma, por lo que se utilizan para asegurar la separación y evitar colisiones.
Grados de libertad (DOF) se refiere tanto a la cantidad como a la calidad de los sensores a bordo: 6 DOF implica giroscopios y acelerómetros de 3 ejes (una unidad de medida inercial típica – IMU), 9 DOF se refiere a una IMU más una brújula, 10 DOF agrega un barómetro y 11 DOF generalmente agrega un receptor GPS.
Actuadores
Los actuadores UAV incluyen controladores de velocidad electrónicos digitales (que controlan las RPM de los motores) conectados a motores / hélices y propulsores, servomotores (para aviones y helicópteros en su mayoría), armas, actuadores de carga útil, LED y altavoces.
Software
El software UAV llamado la pila de vuelo o piloto automático. Los UAV son sistemas en tiempo real que requieren una respuesta rápida para cambiar los datos del sensor. Los ejemplos incluyen Raspberry Pis, Beagleboards, etc. protegidos con NavIO, PXFMini, etc. o diseñados desde cero como Nuttx, Linux preventivo, Xenomai, sistema operativo Orocos-Robot o DDS-ROS 2.0.
Vista general de la pila de vuelo
| Capa | Requisito | Operaciones | Ejemplo |
|---|---|---|---|
| Firmware | Tiempo critico | Desde el código de la máquina hasta la ejecución del procesador, acceso a la memoria. | ArduCopter-v1.px4 |
| Middleware | Tiempo critico | Control de vuelo, navegación, gestión de radio. | Vuelo limpio, ArduPilot |
| Sistema operativo | Computadora intensiva | Flujo óptico, evitación de obstáculos, SLAM, toma de decisiones | ROS, Nuttx, distribuciones de Linux, Microsoft IOT |
Las pilas de código abierto de uso civil incluyen:
ArduCopter
DroneCode (bifurcado de ArduCopter)
CrazyFlie
KKMultiCopter
MultiWii
BaseFlight (bifurcado desde MultiWii)
CleanFlight (bifurcado desde BaseFlight)
BetaFlight (bifurcado desde CleanFlight)
iNav (bifurcado desde CleanFlight)
RaceFlight (bifurcado de CleanFlight)
OpenPilot
dRonin (bifurcado desde OpenPilot)
LibrePilot (bifurcado desde OpenPilot)
TauLabs (bifurcado de OpenPilot)
Paparazzi
Principios de bucle
Los UAVs emplean arquitecturas de control de bucle abierto, de bucle cerrado o híbridas.
Bucle abierto: este tipo proporciona una señal de control positiva (más rápido, más lento, izquierda, derecha, arriba, abajo) sin incorporar información de los datos del sensor.
Bucle cerrado: este tipo incorpora retroalimentación del sensor para ajustar el comportamiento (reducir la velocidad para reflejar el viento de cola, moverse a una altitud de 300 pies). El controlador PID es común. A veces, se emplea feedforward, transfiriendo la necesidad de cerrar aún más el bucle.
Controles de vuelo
Los UAV pueden programarse para realizar maniobras agresivas o aterrizar / posarse en superficies inclinadas y luego escalar hacia mejores puntos de comunicación. Algunos UAV pueden controlar el vuelo con diferentes modelos de vuelo, como los diseños VTOL.
Los vehículos aéreos no tripulados también pueden implementar la percha en una superficie vertical plana.
Comunicaciones
La mayoría de los UAV utilizan una radio para el control remoto y el intercambio de video y otros datos. Los primeros UAVs solo tenían enlace ascendente de banda estrecha. Los enlaces descendentes llegaron más tarde. Estos enlaces de radio bidireccionales de banda estrecha transmiten datos de comando y control (C & amp; C) y telemetría sobre el estado de los sistemas de la aeronave al operador remoto. Para vuelos de muy larga distancia, los UAV militares también utilizan receptores satelitales como parte de los sistemas de navegación por satélite. En los casos en que se requería la transmisión de video, los UAV implementarán un enlace de radio de video analógico separado.
En las aplicaciones UAV más modernas, se requiere transmisión de video. Entonces, en lugar de tener 2 enlaces separados para tráfico de C & amp; C, telemetría y video, se usa un enlace de banda ancha para transportar todo tipo de datos en un solo enlace de radio. Estos enlaces de banda ancha pueden aprovechar las técnicas de calidad de servicio para optimizar el tráfico de C & amp; C para baja latencia. Por lo general, estos enlaces de banda ancha transportan tráfico TCP / IP que se puede enrutar a través de Internet.
La señal de radio desde el lado del operador puede ser emitida desde:
Control de tierra: un humano que opera un transmisor / receptor de radio, un teléfono inteligente, una tableta, una computadora o el significado original de una estación de control de tierra militar (GCS). Recientemente se demostró el control desde dispositivos portátiles, reconocimiento de movimientos humanos, ondas cerebrales humanas.
Sistema de red remota, como enlaces de datos dúplex satelitales para algunas potencias militares.El vídeo digital descendente a través de redes móviles también ha entrado en los mercados de consumo, mientras que el enlace directo de control de UAV sobre la malla celular y LTE se han demostrado y están en pruebas.
Otra aeronave, que funciona como estación de control móvil o de retransmisión: formación de equipos militares tripulados y no tripulados (MUM-T).
Un protocolo MAVLink se está volviendo cada vez más popular para transportar datos de comando y control entre el control de tierra y el vehículo
Autonomía
La OACI clasifica las aeronaves no tripuladas como aeronaves pilotadas a distancia o completamente autónomas. Los UAV reales pueden ofrecer grados intermedios de autonomía. Por ejemplo, un vehículo que se pilotea de forma remota en la mayoría de los contextos puede tener una operación autónoma de retorno a la base.
La autonomía básica proviene de sensores propioceptivos. La autonomía avanzada requiere un conocimiento de la situación, el conocimiento sobre el entorno que rodea a la aeronave por medio de sensores exterioceptivos: la fusión de sensores integra información de múltiples sensores.
Principios básicos
Una forma de lograr el control autónomo emplea múltiples capas de bucle de control, como en los sistemas de control jerárquico. A partir de 2016, los bucles de capa baja (es decir, para el control de vuelo) se activan hasta 32,000 veces por segundo, mientras que los bucles de nivel superior pueden realizar un ciclo una vez por segundo. El principio es descomponer el comportamiento de la aeronave en «fragmentos» manejables, o estados, con transiciones conocidas. Los tipos de sistemas de control jerárquico van desde scripts simples hasta máquinas de estados finitos, árboles de comportamiento y planificadores de tareas jerárquicos. El mecanismo de control más común utilizado en estas capas es el controlador PID que se puede usar para lograr el desplazamiento del quadcopter mediante el uso de datos de la IMU para calcular entradas precisas para los controladores y motores de velocidad electrónicos.
Ejemplos de algoritmos de capa media:
Planificación del camino: determinar un camino óptimo para que siga el vehículo al tiempo que cumple los objetivos y limitaciones de la misión, como obstáculos o requisitos de combustible
Generación de la trayectoria (planificación del movimiento): determinar las maniobras de control que se deben tomar para seguir un camino determinado o para ir de un lugar a otro
Regulación de la trayectoria: restringir un vehículo dentro de cierta tolerancia a una trayectoria
Los planificadores de tareas jerárquicas de UAV evolucionados utilizan métodos como búsquedas en el árbol de estado o algoritmos genéticos.
Características de autonomía
Los fabricantes de vehículos aéreos no tripulados a menudo construyen en operaciones autónomas específicas, tales como:
Nivel propio: estabilización de la actitud en los ejes de cabeceo y balanceo.
Mantener la altitud: la aeronave mantiene su altitud utilizando sensores barométricos o de tierra.
Mantener posicionado / posicionado: mantenga la inclinación y el balanceo nivelado, el rumbo y la altitud estables de la orientación manteniendo la posición utilizando GNSS o sensores inertes.
Modo sin cabeza: control de cabeceo relativo a la posición del piloto en lugar de a los ejes del vehículo.
Sin cuidado: control automático de balanceo y guiñada mientras se mueve horizontalmente
Despegue y aterrizaje (utilizando una variedad de sensores y sistemas basados en aviones o en tierra; véase también: Autoland)
A prueba de fallos: aterrizaje automático o regreso a casa tras la pérdida de la señal de control
Regreso al hogar: vuele de regreso al punto de despegue (a menudo, gana altitud para evitar posibles obstrucciones, como árboles o edificios).
Sígueme: mantenga la posición relativa de un piloto móvil u otro objeto mediante GNSS, reconocimiento de imagen o baliza de referencia.
Navegación de punto de ruta GPS: usando GNSS para navegar a una ubicación intermedia en una ruta de viaje.
Órbita alrededor de un objeto: es similar a Sígueme pero circula continuamente un objetivo.
Acrobacias aéreas preprogramadas (como rollos y bucles)
Funciones
La autonomía completa está disponible para tareas específicas, como el reabastecimiento de combustible en el aire o el cambio de batería en tierra; pero las tareas de nivel superior requieren mayores capacidades de computación, detección y activación. Un enfoque para cuantificar capacidades autónomas se basa en la terminología de OODA, como lo sugiere un Laboratorio de Investigación de la Fuerza Aérea de los EE. UU. De 2002, y se utiliza en la siguiente tabla:
Los niveles medios de autonomía, como la autonomía reactiva y los niveles altos que usan autonomía cognitiva, ya se han alcanzado en cierta medida y son campos de investigación muy activos.
Autonomía reactiva
La autonomía reactiva, como el vuelo colectivo, la prevención de colisiones en tiempo real, el seguimiento de paredes y el centrado de corredores, se basa en las telecomunicaciones y la conciencia situacional que proporcionan los sensores de rango: flujo óptico, lidars (radares de luz), radares, sonares.
La mayoría de los sensores de rango analizan la radiación electromagnética, reflejada en el ambiente y llegando al sensor. Las cámaras (para flujo visual) actúan como simples receptores. Los lidares, radares y sonares (con ondas mecánicas de sonido) emiten y reciben ondas, que miden el tiempo de tránsito de ida y vuelta. Las cámaras UAV no requieren emisión de energía, lo que reduce el consumo total.
Los radares y sonares se utilizan principalmente para aplicaciones militares.
En algunas formas, la autonomía reactiva ya ha llegado a los mercados de consumo: puede estar ampliamente disponible en menos de una década.
Localización y cartografía simultáneas.
SLAM combina odometría y datos externos para representar el mundo y la posición del UAV en él en tres dimensiones. La navegación al aire libre a gran altitud no requiere grandes campos de visión verticales y puede confiar en las coordenadas del GPS (lo que hace que sea un mapeo simple en lugar de SLAM).
Dos campos de investigación relacionados son la fotogrametría y LIDAR, especialmente en entornos 3D de baja altitud e interiores.
Se ha demostrado el SLAM fotogramétrico y estereofotogramétrico para interiores con cuadricópteros.
Las plataformas Lidar con plataformas láser tradicionales pesadas, costosas y en cardán están probadas. La investigación intenta abordar el costo de producción, la expansión de 2D a 3D, la relación de potencia a rango, el peso y las dimensiones. Las aplicaciones de búsqueda de rango de LED se comercializan para capacidades de detección de baja distancia. La investigación investiga la hibridación entre la emisión de luz y la potencia de cálculo: moduladores de luz espacial de matriz en fase, y los láseres de emisión de superficie (VCSEL) de cavidad vertical sintonizable en frecuencia (FMCW).
Enjambre
El enjambre de robots se refiere a redes de agentes capaces de reconfigurarse dinámicamente a medida que los elementos abandonan o ingresan a la red. Proporcionan mayor flexibilidad que la cooperación multi-agente. El enjambre puede abrir el camino a la fusión de datos. Algunos enjambres de vuelo de inspiración biológica utilizan conductas de dirección y flocado. [Se necesita aclaración]
Potencial militar futuro
En el sector militar, los Predadores y Segadores Americanos están hechos para operaciones de contraterrorismo y en zonas de guerra en las que el enemigo carece de suficiente poder de fuego para derribarlos. No están diseñados para resistir las defensas antiaéreas o los combates aire-aire.En septiembre de 2013, el jefe del Comando de Combate Aéreo de los EE. UU. Declaró que los UAV actuales eran «inútiles en un entorno en disputa» a menos que los aviones tripulados estuvieran allí para protegerlos. Un informe del Servicio de Investigación del Congreso (CRS) de 2012 especuló que, en el futuro, los UAV pueden realizar tareas más allá de la inteligencia, la vigilancia, el reconocimiento y las huelgas; El informe de CRS enumeraba el combate aire-aire («una tarea futura más difícil») como posibles empresas futuras. La hoja de ruta integrada del Departamento de Defensa para sistemas no tripulados FY2013-2038 prevé un lugar más importante para los UAV en combate. Los problemas incluyen capacidades ampliadas, interacción entre humanos y UAV, administración de mayor flujo de información, mayor autonomía y desarrollo de municiones específicas para UAV. El proyecto de sistemas de sistemas de DARPA, o el trabajo de General Atomics puede augurar futuros escenarios de guerra, este último revela un enjambre Avenger equipado con un Sistema de Defensa de Área de Líquido Líquido de Alta Energía (HELLADS).
Radio cognitiva
La tecnología de radio cognitiva [clarificación necesaria] puede tener aplicaciones de UAV.
Capacidades de aprendizaje
Los UAVs pueden explotar redes neuronales distribuidas.
Mercado
Militar
El mercado militar mundial de vehículos aéreos no tripulados está dominado por empresas con sede en los Estados Unidos e Israel. Por números de venta, los EE. UU. Tenían más del 60% de participación en el mercado militar en 2017. Cuatro de los cinco principales fabricantes de UAV militares son estadounidenses, entre ellos General Atomics, Lockheed Martin, Northrop Grumman y Boeing, seguidos por la compañía china CASC. Las empresas de Israel se centran principalmente en el sistema de vigilancia de vehículos aéreos no tripulados y en la cantidad de aviones no tripulados, Israel exportó 60.7% (2014) de vehículos aéreos no tripulados en el mercado, mientras que Estados Unidos exporta 23.9% (2014); Los principales importadores de vehículos militares aéreos no tripulados son el Reino Unido (33,9%) y la India (13,2%). Solo en Estados Unidos operaron más de 9,000 UAV militares en 2014. General Atomics es el fabricante dominante con la línea de productos de sistemas Global Hawk y Predator / Mariner.
Civil
El mercado de drones civiles está dominado por empresas chinas. El fabricante chino de drones DJI solo tiene el 75% de participación en el mercado civil en 2017, con $ 11 mil millones en ventas globales previstas para 2020. Le siguen la compañía francesa Parrot con $ 110 millones y la compañía estadounidense 3DRobotics con $ 21,6 millones en 2014. En marzo de 2018, más de uno millones de UAV (878,000 aficionados y 122,000 comerciales) se registraron en la FAA de EE. UU.El NPD de 2018 apunta a que los consumidores compran drones cada vez más con características más avanzadas con un crecimiento del 33 por ciento en los segmentos de mercado de $ 500 y $ 1000 o más.
El mercado civil de vehículos aéreos no tripulados es relativamente nuevo en comparación con los militares. Las empresas están surgiendo en países desarrollados y en desarrollo al mismo tiempo.Muchas startups en etapa temprana han recibido apoyo y financiamiento de inversionistas como en Estados Unidos y agencias gubernamentales como el caso en India. Algunas universidades ofrecen programas de investigación y capacitación o títulos. Las entidades privadas también ofrecen programas de capacitación en línea y en persona para el uso recreativo y comercial de UAVs.
Los drones de consumo también son ampliamente utilizados por organizaciones militares en todo el mundo debido a la naturaleza rentable del producto de consumo. En 2018, el ejército israelí comenzó a usar las series de UAV de DJI Mavic y Matrice para la misión de reconocimiento ligero, ya que los drones civiles son más fáciles de usar y tienen mayor confiabilidad. Los drones DJI también son el sistema aéreo no tripulado comercial más utilizado que ha empleado el Ejército de los EE. UU.
Los drones encendidos están comenzando a usarse en pantallas nocturnas con fines artísticos y publicitarios.
Transporte
La AIA informa que los aviones grandes de carga y pasajeros deben estar certificados e introducidos en los próximos 20 años. Se esperan drones grandes portadores de sensores a partir de 2018;cargueros de corta distancia y baja altitud fuera de las ciudades desde 2025; vuelos de carga de larga distancia para mediados de la década de 2030 y luego vuelos de pasajeros para 2040. El gasto debería aumentar desde unos pocos cientos de millones de dólares en investigación y desarrollo en 2018 a $ 4 mil millones para 2028 y $ 30 mil millones para 2036.
Consideraciones de desarrollo
Imitación animal – etología
Los ornitópteros de alas batientes, que imitan aves o insectos, son un campo de investigación en los microUAV. Su sigilo inherente los recomienda para misiones de espías.
El Nano Hummingbird está disponible comercialmente, mientras que los microUAV sub-1g inspirados por moscas, aunque utilizando una correa de sujeción, pueden «aterrizar» en superficies verticales.
Otros proyectos incluyen «escarabajos» no tripulados y otros insectos.
La investigación está explorando sensores de flujo óptico en miniatura, llamados ocellis, que imitan los ojos de insectos compuestos formados por múltiples facetas, que pueden transmitir datos a chips neuromórficos capaces de tratar el flujo óptico así como las discrepancias de intensidad de luz.
Resistencia
La resistencia de UAV no está limitada por las capacidades fisiológicas de un piloto humano.
Debido a su pequeño tamaño, bajo peso, baja vibración y alta potencia a relación de peso, los motores rotativos Wankel se utilizan en muchos UAV grandes. Los rotores de sus motores no pueden agarrotarse; El motor no es susceptible de enfriamiento por choque durante el descenso y no requiere una mezcla de combustible enriquecida para enfriar a alta potencia. Estos atributos reducen el uso de combustible, aumentando el rango o la carga útil.
El enfriamiento adecuado de los drones es esencial para la resistencia a largo plazo de los drones.El sobrecalentamiento y la subsiguiente falla del motor es la causa más común de falla del avión no tripulado.
Las celdas de combustible de hidrógeno, que utilizan energía de hidrógeno, pueden extender la resistencia de los vehículos aéreos no tripulados pequeños, hasta varias horas.
Hasta ahora, la resistencia de los vehículos aéreos micro se logra mejor con los UAV de alas batientes, seguidos por los aviones y los multirrotores en último lugar, debido al menor número de Reynolds.
Los UAV solares y eléctricos, un concepto originalmente promovido por el AstroFlight Sunrise en 1974, han alcanzado tiempos de vuelo de varias semanas.
Los satélites atmosféricos que funcionan con energía solar («atmosats») diseñados para operar a altitudes superiores a 20 km (12 millas o 60,000 pies) durante un período de hasta cinco años podrían realizar tareas más económicamente y con más versatilidad que los satélites de órbita terrestre baja. Las aplicaciones probables incluyen monitoreo del clima, recuperación de desastres, imágenes de la tierra y comunicaciones.
Los UAV eléctricos alimentados por transmisión de potencia de microondas o transmisión láser de energía son otras posibles soluciones de resistencia.
Otra aplicación para un UAV de alta resistencia sería «mirar fijamente» en un campo de batalla durante un largo intervalo (ARGUS-IS, Gorgon Stare, Integrated Sensor Is Structure) para registrar eventos que luego podrían jugarse al revés para rastrear las actividades del campo de batalla.
Largos vuelos de resistencia.
| UAV | Tiempo de vuelo horas: minutos |
Fecha | Notas |
|---|---|---|---|
| Boeing Condor | 58:11 | 1989 | El avión se encuentra actualmente en el Museo de Aviación Hiller. |
| General Atomics GNAT | 40:00 | 1992 | |
| TAM-5 | 38:52 | 11 de agosto de 2003 | UAV más pequeño para cruzar el Atlántico |
| QinetiQ Zephyr Solar Electric | 54:00 | Septiembre 2007 | |
| RQ-4 Global Hawk | 33:06 | 22 de marzo de 2008 | Establecer un récord de resistencia para una aeronave no tripulada operativa a gran escala. |
| QinetiQ Zephyr Solar Electric | 82:37 | 28–31 de julio de 2008 | |
| QinetiQ Zephyr Solar Electric | 336: 22 | 9–23 de julio de 2010 |
Confiabilidad
Las mejoras de confiabilidad se enfocan en todos los aspectos de los sistemas UAV, utilizando técnicas de ingeniería de resiliencia y tolerancia a fallas.
La confiabilidad individual cubre la robustez de los controladores de vuelo, para garantizar la seguridad sin redundancia excesiva para minimizar el costo y el peso. Además, la evaluación dinámica de la envolvente de vuelo permite los UAV resistentes a los daños, utilizando análisis no lineales con bucles diseñados ad-hoc o redes neuronales. La responsabilidad del software UAV se inclina hacia el diseño y las certificaciones del software de aviónica tripulada.
La capacidad de recuperación de los enjambres implica mantener las capacidades operativas y reconfigurar las tareas dadas las fallas de la unidad.
Aplicaciones
Existen numerosas aplicaciones civiles, comerciales, militares y aeroespaciales para UAVs. Éstos incluyen:
Civil
Socorro en casos de desastre, arqueología, conservación (control de la contaminación y lucha contra la caza furtiva), aplicación de la ley, delincuencia y terrorismo
Comercial
Vigilancia aérea, cinematografía, periodismo, investigación científica, levantamientos, transporte de carga y agricultura.
Militar
Reconocimiento, ataque, desminado y prácticas de tiro.
UAVs existentes
Los UAV están siendo desarrollados y desplegados por muchos países alrededor del mundo.Debido a su amplia proliferación, no existe una lista completa de los sistemas UAV.
La exportación de vehículos aéreos no tripulados o tecnología capaz de transportar una carga útil de 500 kg al menos 300 km está restringida en muchos países por el Régimen de Control de Tecnología de Misiles.
Seguridad y proteccion
Trafico aereo
Los vehículos aéreos no tripulados (UAV) pueden amenazar la seguridad del espacio aéreo de diversas maneras, incluidas colisiones involuntarias u otras interferencias con otras aeronaves, ataques deliberados o distracción de pilotos o controladores de vuelo. El primer incidente de una colisión de avión no tripulado ocurrió a mediados de octubre de 2017 en la ciudad de Quebec, Canadá. La primera instancia registrada de una colisión con un avión no tripulado con un globo aerostático ocurrió el 10 de agosto de 2018 en Driggs, Idaho, Estados Unidos; aunque no hubo daños significativos en el globo ni lesiones a sus 3 ocupantes, el piloto del globo informó el incidente a la NTSB, e indicó que «espero que este incidente ayude a crear una conversación de respeto por la naturaleza, el espacio aéreo y las reglas y regulaciones . ”
Uso malicioso
Los vehículos aéreos no tripulados podrían cargarse con cargas útiles peligrosas y estrellarse contra objetivos vulnerables. Las cargas útiles pueden incluir peligros explosivos, químicos, radiológicos o biológicos. Los vehículos aéreos no tripulados (UAV) con cargas de pago generalmente no letales podrían posiblemente ser pirateados y puestos con fines maliciosos. Los estados están desarrollando sistemas anti-UAV para contrarrestar esta amenaza. Esto es, sin embargo, resultando difícil. Como dijo el Dr. J. Rogers en una entrevista a A & amp; T «En este momento hay un gran debate sobre cuál es la mejor manera de contrarrestar estos pequeños UAV, ya sea que sean utilizados por aficionados que causan un poco de molestia o en De una manera más siniestra por parte de un actor terrorista «.
Para el 2017, los drones estaban siendo utilizados para lanzar contrabando en las cárceles.
Vulnerabilidades de seguridad
El interés en la seguridad cibernética de los vehículos aéreos no tripulados (UAV) se ha incrementado enormemente después del incidente de secuestro de video del Predator UAV en 2009, donde los militantes islámicos usaron equipo barato y comercial para transmitir videos desde un UAV. Otro riesgo es la posibilidad de secuestro o atasco de un UAV en vuelo. Varios investigadores de seguridad han hecho públicas algunas vulnerabilidades en los UAV comerciales, en algunos casos incluso proporcionando código fuente completo o herramientas para reproducir sus ataques.En un taller sobre UAV y privacidad en octubre de 2016, los investigadores de la Comisión Federal de Comercio demostraron que pudieron piratear tres quadcopters de diferentes consumidores y señalaron que los fabricantes de UAV pueden hacer que sus vehículos aéreos no tripulados sean más seguros gracias a las medidas de seguridad básicas de cifrado de Wi-Fi Señal y añadiendo protección de contraseña.
Incendios forestales
En los Estados Unidos, volar cerca de un incendio forestal se castiga con una multa máxima de $ 25,000. No obstante, en 2014 y 2015, el apoyo aéreo de extinción de incendios en California se vio obstaculizado en varias ocasiones, incluso en Lake Fire y North Fire. En respuesta, los legisladores de California presentaron un proyecto de ley que permitiría a los bomberos deshabilitar los UAV que invadieron el espacio aéreo restringido. La FAA más tarde requirió el registro de la mayoría de los UAV.
El uso de vehículos aéreos no tripulados también se está investigando para ayudar a detectar y combatir los incendios forestales, ya sea a través de la observación o el lanzamiento de dispositivos pirotécnicos para iniciar los contraataques.