MARTON CSABA
LÉGI FELDERÍTÉS ROBOTOKKAL


Bevezetés

A repülõeszközök légtérben történõ megjelenésével egy idõben jelentkezett egyik legfontosabb feladatuk, mégpedig a felderítés végrehajtása. A légi felderítési és megfigyelési feladatok célja az idõbeni, megbízható adatok, információk beszerzése az ellenségrõl, a tereprõl és az idõjárásról.
A hatékony légi felderítõ rendszer biztosítja a helyzet folyamatos figyelemmel kisérését, a saját csapatok idõbeni riasztását, illetve pontos adatokat szolgáltat az ellenség tevékenységérõl. A parancsnok a megalapozott döntés meghozatalához különbözõ felderítõ és megfigyelõ berendezések széles skáláját alkalmazhatja. A berendezések a meghatározott területre való juttatásához különbözõ szállító repülõeszközökre van szükség.
Ezen eszközök a következõk lehetnek:
· világûrbe telepített felderítõ eszközök;
· helikopterek fedélzetén elhelyezett felderítõ eszközök;
· pilóta által vezetett repülõgépeken elhelyezett felderítõ eszközök;
· felderítõ feladatra felkészített pilóta nélküli repülõ eszközök.
A pilóta nélküli repülõ eszközök (Unmanned Aerial Vechicles- UAV) egyik legfontosabb feladatát a felderítési és megfigyelési feladatok képezik. A pilóta nélküli repülõ eszközök felderítésre történõ alkalmazása 1939-re vezethetõ vissza, amikor egy kamerával felszerelt repülõgépet teszteltek a Rechlin-i repülõkísérleti bázison. Az Öböl háborút követõen az USA Légi Felderítési Hivatala e téren nagyarányú fejlesztési programokat indított el. Ezek közül a legismertebb a hadmûveleti felderítési feladatok ellátása kifejlesztett "Predator" típusú eszköz, amely a délszláv konfliktus idején képes volt a felderítési zónába való kiérkezés után valósidejû képi információt szolgáltatni az összfegyvernemi parancsnokok részére.
Napjainkban a világ több országában fejlesztenek és gyártanak UAV-ket. Alapvetõ céljuk a meglévõ UAV-k modernizálása és új típusú hasznosterhek kifejlesztése, valamint teljesen új eszközök rendszerbe állítása.
A 90-es évek végétõl megkezdõdtek a pilóta nélküli repülõ eszközök miniatürizálását célzó programok, úgynevezett " mikró UAV" kifejlesztése.


1. A pilóta nélküli repülõ eszközök osztályozása

Az elmúlt évtizedekben a pilóta nélküli repülõ eszközök számos és változatos formája alakult ki, így az újabb és újabb technikai újdonságok alkalmazásával a felhasználási területük is szélesedett. Az Amerikai Egyesült Államokban a Védelmi Minisztérium a különbözõ pilóta nélküli repülõ eszközöket a végrehajtandó feladatnak, repülési idejének és hatótávolságuknak megfelelõen osztályozza. Megkülönböztetnek manõverezõ pilóta nélküli eszközöket (Maneuver Unmanned Aerial Vehicle- M-UAV), amelyek mintegy 3 órát képesek a levegõben tölteni, hatótávolságuk 50 km. A manõverezõ pilóta nélküli repülõgépek legkisebb családját alkotják, a mini és a mikró pilóta nélküli repülõgépek.
A következõ csoportba az egyesített harcászati pilóta nélküli repülõ eszközök (Joint Tactical Unmanned Aerial Vehicle- JT-UAV) tartoznak, amelyek az ellenség légterében 8-10 órát tölthetnek és mintegy 200 km hatótávolságúak.
A harmadik csoportba azok a pilóta nélküli repülõ eszközök (Unmanned Aerial Vehicle Endurance- UAV-E) sorolhatók, amelyek 24 órás folyamatos repülésre, többcélú feladat végrehajtására készíthetõk fel és mintegy 800 km, vagy nagyobb hatótávolságúak.[1]

 

2. Mini és mikró pilóta nélküli repülõ eszközök

Az Amerikai Egyesült Államokban a manõverezõ pilóta nélküli eszközök miniatürizálása érdekében különbözõ fejlesztési programokon dolgoznak. Ennek eredményeként várható, hogy a jövõben tömegesen fognak megjelenni a mini és a mikró pilóta nélküli repülõ eszközök.

2.1. Mini pilóta nélküli repülõ eszköz

Jelenleg az USA Haditengerészeti Kutatólaboratóriuma által kifejlesztett "SENDER" típusú pilóta nélküli repülõ eszköz a legkisebb, amelyet már hadrendbe állítottak. Ez egy ember által hordozható, elektromos meghajtású repülõ eszköz, amelynek szárny fesztávolsága 1,2 m, súlya 4,5 kg. Képes mintegy 1,2 kg súlyú hasznos terhet szállítani, maximum 170 km távolságra. A mini pilóta nélküli repülõ eszköz fedélzeti elektronikáját a Microbotics cég fejlesztette ki.

2.2. Mikró pilóta nélküli repülõ eszköz

A mikró pilóta nélküli repülõ eszköz megvalósításának gondolatával a szakemberek már régóta foglalkoznak. A mikró-légijármûvek kifejlesztéséhez hozzájárult a könnyû és nagy szilárdságú anyagok és mikró szenzorok megjelenése, valamint a kisebb madarak, rovarok repülési technikájának tanulmányozása.
Napjainkban olyan mikró légijármû család kifejlesztésén dolgoznak, amelyek legalább egy nagyságrenddel kisebbek a jelenlegi pilóta nélküli repülõ eszközöknél. Ezt a tényt az is alátámasztja, hogy a mikró repülõ eszköz fejlesztésérõl az amerikai Lincoln Laboratorium a 1990-es évek elején több tanulmányt jelentetett meg. A tanulmányok nyomán a DARPA (Defence Advanced Research Project Agency) az 1990-es évek közepén programot indított el, amelynek célja a repülés új dimenziójának a kiterjesztése. A DARPA program a mikró pilóta nélküli repülõ eszköz rendszer fejlesztõi elé az alábbi követelményeket állította fel:
· a repülõ eszköz nem lehet nagyobb 16x16 cm-nél;
· súlya nem lehet nehezebb 120 g-nál;
· hasznos teher súlya kb. 10-20 g;
· repülõ eszköz repülési sebessége érje el a 35-70 km/h-t;
· repülés idõtartama legalább 20-60 perc legyen;
· közel reál idejû adatátvitelt kell biztosítania;
· különbözõ katonai feladat ellátására alkalmasnak kell lennie;
· elfogatható árúnak és megbízhatónak kell lennie.
A mikró pilóta nélküli repülõgép rendszer kifejlesztésének támogatására a DARPA 1997-2000 között 35 millió dollárt irányzott elõ.

2.3. Mikró pilóta nélküli repülõ eszköz rendszer jellemzése

A mikró pilóta nélküli repülõ eszközök a méretûk miatt már egy emberi tenyérben is kényelmesen elférhetnek.[5]
(1. sz. ábra)


1. sz. ábra: Mikró pilóta nélküli repülõ eszközök

A mikró pilóta nélküli eszköz rendszerek fõ részeit a földi irányító állomás és a légi alrendszer alkotja.
A földi állomás biztosítja a repülõeszköz irányítását a légi alrendszertõl beérkezõ adatok feldolgozását, megjelenítését. A földi irányító állomás általában egy képfeldolgozó rendszert, egy joystickkal kezelt repülésvezérlõ egységet és a rádióösszeköttetést biztosító híradó eszközt tartalmaz.
A légi alrendszert a mikró pilóta nélküli repülõ eszköz alkotja, amelyet kézbõl, illetve katapulttal indíthatnak. A repülõeszköz erõforrásának alkalmazhatnak robbanó- és elektromos motort, valamint "vegyi izmot" is.
A repülõeszköz súlya és kis geometriai mérete nagy integráltságot igényel a fedélzeti berendezésektõl is. A legnagyobb problémát az jelenti, hogy a rendelkezésre álló kis térfogatba kell elhelyezni a repülést biztosító alrendszert, a kommunikációs alrendszert, a processzort és a hasznosterhet is. A mikró pilóta nélküli repülõgép fedélzeti rendszerének funkcionális felépítése a 4. számú ábrán látható.
Elektronikai szempontból a fedélzeti processzor és a kommunikációs alrendszer képezi a jármû magját. Ezek biztosítják a kapcsolatot a hasznos teher (szenzorok) és a földi állomás között, valamint vezérlik a repülõeszköz repülését, a meghajtó és áramellátó alrendszert.[2] (2. sz. ábra)
A földi állomással a kommunikációs lehetõségek korlátozottak, amit elsõsorban a jármû kis méretére, a szárnyakban elhelyezett kis antennára, illetve a rendelkezésre álló kis elektromos energiára vezethetõ vissza.


2. sz. ábra: Mikró pilóta nélküli repülõ eszköz fedélzeti rendszere elvi vázlata

A mikró pilóta nélküli repülõ eszköz áramellátó és meghajtó alrendszere támogatja a fedélzeti processzort és a kommunikációs alrendszert, a repülés ellenõrzõ funkciókat. A fedélzeten rendelkezésre álló kis elektromos energia mintegy 90 %-a a meghajtás, a fennmaradó 10 % a többi alrendszer ellátására szolgál.
Az elsõgenerációs mikró pilóta nélküli repülõ eszközöket általában egy funkciós hasznosteherrel szerelték fel, amelyek nagyrészt optikai tartományba történõ felderítést biztosítják. Nagy technikai kihívást jelent az amúgy is kis méretû repülõ eszközbe a hasznosterhek beépítése. A repülõeszköz rendszerbe számos szenzort lehet integrálni, amelyek optikai, infra, akusztikus, vegyi- és sugárfelderítõ (stb.) érzékelõk lehetnek.
Természetesen a hasznosterhek csak egy kis szeletét adják a fejlesztés alatt álló különbözõ fedélzeti berendezéseknek.
2.4. Mikró pilóta nélküli repülõ programok
Ezen repülõeszközök a pilóta nélküli repülõgépek legkisebb családját képezik, megvalósíthatóságukat a mikró technológiában elért robbanásszerû fejlõdés tette lehetõvé.
Amerikai MBL cég kifejlesztett egy 20 cm szárnyfesztávolságú, különleges delta szárnyformájú mikró pilóta nélküli repülõ eszközt, amely a tesztelés során képes volt rossz idõjárási viszonyok között is 18 percet a levegõben tölteni.

A mikró pilóta nélküli repülõ eszköz belsõégésû motorja egy légcsavart hajtott meg, amellyel 16-96 km/h sebesség tartományban repült. A repüléshez a fedélzetén 44 g üzemanyagot és egy 71g súlyú elektronikai berendezést hordozott. Az elektromos berendezés tartalmazza a rávezetõ és a piezó elektromos gyrostabilizátor rendszert. [6] (3. sz. ábra)
A kis méretû repülõ eszközöknél a követelmény a motor csendes üzeme. A fejlesztõk ennek elérése érdekében a mikró pilóta nélküli repülõ eszközt felszerelték egy zaj csökkentõ rendszerrel, amellyel elérték, hogy a repülõ eszköz szinte hallhatatlanná vált.

3. sz. ábra

A mikró pilóta nélküli repülõ eszköz delta szárnyformája és fedélzeti berendezéseinek köszönhetõen kiválóan alkalmasa célra történõ meredek rácsapásokra is.

A floridai egyetem épített egy 12,7 cm szárny fesztávolságú kis rádióvezérelt mikró pilóta nélküli repülõ eszközt.

A mikró pilóta nélküli repülõ eszköz cox.010 dugattyús motorjával 48 km/h sebességgel repülhet. A szárnyak megfelelõ mechanikai szilárdságának elérése céljából szénszál erõsítést alkalmaztak, amelyet átlátszó nagy rugalmasságú mûanyaggal burkoltak. A szénszál és a mûanyagok alkalmazásával, egy könnyûszerkezetû repülõ eszközt alakítottak ki . [7] (4.sz. ábra)


4. sz. ábra

A szerkezeti kialakításának köszönhetõen jó manõverezõ képességgel rendelkezik, így képes hurkot repülni, pörögni és vitorlázni is.

Az Aero Vironment cég kifejlesztett egy mikró pilóta nélküli repülõ eszközt, amelynél több új technikai megoldást alkalmaztak. A "Fekete Özvegy" névre keresztelt repülõ eszköz 12 cm hosszú és csupán 57 gramm súlyú.

A mikró pilóta nélküli repülõ eszköz elektromos meghajtású motorja egy légcsavart hajt meg, amivel képes 70km/h-ás sebességû repülésre. A mikró pilóta nélküli repülõ eszköz tartalmaz egy rádióvezérlõ rendszert, videojel továbbítására alkalmas adóberendezést és egy két gramm súlyú videokamerát. [8] (5. sz. ábra)


5. sz. ábra

Robert Michelson és tervezõ csapata, a Georgia Mûszaki Kutatóintézet, cambrridgei egyetem közösen dolgozik egy teljesen új szerû meghajtást alkalmazó mikró pilóta nélküli repülõ eszköz kifejlesztésén. A kutatóknak a rovarok és kisebb madarak repülésének tanulmányozása adta a kiinduló alapot egy csapkodó szárnymeghajtású mikró pilóta nélküli repülõ eszköz kifejlesztéséhez. A mikró légi jármû "Entomopter" néven vált ismerté, amely csapkodó szárnyai meghajtását egy elõre, hátra mozgást végzõ vegyi izom biztosítja.

A vegyi izom kis mennyiségû áramot termel a fedélzeti berendezések számára. A mechanikus rovar "fejében" a különbözõ érzékelõket, a "torban" a vegyi izmot, reakció edényt, elektromos generátort, "potrokban" az üzemanyag tartályt és az adagolót, "farok" részében pedig az antennákat és a stabilizátorokat helyezték el. [11] (6. sz. ábra)


6. sz. ábra

A kutatók a "Entomopter"-nek nem csak a katonai alkalmazás területén, hanem az ürkutatásban is nagy jövõt jósolnak. Az "Entomopter" technikai kialakítása alkalmassá teszi a Marson történõ repülésre is. A Mars légkörében a merevszárnyú repülõ eszköznek több mint 400 km/h sebességgel kellene repülnie, hogy a ritka atmoszférában fent tudjon maradni. Ez a sebesség szinte lehetetlenné teszi a bolygó légkörének és felszínének kutatását. Az "Entomopter" a csapkodó szárnyaival lehetõvé teszi, hogy a repülõgéptörzs a felszínhez képest lassan mozogjon, így az elõzõ problémát kiküszöböli.
Amerikai tudósok napjainkban is dolgoznak "Entomopter" továbbfejlesztésén, mint a katonai, mint az ûrkutatásban történõ alkalmazásának területén.

3. Mikró pilóta nélküli repülõ eszközök harci alkalmazása

A kis méretû repülõeszközök kifejlesztése iránt tanúsított nagy érdeklõdés annak köszönhetõ, hogy ezen eszközöket hatékonyan alkalmazhatjuk különbözõ katonai feladatok végrehajtására is. Napjainkban problémát jelent az önállóan tevékenykedõ harccsoportok folyamatos reálidejû felderítési információkkal történõ ellátása. A felderítési információk megszerzése céljából célszerû mikró pilóta nélküli repülõ eszköz alkalmazása.
A mikró pilóta nélküli repülõ eszközökkel megoldható feladatok széles skálán mozognak, így alkalmazhatók támogató, felderítési és csapásmérési feladatokra is.
A támogató feladatok közül a mikró pilóta nélküli repülõ eszközt átjátszó állomásként is alkalmazhatják. A lakott területen vívott harc esetén a folyamatos összeköttetés az épületek árnyékoló hatása miatt csak jelentõs mennyiségû híradó eszköz felhasználásával biztosítható. Ezen probléma kiküszöbölése céljából célszerû a repülõeszközt átjátszó állomásként üzemeltetni.
A felderítési feladatok közül egyik legjellemzõbb, amikor a mikró pilóta nélküli repülõ eszközt elektro-optikai felderítési feladatokra készítik fel.
Az elektro-optikai felderítésre alkalmazható hasznosteher kifejlesztésén dolgozik az amerikai Lincoln Laboratórium. A laboratórium kísérleteket folytat egy apró videokamera rendszerrel, amelynek súlya csak egy gramm lenne és kb egy cm3-t foglalna el. A kamera 1000x1000 pixellel rendelkezne és csupán 25 milliwatt áramot igényelne.
A Lincoln Laboratórium dolgozik egy 8 cm fesztávolságú mikró pilóta nélküli repülõ eszköz kifejlesztésén, amelynek összsúlya 10 gramm. A repülõ eszköz orrába egy 45 fokban elõre nézõ stabil kamerát építenek be.[3] (7. sz. ábra)


7. sz. ábra: Mikró pilóta nélküli repülõ eszköz felépítése

A repülõeszköz alkalmazása esetén egy katona kézbõl indítja, majd egy joystickkal kezelt repülés vezérlõ egység segítségével irányítják a felderítendõ terület légterébe. A mikró pilóta nélküli repülõgép rendszer mobilitásának biztosítása érdekében - a tervek szerint - egy katonai hátizsákban helyezik el. A repülõ eszköz az alegységek részére a közvetlenül be nem látható területekrõl - például lakott területen vívott harc során - "valósidejû" képi információt szolgáltathat, amit a kezelõ katona kézben hordozható indikátorán jelenítenek meg. Így pontos felderítési információkat szerezhetünk az épületekben elhelyezkedõ fegyveres csoportokról, orvlövészekrõl. Erdõs-hegyes terepen vívott harctevékenység során a repülõ eszközt eredményesen bevethetjük a fedett területek mögé történõ " bepillantás" céljára. (8. sz. ábra)


8. sz. ábra: Mikró pilóta nélküli repülõ eszköz
alkalmazásának folyamata

A harci alkalmazás esetén a pilóta nélküli repülõ eszköz hasznos terhét a harci fej képezi. A repülõ eszközt ebben az esetben a kezelõ vezeti rá a megsemmisítendõ objektumra. A mikró pilóta nélküli repülõ eszköz hasznos terhét különbözõ érzékelõk is alkothatják.

A légi jármûvet a meghatározott légtérbe történõ kivezetést követõen a fedélzeten telepített forgó kiszóró berendezés a miniatûr szenzorokat szórja a légi jármûbõl. Így a harc területre kijuttatott szenzorok segítségével ellenõrzés alatt tarthatjuk a meghatározott területet. [6] (9. sz. ábra)



9. sz. ábra

A korszerû hadseregekben az évtized végére egyre nagyobb teret kívánnak szánni a mikró pilóta nélküli repülõ eszközök alkalmazásának. Az amerikai fegyveres erõknél a repülõ eszközt a harcoló szakaszoknál tervezik rendszeresíteni, így az alegység és az egyes harcos harctevékenységét támogatja.

4. Mikró pilóta nélküli repülõ eszközök továbbfejlesztése

A mikró pilóta nélküli repülõ eszközök továbbfejlesztésnél az alábbi rendezõ elveket kell figyelembe venni:
· könnyû kezelhetõség, kis logisztikai biztosítási igény;
· a rendszernek egy katonai hátizsákban el kell férnie;
· a repülõeszköz motorja akusztikusan halknak kell lennie;
· a fedélzeti rendszereknek nagyobb elektromos energiát kell biztosítani (kifejlesztés alatt állnak mikró-motorok, mikró-rakétamotorok);
· kompatibilis erõ és meghajtó alrendszer, önálló navigációs és ellenõrzõ alrendszer fejlesztése;
· sorozatgyártás esetén viszonylag alacsony elõállítási költség (egy bõvíthetõ mikró pilóta nélküli repülõ eszközök rendszernek nem szabad többe kerülnie mint egy harcászati elhárító eszköz).[2]

Természetesen a fejlesztésnél figyelembe veszik, hogy a kis méretébõl adódóan a repülõeszköz alkalmazását jelentõsen befolyásolják a külsõ környezeti hatások (szél, turbulencia, hõmérséklet, nedvesség stb.) is.


Összegzés

Összességében megállapítható, hogy a nem is olyan távoli jövõben a katonailag hasznos mikró pilóta nélküli repülõ eszközök gyors, forradalmi elterjedése várható. Ezen repülõ eszközök az aktuális felderítési információikkal hatékonyan támogathatják az önállóan tevékenykedõ harccsoportokat is. Nem elhanyagolható szempont az sem, hogy alkalmazásukkal lehetõség nyílik az élõerõ és a drága harci technika megóvására. A mikró technológia rohamos fejlõdésével a mikró pilóta nélküli repülõ eszközöket egyre több feladat ellátására teszik alkalmassá.
Nehéz megjósolni, de a mikró technológia nagyütemû fejlõdésének köszönhetõen a jövõ háborúiban a hadviselés valamennyi területén a mikró robot tömeges elterjedése várható.

Felhasznált irodalom:

1. FM 34-25-2 Unmanned Aerial Vehicles Headquarters, Department of the Army, Washington D.C., 1998

2. McMichael J. M.- Francis M. S.: Micro Air Vehicles - Toward a New Dimension in Flight.
http://www.sun00781.dn.net/irp/program/collect/docs/mav-auvsi.htm

3. Wilson B. S.: Micro Air Vehicles (MAV)
http://www.arpa.gov/tto/programs/mav.htm

4. Marton Csaba: A pilóta nélküli repülõ eszközök alkalmazása elektronikai felderítési feladatokra. Repüléstudományi Közlemények, Szolnok, 2000. XII.évf. 29.sz.

5. Naval UAV Executive Seering Group 1998.10.16.

6. The Trochoid. http://www.sirius.com/~mlbco/trochoid.html

7. World's Smallest Radio Control Airplane.
http://aemes.aero.ufl.edu/~issmo

8. Martyn Cowley: Aero Vironment's "Black Window" Micro Air Vehicle Wins Two Awards.
http://www.aerovironment.com/news/news-archive/mav99.html

9. David Pescovitz: Tiny spies in the sky.
http://www.aerovironment.com/area-aircraft/unnamed.html

10. The MLB Bat: http://www.sirius.com/~mlbco/bat.html

11. Robert C. Michelson: Micro Air Vehicle "Entomopter" Project.
http://avdil.gtri.gatech.edu/rcm/rcm/entomopter/enterproject.html

VISSZA