سیستم خلبان خودکار پرنده های بدون سرنشین
مقدمه
هر وسیله پرنده باید در طول پرواز و در کلیه حالات پروازی قابل کنترل، پایدار و متعادل باشد.
این سه الزام پیش شرط های یک پرنده ایمن هستند.
از سویی دیگر، موضوع پایداری و کنترل با عکس‌العمل پرنده در مقابل اغتشاشات داخلی و خارجی سر و کار دارد.
اغتشاشات داخلی شامل چرخش سطوح کنترل، تغییر محل مرکز ثقل و تغییر پیکربندی پرنده می‌باشد.
این اغتشاشات یا توسط خلبان(اپراتور) و یا توسط سامانه کنترل خودکار پرنده تولید می‌شوند.
اغتشاشات خارجی توسط محیط ایجاد شده و شامل مواردی از قبیل باد و جریان‌های حرارتی می‌شود.
به عبارت دیگر، پایداری یک سیستم پرنده را میتوان تنظیم کلیه پارامترها اعم از وضعیت خطی،
وضعیت زاویه‌ای، سرعت خطی، سرعت زاویه‌ای، نیرو و گشتاور هریک از راستاها در مقادیر مطلوب
و همچنین حداقل نمودن اثر اغتشاشات بر هریک از آنها دانست.
تعدد این پارامترها و عوامل موثر بر آنها به شدت بر پیچیدگی کنترل این سیستم می‌افزاید.
اتوپایلوت
خلبان خودکار از مفاهیم پرکاربرد و در عین حال عام می‌باشد
که در گستره وسیعی از تجهیزات قابل کنترل و هدایت مانند هواپیما، بالگرد، مولتی روتورها،
موشک، شناورهای سطحی و زیرسطحی، خودرو به کار گرفته می‌شود.
در ابتدا سیستم خلبان خودکار بر روی هواپیما های مدل پرواز آزاد نوع اسکیل بکار رفت
اولین و ساده ترین سیستم خلبان خودکار برای کنترل سکان عمودی شامل یک قطعه سیم پیانو بود
که به سکان عمودی متحرک و درست به ضخامت میانی ان وصل می شد
و طول ان تا میان بدنه مدل بود و در انتهای ان یک وزنه سربی کوچک بسته می شد
و در صورتی که مدل به سمت راست منحرف می شود وزنه که به سر سیم پیانو متصل بود
به همان سمت در جهت افقی حرکت و سکان عمودی متحرک را در جهت عکس به حرکت در می اورد .
این سیستم ساده تا مدت ها یکی از انواع خلبان های خودکار برای هواپیمای مدل بود .
سیستم خلبان خودکار نیز برای سکان افقی
بعضی از دوستداران هواپیمای مدل پرواز آزاد یک سیستم خلبان خودکار نیز برای سکان افقی طراحی کرده بودند
که مشابه با همان سیستم سکان عمودی بود ولی در این جا یک میله پاندول مانند
در مقصلی در وسط بدنه قرار می گرفت که با شیرجه مدل وزنه به سمت جلو حرکت
و میله سیم پیانو را به عقب فشار داده و سکان عمودی را به بالا هدایت می کرد
این دو سیستم اگر با هم در یک مدل بکار می رفت
اکثرا به دلیل نداشتن گنجایش بدنه های هواپیمای مدل اکثرا در موقع کار به هم گیر کرده
و هواپیما سقوط می کرد و چون حرکات و کنترل این سیستم سریع بود
خلبان خودکار در هواپیماهای مدل امروزی RC Airplane/RCAP
پرواز یک هواپیمای مدل پرواز آزاد همانند یک هواپیمای واقعی با خلبان خودکار نبود.
خلبان خودکار در هواپیماهای مدل امروزی را RC Airplane/RCAP می نامند
و شامل یک سیستم سخت افزای است که در داخل هواپیمای مدل قرار گرفته
و با کامپیوتر و از پورت مخصوص می توان تمامی برنامه پرواز را درون حافظه ان برنامه ریزی نمود
و به راحتی می توان ارتباط دستگاه رادیو کنترل را با یک دکمه قطع و هواپیمای مدل طبق برنامه
و با استفاده از دستگاه جی پی اس GPS و با استفاده از سنسور های افقی و عمودی
و ارتفاع سنج خود تا محل مشخص شده رفت و بر گشت نماید.
در ادامه این مقاله خواهیم گفت که پهپاد ها را چه کسی هدایت میکنند؟
این نوع از هواپیمای های بدون سرنشین چه کاربردی دارند و چه عملیاتی میتوان به آنها سپرد؟
امکان دارد با چه کمبود و مشکلاتی مواجه شوید و همینطور خواهیم گفت
که مشتریان این سیستم ها چه کسانی هستند و یا میتوانند باشند؟
پس با ما در ادامه این مطلب همراه باشید.
سال گذشته وقتی اعلام شد که نیروهای مسلح ایرانی توانسته‌اند
یک هواپیمای بدون سرنشین آرکیو ۱۷۰ را در خاک کشور بر زمین بنشانند، تب پهپادها در ایران بالا گرفت.
در آن بحبوحه حدس و گمان و خبرهای داغ، پیدا کردن کارشناسانی
که عمر حرفه‌ای خود را صرف طراحی و ساخت این‌گونه از پرنده‌های باهوش کرده باشند به یک باید تبدیل شد.
همان زمان بود که متوجه شدیم در کنار مجموعه‌های بزرگ نظامی کشور
که به منظورهای مشخصی روی ساخت انواع و اقسام پهپادها سرمایه‌گذاری کرده‌اند،
یک گروه کوچک از جوانان فارغ‌التحصیل مهندسی هوافضا نیز همه زندگی خود را صرف این هواپیماهای کوچک و استراتژیک کرده‌اند.
پهپاد یا هواپیمای بدون سرنشین را هیچ‌کس نباید هدایت کند. باید برنامه پروازی داشته باشد و طبق آن برنامه پروازی پیش برود.
به محض این که در پرواز هواپیمای بدون سرنشین بعد از برنامه‌ریزی‌اش دخالت می‌کنید
از حالت بدون سرنشین خارج می‌شود و به صورت نیمه اتوماتیک پرواز می‌کند.
درباره واژه بدون سرنشین باید بگویم مشکلی که وجود دارد این است
که اکثر پرنده‌هایی که بدون سرنشین نامگذاری می‌شوند اصولا توانایی حمل سرنشین را ندارند.
در واقع این که کسی سوار بر پرنده نباشد اهمیت ندارد، بلکه مهم است
که سیستم خلبان خودکار بتواند بدون دخالت سرنشین یا به طور عام‌تر عامل انسانی پرواز کند.
مشکل بزرگی که متاسفانه امروزه حتی در پروژه‌های بزرگی که با بودجه دولتی ارتزاق می‌شوند
نیز وجود دارد همین عدم تفاوت گذاشتن بین پرنده‌های تفریحی و سرگرمی کنترل از راه دور با پرنده بدون سرنشین است.
عموما تصور از یک پرنده بی‌سرنشین، پرنده‌های زمان جنگ است که توسط رادیو کنترل هدایت می‌شد
که این پرنده اصلا پرنده رادیو کنترل تفریحی بود، اما چون در جنگ سیستم بهتری نداشتیم
از این پرنده‌ها برای اهداف نظامی استفاده می‌شد. آن هواپیماها حتی توانایی ضبط تصویری را هم نداشتند.
نمونه بارز آن پرنده‌ها همانی است که در فیلم سینمایی مهاجر عموم مردم دیده‌اند.
پس پرنده مهاجر را میتوان پرنده‌ای نام برد که توسط انسان کنترل می‌شد،
اما الان پرنده‌هایی را مشاهده می‌کنیم که کامپیوتر آنها را هدایت می‌کند.
ما خلبان اتوماتیکی در حال حاضر برای پهپاد دانشگاه شریف نصب کرده‌ایم
که حتی برای برنامه‌ریزی اولیه نیازی به کامپیوتر ندارد.
طرح ما به این صورت است که با یک قطب‌نما میتوانید مسیرهایی که پرنده نیاز دارد برود
با ۳ کلید دستی و یک تلویزیون یا عینکی که LCD کوچکی دارد برنامه پرواز را وارد کرده
و پرنده مسیری تا ۱۰۰ کیلومتری را به صورت اتوماتیک می‌رود و برمی‌گردد.ش
در حال حاضر سیستم‌های خلبان اتوماتیکی که به ایران فروخته می‌شود
معمولا تا ۱۰ کیلومتر برد دارد به دلیل این که کارهای نظامی خاص انجام نشود،
اما این که خودمان ساخته‌ایم ۹/۹۹ کیلومتر برد دارد که نرم‌افزارش را هم خودمان نوشته‌ایم.
سیر تکاملی هواپیمای بدون‌سرنشین از کجا شروع شد؟
چه توسعه‌هایی داده شده و چه تکنولوژی‌هایی در آن دخیل است؟
پهپاد با ساخت هواپیمای مدل تفریحی شروع شد.
همان‌طور که می‌دانید ابزار تفریحی که مشتریانش مردم کوچه و بازار باشند
دارای بازار پویا و راحتی است برای پول درآوردن.
این‌طوری شد که این صنعت خیلی زود پیشرفت کرد.
اول به صورت هواپیماهای پرتاب آزاد بود، هواپیمای بدون کنترل یا با کنترل را پرتاب می‌کردند
و هواپیما مستقیم می‌رفت و می‌چرخید و بعد از این که سوختش تمام می‌شد، می‌نشست.
بعد هواپیمای کنترل‌دار آمد که فرامین از طریق یک سیم بلند و نازک توسط خلبان به هواپیما ارسال می‌شد.
اما بعد از آن تکنولوژی خلبان خودکار پیشرفت کرد و آلمانی‌ها هواپیماهای گلایدری تولید کردند
که در آن تجهیزات الکترومکانیکی ساده‌ای وجود داشت
که یک برنامه از پیش تعیین شده‌ای را که برای مثال روی یک میل بادامک حک شده بود، اجرا می‌کرد.
به تدریج موتورها کوچک‌تر شدند و فناوری بی‌سیم به کمک این صنعت آمد.
اما انقلاب اصلی زمانی رخ داد که فناوری دیجیتال پا به عرصه وجود گذاشت
و بنابراین ما می‌توانیم شاهد پرواز هواپیماهای بدون سرنشین بسیار هوشمند و مستقلی باشیم
که تنها با تکیه بر آنچه خودشان از محیط اطراف درک میکنند،
به پرواز ادامه داده و مانورهای بسیار هوشمندانه‌ای انجام می‌دهند.
تا جایی که امروزه پرنده‌هایی مانند گلوبال بلند می‌شوند
و دور زمین می‌چرخند و به صورت ماهواره‌ای یا اتوماتیک یا با خلبان اتوماتیک کنترل می‌شوند.
هواپیمای بدون سرنشین چه کارایی‌هایی دارد؟
چه عملیاتی را میتوان به این سیستم سپرد؟
هواپیمای بدون سرنشین در دنیای نظامی در سایز کوچک به درد دیده‌بانی هوایی، مرزبانی و رساندن دارو برای جاهای خاص می‌خورد.
در سایزهای بزرگ‌تر برای حمله یا پروازهای طولانی یا شناسایی استفاده می‌شود،
اما در محدوده غیرنظامی پهپاد برای تصویربرداری هوایی و کارهای زمین‌شناسی
و نقشه‌برداری یا در این حد که برای سمپاشی مزارع از هلی‌کوپترهای بدون سرنشین در کشورهای پیشرفته استفاده می‌شود
یا حتی برای تست دستگاه‌ها یا تجهیزاتی که برای هواپیماهای سرنشین‌دار استفاده می‌شود.
اما در حال حاضر عمده استفاده از این نوع هواپیماها برای دیده‌بانی، حمل و نقل و کنترل ترافیک است.
در حال حاضر پرنده‌هایی مانند قوی برفی وجود دارد که ساخت کشور آمریکاست
که تا ۸۰۰ ـ ۷۰۰ کیلوگرم را میتواند در مسافت‌های طولانی با خودش حمل کند
و ویژگی مهم آن هزینه بسیار اندک تعمیر و نگهداری و عدم وجود هزینه خدمه پروازی است.
این هواپیما میتواند برای رساندن آذوقه به کمپ‌های تحقیقاتی قطب شمال یا امدادرسانی به سوانح رانندگی در بزرگراه‌ها به کار آید.
شرکت شما از چه زمانی و برای چه منظوری کار روی هواپیمای بدون سرنشین را شروع کرد؟
در دوران دانشجویی یکی از دانشجویان از سال‌های ۸۲ ـ۸۱ کار روی طراحی هواپیماهای جنگنده سرنشین‌دار را آغاز کرد.
مدت کوتاهی در هواپیماسازی بودو طرح‌هایی را ارائه داد. اما خیلی زود فهمید
که بخش دولتی این صنعت، دستش را به عنوان یک مهندسی که کلی ایده داشت می بست.
در آن زمان او و دوستانش توانایی مالی برای این که در ساخت هواپیمای سرنشین‌دار پا بگذارند را نداشتند.
تنها راهی که وجود داشت شروع‌کردن به طراحی و ساخت هواپیمای بدون سرنشین بود
که نتیجه‌اش یکی از اولین پرنده‌های بدون سرنشین واقعی ایران بود.
در آن زمان هواپیمای الکتریکی بدون سرنشین با خلبان اتوماتیک در ایران وجود نداشت
و او موتور آن را با مشقت زیادی سوار کردم و تست پرواز گرفتم.
بعد از تصمیم در شروع آن پروژه با چه مشکلاتی روبه‌رو شدند؟
اولین مشکلاتی که وجود داشت و هنوز هم وجود دارد کمبود مواد اولیه و ملزومات صنعت هوافضا در ایران است.
صنعت هواوفضا اولین چیزی که نیاز دارد وسایل و ابزار الکترونیک است
یعنی هر چه شما طرح و ایده هم داشته باشید،
اگر ملزومات مورد نیازتان در دسترس نباشد به هیچ کاری نمی‌آید.
دوم سیستم‌های الکترونیکی، چون هواپیمایی که خلبان اتوماتیک حرفه‌ای نداشته باشد،
صد درصد هواپیمایی مدل و تفریحی است که به درد کارهای حرفه‌ای نمی‌خورد
و این خیلی نکته قابل تاکیدی است. هواپیما باید خلبان اتوماتیک حرفه‌ای داشته باشد
و از دید خارج شود و بعد به صورت اتوماتیک برگردد به آشیانه.
- تازه حالا اگر بتوانیم با هزار و یک گرفتاری قطعات و مواد اولیه را بخریم و بیاوریم ایران دچار مشکل با گمرک ایران خواهیم شد.
- از طرفی این مواد و قطعات الکترونیکی را به ما نمی‌دهند، چون ما در ایرانیم و اینجا فعالیت داریم،
- از طرفی اگر ما این قطعات را وارد کنیم، گمرک ایران نمی‌گذارد این قطعات ترخیص شود و هزار تا مشکل برای واردکنندگان ایجاد میکنند.
- شرکت هایی که تصمیم داشتند در این حوزه فعالیت کنند و یا همچنان فعالیت میکنند می‌دانستند صنایع نظامی مشتری آنها نخواهند بود.
- بسیاری از مشتری‌های ما کشورهای عربی هستند.
- آنها از تجهیزات پروازی ما برای تصویربرداری‌های هوایی که شرکت‌های نفتی آن کشورها نیاز دارد، استفاده میکنند.
- چرا این همه مدل متنوع ساخته شده است؟
هدایت پهپاد
پهپاد را هیچ‌کس نباید هدایت کند. به محض این که در پرواز هواپیمای بدون سرنشین
بعد از برنامه‌ریزی‌اش دخالت می‌کنید از حال بدون سرنشین خارج می‌شود.
پهپادهای رادیوکنترلی هواپیماهای تفریحی هستند
و نه هواپیماهای بدون سرنشین مدل‌های متنوع براساس نیازهای متنوع ساخته شده است.
شرکت‌هایی را می‌شناسم که سال‌هاست یک مدل را تولید می‌کند.
یک مدل یک نیاز را برطرف می‌کند. مثلا هواپیمای کبوتر ، پرنده کوچکی است
که کاملا اتوماتیک پرواز می‌کند و این به خاطر نیاز خریدارانی بود که مایل نبودند
درگیر آموزش‌های سخت و طولانی برای خلبانی یک هواپیمای پیشرفته شوند.
همین هواپیمای کبوتر که حدود۴۰ کیلومتر برد دارد، به گونه‌ای طراحی شده
که پس از پایان ماموریت با چتر فرود آید تا یک فرد مبتدی هم بتواند از آن استفاده کند.
شرکت هایی در ایران وجود دارند که پاراموتور و چترهای فرود هواپیما را تولید می‌کنیم.
دوخت پاراموتور تکنولوژی پیچیده‌ای دارد و بسیار مشکل است، چراکه از الیاف کندار ساخته شده است.
می‌دانید که الیاف کندار ضدسایش است، برش نمی‌خورد و قیچی به آن اثر نمی‌کند و کار با آن بسیار سخت است.
یا برای مثال هواپیمای R۸ پرنده سبکی است که ۲ عدد از آنها در یک ساک دستی جا می‌شود.
R۸ پرنده ارزان‌قیمتی است که تا ۱۰ کیلومتر به صورت اتوماتیک تصویربرداری هوایی و گشتزنی می‌کند.
مشتری‌های این سیستم ها عمدتا چه کسانی هستند؟
چه کسانی میتوانند به ما مراجعه کنند؟
مشتری‌های ما بیشتر دانشگاه‌ها هستند، به اضافه مشتری‌های خارجی در خاورمیانه و کسانی که میتوانند به ما مراجعه کنند راهنمایی رانندگی و نیروی انتظامی است.
جنگلبانی است که استفاده بسیار خوبی میتواند بکند. میتوانند از مولتی روتورهای صنعتی و بدون سرنشین ما استفاده کنند.
1 نمونه از مولتی روتور های ما مخصوص خاموش کردن آتش است که محموله زیادی از مواد خاموش‌کننده آتش را میتواند در فاصله زیادی حمل کند و در مرکز آتش فرو بریزد و همینطور برای مصارف کشاورزی وپاشش سم میتوان از آن استفاده کرد.
با یک هواپیمایی که دارای خلبان است بسیار راحت میتوان در زمانی کوتاه محل آتش را پیدا کرده
و اقدام به عملیات خاموش‌کردن آتش نمود، اما به این سیستم ها چگونه باید در زمانی کم برنامه داد؟
در ۲ یا ۳ دقیقه با یک قطب‌نمای معمولی زاویه را نسبت به خط شمال و مبدا درآورده و در سیستم ذخیره می‌کنید.
در حین پرواز هم میتوانید دخالت کنید و زاویه مسیر را تغییر دهید.
اگر بخواهید از هواپیماهای معمولی برای این کار استفاده کنید شما باید دائم ۳ خلبان داشته باشید
که اگر مشکلی پیش آمد در ۳ شیفت حضور مداوم داشته باشند،
اما این سیستم بدون سرنشین میتواند دائم در آشیانه شما آماده پرواز موجود باشد و در ۲ تا ۳ دقیقه آماده پرواز شود.
هواپیما مریض نمی‌شود، غیبت نمی‌کند، بیمه نمی‌خواهد و حقوق نمی‌گیرد و هزینه تعمیراتی آن بسیار کم است.
- این هواپیماها به GPS و سیستم ناوبری دیگری مجهزهستند. این نوع پهپادها هوشمند هستند.
اما در برخورد با موانع، عکسبرداری از جایی خاص یا همین مورد پیدا کردن موقعیت آتش به صورت هوشمند چگونه عمل میکنند؟
صددرصد در این هواپیماها سیستم‌های اندازه‌گیری و حسگرهای زیادی وجود دارد.
ساده‌ترین اتوپایلوت سیستمی است که طول و عرض جغرافیایی منطقه را به آن می‌دهید
و خودش تصمیم می‌گیرد و نهایتا هم خودتان میتوانید دخالت کنید.
یعنی به جای این که یک سرنشین بگذارید و هواپیما را به آسمان بپرانید با این هواپیماهای بدون سرنشین یک مرحله بالاتر هستید.
همچنین هواپیماهای معمولی خلبان‌دار نمی‌توانند ۱۰ تا ۱۵ ساعت در هوا پرواز کند،
یعنی اصلا هیچ انسانی نمی‌تواند این مدت طولانی یک جا ثابت بنشیند و دائم مراقب اوضاع باشد
اما در حال حاضر سیستم‌های مولتی روتور های بدون سرنشین ما میتوانند ساعات زیادی را پرواز میکنند
بدون نیاز به اکسیژن، بدون نیاز به سیستم گرمایشی، آب و غذا و صد جور توقع دیگر.
فرض کنید من مزرعه خیلی بزرگی دارم و می‌خواهم دور تا دور مزرعه را دیده‌بانی و همه‌جا را کنترل کنم،
اما نمی‌خواهم از دوربین استفاده کنم، با استفاده از مولتی روتور های شرکت آشیانه ققنوس ایرانیان چقدر هزینه باید کنیم؟
چه تجهیزاتی را باید تهیه کنیم و چه کارهایی را باید انجام دهیم؟
شما میتوانید با یک هزینه کم محصول مورد نیاز خود را که یکی از هواپیماهای بدون سرنشین ما میتواند
باشی را تهیه کنید که مجهز به موتور الکتریکی است .
و همینطور شرکت آشیانه ققنوس ایرانیان برای پرنده‌های خودگارانتی‌هایی هم در نظر گرفته
به اضافه این که خریدارمی تواند با هزینه کمی آموزش ببیند.
چند وقت پیش در نمایشگاهی در مسکو هواپیمای بدون سرنشینی بود
که سازنده‌اش می‌گفت یکی از شرکت‌های ایرانی نمونه‌ای از آن را از آنها خریداری کرده است
به قیمت حدود ۱۲۰ میلیون تومان و باید گفت جای تاسف دارد هواپیمایی که نه استاندارد دارد
نه گارانتی با این قیمت توسط شرکت‌های ایرانی خریداری می‌شود،
در حالی که ما خودمان هواپیماهایی داریم که استاندارد دارد و واقعا صلاحیت دارد
و از همه مهم‌تر این که با یک‌چهارم قیمت عرضه می‌شود،
اما خیلی از خریداران حاضر نیستند کالای ایرانی بخرند.
شرکت ما با این که یک شرکت کوچک است کل فرآیند آموزش، طراحی، ساخت، تعمیر ،پشتیبانی و فروش و کار انبوه خودش را انجام می‌دهد.
به نظر شما قسمت سخت کار کجاست؟
قسمت سخت کار شامل تامین مواد اولیه و قطعات است آن هم نه به خاطر تحریم،
بلکه به خاطر گمرک کشور ایران است و با کمال اطمینان می‌گویم
که در گمرک ایران یک کانتینر کالا را خیلی راحت میتوانید وارد کنید،
اما یک دانشجو یک قطعه کوچک را نمی‌تواند وارد کند و سال‌ها باید دنبال ترخیص کالایش باشد.
یک محدودیت با این است و محدودیت دیگری که ما را در کار شرکتی اذیت می‌کند پشتیبانی است.
مشتری‌هایی که ما در ایران داریم به اندازه‌ای که باید از پرنده بدون سرنشین و سیستم بدون سرنشین اطلاعاتی ندارند.
یعنی مشتری چیزی سفارش می‌دهد و به او می‌گوییم پرنده را به صورت خام می‌خواهید یا نیاز به آموزش هم دارید؟
می‌گوید: نه نیازی به آموزش ندارم و در فلان ارگان هستم فقط پایین‌ترین قیمت را بگویید
و بعد معلوم می‌شود که این آدم اصلا از هواپیمای بدون سرنشین اطلاعاتی ندارد
و سال‌هاست با هواپیمای تفریحی کار می‌کرده است و آن‌موقع است که درگیری شروع می‌شود.
