Куда летят мультикоптеры? Дорожная карта технологий

в 19:14, , рубрики: diy или сделай сам, БПЛА, квадрокоптеры, коптеры, мультикоптеры, робототехника, метки: , , ,

Никто не будет спорить, что мультикоптеры это не только хобби для моделистов. Кроме развлечения им можно найти много полезных применений в разных областях. Но в целом, они способны выполнять только две основные функции:

  • сбор и передача данных
  • транспортировка грузов

image

При организации сетей или роев (swarm) мультикоптеров эти функции могут выполняться очень эффективно.
Например, скоординированные усилия позволят транспортировать груз, который не под силу поднять одному устройству. Или другой пример, распределенный рой может одновременно собирать информацию и передавать ее по принципу peer-2-peer сетей.
Интересно, что их ждет в будущем. Попробую ответить на этот вопрос, пользуясь данными для беспилотных летательных аппаратов.

Перспективы беспилотников

Вот два отчета, показывающих перспективы беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) и беспилотных летательных систем (БПЛС):

  • Civil UAV Capability Assessment. Draft Version. NASA. December 2004. Несмотря на то, что отчет датирован 2004 годом, на него стоит взглянуть. Доступен для скачивания здесь: www.nasa.gov/centers/dryden/research/civuav/civ_uav_index.html
  • The economic impact of unmanned aircraft systems integration in the United States. AUVSI. March 2013. Доступен для скачивания здесь: www.auvsi.org/econreport

Для справки: БПЛС = БПЛА + наземная станция управления

Согласно данным отчетам, кроме военной и научной, перспективны следующие области коммерческого и гражданского применения:

  1. точное сельское хозяйство
  2. общественная безопасность
  3. борьба с лесными пожарами
  4. мониторинг сельского хозяйства
  5. управление чрезвычайными ситуациями
  6. обследование линейной инфраструктуры (линий электропередач, трубопроводов)
  7. усиление мер по обеспечению правопорядка
  8. телекоммуникации
  9. мониторинг погоды
  10. аэрофотовидеосъемка и картографирование
  11. телевидение, кинематограф (съемка репортажей, сцен фильмов)
  12. мониторинг окружающей среды
  13. разведывание запасов нефти и газа
  14. грузовые перевозки

Первые 2 области охватывают около 90% всех известных рынков БПЛС в США. Суммарный ожидаемый в 2015 году экономический эффект для США составит 2 276 млн. долларов и более 23 тысяч новых рабочих мест.
На приведенных графиках показаны цифры до 2025 года.
image
Общие затраты и экономический эффект

image
Рост числа рабочих мест

Очень важно для достижения такого роста решить вопросы государственного регулирования и страхования при использовании воздушного пространства и обеспечении безопасности полетов.
Но кроме государственного регулирования и страхования потребуется создание ряда технологий. Какие же технологии необходимы?

Министерство обороны и Федеральное управление гражданской авиации США называют следующие направления исследований:

  • Взаимодействие и модульность — развитие интерфейсов взаимодействия между модулями (датчиками, контроллерами и пр.) для сокращения сроков разработки
  • Системы связи — повышение дальности, пропускной способности и помехозащищенности
  • Кибербезопасность — повышение защищенности БПЛС от угроз неавторизованного доступа и разглашения информации
  • Постоянное совершенствование — улучшение таких характеристик, как габариты, вес, мощность, охлаждение, надежность, управляемость, живучесть и др.
  • Автономность и когнитивное поведение — снижение затрат на ручное управление человеком
  • Вооруженность — чисто военное применение
  • Десантирование сенсоров — сбор информации и выполнение других задач на поверхности
  • Метеорология — сбор информации для точного предсказания погоды
  • Высокопроизводительные вычисления — рост числа сенсоров и объемов собираемой информации требуют повышения эффективности вычислений
  • Уклонение от столкновений — технологии позволяющие избегать столкновений, как в воздухе, так и на земле
  • Удаленный мониторинг и управление — изменение заданий во время полета, управление группами БПЛА
  • Дальность и длительность полета — понятно о чем речь
  • Полеты в строю — точное позиционирование БПЛА относительно друг друга в строю
  • Вертикальные полеты — движение в вертикальном направлении для научных исследований на больших высотах
  • Стыковка — на земле и в воздухе с грузами, другими БПЛА и пр.
  • Управление при возникновении непредвиденных ситуаций — минимизация последствий при авариях БПЛА и в других ситуациях

Любой желающий может попробовать свои силы в разработке данных технологий.
Вот примеры полученных результатов.

Меня же заинтересовала тема по повышению дальности и длительности полета для мультикоптеров, как одна из наиболее приоритетных.

Два решения по повышения дальности и длительности полета

Выношу на обсуждение два решения по повышению дальности и длительности полетов мультикоптеров.
Прошу знающих хабравчан принять участие и подсказать ответы на возникшие вопросы.

Коптер + крыло

Совместить мультикоптер с крылом и получить новую разновидность VTOL. Никаких элеронов и прочих подвижных частей (кроме пропеллеров).
image
Данное решение является очевидным, но пока мне не удалось найти подтверждений, что оно было успешно реализовано именно в таком виде.

Вопросы для обсуждения:
Почему? Какие минусы у этого решения?

Вот наиболее успешные примеры похожих решений:



и вот этот ветряк

Наземная инфраструктура

Более обширная тема. Как говорится, витает в воздухе. Смысл решения в организации сети заправочных станций. В идеале — автоматических.
Здесь ситуация лучше. Есть конкретные дизайны. Бери и делай.
Вот примеры работ на эту тему:

  • Automatic Battery Replacement System for UAVs: Analysis and Design. Koji A. O. Suzuki Paulo Kemper F. James R. Morrison. Received: February 15, 2011 / Accepted: April 3, 2011
  • UAV Consumable Replenishment: Design Concepts for Automated Service Stations. Paulo Kemper F.1 ∙ Koji A.O. Suzuki2 ∙ James R. Morrison3*

image
image

Но есть проблема с организацией сети таких станций с достаточно плотным покрытием территорий.

Вопросы для обсуждения:
Что мешает организовать такую сеть, например, в одном из районов Подмосковья силами добровольцев?
Какие технические задачи должны быть решены?
Может уже кто-нибудь пробовал автономный беспосадочный перелет для перевозки чего-нибудь другу или соседу?
Какова должна быть дальность, высота, траектория между узлами сети в соответствии с техническими возможностями и нормами регуляторов?
Реализована ли автоматическая посадка для дозарядки или замены батареи?

Для начала необходимо понять, на какое расстояние возможен надежный автономный перелет со всех точек зрения (технических, нормативных, законодательных).
Затем нанести на карте координаты добровольцев и понять зоны покрытия и расстояния между ними.
Если зоны перекрываются, то можно двигаться дальше. Определить процедуру заправки. Ну и так далее.
Понятно, что задача сложная, но интересно же, чтобы такая сеть заработала и начала перевозить грузы.
Приглашаю к обсуждению.
В результате обсуждения планирую сформулировать критерии (количественные и качественные) осуществимости описанных идей. В идеале хотелось бы получить ТЗ.

Не за горами...

Давайте помечтаем и сравним этот проект с ARPANET. А лет так через 30, представьте, что эта сеть (уже и название есть — MatterNet) опутает все континенты, и даже через океаны будут переброшены цепочки дрейфующих заправочных платформ.
image
Границ и таможен нет, почты не существует. Посылки с ebay и aliexpress из Китая едут своим ходом на мультикоптере.

В комментариях к этому посту было достаточно идей для реализации. Как говорится дело за малым.
habrahabr.ru/post/181139/

Автор: Rusik72

Источник

Поделиться

* - обязательные к заполнению поля