Véhicule aérien sans pilote

Un véhicule aérien sans pilote (UAV), communément appelé drone, est un avion sans pilote humain à bord. Les UAV font partie d’un système d’aéronef sans pilote (UAS); qui comprennent un UAV, un contrôleur au sol et un système de communication entre les deux. Le vol des UAV peut fonctionner avec différents degrés d’autonomie: soit sous contrôle à distance par un opérateur humain, soit de manière autonome par des ordinateurs de bord.

Comparés aux avions pilotés, les UAV étaient à l’origine utilisés pour des missions trop «ennuyeuses, sales ou dangereuses» pour les humains. Bien qu’elles soient principalement destinées à des applications militaires, leur utilisation s’étend rapidement aux applications commerciales, scientifiques, récréatives, agricoles et autres, telles que la surveillance, le maintien de la paix et la surveillance, la livraison de produits, la photographie aérienne, l’agriculture, la contrebande et les courses de drones. Les UAV civils dépassent maintenant largement les UAV militaires, avec plus d’un million de ventes vendues d’ici à 2015, de sorte qu’ils peuvent être considérés comme une première application commerciale de produits autonomes, suivis des robots autonomes de voiture et de maison.

Classification
Les UAV appartiennent généralement à l’une des six catégories fonctionnelles (bien que les plates-formes de cellules multi-rôles deviennent de plus en plus courantes):

Cible et leurre – fournissant au canon et au canon une cible simulant un avion ou un missile ennemi
Reconnaissance – fournir des renseignements sur le champ de bataille
Combat – capacité d’attaque pour les missions à haut risque (voir: Véhicule aérien de combat sans pilote (UCAV))
Logistique – livraison de fret
Recherche et développement – améliorer les technologies des drones
Drones civils et commerciaux – agriculture, photographie aérienne, collecte de données

Les planificateurs militaires utilisent le système de niveaux d’UAV militaire américain pour désigner les divers éléments d’aéronef individuels dans un plan d’utilisation global.

Schiebel S-100 équipé d’un missile léger multirôle
Les véhicules peuvent être classés en termes de distance / altitude. Ce qui suit a été avancé [par qui?] Comme étant pertinent lors d’événements tels que le forum ParcAberporth Unmanned Systems:

Altitude portative de 2 000 pieds (600 m), portée d’environ 2 km
Près de 1 500 m d’altitude, jusqu’à 10 km
Type OTAN 10 000 pieds (3 000 m) d’altitude, jusqu’à 50 km
Tactique d’altitude de 5 500 m (18 000 pi), portée d’environ 160 km
MALE (moyenne altitude, longue endurance) jusqu’à 9 000 m (30 000 ft) et une portée supérieure à 200 km
HALE (haute altitude, longue endurance) de plus de 9 000 m (30 000 ft) et autonomie indéterminée
Hypersonic à haute vitesse, supersonique (Mach 1-5) ou hypersonique (Mach 5+), altitude de 50 000 pieds (15 200 m) ou suborbital, portée supérieure à 200 km
Orbite terrestre basse (Mach 25+)
Transfert lunaire Terre-Lune du CIS
Système de guidage de porteuse assistée par ordinateur (CACGS) pour les UAV

Les autres catégories comprennent:

Les UAV amateurs – qui peuvent être subdivisés en
Prêt à voler (RTF) / Commercial disponible dans le commerce (COTS)
Bind-fly (BNF) – nécessite un minimum de connaissances pour piloter la plateforme
Presque prêt à voler (ARF) / Bricolage – Nécessite des connaissances importantes pour monter dans les airs
Cadre nu – nécessite des connaissances importantes et vos propres pièces pour le faire voler
Drones militaires et commerciaux de taille moyenne
Grands drones militaires
Drones de combat furtif

Avion polyvalent sans pilote (à l’origine un Sinistr 2 places Pipistrel)
Aéronefs habités transformés en UAV ou OpVs non pilotés

Les classifications en fonction du poids de l’avion sont assez simples:

Micro air vehicle (MAV) – le plus petit UAV pouvant peser moins de 1 g
UAV miniature (également appelé SUAS) – environ moins de 25 kg
Drones plus lourds

Composants de drone
Les aéronefs habités et non habités du même type ont généralement des composants physiques similaires. Les principales exceptions sont le système de contrôle du poste de pilotage et de l’environnement ou les systèmes d’assistance à la vie. Certains UAV transportent des charges utiles (telles qu’une caméra) qui pèsent considérablement moins qu’un être humain adulte et peuvent par conséquent être considérablement plus petites. Bien qu’ils transportent de lourdes charges utiles, les UAV militaires dotés d’armes sont plus légers que leurs homologues dotés d’armes comparables.

Les petits UAV civils ne disposent pas de systèmes essentiels à la vie, et peuvent donc être construits à partir de matériaux et de formes plus légers mais moins robustes, et peuvent utiliser des systèmes de contrôle électroniques moins robustement testés. Pour les petits UAV, la conception quadricoptère est devenue populaire, bien que cette configuration soit rarement utilisée pour les avions pilotés. La miniaturisation signifie que des technologies de propulsion moins puissantes peuvent être utilisées, qui ne sont pas réalisables pour les aéronefs pilotés, telles que les petits moteurs électriques et les batteries.

Les systèmes de contrôle des UAV diffèrent souvent de ceux des véhicules pilotés. Pour le contrôle humain à distance, une caméra et un lien vidéo remplacent presque toujours les fenêtres du poste de pilotage; les commandes numériques transmises par radio remplacent les commandes physiques du poste de pilotage. Le logiciel de pilote automatique est utilisé à la fois sur les avions pilotés et sur les avions non pilotés, avec différentes fonctionnalités.

Corps
La principale différence pour les avions est l’absence de la zone du cockpit et de ses fenêtres. Les quadricoptères sans queue sont un facteur de forme courant pour les UAV à voilure tournante, tandis que les monocoptères et les bicoptères à queue sont courants pour les plates-formes habitées.

Alimentation et plateforme
Les petits UAV utilisent principalement des batteries au lithium-polymère (Li-Po), tandis que les plus gros véhicules utilisent des moteurs d’avion classiques. L’échelle ou la taille des aéronefs ne constitue pas la caractéristique déterminante ou limitante de l’alimentation en énergie d’un UAV. À l’heure actuelle, [quand?], La densité énergétique du Li-Po est bien inférieure à celle de l’essence.Le record de voyage d’un UAV (construit à partir de bois de balsa et de peau de mylar) à travers l’Atlantique Nord est détenu par un modèle réduit d’avion ou un UAV. Manard Hill en “en 2003, lorsque l’une de ses créations a parcouru 1882 milles à travers l’océan Atlantique avec moins d’un gallon de carburant” détient ce record. Voir: L’énergie électrique est utilisée car moins de travail est nécessaire pour un vol et les moteurs électriques sont plus silencieux. De plus, si le rapport poussée / poids est correctement conçu, un moteur électrique ou à essence entraînant une hélice peut rester stationnaire ou monter verticalement. L’avion Botmite est un exemple d’UAV électrique pouvant monter verticalement.

Le circuit d’élimination de la batterie (BEC) sert à centraliser la distribution d’électricité et contient souvent une unité de microcontrôleur (MCU). Les BEC plus coûteux en commutation diminuent le chauffage sur la plate-forme.

L’informatique
La capacité informatique des UAV a suivi les progrès de la technologie informatique, en commençant par les commandes analogiques et en évoluant vers des microcontrôleurs, puis des systèmes de système sur puce (SOC) et des ordinateurs à carte unique (SBC).

Le matériel système des petits UAV est souvent appelé contrôleur de vol (FC), carte de contrôleur de vol (FCB) ou pilote automatique.

Capteurs
Les capteurs de position et de mouvement fournissent des informations sur l’état de l’avion. Les capteurs extéroceptifs traitent des informations externes telles que les mesures de distance, tandis que les capteurs expropriosifs corrèlent les états interne et externe.

Les capteurs non coopératifs sont capables de détecter des cibles de manière autonome, ils sont donc utilisés pour assurer la séparation et éviter les collisions.

Degrés de liberté (DOF) désigne à la fois la quantité et la qualité des capteurs embarqués: 6 DOF implique des gyroscopes et des accéléromètres à 3 axes (une unité de mesure inertielle typique – IMU), 9 DOF se rapportent à une IMU plus un compas, 10 DOF ajoute un baromètre et 11 DOF ajoute généralement un récepteur GPS.

Actionneurs
Les actionneurs d’UAV comprennent les régulateurs de vitesse électroniques numériques (qui contrôlent le régime des moteurs) liés aux moteurs / hélices, aux servomoteurs (principalement pour avions et hélicoptères), aux actionneurs, aux actionneurs, aux DEL et aux haut-parleurs.

Logiciel
Logiciel UAV appelé la pile de vol ou pilote automatique. Les UAV sont des systèmes en temps réel qui nécessitent une réponse rapide à l’évolution des données du capteur. Exemples: Raspberry Pis, Beagleboards, etc., protégés avec NavIO, PXFMini, etc. ou conçus de toutes pièces, tels que Nuttx, Linux préemptif-RT, Xenomai, le système d’exploitation Orocos-Robot ou DDS-ROS 2.0.

Vue d’ensemble de la pile de vol

Couche Exigence Opérations Exemple
Micrologiciel Temps critique Du code machine à l’exécution du processeur, accès mémoire ArduCopter-v1.px4
Middleware Temps critique Contrôle de vol, navigation, gestion radio Cleanflight, ArduPilot
Système opérateur Intensif en informatique Flux optique, évitement d’obstacles, SLAM, prise de décision ROS, distributions Nuttx, Linux, Microsoft IOT

Les piles open-source à usage civil incluent:

ArduCopter
DroneCode (fourni par ArduCopter)
CrazyFlie
KKMultiCopter
MultiWii
BaseFlight (fourni par MultiWii)
CleanFlight (dérivé de BaseFlight)
BetaFlight (fourni par CleanFlight)
iNav (fourni par CleanFlight)
RaceFlight (à partir de CleanFlight)
OpenPilot
dRonin (fourni par OpenPilot)
LibrePilot (fourni avec OpenPilot)
TauLabs (fourni par OpenPilot)
Paparazzi

Principes de la boucle
Les UAV utilisent des architectures de contrôle en boucle ouverte, en boucle fermée ou hybride.

Boucle ouverte – Ce type fournit un signal de contrôle positif (plus rapide, plus lent, gauche, droite, haut, bas) sans intégrer de retour d’informations à partir des données du capteur.
Boucle fermée – Ce type intègre la rétroaction du capteur pour ajuster le comportement (réduire la vitesse pour refléter le vent arrière, aller à une altitude de 300 pieds). Le contrôleur PID est commun.Parfois, le feedforward est utilisé, transférant la nécessité de fermer davantage la boucle.

Commandes de vol
Les UAV peuvent être programmés pour effectuer des manœuvres agressives ou pour atterrir / se percher sur des surfaces inclinées, puis pour monter vers de meilleurs points de communication.Certains UAV peuvent contrôler le vol avec différentes modélisations de vol, telles que les conceptions VTOL.

Les UAV peuvent également être utilisés sur une surface verticale plane.

Les communications
La plupart des UAV utilisent une radio pour le contrôle à distance et l’échange de données vidéo et autres. Les premiers drones n’avaient que des liaisons montantes à bande étroite. Les liens descendants sont venus plus tard. Ces liaisons radio bidirectionnelles à bande étroite transportaient des données de commandement et de contrôle (C & C) et de télémétrie sur l’état des systèmes de l’aéronef à l’opérateur distant. Pour les vols à très longue distance, les UAV militaires utilisent également des récepteurs satellite dans les systèmes de navigation par satellite. Dans les cas où une transmission vidéo était nécessaire, les UAV mettront en œuvre une liaison radio vidéo analogique séparée.

Dans les applications UAV les plus modernes, la transmission vidéo est requise. Ainsi, au lieu de disposer de 2 liaisons distinctes pour le trafic C & amp, C, Télémétrie et Vidéo, une liaison large bande est utilisée pour transporter tous les types de données sur une seule liaison radio. Ces liaisons à large bande peuvent exploiter les techniques de qualité de service pour optimiser le trafic C & amp; C à faible latence. Habituellement, ces liaisons large bande transportent un trafic TCP / IP pouvant être routé sur Internet.

Le signal radio du côté de l’opérateur peut être émis soit par:

Contrôle au sol – une personne qui exploite un émetteur / récepteur radio, un smartphone, une tablette, un ordinateur ou la signification originale d’un poste de contrôle au sol militaire (GCS).Récemment, le contrôle à partir de dispositifs portables, la reconnaissance du mouvement humain, les ondes cérébrales humaines ont également été démontrés.
Système de réseau distant, tel que les liaisons de données duplex par satellite pour certaines puissances militaires. La vidéo numérique en aval sur les réseaux de téléphonie mobile a également fait son entrée sur les marchés grand public, tandis que la liaison montante de contrôle direct par UAV sur le maillage célullaire et le LTE a été démontrée et est en cours d’essais.
Un autre aéronef, servant de relais ou de station de contrôle mobile – un équipage militaire sans équipage (MUM-T).
Un protocole MAVLink devient de plus en plus populaire pour transporter des données de commande et de contrôle entre le contrôle au sol et le véhicule

Autonomie
L’OACI classe les aéronefs sans équipage soit comme aéronefs pilotés à distance, soit totalement autonomes. Les UAV réels peuvent offrir des degrés d’autonomie intermédiaires. Par exemple, un véhicule qui est piloté à distance dans la plupart des contextes peut avoir une opération de retour à la base autonome.

L’autonomie de base provient des capteurs proprioceptifs. Une autonomie avancée appelle une connaissance de la situation, une connaissance de l’environnement entourant l’aéronef à partir de capteurs exterioceptifs: la fusion de capteurs intègre les informations provenant de plusieurs capteurs.

Principes de base
Une façon de réaliser un contrôle autonome utilise plusieurs couches de boucle de contrôle, comme dans les systèmes de contrôle hiérarchiques. À partir de 2016, les boucles dans les couches inférieures (c.-à-d. Pour les commandes de vol) atteignent 32 000 fois par seconde, tandis que les boucles de niveau supérieur peuvent faire un cycle une fois par seconde. Le principe est de décomposer le comportement de l’aéronef en “morceaux” gérables, ou états, avec des transitions connues. Les types de systèmes de contrôle hiérarchiques vont des simples scripts aux machines à états finis, en passant par les arbres de comportement et les planificateurs de tâches hiérarchiques.Le mécanisme de contrôle le plus couramment utilisé dans ces couches est le contrôleur PID, qui peut être utilisé pour survoler un quadcoptère en utilisant les données de l’IMU pour calculer des entrées précises pour les contrôleurs de vitesse électroniques et les moteurs.

Exemples d’algorithmes de couche intermédiaire:

Planification de trajectoire: déterminer la trajectoire optimale à suivre par le véhicule tout en respectant les objectifs et les contraintes de la mission, tels que les obstacles ou les besoins en carburant
Génération de trajectoire (planification de mouvement): détermination des manœuvres de contrôle à effectuer pour suivre un chemin donné ou pour aller d’un endroit à un autre
Régulation de trajectoire: contraindre un véhicule dans une certaine tolérance à une trajectoire

Les planificateurs de tâches hiérarchiques UAV évolués utilisent des méthodes telles que la recherche dans l’arbre d’état ou des algorithmes génétiques.

Caractéristiques d’autonomie
Les fabricants d’UAV intègrent souvent des opérations autonomes spécifiques, telles que:

Niveau automatique: stabilisation de l’attitude sur les axes de tangage et de roulis.
Maintien en altitude: l’avion maintient son altitude en utilisant des capteurs barométriques ou au sol.
Maintien en vol stationnaire / maintien en position: maintenez le tangage et le roulis de niveau, maintenez le cap et l’altitude stables tout en conservant la position à l’aide de capteurs GNSS ou inertiels.
Mode sans tête: Contrôle du tangage par rapport à la position du pilote plutôt que par rapport aux axes du véhicule.
Sans souci: contrôle automatique du roulis et du mouvement de lacet en se déplaçant horizontalement
Décollage et atterrissage (à l’aide d’une variété de capteurs et de systèmes basés sur l’avion ou au sol; voir aussi: Autoland)
Failsafe: atterrissage ou retour automatique à la maison en cas de perte du signal de contrôle
Retour à la maison: retournez au point de décollage (prenez souvent l’altitude en premier pour éviter d’éventuelles obstructions telles que des arbres ou des bâtiments).
Suivez-moi: maintenez la position relative par rapport à un pilote en mouvement ou à un autre objet à l’aide du GNSS, de la reconnaissance d’image ou de la balise de référence.
Navigation par point de cheminement GPS: Utilisation du GNSS pour naviguer vers un emplacement intermédiaire sur un trajet.
En orbite autour d’un objet: similaire à Follow-me mais encercle continuellement une cible.
Voltige aérienne préprogrammée (telle que rouleaux et boucles)

Les fonctions
Une autonomie totale est disponible pour des tâches spécifiques, telles que le ravitaillement en vol ou la commutation de batterie au sol; mais les tâches de niveau supérieur nécessitent des capacités de calcul, de détection et d’activation plus importantes. Une approche pour quantifier les capacités autonomes est basée sur la terminologie OODA, suggérée par un laboratoire de recherche de la US Air Force en 2002, et utilisée dans le tableau ci-dessous:

Des niveaux d’autonomie moyens, tels que l’autonomie réactive et des niveaux élevés d’utilisation de l’autonomie cognitive, ont déjà été atteints dans une certaine mesure et constituent des domaines de recherche très actifs.

Autonomie réactive
L’autonomie réactive, telle que le vol collectif, l’évitement des collisions en temps réel, le suivi des murs et le centrage des corridors, repose sur les télécommunications et la connaissance de la situation fournies par les capteurs de distance: flux optique, lidars (radars légers), radars, sonars.

La plupart des capteurs de distance analysent le rayonnement électromagnétique, réfléchi par l’environnement et atteignant le capteur. Les caméras (pour le flux visuel) agissent comme de simples récepteurs. Les lidars, les radars et les sonars (avec des ondes sonores mécaniques) émettent et reçoivent des ondes, mesurant le temps de transit aller-retour. Les caméras UAV ne nécessitent pas de puissance émettrice, ce qui réduit la consommation totale.

Les radars et les sonars sont principalement utilisés pour des applications militaires.

L’autonomie réactive a déjà, sous certaines formes, atteint les marchés de consommation: elle peut être largement disponible dans moins d’une décennie.

Localisation et cartographie simultanées
Le SLAM combine l’odométrie et des données externes pour représenter le monde et la position du drone en trois dimensions. La navigation en extérieur en haute altitude ne nécessite pas de grands champs de vision verticaux et peut s’appuyer sur les coordonnées GPS (ce qui simplifie la cartographie plutôt que le SLAM).

La photogrammétrie et le LIDAR sont deux domaines de recherche connexes, en particulier dans les environnements 3D à basse altitude et en intérieur.

Le SLAM photogrammétrique et stéréophotogrammétrique en intérieur a été démontré avec des quadricoptères.
Les plates-formes Lidar dotées de plates-formes laser traditionnelles lourdes, coûteuses et à cardan sont éprouvées. Des recherches ont été menées sur les coûts de production, l’expansion 2D vers 3D, le rapport puissance / portée, le poids et les dimensions. Les applications de télémétrie à LED sont commercialisées pour les capacités de détection à faible distance. La recherche étudie l’hybridation entre l’émission de lumière et la puissance de calcul: modulateurs de lumière spatiaux à réseau phasé et lasers à émission de surface à cavité verticale modulés en fréquence (FMCW) MEMS (VCSEL).

Fourmillement
On entend par essaimage de robots des réseaux d’agents capables de se reconfigurer de manière dynamique lorsque des éléments quittent ou entrent dans le réseau. Ils offrent une plus grande flexibilité que la coopération multi-agents. L’essaimage peut ouvrir la voie à la fusion de données.Certains essaims de vol bioinspirés utilisent des comportements de direction et de flocage. [Clarification nécessaire]

Potentiel militaire futur
Dans le secteur militaire, les Predators et les Reapers américains sont conçus pour les opérations de lutte contre le terrorisme et dans les zones de guerre où l’ennemi manque de puissance de feu suffisante pour les abattre. Ils ne sont pas conçus pour résister aux défenses antiaériennes ou aux combats air-air. En septembre 2013, le chef du US Air Combat Command a déclaré que les UAV actuels étaient “inutiles dans un environnement contesté” à moins que des aéronefs pilotés ne soient présents pour les protéger. Un rapport du Service de recherche du Congrès (CRS) de 2012 spéculait qu’à l’avenir, les UAV pourraient être en mesure d’accomplir des tâches autres que le renseignement, la surveillance, la reconnaissance et les frappes; le rapport de CRS a énuméré les combats air-air (“une tâche future plus difficile”) parmi les entreprises futures possibles. La feuille de route intégrée des systèmes sans équipage du ministère de la Défense pour les exercices 2013 à 2038 prévoit une place plus importante pour les UAV au combat. Les problèmes incluent des capacités étendues, l’interaction homme-UAV, la gestion d’un flux d’informations accru, une autonomie accrue et le développement de munitions spécifiques à un UAV. Le projet de systèmes de systèmes de la DARPA ou les travaux de General Atomics peuvent augurer de futurs scénarios de guerre, ces derniers dévoilant des essaims Avenger équipés du système de défense à grande surface au liquide (HELLADS).

Radio cognitive
La technologie de radio cognitive [clarification nécessaire] peut avoir des applications d’UAV.

Capacités d’apprentissage
Les UAV peuvent exploiter des réseaux de neurones distribués.

Marché
Militaire
Le marché mondial des drones militaires est dominé par des sociétés basées aux États-Unis et en Israël. En chiffres de vente, les États-Unis détenaient plus de 60% du marché militaire en 2017. Quatre des cinq principaux fabricants de drones militaires sont américains, dont General Atomics, Lockheed Martin, Northrop Grumman et Boeing, suivis de la société chinoise CASC. Les entreprises israéliennes se concentrent principalement sur le petit système de drones de surveillance et sur la quantité de drones, Israël a exporté 60,7% (2014) d’UAV sur le marché, tandis que les États-Unis en ont exporté 23,9% (2014); Les principaux importateurs d’UAV militaires sont le Royaume-Uni (33,9%) et l’Inde (13,2%). Les États-Unis ont à eux seuls utilisé plus de 9 000 UAV militaires en 2014. General Atomics est le fabricant dominant de la gamme de produits des systèmes Global Hawk et Predator / Mariner.

Civil
Le marché des drones civils est dominé par les entreprises chinoises. Le fabricant chinois de drones, DJI, détient à lui seul 75% du marché civil en 2017 et prévoit des ventes mondiales de 11 milliards de dollars en 2020. Suivi de la société française Parrot avec 110 millions de dollars et de la société américaine 3DRobotics avec 21,6 millions de dollars en 2014. En mars 2018, plus d’un millions d’UAV (878 000 amateurs et 122 000 commerciaux) ont été enregistrés auprès de la FAA des États-Unis. Le NPD 2018 indique que les consommateurs achètent de plus en plus de drones dotés de fonctionnalités plus avancées, avec une croissance de 33% dans les segments de marché des 500 $ et plus de 1 000 $.

Le marché des UAV civils est relativement nouveau par rapport au marché militaire. Des entreprises émergent dans les pays développés et en développement en même temps. De nombreuses start-up en phase de démarrage ont bénéficié du soutien et du financement d’investisseurs comme aux États-Unis et d’agences gouvernementales, comme en Inde. Certaines universités offrent des programmes de recherche et de formation ou des diplômes. Les entités privées proposent également des programmes de formation en ligne et en personne pour l’utilisation récréative et commerciale des UAV.

Les drones de consommation sont également largement utilisés par les organisations militaires du monde entier en raison de la nature économique du produit de consommation. En 2018, les militaires israéliens ont commencé à utiliser les drones DJI Mavic et Matrice pour les missions de reconnaissance légère, car les drones civils sont plus faciles à utiliser et offrent une plus grande fiabilité. Les drones DJI sont également le système aérien sans pilote le plus utilisé dans le monde par l’armée américaine.

Les drones lumineux commencent à être utilisés dans les affichages nocturnes à des fins artistiques et publicitaires.

Transport
L’AIA indique que les drones cargo et passagers de grande taille devraient être certifiés et introduits au cours des 20 prochaines années. De grands drones porteurs de capteurs sont attendus à partir de 2018; cargos de courte distance et à basse altitude en dehors des villes à partir de 2025; fret long-courrier d’ici le milieu des années 2030 puis passager d’ici 2040. Les dépenses consacrées à la recherche et au développement devraient passer de quelques centaines de millions de dollars en 2018 à 4 milliards d’ici 2028 et à 30 milliards d’ici 2036.

Considérations de développement

Imitation animale – éthologie
Les ornithoptères à ailes battantes, imitant des oiseaux ou des insectes, constituent un domaine de recherche dans le domaine des microUAV. Leur furtivité inhérente les recommande pour les missions d’espionnage.

Le Nano Hummingbird est disponible dans le commerce, tandis que les microUAV de moins de 1 g inspirés par les mouches, bien que utilisant un cordon d’alimentation, puissent “atterrir” sur des surfaces verticales.

D’autres projets comprennent des “coléoptères” non habités et d’autres insectes.

La recherche explore des capteurs miniatures de flux optique, appelés ocellis, imitant les yeux d’insectes composés formés de multiples facettes, qui peuvent transmettre des données à des puces neuromorphes capables de traiter le flux optique ainsi que les écarts d’intensité lumineuse.

Endurance
L’endurance de l’UAV n’est pas limitée par les capacités physiologiques d’un pilote humain.

En raison de leur petite taille, de leur faible poids, de leurs faibles vibrations et de leur rapport poids / puissance élevé, les moteurs rotatifs Wankel sont utilisés dans de nombreux grands drones. Leurs rotors de moteur ne peuvent pas saisir; le moteur n’est pas sujet au refroidissement par choc pendant la descente et il ne nécessite pas de mélange de carburant enrichi pour le refroidissement à puissance élevée. Ces attributs réduisent la consommation de carburant, l’augmentation de la portée ou de la charge utile.

Un bon refroidissement des drones est essentiel pour une endurance à long terme des drones. La surchauffe et les pannes de moteur qui en résultent sont la cause la plus courante de panne de drones.

Les piles à combustible à hydrogène, utilisant l’énergie de l’hydrogène, peuvent prolonger l’endurance de petits UAV jusqu’à plusieurs heures.

L’endurance des micro-véhicules aériens est jusqu’à présent mieux réalisée avec des UAV à ailes battantes, suivis des avions et des multirotors à la dernière place, en raison du nombre de Reynolds réduit.

Les drones à énergie solaire, un concept mis au point à l’origine par l’AstroFlight Sunrise en 1974, ont permis des temps de vol de plusieurs semaines.

Les satellites atmosphériques (“atmosphères”) conçus pour fonctionner à une altitude supérieure à 20 km aussi longtemps que cinq ans pourraient potentiellement accomplir des tâches plus économiquement et avec plus de polyvalence que les satellites en orbite terrestre basse. Les applications probables comprennent la surveillance météorologique, la reprise après sinistre, l’imagerie terrestre et les communications.

Les UAV électriques alimentés par transmission d’énergie hyperfréquence ou par faisceau laser sont d’autres solutions d’endurance potentielles.

Une autre application pour un drone de haute endurance serait de “regarder” un champ de bataille pendant un long intervalle (ARGUS-IS, Gorgon Stare, une structure de capteur intégrée) pour enregistrer des événements qui pourraient ensuite être lus à l’envers pour suivre les activités sur le champ de bataille.

Longs vols d’endurance

Drone Temps de vol
heures: minutes
Rendez-vous amoureux Remarques
Boeing Condor 58:11 1989 L’avion se trouve actuellement au musée de l’aviation Hiller.
Atomique Général GNAT 40:00 1992
TAM-5 38:52 11 août 2003 Le plus petit UAV à traverser l’Atlantique
QinetiQ Zephyr Solar Electric 54:00 Septembre 2007
RQ-4 Global Hawk 33:06 22 mars 2008 Établissez un record d’endurance pour un avion sans pilote opérationnel à grande échelle.
QinetiQ Zephyr Solar Electric 82:37 28 et 31 juillet 2008
QinetiQ Zephyr Solar Electric 336: 22 9-23 juillet 2010

Fiabilité
Les améliorations de la fiabilité ciblent tous les aspects des systèmes d’UAV, en utilisant des techniques d’ingénierie de résilience et de tolérance aux pannes.

La fiabilité individuelle recouvre la robustesse des contrôleurs de vol afin de garantir la sécurité sans redondance excessive afin de minimiser les coûts et le poids. En outre, l’évaluation dynamique de l’enveloppe de vol permet aux UAV de résister aux dommages, en utilisant une analyse non linéaire avec des boucles ou des réseaux de neurones conçus ad-hoc. La responsabilité des logiciels d’UAV se penche sur la conception et la certification des logiciels avioniques habités.

La résilience Swarm implique le maintien des capacités opérationnelles et la reconfiguration des tâches en cas de défaillance de l’unité.

Applications
Il existe de nombreuses applications civiles, commerciales, militaires et aérospatiales pour les UAV.Ceux-ci inclus:

Civil
Secours en cas de catastrophe, archéologie, conservation (surveillance de la pollution et lutte contre le braconnage), application de la loi, criminalité et terrorisme
Commercial
Surveillance aérienne, réalisation de films, journalisme, recherche scientifique, levés topographiques, transport de marchandises et agriculture
Militaire
Reconnaissance, attaque, déminage et entraînement à la cible

UAV existants
Les UAV sont développés et déployés par de nombreux pays du monde entier. En raison de leur prolifération, il n’existe pas de liste complète des systèmes d’UAV.

L’exportation des UAV ou des technologies capables de transporter une charge utile de 500 kg au moins 300 km est limitée dans de nombreux pays par le régime de contrôle de la technologie des missiles.

Sûreté et sécurité

Trafic aérien
Les UAV peuvent menacer la sécurité de l’espace aérien de nombreuses manières, notamment des collisions non intentionnelles ou d’autres types d’interférences avec d’autres aéronefs, des attaques délibérées ou la distraction de pilotes ou de contrôleurs de vol. Le premier incident d’une collision entre un drone et un avion s’est produit à la mi-octobre 2017 à Québec, au Canada. Le premier cas enregistré de collision entre un drone et une montgolfière s’est produit le 10 août 2018 à Driggs, dans l’Idaho, aux États-Unis; Bien que le ballon n’ait pas été endommagé de manière significative ni blessé, le pilote du ballon a signalé l’incident au NTSB, déclarant qu ‘”j’espère que cet incident contribuera à créer un dialogue de respect de la nature, de l’espace aérien et des règles et réglementations . ”

Utilisation malveillante
Les UAV pourraient être chargés de charges utiles dangereuses et s’être écrasés contre des cibles vulnérables. Les charges utiles peuvent inclure des explosifs, des produits chimiques, des risques radiologiques ou biologiques. Les UAV dotés de charges utiles généralement non létales pourraient éventuellement être piratés et utilisés à des fins malveillantes. Les États ont mis au point des systèmes anti-UAV pour contrer cette menace. Cela s’avère toutefois difficile. Comme le Dr J. Rogers l’a déclaré dans une interview accordée à A & T “Il existe actuellement un débat important sur la meilleure façon de lutter contre ces petits UAV, qu’ils soient utilisés par des passionnés occasionnant des nuisances une manière plus sinistre par un acteur terroriste. ”

En 2017, des drones étaient utilisés pour déposer de la contrebande dans les prisons.

Failles de sécurité
L’intérêt pour la cyber-sécurité des drones a été fortement accru après l’incident de détournement de flux vidéo du drone Predator en 2009, au cours duquel des militants islamistes ont utilisé un équipement bon marché et standard pour diffuser des flux vidéo provenant d’un drone. Un autre risque est la possibilité de détourner ou de bloquer un UAV en vol. Plusieurs chercheurs en sécurité ont rendu publiques certaines vulnérabilités dans les UAV commerciaux, fournissant même dans certains cas un code source complet ou des outils pour reproduire leurs attaques. Lors d’un atelier sur les UAV et la protection de la vie privée en octobre 2016, des chercheurs de la Federal Trade Commission ont montré qu’ils étaient capables de pirater trois quadcoptères de consommateurs différents. signaler et ajouter une protection par mot de passe.

Feux de forêt
Aux États-Unis, le vol à proximité d’un feu de forêt est punissable d’une amende maximale de 25 000 $. Néanmoins, en 2014 et 2015, le soutien aérien de lutte contre les incendies en Californie a été entravé à plusieurs reprises, notamment aux incendies du lac et du nord. En réaction, les législateurs de la Californie ont présenté un projet de loi autorisant les pompiers à désactiver les drones qui envahissent l’espace aérien réglementé. La FAA a ensuite exigé l’enregistrement de la plupart des UAV.

L’utilisation de drones fait également l’objet d’une enquête pour aider à détecter et à combattre les incendies de forêt, que ce soit par l’observation ou par le lancement de dispositifs pyrotechniques pour déclencher des retours de flammes.