Контроль за сгибом крыла поможет сделать долголетающий псевдоспутник
Американский стартам UAVOS занялся разработкой псевдоспутника APUS-30, который будет заниматься наблюдением за земной поверхностью и служить в качестве ретранслятора сигналов. Как пишет Aviation Week, новый аппарат будет работать на солнечной энергии, а в его крыле разработчики установят активную систему контроля за сгибанием, которая позволит существенно увеличить продолжительность полета APUS-30.
Псевдоспутниками называют беспилотные летательные аппараты с очень большой продолжительностью полета. Такие аппараты способны находиться в воздухе несколько месяцев. Для обеспечения большой продолжительности полета псевдоспутники делают из очень легких материалов, ограничивающих погодные условия, при которых те могут безопасно летать.
В частности, из-за легкости и хрупкости материалов, из которых изготовлены псевдоспутники, они не могут выполнять полеты на малых высотах, где высок риск повреждения быстрыми восходящими потоками, или в условиях турбулентности. Беспилотники с большой продолжительностью полета могут летать только на высоте 10-15 тысяч метров.
Стартап UAVOS решил встроить в крыло своего псевдоспутника APUS-30 систему контроля за сгибанием. Она будет включать в себя блок управления, волоконно-оптические линии, проходящие по всей длине крыла аппарата, лазерные излучатели и фотоприемники.
Во время работы системы по линиям будет передаваться лазерное излучение, регистрируемое фотоприемниками. Предполагается, что при сгибании крыла будут деформироваться и волоконно-оптические линии. Это будет приводить к изменению спектра регистрируемого фотоприемником лазерного луча. По изменению спектра в разных линиях можно будет определить, в какую сторону сгибается крыло.
После того, как система определит сгибание, она отдаст команду на изменение угла установки закрылков, чтобы компенсировать сгибающий момент. По оценке UAVOS, благодаря новой системе APUS-30 сможет выполнять полеты на небольшой высоте в условиях турбулентности и не получать повреждения.
Кроме того, система контроля сгибания крыла позволит сделать само крыло существенно тоньше и отказаться от некоторых усиливающих конструкций. В конечном итоге это позволит сделать сам аппарат на 25 процентов легче.
Псевдоспутник APUS-30 пока находится на стадии разработки. Как ожидается, размах крыла аппарата составит 10,5 метра, а масса — 14,9 килограмма. Новый аппарат сможет на протяжении нескольких месяцев выполнять полеты на высоте 15,2 тысячи метров.
Помимо UAVOS разработкой псевдоспутника занимается европейский авиастроительный концерн Airbus. Аппарат концерна называется Zephyr 8; он создается по заказу министерства обороны Великобритании, которое намерено использовать его в качестве летающего ретранслятора сигналов.
Размах крыла Zephyr 8 составляет 28 метров. Вся верхняя поверхность консолей крыла беспилотника будет покрыта солнечными батареями. Аппарат сможет выполнять полеты на высоте до 21,3 тысячи метров и нести полезную нагрузку массой до пяти килограммов. Zephyr 8 сможет находиться в воздухе до трех месяцев.
Василий Сычёв
Гексакоптер оснащен двумя взлетно-посадочными платформами для квадрокоптеров
Инженеры из Сколтеха разработали гибридный гексакоптер MorphoLander, который выступает в роли передвижного аэродрома для дронов меньшего размера. MorphoLander не только летает, но и может ходить по неровной поверхности при помощи четырех ног. В верхней части корпуса расположены две взлетно-посадочные платформы для микродонов. Дрон может пригодиться для инспекции объектов и поиска пострадавших во время стихийных бедствий, говорится в препринте на arXiv.org. При поддержке Angie — первого российского веб-сервера Дроны отлично подходят для выполнения задач поиска, инспекции и мониторинга, но потребляют много энергии и не могут долго находиться в полете. Одним из способов преодолеть это ограничение стала разработка дронов гибридной конструкции, которые могут не только летать, но и передвигаться по земле, например, с помощью колес или ног. Несмотря на то, что такой подход позволяет продлить время работы за счет менее энергозатратного способа передвижения по поверхности, продолжительность полета гибрида и его эффективность часто снижается из-за дополнительного веса. Инженеры под руководством Дмитрия Тетерюкова (Dzmitry Tsetserukou) из Сколтеха предложили использовать громоздкий дрон в качестве носителя для дронов поменьше. Тогда большой дрон выступает в роли передвижного «улья», который в нужный момент выпускает рой маленьких дронов, способных более эффективно выполнить задачу на большой территории за счет совместной работы. Разработанный прототип под названием MorphoLander представляет собой гексакоптер с четырьмя ногами, каждая из которых имеет три степени свободы. С их помощью дрон может передвигаться по неровной поверхности. Масса гибрида немного больше 10 килограмм. Встроенного аккумулятора хватает на 12 минут полета. Сверху на корпусе закреплены две посадочные платформы диаметром 20 сантиметров, на которые могут садиться микродроны. Чтобы микродронам (инженеры использовали Crazyflie 2.1 массой 27 грамм) было проще садиться на MorphoLander, материнский дрон с помощью алгоритма стабилизации старается удерживать горизонтальное положение платформ, подстраивая высоту ног под неровности поверхности. Посадка микродронов происходит под управлением алгоритма машинного обучения, его обучение с подкреплением проходило в симуляторе на платформе игрового движка Unity, который позволяет имитировать физику, с использованием пакета машинного обучения Unity ML Agents. Обученный алгоритм посадки затем испытали в трех сценариях с участием реальных дронов. В первом два микродрона должны были взлетать с расстояния полутора метров от MorphoLander и затем садиться на его платформы. Среднее значение отклонения от центра платформы в этом сценарии составило всего около 5,5 миллиметра. Во втором сценарии микродроны должны были садиться на материнский дрон, стоящий на неровной поверхности. В этом случае ошибка возросла и составила 25 миллиметров. Третий сценарий имитировал реальное применение: микродроны взлетали с платформ, в то время как MorphoLander отходил от места взлета на некоторое расстояние, после чего микродроны должны были сесть обратно. Среднее значение отклонения от центра 20-сантиметровой платформы составило 35 миллиметров. В будущем инженеры планируют увеличить точность и устойчивость алгоритма управления микродронами за счет контроля тяги отдельных винтов. https://www.youtube.com/watch?v=fV8_Ejy81s8&t=1s Совместная работа помогает роботам справляться с более трудными задачами. К примеру японские инженеры разработали систему из работающих в паре дрона и наземного робота. Они соединены друг с другом тросом, что позволяет наземного дрону взбираться на более крутые подъемы. Для этого дрон закрепляет трос на вершине, после чего наземный робот натягивает его с помощью лебедки и поднимается наверх.