|
Historia
Początki
- Pierwszy bezzałogowy statek powietrzny – Curtiss N9.
- Pierwszy statek powietrzny bez pilota na pokładzie, używany do przenoszenia ładunków wybuchowych.
- Elmer Sperry i Peter Cooper Hewitt skonstruowali go dla amerykańskiej marynarki wojennej w czasach I wojny światowej.
- Niektóre wykorzystane w tym zdalnie sterowanym statku technologie inspirowane były „teleautomatyką”, która została wykorzystana do sterowania podwodnymi torpedami w 1893 r.
- Dla wojska budowane były następnie takie statki jak Liberty Eagle, zwany „powietrzną torpedą” czy „samolotem-pociskiem”, i TDN-1, zwany „dronem szturmowym” czy „latającą bombą”.
|

Rys. 1 Curtiss N9
|
|

Rys. 2 Liberty Eagle
|

Rys. 3 Dron szturmowy TDN-1
|
Konieczność precyzyjnego sterowania
- Pierwsze statki powietrzne projektowane przez braci Wright miały problemy ze sterownością.
- Przypisuje się im opracowanie powszechnie stosowanej koncepcji kontrolowania statku powietrznego cięższego od powietrza z pilotem na pokładzie, które odbywa się w trzech osiach: pionowej (kąt odchylenia [„yaw”]), poprzecznej (kąt pochylenia [„pitch”]) i podłużnej (kąt przechylenia [„roll”]).
- W tym samym czasie naukowiec Samuel P. Langley pracował nad osiągnięciem stabilności lotu statku załogowego. Niestety mimo wsparcia finansowego ze strony rządu i wojska nie zdołał przeprowadzić udanego lotu.
- Znaczny postęp osiągnięto natomiast w zakresie optymalizacji konstrukcji, aerodynamiki, powierzchni sterowych czy konfiguracji skrzydeł generującej siłę nośną.
|

Rys. 7 „Wright Flyer”
|
|

|

Rys. 8 Aparat „Aerodrome” nr 6 Langley’a
|
Sterowanie radiowe i pilot automatyczny
- Do powstania zdalnie sterowanych statków powietrznych, czyli bezzałogowych systemów powietrznych / dronów, przyczynił się szereg innych wynalazków.
- Zanim wynaleziono statki powietrzne odkrycie fal radiowych i ich wykorzystanie do bezprzewodowego przesyłania sygnałów doprowadziło do powstania nowej dziedziny, nazwanej wtedy „teleautomatyką”.
- W 1898 r. wynaleziono podwodne torpedy, które doprowadzały ładunki wybuchowe do statków wroga, używając teleautomatyki.
- Kolejną technologią, zaprojektowaną przez Elemera Sperry’ego specjalnie na potrzeby torped, był trójosiowy morski żyrokompas.
- Wszystko to pozwoliło Sperry’emu opracować pierwszy poprawnie działający mechaniczny pilot automatyczny.
|
|

Rys. 9 Model łodzi sterowanej za pomocą teleautomatyki, wykonany przez Nikolę Teslę
|

Rys. 10 Trójosiowy mechaniczny żyrokompas
|
Wprowadzenie do BSP i ich zastosowania
Definicja BSP
- Według Federalnej Administracji Lotnictwa (FAA) bezzałogowy system powietrzny (BSP) to bezzałogowy statek powietrzny oraz wyposażenie niezbędne do bezpiecznego i wydajnego działania tego statku.
- Bezzałogowy statek powietrzny stanowi zatem element BSP.
- Wszystkie statki powietrzne eksploatowane bez możliwości bezpośredniej interwencji człowieka znajdującego się we wnętrzu statku lub na statku są klasyfikowane jako bezzałogowe statki powietrzne. (Public Law 112-95, Section 331(8)).
|

Rys. 11 Platformy BSP: stałopłatowa CTOL* (po lewej) i wielowirnikowa VTOL** (po prawej)
*konwencjonalny start i lądowanie
** pionowy start i lądowanie
|
Podstawowa technologia
- Aby zrozumieć podstawy technologii BSP, trzeba posiadać podstawową wiedzę z zakresu sterowania pojazdami, stabilizacji i konstrukcji czujników.
- Metody sterowania stosowane w BSP można ogólnie podzielić na:
- Sterowanie manualne – wykwalifikowany pilot BSP może w precyzyjny i przewidywalny sposób manipulować trasą lotu BSP.
- Sterowanie stabilizowane przez autopilota – pilot w precyzyjny sposób nadaje kierunek statkowi powietrznemu, natomiast autopilot na jego pokładzie odpowiada za stabilizację lotu. Poziom autonomiczności BSP jest zatem w tym przypadku większy.
- Sterowanie automatyczne – w tym scenariuszu udział pilota jest najmniejszy. Planowanie misji odbywa się za pomocą oprogramowania jeszcze przed startem statku, a za sterowanie jest w całości odpowiedzialny program do kontroli naziemnej oraz pokładowy autopilot.
|
|

Rys. 12 Różne poziomy autonomii BSP
|
Ładowność (payload)
- Ładowność (payload) to maksymalna masa ładunku, jaką może unieść BSP. Nie wlicza się do niej masy samej platformy.
- Rodzaje dodatkowych ładunków różnią się w zależności od celu misji realizowanej przez platformę. Zazwyczaj są to systemy używane do gromadzenia danych, takich jak obrazy, filmy, temperatura, współrzędne itp.
- Do typowych ładunków BSP należą:
- Czujniki elektrooptyczne
- Czujniki widma światła widzialnego RGB
- Czujniki podczerwieni (IR)
- Czujniki LiDAR (skanowanie laserowe)
- SAR (radar z syntetyczną aperturą)
|
 |
Oprogramowanie BSP
- Oprogramowanie jest kluczowym elementem BSP, niezależnie od poziomu autonomii danego bezzałogowego statku powietrznego.
- Pokładowy autopilot, naziemne przetwarzanie danych i wiele innych funkcji jest dziś realizowanych przez oprogramowanie.
- Typowe oprogramowanie, które jest obecnie dostępne na rynku:
- Oprogramowanie do zarządzania flotą BSP
- Oprogramowanie autopilota
- Oprogramowanie do zarządzania danymi z czujników
- Oprogramowanie do fotogrametrii analitycznej
- Wykrywanie zmian i uczenie maszynowe
- Oprogramowanie do wizji komputerowej
- Oprogramowanie do autonomicznego planowania trasy lotu
|

| |