Visuotinio ryšio pergalvojimas: kodėl stratosferos UAV galėtų pralenkti palydovus

Robotikos kūrėjams ir sistemų inžinieriams sudėtingų iššūkių sprendimas mastu dažnai reiškia permąstyti technologijos infrastruktūrą. Nesvarbu, ar dirbate su autonomine navigacija, paskirstytu jutimu, ar kraštų skaičiavimu, jūsų darbas priklauso nuo patikimų, realaus laiko komunikacijos tinklų.

Bet tie tinklai pradeda trenkti lubomis.

Su maždaug 402,74 mln. Terabaitų duomenų, sukurtų kiekvieną dieną 2025 m., O orbitalinė erdvė yra prisotinta palydovų, tradicinė ryšių infrastruktūra yra įtempta, kad neatsiliktų – tiek pralaidumo, tiek prisitaikymo srityje.

Ši kamienas atveria duris į ką nors kita: orlaivius, o ne palydovus, užtikrinančius nuolatinį ryšį iš stratosferos. Pakalbėkime apie tai.

Aukštojo aukščio, ilgolaikio UAV, atvejis

Didelio aukščio, ilgalaikio (hale) nepilotuojamos oro transporto priemonės (UAV), ypač saulės energijos varomos, pradeda užpildyti našumo ir prieinamumo spragą, kurių palydovai niekada nebuvo pastatyti.

Šios platformos, galinčios per kelias savaites išlikti ore, siūlo nuolatinę aprėptį, mažai latencijos ryšius ir lanksčią misijos planavimą, nesitikint brangių raketų paleidimų ar griežtų orbitalinių modelių.

Žvelgiant iš inžinerijos perspektyvos, stratosfera suteikia keletą pranašumų:

Sumažintas latencija

Nuo 60 000 iki 80 000 pėdų (nuo 18,2 iki 24,3 km) aukštyje „Hale UAV“ veikia kur kas arčiau vartotojų nei palydovai. Rezultatas yra trumpesni signalo keliai, kurie tiesiogiai paverčia mažesniu latencija-ypač vertingu didelės skiriamosios gebos vaizdo, stebėjimo ar kraštų perdirbimo tinklams.

Mobilumas su tikslu

Skirtingai nuo palydovų, kurie seka fiksuotus orbitas ir reikalauja metų planavimo, „Hale UAV“ galima dislokuoti gana trumpai. Jie gali:

• Loiteris per gaisrą, kad gaisro gesinimo komandoms būtų užtikrintas nuolatinis realaus laiko šiluminis vaizdas.
• Pakeitimas per uraganą, kad būtų palaikomi kritinės komunikacijos ryšiai, skirti reaguoti į avarinius reagavimo priemones.
• Būkite greitai dislokuoti norint atkurti tinklo ryšį po žemės drebėjimų ar infrastruktūros nesėkmių kaimo ar kalnuotose bendruomenėse.

Žemės ūkyje šie dronai gali būti nukreipti į skrydžio vidurį, kad būtų galima stebėti pasėlių sveikatą keliose srityse, kurias paveikė skirtingos aplinkos sąlygos, leidžiant ūkininkams optimizuoti drėkinimą ir pritaikyti pesticidus. Atliekant tiesioginį renginį, šie orlaiviai gali suteikti lanksčių, didelio juostų pločio kamerų tiekimą, kuris prisitaiko, kai minios juda ir auga.

Šis veiklos lankstumo lygis leidžia „Hale UAV“ spręsti dinaminius, laiko jautrius iššūkius įvairiose pramonės šakose tokiais būdais, kaip palydovai tiesiog negali sutapti.

Borto skaičiavimas ir moduliniai naudingi kroviniai

„Hale UAV“ gali būti aprūpinti keičiamomis naudingomis apkrovomis, įskaitant optinius jutiklius, „LiDAR“, „Weather Instruments“ ir „Communication Relays“. Šis pritaikomumas leidžia tam pačiam lėktuvo rėmui palaikyti įvairias misijas įvairiose srityse, tokiose kaip telekomunikacijos, gynyba ar aplinkos stebėjimas, be aparatinės įrangos pertvarkymo.

Hale UAV siūlo atsparumą be atleidimo

Nors orbitaliniams žvaigždynams reikia didžiulės dubliavimosi, norint sukurti atsparumą savo tinklams, stratosferos UAV gali būti aptarnaujami, patobulinami ar pakeista žymiai mažiau infrastruktūros ir mažiau logistinių iššūkių.

Pvz., Jei UAV ryšio relės moduliui reikalingas aparatinės įrangos atnaujinimas, kad būtų galima palaikyti naujas dažnių juostas ar šifravimo standartus, technikai gali greitai pakeisti naudingus krovinius įprastų priežiūros skrydžių metu, o ne laukti, kol bus paleista naujos kartos palydovai. Panašiai, jei padaryta žala dėl atšiaurių orų, šiuos orlaivius galima gauti ir taisyti vietoje, sumažinant prastovą.

Gynybos programose Hale UAV parkas gali būti greitai perkeltas arba greitai uždirbamas, kad būtų galima reaguoti į besikeičiančius stebėjimo poreikius, nereikalaujant daugiametės palydovų, kuriuos reikia palydovų. Šis judrumas sumažina priklausomybę nuo nereikalingų sistemų ir supaprastintų veiklos išlaidų.

Kodėl turėtų rūpėti robotikos inžinieriams

Robotikos kūrėjams „Hale“ platformos pristato bandomąją AI, realaus laiko jutiklių suliejimą ir autonominę navigaciją, esant nuolatiniam saulės energijai, šiluminiam dviračiui ir žemo slėgio sąlygoms. Programinės įrangos ir aparatinės įrangos koordinavimas, reikalingas norint išlaikyti lygį skrydį kelias savaites, optimizuoti saulės energijos surinkimą ir valdyti orų pokyčius, yra robotika aukštyje.

Praktiškai šios platformos suteikia galimybių inžinieriams, dirbantiems:

Autonominės skrydžių sistemos

Autonominio eksploatavimo palaikymas daugialypėmis savaičių laikotarpiais be GPS išmetimo, ryšių trūkumų ar netikėtų orų poslinkių nėra mažas žygdarbis. „Hale UAV“ stumia autonomines sistemas, kad būtų atsižvelgiama į ilgalaikį toleranciją gedimams, sprendimų priėmimui realiuoju laiku ir maršruto pakartojimą.

UAV siūlo pritaikyti misiją AI

Šios transporto priemonės gali veikti kartu su perdirbimu į borto apdorojimą prieš perduodant tribūnų duomenis. Inžinieriai, tobulinantys kompiuterio matymą, jutiklio prioritetų nustatymas su mašininiu mokymuisi arba realaus laiko analizė su pralaidumo apribojimais.

Galios ir šilumos valdymas

Norint veikti dideliame aukštyje, reikia pažangių energijos surinkimo, paskirstymo ir šiluminio valdymo algoritmų, ypač saulės energijos varomų orlaivių. Inžinieriai, kuriantys robotikos taikymo valdymo sistemas ekstremalioje aplinkoje, gali tiesiogiai sutapti.

https://www.youtube.com/watch?v=-zh3uxwxqc4

Antžeminės alternatyvos turi savo ribas

Antžeminiai bokštai ir pluoštas ir toliau gerai aptarnauja tankius gyventojų centrus, tačiau jie netrūksta, kai reljefas, atstumas ar nelaimė nutraukia prieigą. Stratosferos UAV tiria šį tarpą, svyruojantį toli virš žemės griozdo, matomumo į didžiules teritorijas už dalį orbitos relių išlaidų ir latencijos.

Kai palydovai turi būti suplanuoti ir paleisti mėnesius ar metus iš anksto, „Hale UAV“ gali būti dislokuotas aprėpties zonoje valandomis ar dienomis. Jų vertė nebėra hipotetinė, tačiau vis dažniau demonstruojama realiose diegimuose.

„Swift Engineering“ mes kuriame saulės energiją varomas „Hale“ platformas, galinčias savarankiškai skraidyti kelias savaites. Mūsų dizainas sutelkia dėmesį į lengvų kompozicinių struktūrų integravimą su pažangiomis energijos valdymo ir autonominėmis skrydžių valdymo sistemomis, kad būtų maksimaliai padidintas ištvermės ir misijos patikimumas.

Derindamas aviacijos ir kosmoso laipsnio inžineriją su keičiamu gamyboje, „Swift“ siekia pristatyti UAV, kurie gali aptarnauti įvairius programas-nuo komunikacijos ir stebėjimo iki aplinkos stebėjimo-su judrumu ir ekonominiu efektyvumu, neprilygstamu tradiciniais sprendimais.

Sukurti kitą sieną iš oro autonomijos

Robotikos bendruomenė vaidina pagrindinį vaidmenį formuojant šią ateitį. Orlaivių, galinčių galvoti patys, skraidyti kelias savaites, pritaikyti skrendant ir apdoroti duomenis laive, kūrimas reikalauja daugiau nei aviacijos ir kosmoso žinių. Tai reikalauja sistemų inžinierių, AI tyrėjų, avionikos specialistų ir energetikos sistemų kūrėjų įmokų.

„Hale UAV“ nėra orbitalinių sistemų priedas – jie yra perspektyvi alternatyva konkrečioms misijos rinkiniams, kai negalima pakenkti latencijai, reagavimui ir lankstumui.

Apie autorių

Su daugiau nei 25 metų patirtimi inžinerija ir lyderystė, Hamed Khalkhali, Ph.D., MBA, šiuo metu yra San Clemente, Kalifornijoje įsikūrusio San Clemente, prezidentas Greitas Inžinerija Inc. Jis taip pat yra papildomas profesorius Kalifornijos valstijos politechnikos universitete-Pomonoje, kur dėsto šilumos ir skysčių mokslo ir energijos valdymą.

„Khalkhali“ turi didelę patirtį skrydžio valdymo sistemose, reikalavimų valdymą, tikrinimą ir patvirtinimą (V&V). Anksčiau jis ėjo viceprezidento pareigas inžinerija programų valdymas „Aerovironment“ ir atliko vadovaujančius vaidmenis „Parker Aerospace“ ir „Safran Electronics & Defense“, vadovaujant naujų produktų kūrimo ir avionikos sistemoms.