Dronele-elicopter Alpha 800 pot fi readuse la sol în siguranță, atunci când se pierde semnalul GPS, folosind formule care țin cont de viteza aerului

Pentru a menține o poziție stabilă în zbor, sau pentru a se deplasa între două puncte de pe traseu, toate dronele aeriene folosesc sistemul GNSS¹ (Global Navigation Satellite System) sau, altfel spus, folosesc sistemul de navigație GPS² (Global Positioning System). Într-un articol care face analiza modului de orientare în zbor a dronelor, publicat de compania Alpha Unmanned Systems pe site-ul său (alphaunmannedsystems.com), preluat și de alte reviste on-line, de exemplu de site-ul uavexpertnews.com, se apreciază că, „Tehnologia actuală a dronelor depinde în totalitate de sistemul GNSS/GPS”, ceea ce este „un adevărat călcâi al lui Ahile” pentru această tehnologie revoluționară, tehnologie cu un „potențial enorm de creștere”. Acest posibil inconvenient a fost până acum destul de rar menționat. Având în vedere că normele privind utilizarea dronelor și siguranța zborului sunt permanent în atenția agențiilor de reglementare și că preocuparea pentru a se evita incidentele este pe primul plan, dronele vor fi folosite pentru tot mai multe operațiuni, vor deveni chiar indispensabile pentru activități din diverse domenii de activitate. Dronele vor îndeplini o multitudine de sarcini, de la inspecții de infrastructură (conducte, poduri, linii de înaltă tensiune etc.), la monitorizarea culturilor agricole și a faunei sălbatice, la transportul mărfurilor în zone izolate, la pescuitul comercial și multe altele. Pe lângă sistemul de orientare prin satelit, dronele aeriene de mici dimensiuni (sUAS, small Unmanned Aerial Systems) folosesc senzori MEMS³ (Micro-Electro-Mechanical Systems), cum ar fi accelerometre, giroscoape sau magnetometre, care culeg și transmit informații din toate cele trei axe de rotație ale aparatului de zbor (roll-pitch-yaw sau x-y-z). Pe baza corelării acestor date se poate stabili viteza și direcția de deplasare, iar în urma unor calcule se poate determina, cât mai precis, poziția. „Strategia cea mai sigură pentru o dronă aeriană, atunci când pierde semnalul GPS, este să planeze”. Drona își va determina altitudinea pe baza presiunii barometrice și poziția, calculată cu datele obținute de la senzori. Când o dronă aeriană (UAV, Unmanned Aerial Vehicle) este „bruiată”, va pierde atât semnalul GPS cât și legătura de comunicație cu operatorul de la sol. Pentru astfel de situații a trebuit găsită o soluție. Păstrând unghiurile de rotație (roll și pitch, sau x și y) la valoarea zero, drona va fi purtată de vânt cu viteza acestuia și, în final, va coborî la sol, chiar dacă este la distanță de operator, adică dincolo de linia de observare (BVLOS, Beyond Visual Line-of-Sight). Acest lucru trebuie făcut „manual” de operatorul de la sol în cazul când dispare doar semnalul GPS, trebuie să mențină din comenzi ratația roll și pitch (x și y) la valoarea zero și să controleze aparatul de zbor până când îl aduce la sol. O problemă apare dacă măsurătorile brute oferite de senzori conțin unele erori, zgomot sau abateri. „Datele provenite de la senzori pot avea, uneori, erori foarte mici dar, atunci când acestea sunt integrate în anumiți algoritmi, se pot genera greșeli mult mai mari, ceea ce face ca stabilirea poziției să fie imposibilă”, scrie pe site-ul companiei amintite mai sus. Pentru a estima poziția UAV cu o precizie aproximativă, compania Alpha Unmanned Systems din Madrid, Spania, a implementat dronelor Alpha 800 un mod de calcul care are în vedere direcția și viteza vântului, relativ constante.

Drona Alpha 800 poate să urmărească un plan de zbor, să parcurgă un anumit traseu, să ajungă într-o anumită zonă, sau să se întoarcă acasă în siguranță și dacă UAV nu este în aria de vizibilitate a pilotului (BVLOS). Abaterea poate fi de aproximativ 50 de metri pe minut, dar poate fi mai mare dacă puterea vântului prezintă fluctuații. Compania Alpha Unmanned Systems folosește la dronele-elicopter, modelul Alpha 800, un tub Pitot⁴, cu ajutorul căruia calculează, în situația că se pierde semnalul GPS și pe baza unei formule proprii, viteza UAV, ținând cont de viteza aerului. Dronele-elicopter tactice Alpha 800 au efectuat mai multe teste, iar sistemul de recuperare și-a demonstrat eficiența. Caracteristicile tehnice ale dronei, dar și domeniul în care pot fi utilizate cu succes, vor fi prezentate într-un alt articol.

Va urma.

¹⁾ Sistemul de navigație prin satelit, numit și sistem de poziționare globală prin satelit (Global Navigation Satellite System, GNSS), este un sistem independent care calculează poziția geospațială a obiectelor de pe pământ sau din spațiu cu ajutorul semnalelor receptate de la sateliți sau de la relee terestre cu funcționalitate similară. Sistemul este utilizat pentru orientarea sau dirijarea vehiculelor, a navelor în largul oceanelor, a rachetelor etc. Este sistemul folosit pentru navigarea dronelor. „Pentru stabilirea unei poziții trebuie recepționate simultan semnale de la cel puțin patru sateliți”. Diferențele dintre semnale sunt folosite la determinarea exactă a poziției receptorului.

²⁾ Global Positioning System, GPS (Sistem de Poziționare Globală) este un sistem global de navigație prin satelit (GNSS). GPS-ul este o rețea de sateliți care orbitează în jurul Pământului în puncte fixe și transmite semnale receptorilor aflați la sol. Funcționează în orice condiții meteorologice, oriunde pe glob, 24 ore pe zi. „Semnalele conțin un cod de timp și date geografice care permit utilizatorului să afle poziția exactă în care se află” sau viteza de deplasare dacă este în mișcare. În prezent, „sistemul GPS este utilizat în foarte multe domenii, în aviație și marină, pentru găsirea rutelor pentru autovehicule, pentru crearea de hărți, pentru cercetări seismice, studii climatice etc.” Utilizatorul poate fi oricine dorește să se orienteze pe pământ, pe apă, în aer sau în spațiu. Sistemul este folosit intens de armata Statelor Unite dar este răspândit și în Europa. Pentru aplicațiile civile acuratețea este mult mai redusă.

³⁾ Sistemele MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems) reprezintă tehnologia dispozitivelor de dimensiuni microscopice, în special a celor care au componente în mișcare. „MEMS sunt compuse din componente cu dimensiuni cuprinse între 1,0 și 100 micrometri (0,001 și 0,1 mm), iar dispozitivele MEMS au dimensiuni, în general, între 20 de micrometri și 1 milimetru (0,02 mm și 1,0 mm). Constau, de obicei, dintr-un microprocesor și componente (microsenzori) care interacționează cu spațiul înconjurător”.

⁴⁾ Tubul Pitot, cunoscut și ca sonda Pitot, este un dispozitiv de măsurare a debitului (sau vitezei) de curgere fluidelor. Poartă numele inventatorului, inginerul francez Henri Pitot (1695–1771) care la creat la începutul secolului 18. În forma sa actuală, a fost modificat la mijlocul secolului 19 de către omul de știință francez Henry Darcy (1803-1858). „Este folosit pe scară largă pentru a determina viteza în zbor a unei aeronave, viteza pe apă aunei bărci și pentru a măsura viteza de curgere a lichidului, aerului sau gazului în anumite aplicații industriale”.