Evropská iniciativa v oblasti bezpilotních prostředků pro civilní využití

Informace o projektech USICO, CAPECO a UAVNETpodporovaných Evropskou komisí a společné iniciativěmotivované zřejmým zaostáváním Evropy oproti USA

a Japonsku v této oblastiCílem iniciativy je dosáhnout zařazení UAV mezi evropsképriority.Součást iniciativy: European Civil Unmanned Air Vehicle Roadmap

Doc. Ing. Josef Klement, CSc.Letecký ústav, VUT v Brně

USICOUnmanned aerial vehicle Safety Issues

for Civil Operations

KonsorciumAirbotics, DLR (Německo), NLR (Holandsko), IAI (Israel), ONERA, EADS (Francie), University of Naples (Itálie), Swedish Defence College, Swedish Space Corporation (Švédsko)

5.RP, 5/2002 – 4/2004 Zdroj informace

Závěrečná technická zpráva - www.uavnet.comwww.usico.org

USICO – obsah projektu

Analýza trhu civilních aplikací Posouzení reprezentativních systémů UAV pro civilní

aplikace (HALE, MALE, mini/mikro – rotorové) Návrh typických scénářů misí Přehled existujících doporučení a předpisů pro certifikaci a

pravidel pro bezpečný provoz UAV Návrhy pro bezpečné provozování a zabránění kolizím

ověřené počítačovými simulacemi ATC/ATM Nástin budoucího vývoje

USICO – situace na světovém trhu Vynakládané prostředky 1,1 bilionu EUR v r.2001 Odhad 2001 až 2007 růst asi 7% ročně 90% do národních vojenských a obranných systémů Hnací faktory civilního využití Unikátní letové výkony (výška letu, vytrvalost) Možnost nasazení v rutinních a nebezpečných misích Brzdicí faktory civilního využití Chybějící letecké předpisy Pojišťovací problémy Chybějící komunikační frekvence Levnější nasazení pilotovaných letadel

USICO – UAV systémy pro civilní aplikace

Mini UAV v kombinaci s miniaturizovaným vybavením – pro aplikace lokálního rozsahu v oblasti vizuální inspekce a pozorování země

Stávající vojenské MALE systémy – pro vládní a vědecké mise, monitorování infrastruktury, plynovodů, ropovodů, elektrických rozvodných sítí apod.

Geostacionární HALE systémy – jako nový prvek pro budoucí komunikační systémy, který eliminuje nedostatky pozemních a satelitních systémů.

Požadavky na výrobce – zdokonalení vojenských UAV nebo vývoj nových podle požadavků civilních aplikací

USICO – zásady bezpečnosti

Riziko při letu nad obydleným územím nesmí být větší než při letu pilotovaného letadla ekvivalentní kategorie – bezpečnost, spolehlivost, hlavní cíl certifikačního procesu konstrukce

Riziko kolize rovněž nesmí být větší než v případě pilotovaného letadla stejné kategorie – záležitost provozní certifikace

Kritické technologie Avionika Komunikace Pohon

USICO – letová způsobilost, certifikace

Přehled existujících předpisů Bezpečnost UAV jako celého systému – letounu,

kontrolní stanice, datových linek Návrh postupu certifikačního procesu Krátkodobá a dlouhodobá doporučení – v návaznosti na

doporučení pracovní skupiny pro UAV vzniklé z iniciativy JAA a Eurocontrol

USICO – bezpečnost provozu

Provoz UAV a související předpisy Integrace UAV do prostředí ATC/ATM Technologie zabránění kolizím Ověření bezpečnostní koncepce počítačovou simulací Počítačová simulace vzniku a zabránění kolizím (příklad

řešení konfliktu letounu Airbus a Male UAV) Závěry a doporučení ze simulačního ověřování Provoz v podmínkách IFR je stejně bezpečný jako u

pilotovaných letadel Provoz v podmínkách VFR vyžaduje spolehlivý palubní

systém pro zabránění kolize

CAPECONCivil UAV Applications & Economic Effectivity of Potential

Configuration Solution

Konsorcium

IAI, Tadiran Electronic Systems, Tadiran Spectralink, Technion (IL), Agusta, Carlo Gavazzi Space, CIRA, University of Naple, Politecnico di Torino, University of Bologna, University of Lecce (I), EADS, Eurocopter, ONERA (F), Swedish Space Corporation (SE), DLR, Eurocopter Deutschland (D), NLR (NL), INTA (E), Warsaw University of Technology (PL)

5. RP, 5/2002 – 12/2004 Zdroj informace

Status overview of CAPECON project May 2004 – www.uavnet.com

CAPECON – vize a cesty

Vize

Během 10 let budou UAV operovat v civilním prostoru v mnoha civilních a komerčních misích

Cesty Větší využití a zdokonalení vojenských UAV Technologický vývoj pro zvýšení spolehlivosti,

bezpečnosti a výkonů Snížení výrobních a provozních nákladů Posun při akceptování civilními leteckými úřady

CAPECON – obsah projektu

Průzkum aplikací Technické požadavky

Vysokovýškové UAV – HALE Středněvýškové UAV – MALE

Rotorové UAV Náklady

Doporučení

CAPECON - aplikaceVědecké mise

Výzkum atmosféry Oceanografická pozorování Geologický průzkum

Studim sopečné aktivity Výzkum hurikánů Předpovídání počasí

Mise v ohrožení

Řízení a hodnocení krizových situací

Pátrací a záchranné akce Boj s požáry

Olejové skvrny Pozorování hurikánů Pozorování záplav

Monitorování sopek Monitorování zemětřesení Monitorování radiace

Pozorovací mise

Střežení hranic Detekce lesních požárů Monitorování dopravy

Monitorování pobřeží Monitorování vedení VN Monitorování energovodů

Monitorování prostředí Námořní hlídkování Narušení zákonů

Sledování drogových cest Přesné mapování terénu Sledování úrody a sklizně

Komunikační mise

Širokopásmová komunikace Přenosové telekomunikační

služby

GPS/Galileo systém –

pseudosatelity

CAPECON – UAV mise

Nebezpečné mise – UAV je jediné řešení

Jedovaté prostředí Extrémní výška

Radiační zamoření Nepříznivé povětrnostní podmínky

Vědecké mise – UAV je nejlepší řešení – ekonomika je druhořadá

Předpovídání počasí Sběr atmosférických dat

Podmínky prostředí Monitorování kvality ovzduší

Sběr oceanografických dat Výstraha vzdušných turbulencí

Komerční mise – UAV není jediným řešením – jen při komerční schůdnosti

Pozorování hranic Monitorování dopravy

Boj s požáry v neobydlených oblastech Monitorování ropovodů, plynovodů

a sítí VN

Létající anténní systémy Satelitní vysílače pro „chudé“

CAPECON – UAV HALE

Parametry Mise Konfigurace• Dostup 20000m

• Celková hmotnost 6 t

• Prázdná hmotnost 2 t

• Max. užitečné zatížení

500 kg

• Hmotnost paliva 3,5 t

• Vytrvalost > 24 hod.

(Vytrvalost x už. zat.)/pořizovací cena 2 x lepší než u Global Hawk

• Mapování

• Hlídkování na

hranicích

• Monitorování železnic a

potrubních sítí

• Narušování zákona

• Monitorování porostů

• Monitorování počasí

• Výzkum blesků

• Výzkum ozónu

• Je definováno potřebné

vybavení

• ONERA

• POLITO (Heliplat)

• IAI

• WUT

• Modulární

konstrukce, doprava

ve standardních

kontejnerech

CAPECON – MALE a rotorové konfigurace

MALE konfigurace

• EADS/UNINA – turbovrtulový

• WUT

Rotorové konfigurace

• S protiběžnými rotory

• Konvenční vrtulník s vyvažovacím rotorem

• S otočnými rotory

• „tail sitter“

CAPECON – porovnání pořizovacích nákladů

CAPECON – provozní náklady, havárie

Provozní náklady (včetně režie, údržby, pojištění, pořízení, mezd …)

• 3040 $/hod – nyní

• 530 $/hod. – budoucí technologie

Počet havárií na 100 000 letových hodin

• F 16 pilotovaný – 2

• Hunter - 15

• Predator - 48

• Pioneer - 135

• Global Hawk - 170

CAPECON - shrnutí Začarovaný kruh Civilní trh UAV je omezený v důsledku existujících bariér Bariéry nejsou odstraňovány v důsledku nedostatku požadavků

potenciálních zákazníků Zákazníci nemají zájem investovat do technologického vývoje Cesta Demonstrovat možnosti

- dílčí (snadnější a dostupnější)- celkové- vzhledem k nákladům nejvhodnější demonstrace na misích vládních nebo úředních (vědeckých, bezpečnostních)

CAPECON – prioritní mise

Oblast bezpečnosti státu a občanů Zlepšení situační informovanosti Optimalizace zabezpečení a ochrany síťových systémů Ochrana proti terorismu (včetně terorismu s využitím

biologických, chemických a dalších látek) Zdokonalení krizového řízení (evakuace, vyhledávací a

záchranné operace) Vytvoření integrovaného systému pro informaci a

komunikaci

UAVNET Tématická síť pro pokrok ve vývoji civilních bezpilotních

prostředků (UAV)

KonsorciumIAI (IL), Airbotics, DLR (D), Alenia, CIRA, Politecnico Torino (I), NLR (NL), EADS, ONERA, Snecma (F), Sonaca (B), WUT (PL), BaeSystems (UK), Vilnius University (LT), NDU (H), VUT v Brně (Letecký ústav)

5. RP, 10/2001- 2x prodlouženo, 12/2005 Zdroj informace: www.uavnet.com Výměna informací partnerů a řady dalších organizací 12 setkání v různých zemích Asi 200 prezentací ze všech oblastí: konstrukce, vybavení, systémy, ATC,

aplikace – www.uavnet.com European Civil Unmanned Air Vehicle Roadmap

UAVNET – některé příklady prezentovaných civilních aplikací bezpilotních létajících prostředků

UAVNET – Integrace B-Hunter v belgickém prostoru

Situace:

• Nejhustší osídlení v Evropě

(330)

• Mezinárodní letiště Brusel, Antverpy, Lutych, Charleroi, Ostende

Jestliže je to možné v Belgii, je to možné kdekoliv v Evropě.

B-Hunter:• Prázdná hmotnost 532 kg• Maximální hmotnost 727 kg• Max. užitečné zatížení 125 kg• Délka 6,9 m• Rozpětí 8,9 m• Vytrvalost > 10 hodin• Dostup 4570 m • Dva motory (tažná a tlačná

vrtule)• Max. rychlost 205 km/hod.• Cestovní rychlost 112 – 150

km/hod.

UAVNET – B-HUNTER

Integrace UAV B-Hunter v belgickém prostoru

Typový certifikační postup Využití a úprava existujících civilních norem a předpisů

(JAR VLA) Shoda se směrnicí NATO AC/92 (ATM) WP(2001)1 Školení a výcvik pilotů UAV Řídící systémy Návrh postupů ve vztahu k civilnímu ATC Praktické zkušenosti ATC s operacemi s B-Hunterem

UAVNET – Letecká jednotka izraelské policie

Letecké policejní mise

Plánované (60%): Hlídkování na hranicích Bezpečnostní hlídkování Dálniční dozor Boj s požáry Fotografování Civilní požadavky

Na požádání (40%) Teroristické a kriminální

aktivity Pátrací a záchranné akce

UAV mise Pozorování Boj s požáry Protiteroristické a

protikriminální operace Výhody UAV Bezpečnost, vytrvalost, malé

riziko odhalení Nevýhody UAV Omezení civilními letadly,

časová odezva, úzké pozorovací pole, žádný odstrašovací efekt

Požadavky na UAV

UAVNET – Kontrola vedení VN pomocí VTOL UAV - Případová studie

Systém vedení VN v UK 415kV, 240kV, 132kV(20 000 km), 66 + 33kV (150 000 km) a 11 kV Kontroly Běžná – stožár, izolátory, vodiče, koroze, prorůstání stromů, výstrahy Bezpečnostní – méně podrobná – stromy, vandalismus, poškození Následná – pro určení příčin poškození

Způsob kontroly Stávající – jedno nebo dvoumotorový vrtulník s 2 člennou posádkou

- pěší zřídka (vysoká cena práce, nutné přerušení dodávky) Navrhovaná – bezpilotní vrtulník (¢ rotoru 1,6 m, 130 km/hod., 6 kg

užitečné zatížení, modulová konstrukce

- řídící systém, 2 operátoři, malý terénní automobil

Kontrola vedení VN – porovnání

Kontrola Dvoumotorový

vrtulník, £/stožár

Jednomotorový

vrtulník, £/stožár

SPRITE UAV

£/stožár

Běžná 3,80 2,32 1,00 (26 %)

Bezpečnostní 2,53 1,55 0,91 (36 %)

Následná 2,17 1,33 0,86 (40 %)

Výhody použití UAV:

• Nižší cena

• Menší zatížení životního prostředí

• Snadné použití

• Žádné riziko pro posádku

• Pro pokrytí potřeb kontroly VN v UK – 14 systémů UAV

UAVNET – Malé levné UAV systémy pro civilní a

bezpečnostní aplikace (EADS)

Malé vrtulníky Scorpio 6 – 35 km/hod., 6 kg užitečné zatížení Scorpio 30 – 50 km/hod., 15 kg užitečné zatížení Automatický start a přistání Zabezpečené datové linky pro přenos informací v reálném čase Kontrola energetických sítí, průzkum v zástavbě, dopravní situace,

identifikace vozidel a osob Malé UAV s pevnými plochami Tracker – 100 km/hod., 2 kg užitečné zatížení, > 2000 m, > 2 hod.,

start z ruky, automatické přistání, elektrický pohon 2 operátoři, řídící stanice, opakované použití do 10 min. Bezpečnostní mise

UAVNET – monitorování dopravy v Holandsku

Proč monitorovat? Snížení nehodovosti (2001 – 993 mrtvých, 11 029 zraněných) Snížení časových ztrát (2002 – délka kolon 104 000 km) Snížení emisí

Cíle Varování před kolizemi, záznam nehod, shromažďování informací pro

policejní rozhodování, dopravní informace pro řidiče, plánování tras a dopravní poradenství, dynamické řízení dopravy

Stávající organizace Pozemní zařízení podél hlavních silnic (1 100 km) Regionální dopravní střediska Centrální informační centrum

UAVNET – monitorování dopravy v Holandsku

Požadavky Měření rychlosti s přesností 1 % Intervaly měření 1/min, každých 500 m Čas max. 3 minuty Dosažitelnost 24 hod., činnost za každého počasí

Výzkum s použitím vrtulníků

UAV – uvažují se do budoucna Použití je technicky možné (např. FlyCAM- létající kamera) Zřejmě nepřispějí významně k řešení na hlavních silnicích Hlavní přínos může být při použití na vedlejších komunikacích, které

nejsou vybavené pozemním zařízením

UAVNET – měření znečištění ovzduší v Itálii

Stávající stav Pevné nebo mobilní pozemní stanice – asi 120 mc vzduchu, CO, NO2,

prachové částice, ozón

Měření v různých výškách – umožňuje popsat pohyb, mechanizmus postupu a původ znečištění, nakreslit trojrozměrné mapy

Malý, radiem řízený UAV s elektrickým motorem Požadavky: cena do 40000 Eur, <50 Eur/hod., přenos dat v reálném

čase, start. hmotnost max. 1,2 kg, vytrvalost 60 až 90 min., 20 – 35 km/hod., pozemní stanice - pilot + asistent

UAV: rozpětí 1,6 m, délka 0,9 m, baterie, 1680 let. hodin bez závad Spolupráce s ENAC (italský úřad pro civilní letectví): povolení pro lety

45 až 600m v zimě, 300 až 1200m v létě (max. koncentrace) Výhled: VTOL UAV – 2,5 kg

UAVNET – průzkum využití UAV

při lesních požárech v Maďarsku

Průzkum Pro hodnocení situace a její předpokládaný vývoj Pro volbu správného řešení a stanovení nutných úkolů

Problémy Velký rozsah zasažené oblasti Velitel zásahu je příliš blízko („pro stromy nevidí les“)

Letecký průzkum - řešení Pilotovaný: výhody - nevýhody UAV s pozemní řídicí stanicí: výhody - nevýhody Létající robot: z hlediska hasičů nejvýhodnější- zefektivnění

průzkumu a zásahu, větší zachráněná oblast, menší zatížení hasičů, menší riziko pro občany

UAVNET – studie řešení při záplavách (Belgie)

Potřebná data Aktuální výška hladiny – hydrologická síť Ostatní data – hydrologická a meteorologická Záplavové mapy Záplavové mapy Požadavky: krátký čas (max. 24 hod.), monitorování v nepříznivých

podmínkách (vítr, silný déšť), přesnost (několik metrů), každodenní připravenost (přestože záplavy nejsou každý den)

Uskutečnitelnost: - pomocí leteckého měření se senzory- pomocí satelitů- pomocí UAV se senzory ?