Konflikt w Donbasie mobilizuje USA do wspierania Ukrainy na razie tylko w bierne elementy wparcia wojsk ukraińskich. Ostatnia dostaw sprzętu obejmuje miedzy innymi 72 szt. bezpilotowych samolotów obserwacyjnych UAV (Unmanned Aerial Vehicles) RQ-11B Raven. http://www.unian.info/war/1440633-poroshenko-says-us-drones-to-contribute-to-truce-in-donbas.html
UAV RQ-11B wykonuje zarówno loty sterowane, jak i loty po zaprogramowanej trasie (dzięki wykorzystaniu GPS). Do wykonywania zadań rozpoznawczych może wykorzystywać kamery pracujące w zakresie światła widzialnego lub w podczerwieni, co pozwala mu działać także w nocy. Jego głównym przeznaczeniem jest przekazywanie oddziałom wojskowym informacji o polu walki w czasie rzeczywistym. Może jednak również służyć do podświetlania celów wiązką laserową. RQ-11B działa z reguły na wysokości od 30 do 150 metrów nad ziemią i posiada zasięg 10 km. Jego waga 4,2 funtów oraz rozpiętości skrzydeł 4,5 stóp pozwala na start podczas wyrzutu ręką, przez operatora. Ląduje samoczynnie, opadając pionowo na ziemie (bez podwozia) po powrocie do punktu bazowego. Napędza go silnik elektryczny Aveox 27/26/7-AV, który może rozpędzić maszynę do 81 km/h. Akumulator litowo-jonowy Ravena, który zapewnia ciągła pracę silnika śmigła napędowego (pchającego), w zakresie 60-90 min , jest wymienny i może być ładowany bezpośrednio przez podłączenie do samochodu terenowego Hammera. Standardowo RQ-11B wyposażony jest moduł kamery CCD o rozdzielczości 5 Mpix bez stabilizacji ale w ramach modyfikacji dostępny jest również moduł kamery z stabilizacją położenia w zakresie 360 stopni. Cały system jest mobilny, łatwy do instalacji i w obsłudze przez dwóch operatorów wyposażonych w Hammera, co widać na załączonym materiale filmowym.
Film prezentujący działania UAV Raven11B w warunkach bojowych zamieszcza na swojej stronie internetowej producent AeroVironment https://vimeo.com/135377141
Protoplasta RQ-11B swój rodowód opiera na patencie us5035382 Rapid assembly aircraft for ground surveillance, z 1991 roku. Patent nic nie stracił na aktualności pomimo upływu ponad 25 lat od daty zgłoszenia i w dalszym ciągu może stanowić źródło indywidualnych inspiracji dla konstruktorów UAV. Według opisu wynalazek odnosi się ogólnie do zdalnie sterowanego bezzałogowego statku powietrznego; a zwłaszcza do samolotu startującego przez wyrzut ręczny ręką operatora, którego składniki są łatwo montowane/rozmontowane w terenie, tak aby zmieścić się w małym opakowaniu, łatwo transportowanym w terenie. Samolot jest prosty w pilotażu i obsłudze a na dodatek lądowania odbywa się w sposób autonomiczny trybie 'deep-stall ’ tzn. przez wywołanie zjawiska przeciągnięcia w pobliżu miejsca stania operatora. Przeciągnięcie to zjawisko w aerodynamice lotniczej, które polega na znacznym , gwałtowny spadku siły nośnej i gwałtownego przyrostu oporu aerodynamicznego, na skutek zbyt dużego kąta natarcia skrzydła, a ściślej przekroczenia krytycznego kąta natarcia skrzydła. Towarzyszy temu na ogół wystąpienie chwilowej, częściowej lub całkowitej utraty sterowność, co może prowadzić do gwałtownej utraty wysokości i grozi katastrofą w przypadku małych wysokości lotu.
W tym konkretnym przypadku opatentowana konstrukcja UAV spada na ziemie pionowo bez uszkodzenia podstawowych elementów składowych, gdzie może być rozłożony i spakowany do pojemnika lub przygotowany do kolejnej misji rozpoznawczej w powietrzu. Samolot składa się z rozłącznych części: kadłuba oraz skrzydła nośnego z silnikiem śmigła (pchającego), które są czytelnie zilustrowane na rysunku opisu patentowego. Kadłub składa się z kolei z dwóch segmentów : powiększonej części przedniej ( przystosowanej do instalacji kamery, żyroskopu, baterii napędowej śmigła oraz elementów elektroniki) oraz tylnej ( ogonowej ) zawierającej elementy sterowania lotem ( ster pionowy i poziomy) połączone elektrycznie z układem żyroskopu. Skrzydło nośne zbudowanego z segmentu środkowego z podłączonymi po obu stronach płatami nośnymi pochylonymi do góry pod katem Δ, przy czym silnik śmigła umieszczony jest centralnie na segmencie środkowym w osi podłużnej samolotu z śmigłem wystającym poza obrys tylnej krawędzi skrzydła. Zastosowany układ żyroskopowy realizuje sterowania sterami statku powietrznego w trybie sprzężenia zwrotnego ( feed-back), a tym samym zapewnia kompensacje wpływu wiatru na obracanie się i odchylanie samolotu wokół osi pionowej (yaw) oraz osi podłużnej (roll).
Opatentowana konstrukcja UAV wyposażona jest w kamerę wideo bez stabilizacji ( not gimballed), która mogła by zapewnić poprawę stabilność obrazu nagrywanego, ale należy zauważyć, że omawiany patent ma już 25 lat. Współczesne modyfikacje RQ-11B (od roku 2015) przystosowane są do instalacji modułu kamery wyposażonej w stabilizacje Raven Gimbal ( 360 stopni gimbal), patrz zdjęcie RQ-11A/B według specyfikacji Aerovironment – Raven_Datasheet_v1.1.pdf dostępnej na stronie :
https://www.avinc.com/images/uploads/product_docs/Raven_Datasheet_2016_web_v1.1.pdf
UWAGA : Gimbal to urządzenie, którego zadaniem jest stabilizowanie kamery, aby nagranie było płynne i wyraźne. Samo słowo pochodzi z języka angielskiego i w praktyce oznacza urządzenie do utrzymania położenia kątowego stabilizowanego obiektu. Sprowadza się to do dość zaawansowanego zestawu mechanizmów, opierających się przede wszystkim na licznych czujnikach i sensorach. Urządzenie przez cały czas kontroluje wychylenia i zmiany w położeniu, np. drona, i na tej podstawie tak obraca kamerą, aby ta pozostawała bez ruchu. Oznacza to, że możemy na przykład obrócić pojazd w powietrzu, a kamera cały czas będzie skierowana na ten sam punkt. W praktyce gimbal to osiowe mocowania umożliwiające swobodne obracanie zamocowanego przedmiotu. Zasadniczo dzielą się na jednoosiowe, dwuosiowe i trójosiowe. Każda oś posiada własne oznaczenie techniczne: ta biegnąca wzdłuż obiektywu nazywa się „roll” ( „kołyska”) i jest oznaczana literą „X”, ta biegnąca w poprzek obiektywu to „pitch” jest oznaczana literą „Y”, wreszcie ta wyznaczająca obrót panoramiczny kamery nosi nazwę „yaw” i jest oznaczana literką „Z”. Jeżeli nasz dron jest wyposażony w gimbal jednoosiowy, to znaczy że zamontowana w nim kamera jest stabilizowana względem osi „pitch” (czyli góra-dół). Gimbal dwuosiowy stabilizuje kamerę zarówno względem osi „pitch”, jak i „roll” (lewo-prawo). Z kolei dzięki gimbalowi trójosiowemu stabilizowany jest również panoramiczny obrót kamery.
W Polsce niekwestionowanym liderem w produkcji UAV jest firma WB Electronics, której sztandarowy wyrób FlyEye , https://pl.wikipedia.org/wiki/WB_Electronics_FlyEye objęty jest patentem pl220018b1 Sposób lądowania bezpilotowego samolotu obserwacyjnego oraz bezpilotowy samolot obserwacyjny.
Przedmiotem wynalazku jest sposób lądowania bezpilotowego samolotu obserwacyjnego oraz bezpilotowy samolot obserwacyjny. Wynalazek ma zastosowanie w samolocie obserwacyjnym napędzanym silnikiem elektrycznym i zawierającym w szczególności akumulatory zasilające, układy sterujące głowicą obserwacyjną, układy nadawczo-odbiorcze, system sterowania lotem, oraz zasobnik wyposażony w głowicę obserwacyjną. Głowica obserwacyjna, umieszczona we wnęce dolnej części kadłuba samolotu przystosowana jest do odłączania w końcowej fazie lotu tuż przed lądowaniem. Sposób lądowania bezpilotowego samolotu obserwacyjnego według wynalazku polega na tym, że z wnęki usytuowanej w dolnej części kadłuba samolotu odczepia się zasobnik wyposażony w głowicę obserwacyjną ze skierowanym do dołu obiektywem, a następnie uwalnia się go na zewnątrz kadłuba samolotu, co powoduje jego opadanie za pomocą spadochronu we wskazane miejsce, przy czym lądowanie tak odciążonego samolotu może odbywać się lotem ślizgowym w pobliżu. Nowość sposobu zrzucania zasobnika z głowicą wynika z faktu, że uwolniony spadochron wymusza obrót opadającego zasobnika wokół jego osi poziomej o 180 stopni powodując obrócenie obiektywu głowicy obserwacyjne ku górze. Bezpilotowy samolot obserwacyjny według wynalazku wyposażony jest elektronicznie sterowany (drogą radiowa) zamek umieszczony we wnęce kadłuba samolotu za pomocą którego jest zamocowany rozłącznie zasobnik z głowicą obserwacyjną wyposażony w spadochron umieszczony w dolnej części zasobnika, po stronie głowicy obserwacyjnej. Zaletą opracowanej konstrukcji samolotu bezzałogowego jest zwiększenie niezawodności zastosowanej głowicy obserwacyjnej oraz samej konstrukcji płatowca wielokrotnego użytku.
Współczesne UAV mają ogromną ilość zastosowań, które mogą być wykorzystywane przez wojsko, policje, straż graniczną do akcji zwiadowczych i szpiegowania, mogą być również wysyłane w miejsce katastrof w straży pożarnej oraz służyć do pomiarów meteorologi-cznych, monitoringu obiektów czy po prostu do nagrywania filmów z dużej wysokości. Podstawowym problemem towarzyszącym zastosowaniu dronów jest jakość dostarczanych informacji w postaci strumienia cyfrowych pakietów w czasie rzeczywistym z podziałem na cyfrowe sygnały wizyjne obrazów oraz cyfrowe sygnały zarejestrowanych zdjęć nieruchomych. Według stanu techniki tzw.: streaming polega na przesyłaniu wielokrotności klatek obrazu w każdej sekundzie ( przykładowo 30 klatek/sek), co wymaga określonej przepustowości łącza radiowego. Zapewnienie dużej przepustowości jest wyzwaniem zarówno dla systemu wideo drona, który musi przetwarzać i nadawać strumień danych wideo z kamery cyfrowej oraz stacji bazowego, która zadaniem jest szczegółowa analiza przesyłanych obrazów wideo. Kompromisowe rozwiązanie tego problemu polega na pogorszeniu jakości przesyłanych obrazów albo przez zmniejszenie rozdzielczości (na przykład liczba pixeli) lub zmniejszeniu liczby klatek obrazu na sek. Pozostaje jednak problem rejestracji zdjęć stałych o podwyższonej rozdzielczości, wymaganych do dokładnej analizy w czasie rzeczywistym obserwowanego obszaru terenu, który znalazł swoje rozwiązanie w patencie us9288513b2 System and method of high-resolution digital data image transmission, firmy AeroVironment. Przedstawiony patent zastrzega sposób i układ do transmisji cyfrowych pakietów MPEG2 zdjęć (File Transfer MPEG Packet) oraz cyfrowych pakietów sygnałów obrazów (Video MPEG Packet) z kamery CCD ( o rozdzielczości 5Mpixels) UAV.
Przedstawiony system rozpoznania taktycznego wyposażony jest w zestaw bezzałogowych statków powietrznych oraz stację bazowa GCS (Ground ControlStation). Stacja bazowa w wersji mobilnej składa się z odbiornika z anteną umieszczonego na maszcie z rozkładanym trójnogiem oraz koncentratora z modułami pamięcią i baterią zasilającą. Koncentrator połączony jest kablowo z konsolą ręcznego sterowania obiektem latającym oraz laptopem w wersji militarnej. Sposób przetwarzania sygnałów kamery CCD według wynalazku polega na zastosowaniu w bezzałogowych statkach powietrznych kodera , serwera plików zdjęć oraz multiplexera cyfrowych pakietów obrazów MPEG2 z pakietami dyskretnych zdjęć MPEG2. Cyfrowa kamera CCD konwertuje przechwycone obrazy do formatu cyfrowych plików ramek RAW, które trafiają do kodera wideo ( układ ASIC -Application-specific integrated circuit) , a następnie do układu bufora wideo. Z kolei zdjęcia nieruchome wyższej rozdzielczości trafiają z kamery do serwera plików . Zakodowane pakiety (Video MPEG Packet) z bufora oraz pakiety zdjęć ( File Transfer MPEG Packet) z serwera podawane są na wejścia multipleksera który generuje strumień pakietów o długości 188 bitów przekazywanych następnie łączem radiowym do odbiornika stacji bazowej. Stacji bazowa odbiera strumień pakietów, który podlega rozdziałowi na pakiety składowe obrazów oraz pakiety składowe zdjęć w demultiplekserze. Pakiety ramek obrazów przetwarzane są w dekoderz wizyjnym a pakiety składowych zdjęć podlegają procesowi kojarzenia w odtwarzaczu zdjęć o podwyższonej rozdzielczości. Istotą opatentowanej konstrukcji jest system przesyłania cyfrowych danych z statków powietrznych UAV, które zapewnia płynną regulacji współczynnika wypełnienia strumienia pakietów ramek obrazów z przeplotem pakietami dyskretnych zdjęć. Omawiana regulacja odbywa się za pomocą potencjometrów Quality (w zakresie Low-High) oraz Priority (w zakresie Video-Picture) na pulpicie sterowania stacji bazowej.
Refleksja
1.Osobiście jestem pod wrażeniem niezawodności działania RQ-11B Raven po obejrzeniu załączonego filmu ilustrującego działanie w/w sprzętu w terenie. Dodatkowo informacja o powrocie drona do operatora po naciśnięciu pojedynczego przycisku na pulpicie sterowania (co może wyeliminować poszukiwania zaginionych obiektów) jest godna podkreślenia.
2. Przeglądając patenty z tego zakresu zaskoczony jestem znajomo brzmiącymi polskimi nazwiskami twórców ( Thomas Szarek), co podkreśla polski wkład w rozwój konstrukcji UAV.