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Drone

09/04/2018

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Panoramica

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Obiettivi

  1. Un veicolo aereo senza equipaggio (UAV) è un veicolo aereo senza equipaggio. Gli UAV includono sia i droni autonomi (possono farlo da soli) sia i veicoli a pilotaggio remoto (RPV). Un UAV è in grado di volare a livello controllato e sostenuto ed è azionato da un motore a reazione, alternativo o elettrico.  Nel 21 ° secolo, la tecnologia ha raggiunto un punto di sofisticazione che l'UAV viene ora dato un ruolo molto più esteso in molte aree dell'aviazione.
  2. Un UAV differisce da un missile da crociera in quanto un UAV è destinato a essere recuperato dopo la sua missione, mentre un missile da crociera ha un impatto sul bersaglio. Un UAV militare può trasportare e sparare munizioni a bordo, mentre un missile da crociera è una munizione.

Specifiche

UAV in miniatura e micro

Un altro campo di crescita negli UAV sono UAV in miniatura, che vanno dai " micro veicoli aerei (MAV)" e UAV in miniatura che possono essere trasportati da un fante agli UAV che possono essere trasportati e lanciati come un sistema di difesa aerea portatile di fanteria .

UAV Endurance

L'idea di progettare un UAV che potrebbe rimanere nell'aria per lungo tempo è in circolazione da decenni, ma è diventata una realtà operativa solo nel 21 ° secolo. Gli UAV di resistenza per le operazioni a bassa quota e ad alta quota, questi ultimi a volte indicati come UAV "ad alta quota di lunga durata (HALE)", sono ora in servizio completo.  

Il 21 agosto 1998, una Aerosonde AAI di nome Laima diventa il primo UAV ad attraversare l'Oceano Atlantico, completando il volo in 26 ore.

Esperimenti UAV di potenza con fascio

L'idea di utilizzare UAV come un'alternativa più economica ai satelliti per ricerca atmosferica, la terra e l'osservazione del tempo, e in particolare le comunicazioni risale almeno alla fine del 1950, con studi concettuali focalizzati su UAV a propulsione convenzionale, o nuove forme di propulsione che utilizzano microonde con travi a vista energia o celle solari fotovoltaiche.

Raytheon ha suggerito quello che ora sarebbe descritto come un UAV che utilizza la potenza a raggi, che volava a un'altitudine di 15 chilometri (9,3 miglia), nel 1959, ed effettivamente ha eseguito una dimostrazione di dimostrazione del concetto nel 1964, con un'antenna trasmittente che alimenta un elicottero su un cavo da 20 metri (65 piedi). L'elicottero trasportava un'antenna raddrizzante o una serie " rectenna " che incorporava migliaia di diodi per convertire il fascio di microonde in energia elettrica utile.

La dimostrazione del 1964 ha ricevuto una buona dose di pubblicità, ma non ne è venuto fuori nulla, poiché l'entusiasmo per i satelliti della Terra era molto alto e il sistema rectenna era pesante e inefficiente. Tuttavia, negli anni '70, la NASA si interessò alla potenza radiante per le applicazioni spaziali e, nel 1982, pubblicò un progetto per un sistema di rectenna molto più leggero ed economico.

La Rectenna della NASA era costituita da un sottile film di plastica, con antenne a dipolo e circuiti di ricezione incorporati nella sua superficie. Nel 1987, il Canadian Communications Research Center ha utilizzato un sistema di miglioramento del genere per alimentare un UAV con un'apertura alare di 5 metri e un peso di 4,5 chilogrammi (9,9 libbre), come parte della piattaforma di relè ad altitudine fissa ( SHARP) progetto. L'UAV SHARP volò in cerchio a 150 metri (490 piedi) sopra un'antenna trasmittente. L'UAV ha richiesto 150 watt ed è stato in grado di ottenere questo livello di potenza dal fascio di microonde da 6 a 12 kilowatt.

Energia solare

DARPA's Vulture , un velivolo di lunghissima durata

Negli anni '80, una nuova attenzione era focalizzata sugli aeromobili azionati dall'energia solare . Le celle solari fotovoltaiche (PV) non sono molto efficienti e la quantità di energia fornita dal Sole su un'area unitaria è relativamente modesta. Un aereo a energia solare deve essere leggermente costruito per consentire ai motori elettrici a bassa potenza di sollevarlo da terra. Tale velivolo era stato sviluppato nella competizione per il Kremer Prize per il volo a propulsione umana. All'inizio degli anni '70, il dott. Paul B. MacCready e la sua società AeroVironment diedero una nuova occhiata alla sfida e inventarono un aeromobile non ortodosso, il " Gossamer Condor ", per vincere il Premio Kremer il 23 agosto 1977.

Nel 1980, Dupont Corporation sostenne l'AeroVironment nel tentativo di costruire un aereo pilotato ad energia solare che potesse volare da Parigi, dalla Francia all'Inghilterra. Il primo prototipo, il "Pinguino Gossamer", era fragile e non molto aeronavigabile, ma portò a un velivolo migliore, il " Solar Challenger ". Questo successo ha portato a sua volta a concetti AeroVironment per un UAV ad energia solare. Un UAV ad energia solare potrebbe, in linea di principio, rimanere in alto indefinitamente, purché avesse un sistema di accumulo di energia per mantenerlo in volo di notte. L' aerodinamica di un tale velivolo era impegnativo, poiché per raggiungere alte altezze doveva essere molto più leggero per unità di superficie di ala rispetto a Solar Challenger, e trovare un sistema di accumulo di energia con l'elevata capacità necessaria e il peso leggero era anche fastidioso.

Nel 1983, AeroVironment ha studiato il concetto, che è stato designato "High Altitude Solar (HALSOL)". Il prototipo HALSOL è partito per la prima volta nel giugno 1983. HALSOL era una semplice ala volante , con una luce di 30 metri (98 piedi 5 pollici) e una larghezza di 2,44 metri (8 piedi). Il longherone principale era costituito da un tubo composito in fibra di carbonio, con nervature in polistirolo espanso e rinforzato con legno di abete e kevlar e ricoperto da un sottile film di plastica Mylar. L'ala era leggera ma straordinariamente forte.

L'ala fu costruita in cinque segmenti di uguale estensione. Due gondole pendevano dal segmento centrale, che trasportava il carico utile, il radiocomando e l'elettronica di telemetria e altri attrezzi. Le gondole fornivano anche il carrello di atterraggio. Ogni gondola aveva due ruote da bimbo in fronte e una ruota posteriore per il carrello. HALSOL era azionato da otto piccoli motori elettrici che azionavano eliche a passo variabile . C'erano due motori sul segmento dell'ala centrale, due motori su ciascun segmento interno dell'ala e un motore su ciascun segmento esterno dell'ala. Il peso totale dell'aeromodello era di circa 185 chilogrammi (410 libbre), con circa un decimo del carico utile.

Nove voli HALSOL si sono svolti nell'estate del 1983 nella base isolata e segreta di Groom Lake, nel Nevada. I voli sono stati condotti utilizzando radiocomando e batteria, poiché l'aereo non era stato dotato di celle solari. L'aerodinamica di HALSOL è stata convalidata, ma l'indagine ha portato alla conclusione che né la tecnologia delle celle fotovoltaiche né quella di immagazzinamento dell'energia erano sufficientemente mature da rendere l'idea pratica per il momento. HALSOL fu messo in deposito e, come risultò, sarebbe stato resuscitato per maggiori glorie in seguito, come discusso più avanti. Per il momento, però, rimase un segreto completo.

A metà degli anni '80, non molto tempo dopo che HALSOL entrò in naftalina, la NASA aggiudicò un contratto a Lockheed per studiare un UAV HALE ad energia solare chiamato "Piattaforma ad alta altitudine solare (Solar HAPP)" per missioni come il monitoraggio delle colture, la ricognizione militare e relè di comunicazione. Lo sforzo di Solar HAPP non ha portato a un prototipo. Gli UAV HALE ad energia solare erano un concetto un po 'in anticipo sui tempi e il primo lavoro pratico sugli UAV di resistenza si concentrava su concetti più convenzionali.

Ambra

Nel 1984, DARPA ha emesso un contratto americano da 40 milioni di dollari a Leading Systems Incorporated (LSI) di Irvine, in California, per costruire un UAV di resistenza denominato "Amber". L'ambra doveva essere utilizzata per le ricognizioni fotografiche, le missioni ELINT o come missile da crociera. L'esercito americano, la marina e il corpo dei marines erano interessati e DARPA alla fine passò il controllo alla marina.

Amber è stato progettato da una squadra sotto Abraham Karem di Leading Systems. Ambra era lunga 4,6 metri, aveva un'apertura alare di 8,54 metri (28 piedi), pesava 335 kg (740 libbre) ed era alimentata da un motore a pistoni raffreddato a liquido a quattro cilindri che erogava 49 kW (65 CV), guida un'elica spintore nella coda. L'ala era montata su un corto pilone sopra la fusoliera. La versione missilistica da crociera di Amber avrebbe gettato via l'ala quando ha fatto il suo ultimo tuffo su un bersaglio.

Amber aveva una coda a V rovesciata , che si sarebbe rivelata una configurazione popolare per un UAV spintore, poiché proteggeva l'elica durante il decollo e l'atterraggio. La cellula è stata fatta di plastica e materiali compositi, principalmente Kevlar , e l'UAV aveva triciclo retrattile stiltlike carrello di atterraggio per garantire uno spazio dell'elica. Amber aveva una durata di volo di 38 ore o più.

Il contratto iniziale prevedeva tre prototipi di missili da crociera A-45 "Basic Amber" e tre prototipi di ricognizione B-45. I voli iniziali erano nel novembre 1986, con voli a lunga durata l'anno successivo. Fino ad ora, Amber era un segreto profondo, ma nel 1987 i dettagli del programma furono pubblicati.

Amber era solo uno dei numerosi programmi UAV degli Stati Uniti in programma all'epoca, e il Congresso degli Stati Uniti divenne impaziente di ciò che era percepito come confusione e duplicazione degli sforzi. Il Congresso ordinò un consolidamento dei programmi UAV nel 1987, congelando i finanziamenti fino al giugno 1988, quando fu istituito l'Ufficio centrale dei programmi congiunti per lo sviluppo dei UAV, menzionato in precedenza. Amber è sopravvissuto al consolidamento degli sforzi degli UAV in JPO, dando vita al primo UAV di ricognizione "Amber I", che è partito per la prima volta nell'ottobre 1989. Sono stati costruiti sette Amber Is e sono stati utilizzati nelle valutazioni insieme a Basic Ambers fino al 1990. Tuttavia, i finanziamenti per i beni da ricognizione venivano tagliati e nel 1990 il programma Amber fu ucciso. LSI si trovò di fronte alla bancarotta e fu comprata da General Atomicsnel 1991, che in seguito avrebbe sviluppato l'Amber in una piattaforma operativa, il Predator MQ-1  

Uso domestico degli Stati Uniti

L'agenzia statunitense per la protezione delle dogane e delle frontiere ha sperimentato diversi modelli di UAV e ha iniziato ad acquistare una flotta di mietitori MQ-9 disarmati per ispezionare il confine statunitense con il Messico. "In oltre sei mesi di servizio, la sorveglianza del Predator ha aiutato in quasi 3900 arresti e il sequestro di quattro tonnellate di marijuana", dicono i funzionari di frontiera.  

Il 18 maggio 2006, la Federal Aviation Administration (FAA) ha emesso un certificato di autorizzazione che consentirà agli aerei M / RQ-1 e M / RQ-9 di essere utilizzati all'interno dello spazio aereo civile statunitense per cercare sopravvissuti ai disastri. Nel 2005 sono state richieste richieste per l'utilizzo dell'aeromobile nelle operazioni di ricerca e soccorso a seguito dell'uragano Katrina , ma poiché all'epoca non esisteva alcuna autorizzazione FAA, le attività non sono state utilizzate. La telecamera a infrarossi di Predator con zoom potenziato digitalmente ha la capacità di identificare la firma del calore di un corpo umano da un'altitudine di 10.000 piedi, rendendo l'aereo uno strumento ideale di ricerca e soccorso. [30]

Secondo un rapporto del Wall Street Journal del 2006 , "Dopo un servizio distinto nelle zone di guerra negli ultimi anni, gli aerei senza pilota colpiscono le turbolenze mentre combattono per unire aerei di linea e piloti di fine settimana nei cieli civili americani. la domanda per loro sta germogliando, le agenzie governative li vogliono per i soccorsi in caso di calamità, la sorveglianza delle frontiere e gli scontri a fuoco selvaggio, mentre le compagnie private sperano di un giorno utilizzare i droni per una vasta gamma di compiti, come ispezionare i gasdotti e irrorare i pesticidi nelle fattorie ". [29]

I droni ricreativi sono diventati popolari negli Stati Uniti nel 2015, con circa un milione che dovrebbe essere venduto entro la fine dell'anno. [31]

Drones Over Canada

Il governo del Canada sta valutando l'acquisto di UAV per la sorveglianza artica. Il governo canadese vuole acquistare almeno tre veicoli aerei senza equipaggio di alta quota in quello che potrebbe essere un tentativo di salvare le sue ambizioni di sovranità artica. Il governo canadese vuole modificare il drone Global Hawk esistente, che può operare a 20.000 metri, per soddisfare i rigori del volo nel Far North del Canada. [32]

Uso di piccoli giocatori

Un tempo il costo della tecnologia miniaturizzata limitava l'uso di UAV a gruppi più grandi e meglio finanziati come l'esercito statunitense, ma a causa dei costi in calo della tecnologia UAV, compresi veicoli e apparecchiature di monitoraggio nelle loro forme più semplici, è diventato disponibile per i gruppi che prima non avrebbe avuto il finanziamento per usarlo. A partire dal 2004, l' organizzazione terroristica sciita libanese , Hezbollah , ha iniziato a operare l' UAV Mirsad-1 , con l'obiettivo dichiarato di armare l'aereo per gli attacchi transfrontalieri in Israele. [33]

Tappe intermedie

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