فناوری هواپیماهای بدون سرنشین ( Drone)
نوشته : داوود سلیانچی
تعریف پهپاد
هواپیمای بدون سرنشین که به آن وسیله نقلیه هوایی بدون سرنشین (unmanned aerial vehicle = UAV) نیز گفته می شود، اصطلاح گسترده ای است که به هواپیمایی اطلاق می شود که به طور مستقل یا با کنترل از راه دور عمل می کند و خلبانی در آن وجود ندارد. پهپادها معمولاً کوچک یا متوسط هستند و این «ربات‌های پرنده» می‌توانند طیف وسیعی از وظایف، از عملیات نظامی رادارگریز گرفته تا تحویل بسته‌ها و عکس‌برداری هوایی را انجام دهند.
معنی پهپاد ( UAV Meaning)
نام دیگر پهپادها وسیله نقلیه هوایی بدون سرنشین است، که هواپیمایی است که نیازی به خلبان برای حضور فیزیکی ندارد. پهپادها اغلب به دو دسته غیرنظامی و نظامی تقسیم می شوند. در حالی که پهپادهای غیرنظامی برای تحویل بسته ها و تفریح استفاده می شوند، پهپادهای نظامی برای مأموریت های شناسایی و نبردهای هوایی استفاده می شوند.
پهپادها برای چه مواردی استفاده می شوند؟
فناوری هواپیماهای بدون سرنشین به دلیل پیچیدگی روزافزون به بخش بزرگی از زندگی روزمره تبدیل شده است. در اینجا چند روش استفاده از پهپادهای امروزی آورده شده است.
عکاسی و فیلمبرداری
پهپادها برای عکاسانی که از پهپادها برای گرفتن عکس های هوایی گسترده استفاده می کنند، یک موهبت بوده است . پهپادهایی وجود دارند که به طور خاص برای عکاسی ساخته شده اند که راه جدیدی برای عکاسی از افق شهر، ساحل یا ساختمان مورد علاقه شما از بالا ارائه می دهند. همچنین می‌توان از هواپیماهای بدون سرنشین برای ضبط ویدیو برای رویدادهای ورزشی، فیلم‌ها و تورهای مجازی املاک استفاده کرد و فیلم‌هایی را از نقاط دیدنی بی‌سابقه برای بهبود تجربه تماشا ارائه کرد.
خدمات حمل ونقل
پهپادهای تحویلی پهپادهایی هستند که برای حمل غذا، بسته ها یا کالاها به درب ورودی شما استفاده می شوند. این وسایل نقلیه پرنده به عنوان پهپادهای تحویل “آخرین مایل” شناخته می شوند زیرا برای تحویل از فروشگاه ها یا انبارهای نزدیک استفاده می شوند. خرده فروشان و زنجیره های مواد غذایی در سراسر کشور به جای تکیه بر رانندگان تحویل با کامیون های ناکارآمد، به پهپادها به عنوان جایگزین تحویل کارآمدتر روی می آورند.
جستجو و نجات
گاهی اوقات به دلیل دامنه یا شدت فاجعه، فرستادن انسان به موقعیت نجات به اندازه کافی ایمن نیست . اینجاست که هواپیماهای بدون سرنشین وارد می‌شوند. در صورت واژگونی یک قایق یا غرق شدن فرد، مقامات می‌توانند یک وسیله نقلیه زیردریایی خودمختار را برای کمک به نجات به داخل آب پرتاب کنند. در صورت سقوط بهمن، هواپیماهای بدون سرنشین برای جستجوی کسانی که در برف گرفتار شده اند مستقر می شوند .
کشاورزی
پهپادها ثابت کرده اند که برای صنعت کشاورزی نیز مفید هستند و راه های مختلفی را برای بهینه سازی مزارع خود برای به حداکثر رساندن کارایی و کاهش فشار فیزیکی به کشاورزان ارائه می دهند. انجام بررسی‌های مزرعه‌ای، کاشت بذر در مزارع، ردیابی دام‌ها و تخمین عملکرد محصول همگی با استفاده از پهپاد آسان‌تر می‌شوند و در عین حال در وقت ارزشمند متخصصان کشاورزی صرفه‌جویی می‌شود.
نظارت
هم نیروهای مجری قانون محلی و هم پرسنل نظامی می توانند با کمک پهپادها به طور موثرتری عمل کنند. پلیس می تواند از هواپیماهای بدون سرنشین برای نظارت بر رویدادها، ضبط و حفظ شواهد ویدئویی از تخلفات رانندگی و بازسازی صحنه های جرم از طریق تجزیه و تحلیل نقشه استفاده کند. در همین حال، پرسنل نظامی می توانند از فناوری پهپاد برای ردیابی مکان سربازان دشمن، انجام حملات متمرکزتر و اصلاح استراتژی های خود استفاده کنند.
استفاده ی شخصی
به لطف هزینه های کمتر، پهپادها برای مصرف کننده عادی بسیار در دسترس هستند. هرکسی می‌تواند از هواپیماهای بدون سرنشین برای استفاده تفریحی مانند گرفتن عکس برای استفاده شخصی یا تمرین پرواز با پهپاد در پارک استفاده کند. علاوه بر این، خلبانان باید از مقررات تفریحی پیروی کنند و قبل از پرواز با پهپاد برای تفریح، اطمینان حاصل کنند که گواهینامه های لازم را دارند.
پایش حیات وحش
پهپادها جایگزین ارزان تر و کارآمدتری برای حفاظت از حیات وحش هستند. ردیابی جمعیت حیات وحش برای انسان روی زمین تقریبا غیرممکن است. داشتن چشم در آسمان به حافظان حیات وحش این امکان را می دهد تا گروه های پرسه زنی از حیوانات را ردیابی کنند و ایده بهتری از سلامت گونه ها و اکوسیستم های آنها بدست آورند. پهپادها همچنین برای تلاش‌های احیای جنگل‌ها در سراسر جهان استفاده می‌شوند .
مدل سازی سه بعدی
پهپادهای LiDAR مجهز به حسگرهای LiDAR هستند که مناظر را بررسی می‌کنند و داده‌های عمیقی را جمع‌آوری می‌کنند که می‌تواند برای ساخت مدل‌های سه بعدی استفاده شود. پهپادهای مجهز به LiDAR می توانند داده های بسیار دقیق تری نسبت به پهپادهای بدون این فناوری ارائه دهند.
لیدار( LiDAR) که مخفف عبارت Light Detection and Ranging است، یک روش سنجش از دور است که از نور به شکل لیزر پالسی برای اندازه‌گیری برد (فاصله‌های متغیر) تا زمین استفاده می‌کند.
عملیات نظامی
ارتش بریتانیا و ایالات متحده از اوایل دهه 1940 استفاده از انواع بسیار ابتدایی هواپیماهای بدون سرنشین را برای جاسوسی از دشمنان آغاز کردند. پهپادهای امروزی بسیار پیشرفته تر از پهپادهای گذشته هستند و مجهز به تصویربرداری حرارتی، برد یاب لیزری و حتی ابزارهایی برای انجام حملات هوایی هستند.
انواع پهپاد
انواع مختلفی از هواپیماهای بدون سرنشین وجود دارد که هر کدام با توجه به نیازهای منحصر به فرد صنایع مختلف طراحی شده اند. به عنوان مثال، برخی از افراد به پهپادهای سبک وزن برای نگه داشتن دوربین برای عکاسی نیاز دارند، در حالی که برخی دیگر به پهپادهای قوی برای حمل تجهیزات پزشکی سنگین نیاز دارند.
هواپیماهای بدون سرنشین چند روتور
پهپادهای مولتی روتور چندین ملخ دارند که باد را به سمت پایین می راند تا به صورت عمودی از زمین بلند شود. پهپادهای مولتی روتور احتمالاً در دسترس ترین پهپادهای موجود در دسترس عموم هستند، زیرا کنترل و مانور آنها در طول پرواز آسان است. برخی از پهپادهای مولتی روتور برای خلبانان مبتدی نیز ایده آل هستند، که باعث می شود آنها گزینه ای مقرون به صرفه در بازار هواپیماهای بدون سرنشین باشند.
پهپادهای تک روتور
پهپادهای تک روتور شبیه هلیکوپترهای کوچکی هستند که یک ملخ مرکزی به قاب آن متصل است. آنها می توانند با گاز یا برق تغذیه شوند و معمولاً برای انتقال اجسام سنگین تر از جمله سیستم های LiDAR استفاده می شوند که می توانند برای بررسی زمین، تحقیق در مورد طوفان ها و نقشه فرسایش ناشی از گرم شدن کره زمین استفاده شوند.
هواپیماهای بدون سرنشین با بال ثابت
هواپیماهای بدون سرنشین با بال ثابت مانند هواپیماهای معمولی به نظر می رسند، جایی که بال ها به جای روتور، بالابر را فراهم می کنند. از آنجایی که این پهپادها معمولاً بسیار بزرگتر هستند، باید مانند هواپیماها در باند فرود بیایند. پهپادهای بال ثابت توسط ارتش برای انجام حملات، توسط دانشمندان برای حمل مقادیر زیادی تجهیزات و حتی توسط سازمان‌های غیرانتفاعی برای رساندن غذا و سایر کالاها به مناطقی که دسترسی به آنها سخت است استفاده می‌شود.
پهپادهای هیبریدی ویتول (VTOL) با بال ثابت
پهپادهای بال ثابت هیبریدی عمودی برخاست و فرود (VTOL, Vertical Take Off and Landing) بهترین مدل های پهپاد با بال ثابت و چرخشی را با هم ترکیب می کنند – آنها می توانند به صورت عمودی بلند شوند و فرود بیایند اما سپس به صورت افقی پرواز کنند. شرکت‌ها از این ترکیب استفاده می‌کنند و با تکیه بر پهپادهای هیبریدی VTOL با بال ثابت، زمان‌های تحویل را کاهش می‌دهند و در عین حال تجربه پرواز همه‌کاره‌تری را ارائه می‌دهند.
سایر انواع متداول هواپیماهای بدون سرنشین
شرکت های هواپیماهای بدون سرنشین به تقاضای پهپادها در بخش های خاص نیز پاسخ داده اند. در زیر چند نوع محبوب تر از فناوری پهپاد طراحی شده برای سناریوهای مختلف آورده شده است:
- وسایل نقلیه از راه دور زیر آب
- پهپادهای رزمی
- پهپادهای تحویلی
- پهپادهای GPS
- پهپادهای استقامتی
- پهپادهای مسابقه ای
- پهپادهای شناسایی
- پهپادهای اسباب بازی
هواپیماهای بدون سرنشین چگونه کار می کنند؟
پهپادها برای پرواز به ترکیبی از قطعات سخت افزاری و نرم افزاری متکی هستند. آنها اغلب مجهز به روتور، پروانه یا بال های ثابت، حسگرها و دوربین ها، سیستم های ناوبری (GPS) و ژیروسکوپ برای پایداری هستند.
به‌علاوه، برخی از مهم‌ترین اجزای فناوری پهپاد، ایستگاه کنترل زمینی (GCS)، محموله و پیوندهای داده است. ایستگاه‌های کنترل زمینی، تنظیمات سخت‌افزاری و نرم‌افزاری هستند که به اپراتورهای هواپیماهای بدون سرنشین اجازه می‌دهند با یک پهپاد از روی زمین ارتباط برقرار کنند. GCS می تواند توسط کاربر کنترل شود یا از طریق ماهواره ها کار کند. پهپادها اغلب قادر به حمل محموله‌هایی هستند که می‌تواند از داروهای نجات‌دهنده تا بسته‌های آمازون متغیر باشد. پیوندهای داده به عنوان مرکز انتقال عمل می کنند که به پهپاد اجازه می دهد در حین پرواز با اپراتور زمینی ارتباط برقرار کند.
آینده پهپاد، مزایا، چالش ها
آینده فناوری هواپیماهای بدون سرنشین
بازار جهانی پهپادها تا سال 2032 از 101 میلیارد دلار فراتر خواهد رفت. در حالی که هزینه های کمتر و مقررات واضح تر، پهپادها را به گزینه ای مناسب برای افراد و مشاغل تبدیل کرده است، نوآوری های تکنولوژیکی شاید عامل اصلی گسترش هواپیماهای بدون سرنشین باشد.
پیشرفت در فناوری هواپیماهای بدون سرنشین
هواپیماهای بدون سرنشین با کمک فناوری‌های دیگر بسیار پیچیده‌تر شده‌اند. با تجهیز پهپادها به هوش مصنوعی و یادگیری ماشینی ، آنها به استقلال بیشتر و توانایی انجام کارهای دشوارتر دست یافته اند. ترکیب پهپادها و فناوری اینترنت اشیا همچنین منجر به پهپادهایی شده است که می توانند داده ها را در زمان واقعی با سایر پهپادها و اپراتورهای انسانی به اشتراک بگذارند.
با افزایش هوش و اتصال ، هماهنگ کردن حرکات بسیاری از پهپادها به طور همزمان امکان پذیر شده است. این نیرو به چیزی که به عنوان «ازدحام هواپیماهای بدون سرنشین» شناخته می‌شود، می‌افزاید که می‌توانند نمایش‌های نورانی را به عنوان جایگزینی برای آتش‌بازی اجرا کنند. پهپادهای پیشرفته همچنین می توانند تأثیر معناداری در صنایع مختلف داشته باشند:
- مراقبت های بهداشتی: پهپادها می توانند صحنه های تصادف و اضطراری را ارزیابی کنند و داده ها را با اولین پاسخ دهندگان به اشتراک بگذارند تا به آنها کمک کند زمان پاسخ خود را کاهش دهند و جان افراد را نجات دهند.
- انرژی: هواپیماهای بدون سرنشین می‌توانند زیرساخت‌ها و تجهیزات را بررسی کنند و هر گونه آسیب یا نقص را برای مهندسان گزارش کنند.
- جستجو و نجات: پهپادها می‌توانند محیط‌ها را ترسیم کنند و پیش‌بینی کنند که در آن بلایایی مانند بهمن و رانش سنگ ممکن است رخ دهد و مسافران را ایمن نگه دارند.
- پیش‌بینی آب‌وهوا: پهپادها را می‌توان به سمت طوفان‌ها، گردبادها و سایر رویدادهای آب و هوایی شدید برای اطلاع‌رسانی به پیش‌بینی‌ها و شیوه‌های پاسخ ایمنی به پرواز درآورد.
- هوافضا: پهپادها می توانند در اسکن سیارات و اجرام آسمانی دیگر کمک کنند، با برنامه ریزی ناسا برای ارسال یک پهپاد به قمر تیتان زحل در سال 2028.
چالش‌های فناوری هواپیماهای بدون سرنشین
پیشرفت‌هایی که هواپیماهای بدون سرنشین را پیچیده‌تر کرده است، مجموعه جدیدی از نگرانی‌ها را برای آینده فناوری هواپیماهای بدون سرنشین ایجاد کرده است.
پهپادهایی که در مناطق مسکونی پرواز می کنند می توانند اطلاعات خصوصی را ضبط کنند و امکان به اشتراک گذاری آنی این داده ها با سایر پهپادها و اپراتورهای انسانی خطر دیگری برای حریم خصوصی داده ها ایجاد می کند . حتی اگر FAA مقررات هواپیماهای بدون سرنشین را وضع کرده است، این مقررات هنوز در حال تکامل هستند و ممکن است به اندازه کافی برای تشویق استفاده اخلاقی و شفاف از هواپیماهای بدون سرنشین انجام نشوند.
استفاده از پهپادها در جنگ نیز افزایش یافته است، به طوری که جنگ روسیه و اوکراین به عنوان ” نخستین جنگ تمام عیار هواپیماهای بدون سرنشین ” شناخته شد.
مقررات عمومی هواپیماهای بدون سرنشین
گسترش هواپیماهای بدون سرنشین باعث شده است که دولت ایالات متحده موضع قوی تری در قبال تنظیم حریم هوایی خود اتخاذ کند. اینها مقررات FAA هستند که برای هواپیماهای بدون سرنشین در همه زمینه ها اعمال می شوند:
- پهپادها نباید بیش از 55 پوند وزن داشته باشند.
- هواپیماهای بدون سرنشین باید در FAA ثبت شوند .
- هواپیماهای بدون سرنشین باید از قوانین شناسایی از راه دور پیروی کنند ، مگر در مناطق شناسایی شناسایی شده توسط FAA .
- هواپیماهای بدون سرنشین باید از « منطقه بدون هواپیماهای بدون سرنشین » اجتناب کنند، که با سرویس B4UFLY قابل مشاهده است .
- هواپیماهای بدون سرنشین باید از هرگونه محدودیت اضافی در حریم هوایی پیروی کنند .
- هواپیماهای بدون سرنشین نباید بیش از 400 فوت پرواز کنند.
- هواپیماهای بدون سرنشین باید در محدوده دید خلبان یا ناظر قرار گیرند.
- پهپادها باید راه را برای هواپیماهای دیگر باز کنند تا ایمنی را به حداکثر برسانند.
مقررات هواپیماهای بدون سرنشین برای استفاده تفریحی
استفاده تفریحی به این معنی است که هیچ گونه غرامت یا خدمات حرفه ای در کار نیست. حتی اگر کسی دستمزدی دریافت نکرده باشد اما پیشنهاد عکس گرفتن برای یک سازمان غیرانتفاعی یا داوطلبانه را بدهد، باز هم غیرتفریحی محسوب می‌شود. علاوه بر دستورالعمل‌های معمول، چند قانون اضافی وجود دارد که افرادی که از هواپیماهای بدون سرنشین به صورت تفریحی استفاده می‌کنند باید به آنها پایبند باشند:
- خلبانان باید در آزمون TRUST شرکت کنند و مدرک قبولی را همراه داشته باشند.
- پهپادها باید رجیستر شده باشند و شماره رجیستری روی آنها مشخص شده باشد.
- هواپیماهای بدون سرنشین باید فقط برای استفاده شخصی پرواز شوند (بدون پرداخت غرامت یا خدمات).
- هواپیماهای بدون سرنشین باید از قوانین سازمانی مبتنی بر جامعه به رسمیت شناخته شده توسط FAA پیروی کنند .
- هواپیماهای بدون سرنشین نباید بر سایر هواپیماها و سیستم حریم هوایی کشور تأثیر بگذارند.
مقررات هواپیماهای بدون سرنشین برای استفاده تجاری
کسانی که به دنبال دریافت گواهینامه خلبان از راه دور هستند یا می‌خواهند هواپیماهای بدون سرنشین را به صورت تجاری پرواز کنند، علاوه بر دستورالعمل‌های کلی، باید مجموعه‌ای از استانداردها را رعایت کنند:
- افراد واجد شرایط باید آزمون دانش را پشت سر بگذارند.
- خلبانان باید پهپادهای خود را ثبت کرده و با مشخصات ثبتی خود علامت گذاری کنند.
مقررات هواپیماهای بدون سرنشین برای اپراتورهای بین المللی
افراد غیرشهروندی نیز مجاز به پرواز با هواپیماهای بدون سرنشین در ایالات متحده هستند، خواه صرفاً بازدید کنند یا در حال ایجاد عملیات تجاری باشند. پروازهای بین المللی علاوه بر پیروی از قوانین ایالات متحده برای استفاده تفریحی و تجاری از هواپیماهای بدون سرنشین، باید این قوانین را نیز رعایت کنند:
- خلبانان باید پهپادهای خود را ثبت کنند یا اگر پهپاد آنها در خارج از ایالات متحده ثبت شده باشد، یک اعلان شناسایی ارائه کنند
- کاربران تفریحی باید از دستورالعمل های سازمان های مبتنی بر جامعه پیروی کنند.
- کاربران تفریحی باید به پورتال FAADroneZone مراجعه کرده و مراحل لازم را انجام دهند.
- کاربران تجاری باید از قوانین معمولی برای پرواز تجاری پیروی کنند.
- کاربران تجاری باید دارای مجوز هواپیمای خارجی صادر شده توسط DOT باشند. بسته به اینکه اپراتور از کدام کشور باشد، این فرآیند ممکن است متفاوت باشد.
- کاربران تجاری، بسته به وزن هواپیماهای بدون سرنشین یا نیازهای تجاری خود، مسئول انجام اقدامات لازم برای رعایت استانداردهای اضافی هستند.
پهپاد در ایران
ساخت پهپادها در کشور ایران به قبل از انقلاب ۱۳۵۷برمی‌گردد. ابتدا برنامه‌ای ده ساله برای تولید پهباد داخل کشور پی‌ریزی شد و مبنا بر این بود که از سال ۱۳۶۰ صنعت پهپادسازی فعالیت خود را آغاز کند. بعد از انقلاب در این صنعت وقفه‌ای افتاد و سپس پهپادسازی در ایران از سال1364 بطور رسمی فعالیت خود را آغاز نمود.
کشور ایران در سال 1380موفق به ساخت پهپادهای مهاجر ۴ و ابابیل ۳ شد که این پهپادها در نیروهای مسلح کشور مورد استفاده قرار گرفت و تعدادی از این پهپادها را حتی به کشورهای آمریکای لاتین و آفریقا صادر کردند.
