NASA испытало диспетчерскую систему для беспилотников
NASA провело испытания новой автоматической диспетчерской системы, предназначенной для управления полетами нескольких беспилотных летательных аппаратов в едином воздушном пространстве. Как пишет Aviation Week, испытания проводились на протяжении октября в Рино в Неваде; в них участвовали в общей сложности 11 разнотипных беспилотников самолетного и вертолетного типов.
Из-за постоянного снижения цен на потребительские дроны таких аппаратов становится все больше и больше. Специалисты полагают, что в ближайшем будущем беспилотников станет достаточно много, чтобы они могли представлять опасность для пилотируемых летательных аппаратов, а также для других дронов.
Разные производители пытаются сделать полеты беспилотников безопасными с помощью разных методов. Одни предусматривают указание запретных для полетов мест в программном обеспечении дронов, другие — создание систем уклонения от столкновения в воздухе, третьи — использование системы автоматического зависимого наблюдения-вещания (ADS-B), передающей данные о местоположении аппарата.
Новая диспетчерская система NASA, получившая название UTM (UAS Traffic Management, управление движением беспилотных воздушных систем), позволяет организовывать полеты дронов в едином воздушном пространстве. Предполагается, что система будет полезной в первую очередь для экстренных служб, использующих в поисково-спасательных операциях беспилотники.
В UTM предполагается использование центрального сервера обработки данных и специальных пультов управления дронами. Эти пульты передают на сервер информацию о взлете и посадке беспилотника, запланированном маршруте его полета, высоте и координатах аппарата. На основе эти данных система дает разрешение на взлет другим аппаратам или предлагает пересмотреть маршрут.
Во время испытаний был отработан сценарий, при котором в едином воздушном пространстве находились одновременно несколько аппаратов. В их числе были дрон, использовавшийся для наблюдения за дорожным движением, и аппарат, проводивший съемки спортивного соревнования.
На испытаниях был отработан сценарий, когда первый дрон был внезапно перенаправлен на поиски потерявшегося человека, а второй — на освещение поисковой операции. Все аппараты находились под контролем UTM. Когда задания двух беспилотников изменились, система автоматически присвоила дрону, отправленному на поиски пропавшего, высший приоритет и «расчистила» для него воздушное пространство.
В рамках этого сценария после распределения полетных приоритетов все операторы беспилотников получили предупреждение о поисково-спасательной операции и рекомендацию вывести беспилотники из зоны поисков.
Другой сценарий на испытаниях предусматривал внезапную отправку пяти дронов в район, пострадавший от землетрясения. В этом случае операторы дронов получили данные о полетных маршрутах и смогли скорректировать собственные полеты таким образом, чтобы не в воздухе не произошло столкновений.
Это были уже третьи испытания системы UTM. Предыдущие состоялись в апреле текущего года, а первые — в 2015 году. В апреле в испытаниях одновременно участвовали 22 аппарата. Во время испытаний операторы беспилотников вводили запланированные полетные данные о своих беспилотниках, включая район полетов, в систему UTM.
Эти испытания были статичными — UTM работала только с уже заявленными маршрутами, проверяя все полученные данные на возможные конфликты, принимая или отклоняя полетные планы и выдавая предупреждения операторам о возможных сложностях. Испытания, проведенные в октябре текущего года, предусматривали динамическую проверку системы постоянно обновляемыми данными.
Между тем, с августа прошлого года работает система Flight Service Pilot Portal, разработанная американской компанией Lockheed Martin. Она пока функционирует в тестовом режиме. Предполагается, что в будущем система позволит беспилотникам и пилотируемым самолетам выполнять полеты в едином воздушном пространстве.
Через специальный сайт операторы беспилотников могут публиковать свои полетные планы с указанием точных маршрутов, по которым летают их аппараты. После публикации эта информация автоматически передается в Национальную систему организации воздушного пространства Федерального авиационного управления США.
Благодаря этой системе летчики узнают о полетах беспилотников. Разработанный Lockheed Martin онлайн-сервис является бесплатным, зарегистрироваться в системе может любой желающий, даже человек, не имеющий беспилотника. При регистрации нужно указать имя, адрес, телефон и, по желанию, серийный номер беспилотника.
В перспективе Lockheed Martin намерена расширить возможности системы. В частности, компания будет выпускать для беспилотников оборудование, которое будет автоматически информировать авиационные власти о полете аппаратов. Для дронов, летающих за пределами прямой видимости, создадут сеть контрольных станций.
Василий Сычёв
Его система управления автоматически находит оптимальные точки в воздушных потоках
Инженеры разработали алгоритм управления для беспилотников самолетного типа, который позволяет парить на восходящих воздушных потоках, расходуя в 150 раз меньше энергии, чем при активном полете с работающим двигателем. Алгоритм отслеживает и подстраивается под непрерывно изменяющиеся воздушные потоки, сохраняя высоту. Препринт доступен на arXiv.org. При поддержке Angie — первого российского веб-сервера Беспилотники самолетного типа более энергоэффективны, чем мультикоптеры. Благодаря крыльям они способны преодолевать большие дистанции и могут гораздо дольше находиться в воздухе. Причем эти параметры могут быть увеличены за счет парения — планирующего полета, в котором аппарат использует восходящие воздушные потоки для удержания в воздухе без использования тяги двигателей, аналогично тому, как это делают некоторые птицы. Группа инженеров под руководством Гвидо де Круна (Guido de Croon) из Делфтского технического университета разработала систему управления, которая позволяет беспилотникам самолетного типа без какой-либо предварительной информации о поле ветра самостоятельно находить оптимальные точки в восходящих воздушных потоках и использовать их для длительного парения с минимальным расходом энергии. В системе управления вместо обычного ПИД-регулятора используется метод инкрементальной нелинейной динамической инверсии, контролирующий угловое ускорение, подстраивая его под желаемые значения. Система управления может без изменения настроек работать и в режиме парения, и при полете с включенным двигателем во время поиска новых оптимальных точек в воздушных потоках или для компенсации резких порывов ветра. Для поиска оптимальных точек в поле ветра, в которых скорость снижения полностью компенсируется восходящим потоком воздуха, применяется алгоритм имитации отжига. Он случайно выбирает направления в пространстве пытаясь найти такую точку, в которой беспилотник может устойчиво лететь с минимально возможной тягой двигателя. Для тестов инженеры построили 3D-печатный прототип на основе модели радиоуправляемого самолета Eclipson model C. Он имеет размах крыла 1100 миллиметров и массу 716 грамм вместе с аккумуляторной батареей. В качестве полетного контроллера применяется Pixhawk 4. Помимо установленного под крылом и откалиброванного в аэродинамической трубе сенсора скорости, беспилотник имеет GPS-модуль для отслеживания положения во время полетов на открытом воздухе. В помещении применяется оптическая система Optitrack. Испытания проводились в аэродинамической трубе, возле которой установили наклонную рампу, для создания восходящего воздушного потока. Прототип запускали в воздушном потоке сначала на ручном управлении, после чего включали автопилот. Разработчики провели эксперименты двух типов. В первом они постепенно изменяли скорость воздушного потока от 8,5 до 9,8 метров в секунду при фиксированном угле наклона рампы. Во втором эксперименте скорость воздушного потока оставалась неизменной, зато менялся угол установки подиума. В обоих случаях алгоритм системы управления быстро находил в поле ветра точки, в которых мог поддерживать планирующий полет в течение более чем 25 минут, лишь изредка задействуя тягу двигателя в среднем лишь на 0,25 процента от максимальной, хотя при таких значениях воздушного потока для поддержания обычного полета требуется около 38 процентов. При изменении поля ветра из-за изменившегося угла наклона рампы или скорости воздушного потока алгоритм успешно находил и удерживал новое положение равновесия. В будущем инженеры планируют провести испытания на открытом воздухе. https://www.youtube.com/watch?v=b_YLoinHepo Американские инженеры и планетологи предложили использовать планер, способный длительное время держаться в воздухе за счет восходящих потоков и термиков, для изучения каньонов Марса. Предполагается, что такие аппараты с надувными разворачиваемыми крыльями могут стартовать с аэростата или дирижабля и затем планировать в атмосфере Марса от 20 минут до суток.