تبلیغات
my nasa - توسعه‌ی هواپیماهای بدون سرنشین و چالشهای پیش رو

طراحی سایت

قالب وبلاگ

طراحی سایت


my nasa
هـــــــــــوا فضا
نوشته شده در تاریخ پنجشنبه 29 دی 1390 توسط ایمان



دنیای هوانوردی در سالهای اخیر شاهد رشد و گسترش روزافزون پرنده‌های بدون سرنشین بوده است و بر طبق آمار، بودجة اختصاص‌یافته در وزارت دفاع ایالات متحده برای این پرنده‌ها در سال 2003 نسبت به سال 2001 حدود %200 افزایش یافته است. (شكل 1) با گسترش استفاده از این پرنده‌ها به تدریج سرنشینان هواپیماهای نظامی و یا غیرنظامی 1 یا 2 نفره از اوج آسمانها به زمین می‌آیند و پرنده‌های نسل جدید، بدون خلبان مستقیم، در آسمانها مأموریتهای مورد نظر مهندسان هوافضا و برنامه‌ریزان صنعتی را به انجام می‌رسانند. به دلیل كاربردهای گستردة هواپیماهای بدون سرنشین در امور نظامی و غیرنظامی، امروزه بسیاری از كشورها در حال بهره‌گیری و یا توسعة این پرنده‌ها می‌باشند. در شكل 2 كشورهایی كه دارای تكنولوژی تولید و بهره‌برداری از پرنده‌های بدون سرنشین می‌باشند، نشان داده شده است (41 كشور) و همانطور كه از این شكل برمی‌آید استفاده این پرنده‌ها تنها محدود به كشورهای صنعتی توسعه‌یافته نمی‌باشد. بلكه بسیاری كشورهای در حال توسعه نیز در زمرة تولیدكنندگان این پرنده‌ها می‌باشند.

توسعة هواپیماهای بدون سرنشین، نیازمند ایجاد زیرساختهای تكنولوژیكی خاص این پرنده‌ها می‌باشد. اما از آنجا كه عمده‌ترین تفاوت یك هواپیمای بدون سرنشین با هواپیمای سرنشین‌دار، استفاده از خلبان خودكار به جای انسان می‌باشد، عمده‌ترین گلوگاه تكنولوژیكی در توسعة این پرنده‌ها، توسعة سیستمهای خلبان خودكار و تجهیزات جانبی لازم نظیر سنسورها، پردازشگرها و ... می‌باشد.

شكل 2- پراكندگی كشورهای تولیدكنندة هواپیماهای بدون سرنشین

بنابراین مبحث هدایت و كنترل پرنده‌های بدون سرنشین یكی از مباحث مهم و در خور توجه این پرنده‌هاست. در حال حاضر تعداد محدودی از پرنده‌های بدون سرنشین، مأموریتهای خود را توسط خلبان خودكار و به صورت از پیش برنامه‌ریزی‌شده (Preprogrammed Flight) انجام می‌دهند و تعدادی دیگر نیز توسط خلبان زمینی كنترل می‌شوند. در واقع خلبان زمینی از طریق اطلاعات ناوبری كه از پرنده دریافت می‌كند، دستورات كنترلی لازم برای انجام مأموریت مورد نظر را صادر می‌كند (شكل 3). البته باید توجه داشت كه همانقدر كه مأموریتهای این پرنده‌ها هر روز پیچیده‌تر می‌شود، وظایف خلبان زمینی نیز پیچیده‌تر می‌گردد كه در این مقاله به بررسی این مسأله می‌پردازیم.


انواع دیگری از سیستمهای هدایت و كنترل نیز در این پرنده‌ها به كار گرفته می‌شود كه در مقالات بعدی به بررسی آنها خواهیم پرداخت.

مقدمه

كاربردهای پرنده‌های بدون سرنشین از عكسبرداری و فیلمبرداری از مزارع و دریاها و گشت‌زنی و مراقبت هوایی تا انجام عملیات نظامی و حمله تغییر می‌كند. به دلیل كاربردهای گستردة این پرنده‌ها و مزایای قابل توجه آنها نسبت به هواپیماهای سرنشین‌دار ]3[ و همچنین نقش برجستة آنها در جنگهای اخیر (جنگ افغانستان و عراق) سرمایه‌گذاری روی این پرنده‌ها در چند سال اخیر به صورت تصاعدی افزایش یافته است و پیش‌بینی می‌شود تعداد پرنده‌های بدون سرنشین ایالات متحده از 200 فروند در سال 2002 به500 فروند در سال 2007 برسد.

یكی از شاخص‌ترین پرنده‌های بدون سرنشین ایالات متحده كه در سالهای اخیر و در جنگها به كار گرفته شد، هواپیمای بدون سرنشین پریدیتور می‌باشد. پریدیتور دارای ارتفاع پروازی زیاد و مداومت پروازی طولانی است و در جریان جنگ افغانستان از طرف سازمان اطلاعات ایالات متحده به طور گسترده‌ای به كار گرفته شد. این پرنده‌ها تصاویر و فیلمهایی را از مناطق جنگی تهیه می‌كردند و آنها را به طور مستقیم به مقر فرماندهی مستقر در ناوهای نظامی ارسال می‌كردند. به كمك این تصاویر و فیلمها درصد پیروزیهای عملیاتهای نظامی در خلال این جنگ به میزان مؤثری افزایش یافت. البته پریدیتور اولین پرندة بدون سرنشینی نبود كه برای عملیاتهای نظامی به كار گرفته شد. (در واقع پرتابة جنگی RYAN اولین پرندة بدون سرنشین با كاربرد نظامی بود كه در جنگ ویتنام برای بمباران مناطق مختلف مورد استفاده قرار گرفت.)

هواپیمای بدون سرنشین پریدیتور از جمله پرنده‌هایی است كه كنترل آن از پایگاه زمینی و توسط خلبان صورت می‌گیرد و به دلیل مأموریتهای حساس و دشواری كه این پرنده انجام می‌دهد، طراحی و ساخت پایگاه كنترل زمینی (Ground Control Station (GCS)) و نحوة انتقال اطلاعات پروازی هواپیما به خلبان زمینی از ظرافت خاصی برخوردار است. چرا كه تمام اطلاعات لازم می‌باید از طریق چند مانیتور به خلبان منتقل شود تا او بتواند بر اساس این اطلاعات، فرامین كنترلی لازم را صادر كند. این مبحث، تحت عنوان "تعامل انسان و ماشین" در این مقاله بررسی می‌گردد.

تعامل انسان و ماشین

منظور از تعامل انسان و ماشین، رابطة میان خلبان زمینی با مانیتورها و دستگاههای مستقر در پایگاه زمینی است. تصور كنید كه یك هواپیمای بدون سرنشین، صدها كیلومتر دورتر از محل استقرار خلبان در ارتفاع چند هزار پایی در حال پرواز است و خلبان زمینی بدون اینكه هیچ احساس فیزیكی از موقعیت و وضعیت هواپیما داشته باشد، تنها به كمك اطلاعاتی كه از مانیتورها و نشان‌دهنده‌های روبروی خویش دریافت می‌كند، آن را كنترل می‌كند. اما باید توجه داشت كه انتقال این اطلاعات از هواپیما به پایگاه زمینی و فراهم كردن شرایط مناسب در محل استقرار خلبان، به گونه‌ای كه خلبان بتواند فرامین كنترلی مناسبی را صادر كند و در هدایت هواپیما برای انجام مأموریت مورد نظر موفق باشد، با چند مسأله و چالش مهم روبرو است:


· اول اینكه انتقال اطلاعات پروازی از هواپیما به پایگاه زمینی هزینه‌بردار است، چرا كه داشتن هر بخش از اطلاعات هواپیما در پایگاه زمینی، به معنای وجود حداقل یك سنسور در هواپیما و یك كانال مخابراتی برای انتقال اطلاعات سنسور به پایگاه زمینی است كه این مسأله خود به معنای افزایش وزن سیستمها در هواپیما و به تبع آن افزایش وزن سازه و سوخت می‌باشد.

· ثانیاً اگر هم بتوان اطلاعات پروازی زیادی از پرنده در اختیار پایگاه زمینی قرار داد، نمایش این اطلاعات برای خلبان به گونه‌ای كه به راحتی بتواند در كمترین زمان، موقعیت و وضعیت پرنده را از این اطلاعات دریابد، مشكل دیگری است كه پرنده‌های بدون سرنشین با آن مواجهند. (البته این مشكل با استفاده از خلبانان مجرب تا حدی قابل رفع است. هم اكنون نیروی هوایی ارتش ایالات متحده برای كنترل هواپیماهای بدون سرنشین خود از خلبانانی كه تجربة زیادی در هدایت هواپیماهای جنگنده و یا مسافربری دارند استفاده می‌كند تا ریسك پرواز هواپیماهای بدون سرنشین خود را تا جای ممكن كاهش دهد.)

نحوة نمایش اطلاعات در پایگاه زمینی هواپیماهای بدون سرنشین، در هواپیماهای مختلف بسیار متنوع است و از نمایش اطلاعات خام پروازی تا نمایش سه‌بعدی پرنده تغییر می‌كند كه البته این مسأله به میزان زیادی به مأموریت پرنده بستگی دارد.

نمایش مناسب اطلاعات پروازی و موقعیت و وضعیت هواپیما و همچنین بهینه‌سازی سیستمهای نمایش، مسأله‌ایست كه آزمایشگاه SIRUS(Synthetic Interface Research for UAV Systems) وابسته به مراكز تحقیقاتی نیروی هوایی ایالات متحده برای تحقیق دربارة آن ایجاد شده است. در حال حاضر این مركز در حال گسترش تكنولوژی نمایش اطلاعات از طریق چند نمایشگر مجزاست و البته در كنار این كار، بهینه‌سازی و اصلاح روشهای مرسوم نمایش اطلاعات نیز در این مركز صورت می گیرد.

از دیگر فعالیتهای این مركز، تحقیق دربارة خودكار كردن تمام یا قسمتی از عملیات هواپیماهای بدون سرنشین می‌باشد و سعی بر این است كه كنترل قسمتهایی نظیر "رادر"، "ایلرون" و "الویتور" به خلبان خودكار (پردازشگر سخت افزاری ) مستقر در هواپیما سپرده شود و كنترل "دستة گاز" و همچنین "سیستم شلیك سلاح" (در هواپیماهای بدون سرنشین حمله) توسط خلبان زمینی صورت گیرد. البته برخی از هواپیماهای بدون سرنشین نظیر گلوبال هاوك، به صورت از پیش برنامه‌ریزی‌شده و بر طبق مسیر پروازی و یا نقشه‌هایی كه پیش از پرواز به كامپیوتر كنترلی آنها داده می‌شود مأموریت خود را انجام می‌دهند و حتی در فازهای برخاست و نشست نیز به خلبان زمینی نیاز ندارد. البته در مورد هواپیمای بدون سرنشین گلوبال هاوك، مركز كنترل زمینی می‌تواند در حین پرواز هواپیما، مأموریت جدیدی برای آن تعریف كند و این مأموریت را از طریق كانالهای ارتباطی به هواپیما منتقل كند (Uplink) ؛(كلیة اطلاعات و یا فرامینی كه از بیرون (پایگاه زمینی و یا ماهواره‌های ارتباطی) به هواپیما ارسال می‌شود، تحت عنوان Uplink و اطلاعاتی كه از هواپیما به بیرون فرستاده می‌شوند تحت عنوان Downlink شناخته می‌شوند.). همچنین در حین انجام مأموریت، مركز كنترل زمینی، تمام اطلاعات پروازی پرنده و همچنین نمای سه بعدی آن را مشاهده می‌كند. (شكل 4)

عملیات تیمی هواپیماهای بدون سرنشین

یكی از ویژگیهای بارز هواپیماهای جنگندة سرنشین‌دار متعارف، توانایی انجام عملیات تیمی است. انجام عملیاتهای نظامی به صورت تیمی باعث بالا رفتن توان رزمی ناوگان هوایی و همچنین پایین آمدن ریسك و خطر از دست رفتن هواپیماها می‌شود. همچنین با استفاده از هواپیماهای مختلف در یك تیم می‌توان قابلیتهای مجموعه را در دفاع و در حمله افزایش داد.

انجام عملیات تیمی در هواپیماهای بدون سرنشین نیز از مزایای فوق برخوردار است. اما انجام این كار، به دلیل نبود خلبان مستقیم در پرنده‌ها با مشكلات و چالشهایی نظیر امكان برخورد هواپیماها به یكدیگر، امكان تداخل امواج و كانالهای ارتباطی پرنده‌ها با یكدیگر و نیز پیچیده‌تر شدن كنترل زمینی از نظر برقراری ارتباط خلبانان با یكدیگر روبرو است.

در حال حاضر، در نیروی هوایی ایالات متحده، تیمی از پریدیتورهای شناسایی مجهز به سیستم شناسایی لیزری و پریدیتور نوع B كه برای حمله استفاده می‌شود، ایجاد شده است. در این تیم، پریتور شناسایی، اهداف را به وسیلة سیستم شناسایی لیزری، پیدا می‌كند و اطلاعات آن را به پریدیتور نوع B می‌دهد. سپس هواپیمای دوم با استفاده از این اطلاعات به سمت هدف تا ارتفاع 15000پایی پایین می‌آید و با 8 موشك هدایت‌شوندة لیزری HELL FIRE و یا بمبهای 2500 پوندی خود، به سمت هدف حمله می‌كند. البته در بعضی مواقع، عملیات تیمی توسط تعدادی هواپیمای بدون سرنشین و تعدادی هواپیمای سرنشین‌دار صورت می‌گیرد. خلبان كنترل‌كنندة هواپیمای بدون سرنشین نیز می‌تواند در پایگاه زمینی و یا در هواپیمای سرنشین‌دار مستقر باشد كه مورد اخیر در جریان جنگ كوزووو مورد آزمایش قرار گرفت.

فعالیتهای مركز SIRUS (مركز تحقیقات تعامل مصنوعی برای پرنده‌های بدون سرنشین)

فعالیتهای این مركز روی موضوعاتی در ارتباط با سیستم انتقال اطلاعات به خلبان زمینی متمركز شده است. مرحلة اول فعالیت این مركز، اصلاح و بهینه‌سازی سیستمهای خلبان از راه دور هواپیماهای بدون سرنشین می‌باشد. در این رابطه، پایة فعالیتها، كنترل و هدایت كامل پرنده توسط خلبان مستقر در پایگاه زمینی است.

مرحلة دوم فعالیت این مركز كنترل و هدایت چند پرندة بدون سرنشین رزمی توسط یك اپراتور (خلبان زمینی) و بهینه‌سازی سیستم انتقال اطلاعات به پایگاه زمینی و انتقال فرامین كنترلی خلبان زمینی به هواپیما می‌باشد. البته در این حالت، تنها بخشی از كنترل پرنده‌ها بر عهدة خلبان زمینی است. چرا كه پرنده‌های مورد استفاده در این حالت، نیمه‌خودكار بوده و تا حدی استقلال در انجام عملیات و مأموریت از پیش تعیین شده را دارند.

در مرحلة بعد، كنترل و هدایت پرنده به صورت كاملاً خودكار صورت می‌گیرد و خلبان زمینی در مواقع اضطراری و در شرایط خاص وارد عمل می‌شود. مسأله‌ای كه در این مرحله می‌باید بررسی شود، این است كه خلبان زمینی چه وقت باید وارد چرخة كنترل پرنده شود و به چه نحوی باید او را نسبت به این مسأله مطلع كرد. به عبارت دیگر، به دلیل اینكه، در یك عملیات شناسایی كه ممكن است حدود 24 ساعت نیز به طول انجامد، عوامل فیزیولوژی انسانی نیز باید در نظر گرفته شود و برای مشكلاتی نظیر یكنواختی كار و فرسودگی روانی خلبان زمینی، می‌باید چاره‌ای اندیشیده شود. همچنین سیستم خلبان زمینی خودكار پرنده باید این توانایی را داشته باشد كه در مواقع اضطراری پیامهایی را برای خلبان زمینی صادر كند و هدایت و كنترل پرنده را به او بسپارد.

در مرحلة اول كار، بیشترین تمركز روی خلبان و سیستمهای انتقال اطلاعات می‌باشد و در مراحل دوم و سوم نیز می‌باید تحقیقات وسیعی روی سنسورها و سیستمهای كنترل خودكار صورت گیرد. البته به دلیل اینكه پرواز هواپیماهای بدون سرنشین تضمین‌شده نیست و خطر جانی هم برای خلبان در بر ندارد، این مراحل نیز با محدودیت و سخت‌گیری كمتری مواجهند.

از دیگر فعالیتهای مركز SIRUS، گسترش تكنولوژی بینایی مصنوعی با واقع‌گرایی بالا، افزایش و ارتقاء سیستمهای اخطار به خلبان، سیستم سه‌بعدی‌سازی تصویر و نمایش تصویر از طریق كلاه مخصوص خلبان می‌باشد. انگیزة اصلی برای انجام این تحقیقات، بالا بردن نقش نیروی انسانی در هدایت و كنترل پرنده، نظارت خلبان بر روند اجرای مأموریت و ساخت هواپیمای خودكار با قابلیت پیش‌برنامه‌ریزی است. (نكتة قابل توجه اینكه علی‌رغم مزایای سیستمهای خودكار، ضریب اطمینان كار نیروی انسانی و دقت آن در مقایسه با سیستمهای خلبان خودكار فعلی همچنان بالاتر است. لذا در كنار تحقیقاتی كه در زمینة توسعة سیستمهای خلبان خودكار صورت می‌گیرد، توسعه و ارتقاء سیستمهای خلبان از دور نیز همچنان مورد توجه می‌باشد.)

مراجع

 1. UAV’s And the Human Factor, By J.R. Wilson. Aerospace America July 2002

2. Unmanned Aerial Vehicles Roadmap 2002-2027, Department of Defense, Office of the Secretary Defense, USA, December 2002

3. "اشاره‌ای به هواپیماهای بدون سرنشین"، گروه UAV پیك هوافضا، پیك هوافضا، بهار و تابستان 1382






طبقه بندی: مقالات علمی،
برچسب ها: پهپاد، هواپیما، توسعه، هواپیمای بدون سرنشین، چالش، پیش رو، عملیات، تیمی، کنترل از راه دور،
.: Weblog Themes By Pichak :.


free counters
تمامی حقوق این وبلاگ محفوظ است | طراحی : پیچک


قالب میهن بلاگ

download

قالب بلاگفا

قالب وبلاگ

چت

قالب بلاگ اسکای

قالب وبلاگ

اخلاق اسلامی

قالب وبلاگ

قالب وبلاگ