חידושים בטייס אוטומטי עבור כלי תעופה גבוהים וסטרטספפריים

הגבול החדש של טיסה אוטונומית ב- Edge of Space

כלי רכב גבוהים ומתקדמים פועלים בסביבה שהיא גם בלתי סלחנית ועשירה עם הזדמנות. בגובה של 18 ק"מ ו-50 ק"מ, מטוסים, בלונים וספינת אוויר עומדים בפני קרינה אולטרה סגולה קיצונית, אינטנסיבית אינטנסיבית, לחץ אטמוספירי נמוך, ואוויר דק שגורם למשימות בקרה אוויריות קונבנציונליות לרכבים אלה התפתח הרבה מעבר לרמה של 20 ק"מ, שנחשבת רק למחזור חשמלי ארוך יותר מגובה זה של 20 ק"מ, עד 20 ק"מ, עד ל-עשר ימים.

התפתחות טייס אוטומטי סטרטוספירי

טייסי רכב מהירים ביותר היו למעשה גרסאות מחוספסות של מערכות שנועדו למטוסים קונבנציונליים.הם התבססו על גירוסקופים, ברומטרי אלטררים, ונתיבי טיסה מראש עם יכולת מוגבלת להגיב לתנאים משתנים.מערכות של היום מייצגות שינוי יסודי בארכיטקטורה וביכולת.הם משלבים היתוך ממקורות רבים, מודל אטמוספירטיבי בזמן אמת, והסתגלות חוקים אלה יכולים לשלוט מחדש על פני השטח החשוב ביותר כאשר הם אינם מצליחים לשלוט באופן בלתי צפוי.

מתוך Reactive to Predictive Control Architecture

טייסי רכב תגובתיים לסטיות לאחר שהן מתרחשות.הגסט דוחף את המטוס כמובן, והמערכת חלה קלט סלקטיבי. גישה זו פועלת היטב באווירה הנמוכה שבה זעזועים קצרים ומשטחי בקרה יעילים.בקצב ה-stratosphere, הדינמיקה הזו עשויה להיות שונה.

חיישנים , Fusion for Redundant State Assimation

הערכת מצב המדינה היא הבסיס של כל טייס אוטומטי.בסטרטוספרה, האתגר הוא שאף חיישן יחיד אינו אמין בכל התנאים. אותות GPS ניתן לשבש על ידי פעילות השמש או גינון מכוון מערכות פיטו-סטטיים מוכחות כמו טיפות צפיפות האוויר על ידי חיישן בודדת לאורך זמן.

בינה מלאכותית ושליטה הסתגלותית אלגוריתמים

השילוב של בינה מלאכותית לטייסי רכב סטרטוספיריים אינו על החלפת טייסים אנושיים עם מחשבים.זה על האפשרות שהרכב יתמודד עם תנאים שאף אדם לא יוכל לנהל ולא אלגוריתם טרום-מוגדר יכול לצפות.הסטרטוספרה מציגה בעיה שליטה לא ליניארית גבוהה.היחסים בין שליטה על פני השטח לבין שינויים בגבהים, טמפרטורה, ומהירות אווירית בדרכים שקשה למצוא מודל מדויק, במיוחד למידה באמצעות שיטות בקרה אופטימאליות.

Reinforcement Learning for Wind Fieldניווט

רוחות סטרטוספיריות משתנות באופן דרמטי עם גובה, רוחב ועונה. זרם המטוס ב-12 ק"מ הוא בעיה אחת, אבל הרוחות הסטרטוספריות בין 18 ק"מ ל-25 ק"מ לעקוב אחר דפוסים שונים, כולל תנודות קוורצות של אורכי-השנתיות, במיוחד כאשר הן עוברות כיוון רוח מסוים על מחזור של כ-28 חודשים.

בקרת רשת מותאמות לרכב Dynamics

משטחי השליטה במטוסי יכולת גבוהה פועלים במשטר שבו חסכוניים אווירודינמיקה משתנים ללא הרף עם מספר מאך, מספר ריינולדס וזווית של תקיפת בקרים מסורתיים שצפו ברווח דורש בדיקות מנהרות רוח נרחבות ושקילת טיסה כדי לכסות את המעטפה המלאה.

מערכות ניווט מתקדמות ל- Stratosphere

ניווט בגובה אסטרטוספירי מציג אתגרים ייחודיים. אותות GPS זמינים אך יכול להיות חלש, במיוחד עבור כלי רכב הפועלים מעל 25 ק"מ שבו האות חייב לעבור דרך האווירה כולה בזווית גבוהה נמוכה.מערכות ניווט אינרטיות סחף לאורך זמן, ואת שיעור הסחף הוא המוגבר על ידי הצורך דיוק קיצוני על פני חודשים ארוכים ולא שעות.

ניווט קלסטי וכוכב מעקב

עוקבים כוכבים הפכו לאופציה מעשית עבור כלי רכב סטרטוספיריים כמו טכנולוגיית חיישן יש miniaturized. מצלמה קטנה עם עדשות שדה רחב ללכוד תמונות של שמי הלילה, ותוכנות על הלוח מתאים דפוס הכוכבים הנצפה נגד קטלוג פנימי.המערכת מחשבת את הגישה של המכונית עם דיוק קשת שנייה של נאס"א ללא התייחסות חיצונית.

ניווט טריטוריאלי ל- Low-Altitude Transitions

כלי רכב סטרטוספיריים רבים חייבים לעבור דרך ה-troposphere במהלך ההשקה וההחלמה. בשלבים אלה, ניווט חוצה-שטח באמצעות מכ"ם אלטרים או לידר יכול להגדיל את GPS.הרכב משווה שטח נמדד כנגד מודל התעלות דיגיטלית מאוחסן, תיקון מיקום מונע ללא אות. גישה פסיבית זו היא בעלת ערך עבור יישומים צבאיים ולפעולות מרוחקות GPS שבו מערכות הרבייה אינן זמינות עבור שיטות ריצוף גבוה או מהירות.

ניהול חשמל ו-thermal Control for Long-Endurance Missions

חומרת טייס אוטומטי חייבת לשרוד ולתפקד בסביבה שבה טמפרטורות מקוטבות יכולות ליפול מתחת ל -70 מעלות צלזיוס וקרינת השמש יכולה לעלות על 1000 W/m2.המקורות השולטים ברכב חייבים לנהל צריכת חשמל באופן אגרסיבי, כי כל וואט הנצרכים על ידי טייס אוטומטי הוא וואט לא זמין לעומס השכר או למערכת ההנעה.

ניהול המדינה האוטונומית

טייסי רכב מודרניים stratospheric ליישם מספר רב של מדינות כוח כי המערכת משתנה בין בהתבסס על שלב המשימה, מצב סוללה של מטען, ופלט פאנל סולארי. במהלך שעות היום, טייס אוטומטי עשוי לפעול במלוא יכולת, הפעלת אלגוריתמים מורכבים של חיישן ו לולאות בקרה חיזוי בשיעורי בקרה גבוהים. כמו השמש רזרבות סוללות, מערכת המעבר למצב של כוח נמוך כי להפחית את החיישנים, יש צורך רק כדי לשלוט על תפקודים קריטיים.

ניהול אטומי באמצעות חיזוי

הסביבה התרמית של כלי רכב אסטרוספירי משתנה במהירות במהלך ריכוז, ירידה, ויומיומי לילה מעבר. Avionics שפועלת ברמת הים עם קירור פסיבי עלול להתחמם באוויר הדק של הסטרטוספרה שבו העברת חום מקבילה היא מינימלית.מערכות בקרה אקטיבית לשימוש בכבדים או משאבות חום לצרוך כוח ולהוסיף משקל.

תקשורת וחיבוריות ב- Stratosphere

טייסי רכב סטרטוספיריים חייבים לשמור על תקשורת עם תחנות קרקע למרות האתגרים של מרחקים ארוכים, אט אט אטמוספירי, ואת ריפוי של כדור הארץ.רכבים בגובה 20 ק"מ יכולים לתקשר מעל אופק של כ-500 ק"מ, שהוא הרבה יותר רחוק מקישורים יבשתיים אבל עדיין מוגבל בהשוואה לווייניים.הטייס האוטומטי חייב לנהל מספר קישורים תקשורת בו זמנית, בין קו של UHF או רדיו, קווי תקשורת אופטיים, לבין מערכות תקשורת אופטיים.

קישור אוטונומי ידובר ו- Bandwidth Management

כאשר רכב אסטרוספירי טס מעבר לטווח של תחנת קרקע אחת ולטווח של אחר, טייס אוטומטי חייב לבצע יד חלקה ללא אובדן שליטה ובקרה.זה דורש את הרכב לשמור על קשרים במקביל לתחנות מרובות במהלך המעבר ולתאם עם תשתיות קרקעיות שעשויות לפעול על ידי ארגונים שונים.האוטו גם מצליח את הקצאת רוחב הפס הזמין בין שליטה לנתונים, לשלם טלמט, להבטיח את משימות השידור ולהפחית את הנתונים המוקדמים.

רשת של דילמה-סובלנות

גם עם קישורים מרובים של תקשורת, יהיו תקופות כאשר רכב אסטרוספירי מאבד מגע עם הקרקע.זה יכול לקרות במהלך טיסות הקוטב שבו כיסוי לווייני הוא לסירוגין, במהלך מזג אוויר חמור משבש את ההתפשטות רדיו, או כאשר הרכב פועל מעבר לטווח של תחנות קרקע זמינות.ד-סובלני רשתות בלתי סובלניות מאפשרות לטייס אוטומטי תור פקודות וטלמט במהלך הפסקות וסינכרון כאשר הוא מקבל קישוריות עצמאית, חייב לפעול על ידי שינויים זמניים של התאמות, או על בסיס קבוע, ללא שינויים התאמות, ללא שינוי זמניים מתקדמים, או תקנים מתקדמים, ללא שינוי תקנים אוטונומיים, ללא שינוי זמניים, או תקנים מאובטחים, ללא שינוי קבוע, ללא שינוי תקנים מתקדמים, ללא שינוי זמניים, על בסיס תקנים מתקדמים, על בסיס תקנים תקנים תקנים תקנים תקינים, או תקנים מתקדמים, ללא שינוי זמניים, ללא שינוי תקנים תקנים תקנים תקנים תקנים מתקדמים, ללא שינוי קבוע, ללא שינוי זמניים, ללא סיבוכים, או תקנים מתקדמים, ללא סיבוכים, על בסיס תקנים מתקדמים, על בסיס תקנים מתקדמים, ללא שינוי תקנים מתקדמים, ללא סיבוכים, על בסיס תקנים תקנים תקנים תקנים תקנים תקנים תקנים תקנים תקנים תקנים

תגיות: Autoטייס Innovation

היכולות שפותחו עבור טייסי רכב סטרטוספיריים אינן תרגילים אקדמיים.הם מונעים על ידי דרישות משימה ספציפיות של משתמשים מדעיים, מסחריים והגנה הזקוקים לכלי רכב שיכולים לפעול באופן אמין בגבהים קיצוניים לתקופות מורחבות.

מחקר מדעי ו ניטור סביבתי

פלטפורמות בעלות יכולת גבוהה מספקות נקודת תצפית למדע אטמוספרי, מחקר אקלים, והתבוננות באדמה שמשלים לווינים וכליים מבוססי קרקע. טייסים אוטומטיים לפלטפורמות מדעיות חייבים לבצע דפוסי סקר מדויקים על אזורים גיאוגרפיים ספציפיים, לפעמים שמירה על מיקום בתוך כמה מאות מטרים במשך שבועות בזמן. ER-2 ו- NOAA מפרץ IV הם דוגמאות של מטוסים מנוסים הפועלים בגובה גבוה, אך לא מורשה כמו סוללות אוויריות אוויריות ואוויריות זקוקות אוויריות נוספות.

תקשורת וחיבור

כלי רכב סטרטוספיריים מפותחים כתחנות פלטפורמה גבוהה שיכולה לספק כיסוי סלולרי ופס רחב לאזורים שחסרים תשתיות ארציות. חברות כמו לוון (כיום חלק מ-Aalyria) ו- HAPSMobile הוכיחו כי בלונים סטרטוספיריים ומטוסים המופעלים על ידי השמש יכולים לשמש כמגדלים צפים.הטייס אוטומטי עבור פלטפורמה כזו חייב לשמור על הרכב בתוך שכבת תאים צרים, הדורשים יכולת הפעלה אחרת של תחנת רוח זו, אשר דורשת התאמה של תחנת בקרה מסוג זה לפחות כדי להתאים את יכולת אחרת.

דרישות אבטחה ואבטחה

אינטרס צבאי בפלטפורמות סטריטופריות מתמקד במעקב מתמשך, תקשורת, איסוף מודיעין. יישומים אלה דורשים טייסים אוטומטי שיכולים לפעול בסביבה תחרות שבו GPS עשוי להיות מחוספס וקשרי תקשורת עשויים להיות משבש.היכולת לנווט באמצעות עוקבים כוכבים ומערכות מחוסנות על פני השטח, לפעול באופן אוטונומי לתקופות מורחבות ללא תקשורת, ולהתאים לשינויים פרמטרים של משימות בטיסה הם כל היכולות לפתח הגנה עבור מערכות בקרה פתורות מורכבות עכשיו.

אתגרים בפיתוח טייס אוטומטי סטרטוספירי

למרות ההתקדמות שנעשתה, אתגרים משמעותיים נשארים.הסטרטוספרה היא מקום קשה לטוס, ומערכות טייס אוטומטי חייבות להתמודד עם תנאים אשר בודקים את הגבולות של חומרה ותוכנה.

השפעות קרינה על Avionics

בגובה stratospheric, השדה המגנטי של כדור הארץ מספק פחות הגנה מפני קרינה קוסמית ואירועים חלקיקים סולאריים מאשר ברמת הים. חד-אפילו זעזועים במיקרואלקטרוניקה יכולים לגרום לשחיתות זיכרון, קריסות מעבדים, או פלטי בקרה לא נכונים. קרינה-רדת רכיבים זמינים, אך הם יקרים ולעתים קרובות מפצילים ביצועים מסחריים בביצועים.

ייצוב קרח ושליטה על פני השטח

היווצרות קרח על פני השטח של שליטה ומערכות הנעה היא סכנה בכל הגבהים, אבל זה בעייתי במיוחד בסטרטוספרה שבו הטמפרטורה יכולה להיות גם מתחת להקפאת אפילו בקיץ. צפיפות האוויר הנמוכה פירושה שאפילו כמות קטנה של קרח יכולה לשנות באופן משמעותי את המאפיינים האירודינמיים של משטח בקרה. כמה טייסים אוטומטי כוללים כעת אלגוריתמים קרח המנתחים שינויים בבקרת פני השטח, ומפעילים מערכות חימום או מכווץ כדי למזער את מערכות הקרח העלולים להיות מודע.

אימות ואישור של מערכות אוטונומיות

עבור כלי רכב סטרטוספיריים הפועלים על אזורים מאוכלסים, טייס אוטומטי חייב לעמוד בסטנדרטים בטיחותיים מחמירים.תהליך אימות והתאמה של תוכנה אוטונומית קבלת החלטות הוא עדיין שדה מתפתח.גישות הסמכה מסורתיות הנשען על בדיקות ממצה של כל המדינות האפשריות הן בלתי-מעורכות עבור מערכות המשתמשות בשליטה או בלמידה מתאימה.

כיוונים עתידיים ב-Strtospheric Autoפיילוט

הדור הבא של טייסי רכב סטרטוספיריים יהיה ככל הנראה לשלב כמה טכנולוגיות מתפתחות שעדיין בשלב המחקר. אלה התקדמות מבטיחה להרחיב את הסיבולת המשימה קדימה, לשפר את הבטיחות, ולאפשר יישומים חדשים שאינם אפשריים עם המערכות הנוכחיות.

אדריכלות טייס אוטומטי

טייסי רכב נוכחיים הם מרכזי, עם כל עיבוד המתרחש על מחשב טיסה יחיד או קבוצה משותפת הדוקה של מחשבים מחוסנים.אדריכלות מחוספסת כי שימוש במספר רב של אבני עיבוד המחוברות על ידי רשת גבוהה יכול לשפר את סובלנות אשמה ומאפשרת לרכב לשפוך פונקציות לא חיוניות תוך שמירה על יכולת בקרה ביקורתית.

In-Flight Learning and Model Fitation

במקום להשתמש ברשתות עצביות מאומנים מראש להישאר קבוע במהלך הטיסה, טייסי רכב עתידיים עשויים לעדכן את המודלים הפנימיים שלהם בהתבסס על ניסיון טיסה.זה יאפשר לרכב להסתגל לשינויים במבנה שלו, כגון הצטברות של קרח או ההשפלה של משטח שליטה, מבלי לדרוש ידע קודם של מצבי כישלונות ספציפיים אלה.האתגר הוא להבטיח כי תהליך הלמידה עצמו יציב ואינו מוביל להתנהגות לא בטוחה הם חוקרים אפילו לפתח אלגוריתמים מאובטחים.

Autonomy Cooperative עבור סווממים וקונסולות

רבים מציעים יישומים סטרטוספיריים כרוכים במספר כלי רכב הפועלים יחד כחילוץ או קבוצת כוכבים. תיאום תנועות של עשרות או מאות כלי רכב שהופרדו על ידי מאות קילומטרים והפעלה בשדות רוח שונים היא בעיה שליטה מורכבת. טייסים אוטומטי קו פעיל שמתקשרים זה עם זה והתאמה של תוכניות הטיסה שלהם שיתופית יכול לשמור על היווצרות גיאומטריות הדרושות עבור מכ"ם סינתטי או רחב תקשורת.

מסקנה: Autonomy at the Edge of the Atmosphere

חידושים בטכנולוגיית טייס אוטומטי פותחים את הסטרטוספרה לפעילות מתמדת, אוטונומית שהיו בעבר התחום של לווינים או מטוסים מאוישים המוגבלים על ידי סיבולת אנושית.שילוב של שליטה אדפטיבית המונעת על ידי AI, ניווט רב-חושי, כוח אוטונומי וניהול תרמי, ותקשורת סובלנית מעכבת-סובלנות יצרה מערכות שיכולות לשמור על כלי רכב במשך ימים, שבועות, או אפילו חודשים מעל 18 ק"מ המאפשרים של מערכות הגנה מרחוק, אשר מספקים שירותי אבטחה מרחוק, ללא מגבלות מדעיות, אשר יכולות לספק שירותים מסחריים, אשר יכולות לספק שירותים משפטיים מרחוק, אשר יכולות תקשורת ללא מגבלות, אשר יכולות לספק שירותי אבטחה מרחוק, אשר יכולות תקשורת ללא מגבלות, אשר יכולות תקשורת ללא מגבלות, אשר יכולות תקשורת ללא מגבלות, אשר יכולות תקשורת מרחוק, אשר יכולות תקשורת ללא מגבלות, אשר יכולות תקשורתיות, אשר יכולות תקשורת ללא מגבלות, אשר יכולות תקשורת ללא מגבלות, אשר יכולות תקשורת ללא מגבלות, אשר יכולות תקשורתיות מרחוק, אשר יכולות תקשורתיות מרחוק, אשר יכולות תקשורתיות, שאינן מאפשרות לספק שירותי אבטחה מרחוק, אשר יכולות תקשורת ללא מגבלות תקשורת מתוחכמות, אשר יכולות תקשורתיות מרחוק, שאינן יכולות תקשורת ללא מגבלות תקשורת ללא מגבלות תקשורת ללא מגבלות של מערכות אבטחה מרחוק, אשר יכולות תקשורתיות, אשר יכולות תקשורת ללא מגבלות תקשורת ללא מגבלות תקשורתיות, אשר יכולות תקשורתיות

הדרך קדימה כרוכה בפתרון האתגרים הנותרים של מחשוב סובלני קרינה, זיהוי קרח והפחתה, וההסמכה של מערכות אוטונומיות.כפי שאתגרים אלה מטופלים, הסטרטוספרה תהפוך לסביבה הפעלה שגרתית עבור כלי רכב בלתי מזוהים, וטייסי הרכב המנחים אותם ימשיכו להתפתח לקראת אוטונומיה ואמינות גדולה יותר.