BEZZAŁOGOWE ŚRODKI LOTNICZE I ICH ZASTOSOWANIE UNMANNED AERIAL VEHICLES POTENTIAL FOR PRACTICAL APPLICATIONS

Transkrypt

1 mgr inż. Bogdan PIĄTEK mgr inż. Bohdan ZARZYCKI Wojskowy Instytut Techniczny Uzbrojenia BEZZAŁOGOWE ŚRODKI LOTNICZE I ICH ZASTOSOWANIE Streszczenie: W artykule przedstawiono wybrane obiekty latające różnych producentów oraz dokonano analizy praktycznego ich zastosowania w dziedzinie cywilnej i wojskowej. Powszechnie wiadomo, że bezzałogowe y używane są w wojsku do obserwacji i atakowania wybranych celów. W artykule przedstawiono najbardziej nietypowe rozwiązania konstrukcyjne stosowane nie tylko w wojsku. Słowa kluczowe: bezzałogowiec, dron, bojowy środek uderzeniowy (BSU),, śmigłowiec UNMANNED AERIAL VEHICLES POTENTIAL FOR PRACTICAL APPLICATIONS Abstract: The unmanned aerial vehicles (UAV) from different manufacturers were presented in the paper and the possibilities of their military and civilian applications were studied. It is widely known that UAV in military applications are used to monitor and attack selected targets. In the paper the most untypical constructions used not only in the army were presented. Keywords: unmanned, drone, unmanned aerial vehicle (UAV), plane, helicopter 1. Wstęp Koniec XX i początek XXI wieku przyniosły rozwój bezzałogowców. W niniejszym artykule mianem tym określono wszystkie obiekty latające, na pokładzie których nie znajduje się człowiek-pilot. Obiekty te mogą być zdalnie sterowane przez istotę ludzką (człowiekapilota znajdującego się poza obiektem), mogą posiadać układ pół automatycznego kierowania lub wykonywać całkowicie autonomiczny lot. W literaturze anglojęzycznej określane są jako UAV (Unmend Aerial Vechicle) lub dron. Służą do przenoszenia wszelkiego rodzaju ładunku, czy urządzeń w zależności od przeznaczenia, zadania jakie mają zrealizować. W związku z różnorodnością konstrukcji i przeznaczenia posiadają różny pułap lotu; w niektórych przypadkach przekraczający nawet atmosferę ziemską. Zróżnicowany jest też czas lotu i przebywania w powietrzu. Powszechnie przyjęto, że są to obiektu służące tylko do obserwacji. W niniejszym artykule starano się przedstawić jak różnorodny jest wachlarz zastosowań bezzałogowców. Dokonano podziału obiektów latających na zastosowania: cywilne oraz w wojsku i policji. Przedstawiono typowe rozwiązania konstrukcyjne bezpilotowych ów i śmigłowców, które już są produkowane oraz użytkowane, lub są przedmiotem oferty handlowej. 65

2 2. Przykładowe zastosowania Generalnie można powiedzieć, że bezzałogowce wykorzystywane są do wykonywania prostych prac nudnych i czasochłonnych, podczas wykonywania których człowiek szybko ulega zmęczeniu. Zamiast istoty ludzkiej na pokładzie bezzałogowca znajduje się szereg czujników. Analizą danych napływających z czujników zajmuje się komputer znajdujący się w naziemnej bazie sterującej lotem bezzałogowca. Przykładowe zastosowania w różnych działach gospodarki podano poniżej: - monitorowanie stanu technicznego linii energetycznych, - monitorowanie rurociągów, - monitorowanie ruchu drogowego (zwłaszcza na drogach dojazdowych do dużych miast), - sprawdzanie obszarów leśnych (pod kątem pożarów, wykrywania ognisk lub poszukiwanie kłusowników, osób zaginionych), - kontrola obszarów wodnych (kontrola statków, które wypuściły wodę zęzową i zanieczyściły środowisko lub rybaków łowiących na niedozwolonych akwenach), - nawożenie i opryskiwanie pól uprawnych oraz szacowanie wielkości zbiorów, - określanie wielkości zniszczeń w przypadku katastrof i niesienie pierwszej pomocy dla osób znajdujących się w miejscach trudno dostępnych, - retransmisja sygnałów telekomunikacych, - w technice TV i filmowej (wykonywanie ujęć specjalnych, pokazywanie miejsc trudno dostępnych lub niebezpiecznych dla człowieka), - monitorowanie atmosfery (temperatura, ciśnienie, wilgotność oraz występujące w niej zanieczyszczenia), - robienie zdjęć dla celów kartograficznych, - dostarczanie przesyłek pocztowych, kurierskich w odległe rejony, - monitorowanie obiektów skażonych, wokół których występuje promieniowanie zagrażające życiu ludzkiemu, - monitorowanie zagrożeń lawinowych w górach. Poniżej przedstawiono tylko kilka przykładowych obiektów UAV. Większość bezzałogowców posiada budowę modułową i można je wykorzystywać do realizacji różnych zadań w zależności od zainstalowanych urządzeń, czy czujników na pokładzie. Kolejność opisu jest przypadkowa. 2.1 Bat-4 Na Fot. 1 przedstawiono bezzałogowca Bat-4 przeznaczonego do obserwacji i wykonywania zdjęć kartograficznych. Producentem jest MLB Company (Mountain View, USA - Bat-4 przenosi wymienny pojemnik o masie całkowitej do 13,6 kg. Parametry techniczne zestawiono w Tabeli 1. Jest to uniwersalna konstrukcja. Dzięki wymiennej przestrzeni ładunkowej można w szybki i nie skomplikowany sposób dostosowywać ją do realizacji różnych misji, zadań. Napędzany jest przez benzynowy silnik dwusuwowy o pojemności 106 cm 3. Czas przebywania w powietrzu zależy przede wszystkim od masy przenoszonego ładunku. Start oraz lądowanie autonomiczne z pasa startowego na kołach. 66

3 Tabela 1 Nazwa Bat-4 RMAX Type II T-16XL Atlantic AQUILA MQ-5B Hunter Scan Eagle MJ-7 Szogun Masa całkowita M [kg] 45, Masa ładunku (przenoszona) m [kg] 13, Udźwig m / M 0,3 0,34 0,36 0,32 0,31 0,11 0,11 0,26 Długość L [m] 2,4 3,63 2 2,8 2,2 6,9 1,2 1,97 Rozpiętość skrzydeł * (śmigła) R [m] 4 3,11 * 3,9 3,8 2,15 * 10,5 3,1 3,16 Smukłość L / R 0,6 1,17 0,51 0,74 1,02 0,66 0,38 0,62 Wysokość H [m] 0,9 1, , Typ śmigłowiec śmigłowiec Czas lotu [h]

4 Fot. 1. Bat-4 Źródło: Internet - reklama firmy MLB Company 2.2 RMAX Type II Na Fot. 2 przedstawiony jest bezzałogowiec (śmigłowiec) RMAX Type II wykorzystywany w rolnictwie przy uprawach pól ryżowych podczas wykonywania oprysków chemicznych. Jest to wyspecjalizowany śmigłowiec do rozsiewania nawozów i środków ochrony roślin na małych obszarach rolnych, na których wjazd ciągnikiem powoduje straty w uprawach lub jest wręcz niemożliwy ze względu na bagniste podłoże. Śmigłowiec może być stosowany w sadownictwie do opryskiwania koron drzew. Największą zaletą tak wykonywanych zabiegów agrotechnicznych jest to, że rolnicy nie są narażeni na działanie chemicznych środków ochrony roślin. Fot. 2. RMAX Type II Źródło: Internet - reklama firmy Yamaha Producentem jest Yamaha Motor (Iwata Shizuoka, Japan - a parametry techniczne zestawiono w Tabeli 1. Napędzany jest przez benzynowy silnik dwusuwowy o pojemności 246 cm 3. Start oraz lądowanie pionowe, tak jak śmigłowiec. Może być sterowany ręczne oraz przy wykorzystaniu GPS. 68

5 2.3 T 16XL Na Fot. 3 przedstawiono bezzałogowca T 16XL. Producentem jest Arcturus UAV (Rohnert Park, USA - Jest to o wszechstronnym przeznaczeniu, a charakteryzuje się długim czasem przebywania w powietrzu. Posiada on aerodynamiczne kształty, a do napędu wykorzystano silnik o niskim zużyciu paliwa. Może w trybie automatycznym przeszukiwać duże obszary leśne w poszukiwaniu ognisk pożaru. W zależności od wyposażenia może prowadzić obserwację terenu, monitorować środowisko, rozpoznawać wyznaczone cele, robić zdjęcia kartograficzne, być przekaźnikiem telekomunikacyjnym, czy detektorem ognia. Napędzany przez czterosuwowy silnik firmy Honda o pojemności 57 cm 3. Czas lotu, przebywania w powietrzu 16 godzin przy prędkości lotu 85 km/h (prędkość maksymalna 150 km/h.). Sterowanie odbywa się za pomocą autopilota. Lot całkowicie autonomiczny przy użyciu nawigacji GPS. Startuje z wyrzutni pneumatycznej, a lądowanie może być realizowane na dwa sposoby: poślizg na brzuchu (brak podwozia z kołami), - wpadnięcie w przenośną, nadmuchiwaną sieć. Fot. 3. T 16XL Źródło: Internet reklama firmy Arcturus 2.4 Atlantic Na Fot. 4 przedstawiono bezzałogowca Atlantic. Producentem jest Atlantic Producent Alpha Unmenned Systems (Hiszpania ). Fot. 4. Atlantic Źródło: Internet - reklama firmy Alpha Unmanned Systems 69

6 Przeznaczenie - obserwacja, rozpoznawanie, monitorowanie środowiska, inspekcja linii energetycznych i rurociągów, zdjęcia kartograficzne oraz inne badania, w zależności od zamontowanych na pokładzie czujników. Napęd silnik dwusuwowy o mocy 6,7 kw. Prędkość maksymalna 180 km/h, prędkość przelotowa 120 km/h, a zasięg 100 km. Sterowanie za pomocą autopilota. Start automatyczny na kołach lub z pneumatycznej katapulty. Lądowanie automatycznie na kołach lub na spadochronie. 3. Możliwość wykorzystania bezzałogowców w policji i wojsku Wykorzystanie bezzałogowców w policji jest możliwe w następującym zakresie: - kontrola zatorów drogowych, - szybka ocena wypadków drogowych, - poszukiwania i akcje ratunkowe, - kontrola zgromadzeń, - kontrola rozruchów i zamieszek ulicznych, - kontrolowanie granic, - wykrywanie przemytników i nielegalnych uchodźców, - wsparcie wszelkich interwencji antyterrorystycznych. Wykorzystanie bezzałogowców w wojsku możliwe jest w następującym zakresie: - rozpoznanie terenu, - identyfikacja i wskazywanie celu ataku, - zbieranie danych meteorologicznych dla artylerii, - korygowanie ognia artylerii, - przeprowadzenie ataku bojowego. Bezzałogowce, jako bojowe środki uderzeniowe (BSU) wykorzystywane przez wojsko są rozwinięciem konstrukcji ów rozpoznawczych lub latających celów powietrznych. W chwili obecnej jest to nowy typ uzbrojenia ciągle się rozwijający. Mogą samodzielnie startować lub być miotane z wyrzutni przy pomocy napędów mechanicznych, pneumatycznych, czy nawet dodatkowych silników rakietowych, albo mogą być wypuszczane z lecących ów. Stosowane są powszechnie dwa rodzaje napędów: silniki spalinowe oraz silniki elektryczne. Działanie u celu jest różnorodne. Najprostszym rozwiązaniem jest bezpośrednie uderzenie w cel. Następuje wówczas detonacja materiału wybuchowego znajdującego się na pokładzie drona (bezzałogowca) i koniec realizacji zaplanowanej misji (zadania bojowego). Istnieją rozwiązania, w których to nad celem z pokładu bezzałogowca zostają uwolnione pojedyncze lub kilka podpocisków, bomb lub rakiet (najczęściej naprowadzanych na cel za pomocą wiązki lasera), a bezzałogowiec już bez uzbrojenia wraca na lądowisko (do bazy). Sposoby lądowania mogą być też różne. W niektórych rozwiązaniach ląduje na kołach lub płozach. Stosowane są rozwiązania w których ląduje na spadochronie. Aby zamortyzować uderzenie o ziemię w niektórych konstrukcjach stosuje się dodatkową poduszkę powietrzną otwieraną pod em. Oprócz bezzałogowców bojowych (BSU) w wojsku wykorzystywane są także bezzałogowce (y, śmigłowce bez uzbrojenia) jako cele powietrzne (imitatory celu), do których prowadzi się strzelanie w ramach szkolenia bojowego pododdziałów przeciwlotniczych. Wielką niewiadomą w obecnej chwili jest taktyczne wykorzystanie bezzałogowców na polu walki. Jeszcze bardziej skomplikowane jest wykorzystanie bezzałogowców w misjach 70

7 pokojowych i bojowych na terenie Europy. Ze względu na duży zasięg ów przekraczają one zazwyczaj granice różnych państw. W chwili obecnej brak jest wspólnych przepisów mówiących o zasadach lotów nad terenami zurbanizowanymi, brak ustaleń dotyczących częstotliwości pracy urządzeń radionadawczych (mogą pojawiać się różne zakłócenia), brak uzgodnień sygnałów swój obcy. Pomimo tych braków bezzałogowce będą wykorzystywane w wojsku ponieważ: - minimalizują straty wśród ludności cywilnej, ze względu na możliwość precyzyjnego rażenia celu, - możliwość precyzyjnego rażenia pozwala stosować mniejsze ładunki bojowe, co w jeszcze większym stopniu przyczynia się do zmniejszenia promienia rażenia (mały rozrzut i mały ładunek), - małe ryzyko polityczne w przypadku niepowodzenia misji, realizacji zadania ( nie porusza się torem balistycznym, więc nie wiadomo kto go wysłał), - bezzałogowy jest bardzo trudny do wykrycia, a jego zniszczenie jest prawie niemożliwe. Poniżej opisano kilka przykładowych rozwiązań konstrukcyjnych. 3.1 AQUILA Na Fot. 5 przedstawiony jest bezzałogowiec AQUILA, który może znaleźć szerokie zastosowanie w służbach granicznych, straży pożarnej oraz w policji. Fot. 5 - AQUILA Źródło: Internet reklama firmy UAVS Producentem jest UAVS Poland Sp. z o. o. (Kraków, Polska, Śmigłowiec przeznaczony do udziału w operacjach militarnych i cywilnych, a wykorzystany może być do obserwacji celów w dzień i w nocy. Wyposażony jest w laserowy dalmierz. W połączeniu z monitoringiem można przeprowadzać diagnostykę sprawdzanych obiektów, gdyż dokładność określania pozycji w poziomie poniżej 2 m, a w pionie poniżej 25 cm. Bezzałogowiec przydatny do obserwacji ruchu drogowego oraz przeprowadzania misji ratunkowych. Napędzany przez silnik typu bokser o mocy 9 KM. Zasięg 30 km (zasięg łącza audio/video). Start i lądowanie automatyczne, a do lądowania wymaga obszaru o wymiarach 4 m x 4 m. 71

8 3.2 MQ-5B Hunter Na Fot. 6 przedstawiono MQ-5B Hunter, którego producentem jest IAI Malat, Ben-Gurion International Airport (Izrael, Fot. 6 - MQ-5B Hunter Źródło: Internet reklama firmy IAI Bezzałogowiec (dron bojowy) przeznaczony jest do szukania i niszczenia celów, a zgodnie z opisem podanym w Lit. [3] uzbrojony jest w pociski Viper Strike, w których głowica bojowa posiada ładunek kumulacyjny o masie 1,8 kg. Głowica naprowadza się na cel oświetlany przy pomocy lasera, a zainstalowana na pokładzie u kamera TV służy do obserwacji celu (obiektu ataku). Dron bojowy napędzany jest przez dwa silniki spalinowe pozwalające uzyskać prędkość 220 km/h, a jego zasięg 250 km. Startuje z wykorzystaniem dodatkowego silnika rakietowego z wykorzystaniem kół, a ląduje na kołach lub na spadochronie. 3.3 MJ-7 Szogun Jednym z polskich przedstawicieli bezzałogowców jest imitator celu powietrznego (powietrzna platforma bezzałogowa) MJ-7 Szogun przedstawiony na Fot. 7. Fot. 7. MJ-7 Szogun na wózku katapulty startowej Źródło: opr. własne Jest to bezzałogowy z programowalną trasą lotu, a system nawigacji umożliwia autonomiczny lot zgodnie z zadanymi punktami trasy. W lit. [1] podane są parametry taktyczno-techniczne, z których wybrane zestawiono w Tabeli 1. 72

9 Producentem całego zestawu (, naziemna stacja kontroli misji oraz mobilna wyrzutnia) jest polska firma Eurotech Sp. z o. o. mająca siedzibę w Mielcu. Jest to bardzo udana konstrukcja odporna nawet na wyjątkowo twarde lądowanie (zazwyczaj po wymianie śmigła napędowego nadaje się dalej do użycia). 3.4 Scan Eagle Jak podano w lit. [2] w roku 2011 armia Polska (pododdziały stacjonujące w Afganistanie) otrzymała cały zestaw Scan Eagle do obserwacji pola walki. Został on pokazany na Fot. 8, a jego parametry podano w Tabeli 1. Fot. 8. Zestaw Scan Eagle Źródło: Lit. [2] Samolot Scan Eagle może realizować patrole na niskich wysokościach nad terenem działań bojowych. Wyposażony jest w standardową stabilizowaną kamerę Alticam 600 o zbliżeniu optycznym 36x. Posiada kamerę podczerwieni Alticam E6000 (pasmo od 8 µm do 12 µm, pole widzenia 15 ). Samoloty mogą przenosić także detektory anomalii magnetycznych, czujniki skażeń, systemy wykrywające snajperów Shot Potter, czy radar Nano SAR. 4. Podsumowanie Można stwierdzić, że nie istnieje jeden uniwersalny bezzałogowiec, czy śmigłowiec. Niektóre firmy próbują zbudować konstrukcję wszechstronną poprzez instalowanie wymiennych kaset czego przykładem jest Bat 4 pokazany na Fot. 1. Nie jest to jednak rozwiązanie optymalne, gdyż jeśli ma długo patrolować dany teren musi posiadać aerodynamiczne kształty oraz silnik napędowy o niskim zużyciu paliwa, czego przykładem jest T 16XL pokazany na Fot. 3. Wyjątkowo wyspecjalizowaną konstrukcją (nie, a śmigłowiec) jest latający rozsiewacz nawozów i opryskiwacz RMAX Type II pokazany na Fot. 2. W realizację polskich projektów bezzałogowców zaangażowanych jest dużo firm, oraz szereg firm pośrednich dostarczających osprzęt, wyposażenie, oprogramowanie, komputery itp.. Niektóre z firm, w kolejności alfabetycznej wymieniono poniżej: - Eurotech Sp. z o. o., - Instytut Techniczny Wojsk Lotniczych, - Politechnika Poznańska, 73

10 - Politechnika Rzeszowska, - Politechnika Warszawska, - WB Elektronics, - Wojskowa Akademia Techniczna, - Wojskowy Instytut Techniczny Uzbrojenia. Od decydentów zależy, czy dalej będziemy realizować i kontynuować prace nad bezzałogowcami, czy armia pójdzie drogą na skróty i zastaną zakupione gotowe zestawy od zaprzyjaźnionych państw. W przypadku zakupów należy mieć na uwadze to, że w chwili obecnej nie ma uzgodnień na temat zasad lotów nad terytorium Europy (wymagań dotyczących: wyszkolenia operatorów systemów bezzałogowych, częstotliwości pracy, dozwolonego pułapu lotów, sygnały swój-obcy, itd.). Literatura [1] Leśniczak J; Stępniak S; Jaromi G; Michalewicz J.: Koncepcja bezzałogowego środka uderzeniowego przeznaczonego do rażenia celów w strefie odpowiedzialności brygady wojsk lądowych, WITU, Problemy techniki uzbrojenia, Zeszyt 116 nr 4/2010, s [2] Hołdanowicz G.: Polskie ScanEagle w Afganistanie, Agencja Lotnicza Altair Sp. z o. o, Raport Wojsko Technika Obronność, nr 06/2011, s [3] Dura M: Uzbrojenie dla bezzałogowców, Magnum X Sp. z o. o, Nowa Technika Wojskowa, nr 4/2012, s