هواپیمای بدون سرنشین (Unmanned aerial vehicle)

وسیله نقلیه هوایی بدون سرنشین (UAV)، که به طور جایگزین به عنوان یک سیستم هواپیمای بدون سرنشین (UAS) شناخته می شود، و معمولاً به عنوان هواپیمای بدون سرنشین هوایی یا به سادگی یک هواپیمای بدون سرنشین شناخته می شود، هواپیمایی است که بدون خلبان انسان، خدمه یا مسافران در هواپیما عمل می کند و در عوض به کنترل از راه دور یا کنترل از راه دور متکی است. پهپادها که در ابتدا در طول قرن بیستم برای عملیات‌های نظامی که برای پرسنل انسانی «کسل‌کننده، کثیف یا خطرناک» تلقی می‌شدند توسعه یافتند، تا قرن بیست و یکم به دارایی‌های ضروری برای اکثر نیروهای مسلح تبدیل شدند. همانطور که پیشرفت در فناوری های کنترل رخ داد و هزینه ها کاهش یافت، کاربرد آنها به طور قابل توجهی در بخش های غیر نظامی متعددی گسترش یافت. این برنامه‌های کاربردی متنوع شامل عکاسی هوایی، پوشش وسیع منطقه، کشاورزی دقیق، نظارت بر آتش‌سوزی جنگل‌ها و رودخانه‌ها، نظارت بر محیط‌زیست، مشاهده آب و هوا، فعالیت‌های پلیسی و نظارتی، بازرسی‌های زیرساختی، عملیات‌های قاچاق غیرقانونی، تحویل محصول، سرگرمی، و مسابقات رقابتی هواپیماهای بدون سرنشین است.

یک وسیله هوایی بدون سرنشین (پهپاد) یا سیستم هواپیمای بدون سرنشین (UAS)، که معمولاً به عنوان پهپاد هوایی یا به سادگی پهپاد شناخته می‌شود، هواپیمایی است که خلبان انسانی، خدمه، یا مسافری به طور خودکار در آن کنترل نمی‌شود. پهپادها در ابتدا در طول قرن بیستم برای مأموریت‌های نظامی برای انسان‌ها بسیار «کسل‌کننده، کثیف یا خطرناک» ساخته شدند و در بیست و یکم به دارایی‌های ضروری برای اکثر ارتش‌ها تبدیل شدند. با بهبود فن آوری های کنترل و کاهش هزینه ها، استفاده از آنها به بسیاری از برنامه های غیر نظامی گسترش یافت. اینها شامل عکاسی هوایی، پوشش منطقه، کشاورزی دقیق، نظارت بر آتش‌سوزی جنگل‌ها، نظارت بر رودخانه، نظارت بر محیط‌زیست، مشاهده آب‌وهوا، پلیس و نظارت، بازرسی زیرساخت‌ها، قاچاق، تحویل محصول، سرگرمی و مسابقه هواپیماهای بدون سرنشین است.

یک چالش مهم شامل ادغام فناوری هواپیماهای بدون سرنشین در قوانین موجود است.

اصطلاحات

از اصطلاحات مختلفی برای توصیف هواپیماهایی استفاده می شود که بدون سرنشین انسان کار می کنند.

یک وسیله هوایی بدون سرنشین (پهپاد) به طور رسمی به عنوان "وسیله نقلیه هوایی نیرودار که حامل انسان نیست، از نیروهای آیرودینامیکی برای تامین وسیله نقلیه استفاده می کند، می تواند به صورت خودکار پرواز کند، قابل بازیابی یا بازیابی شود، تعریف می شود. یک محموله کشنده یا غیر کشنده حمل کنید." اصطلاح پهپاد اغلب با کاربردهای نظامی مرتبط است. در حالی که موشک‌های مجهز به کلاهک معمولاً به‌عنوان پهپاد طبقه‌بندی نمی‌شوند، زیرا خود وسیله نقلیه یک مهمات است، برخی از موشک‌های ملخ‌دار معمولاً توسط مردم و رسانه‌ها به عنوان «پهپاد کامیکاز» نامیده می‌شوند. علاوه بر این، رابطه بین پهپادها و هواپیماهای مدل کنترل از راه دور در برخی از حوزه های قضایی مبهم باقی مانده است. اداره هوانوردی فدرال ایالات متحده (FAA) در حال حاضر هر هواپیمای پرنده بدون سرنشین را صرف نظر از وزن آن به عنوان پهپاد طبقه بندی می کند. نام‌گذاری‌های مشابه عبارتند از هواپیمای هدایت‌شونده از راه دور (RPA) و وسیله هوایی خلبانی از راه دور (RPAV).

پهپادها یا RPAVها را همچنین می‌توان به عنوان اجزای جدایی‌ناپذیر یک سیستم هواپیمای بدون سرنشین (UAS) در نظر گرفت، که علاوه بر این شامل یک کنترل‌کننده زمینی و یک سیستم ارتباطی است که با هواپیما ارتباط برقرار می‌کند. وزارت دفاع ایالات متحده (DoD) و اداره هوانوردی فدرال ایالات متحده (FAA) به طور رسمی اصطلاح UAS را در سال 2005 پذیرفتند، همانطور که در نقشه راه سیستم هواپیمای بدون سرنشین آنها 2005-2030 ذکر شده است. این اصطلاح توسط سازمان بین‌المللی هوانوردی غیرنظامی (ICAO) و سازمان هواپیمایی کشوری بریتانیا نیز پذیرفته شد، و در نقشه راه تحقیقاتی (ATM) اتحادیه اروپا (SES) مدیریت ترافیک هوایی (ATM) اتحادیه اروپا (SES) برای سال 2020 استفاده می‌شود. این نامگذاری بر اهمیت ایستگاه‌های هوایی، سایر تجهیزات، تجهیزات و عناصر پشتیبانی زمینی فراتر از کنترل تاکید می‌کند. اصطلاحات مرتبط عبارتند از سیستم وسیله نقلیه هواپیمای بدون سرنشین (UAVS) و سیستم هواپیمای خلبانی از راه دور (RPAS). بسیاری از اصطلاحات مشابه در حال حاضر در حال استفاده هستند. بر اساس مقررات جدید که از 1 ژوئن 2019 لازم الاجرا شد، دولت کانادا اصطلاح RPAS را به معنای "مجموعه ای از عناصر قابل تنظیم متشکل از یک هواپیمای هدایت شونده از راه دور، ایستگاه کنترل آن، پیوندهای فرماندهی و کنترل و سایر عناصر سیستم مورد نیاز در طول عملیات پرواز" اتخاذ کرد.

در گفتمان کلی، "پهپاد" معمولاً در مواردی که اصطلاحات فنی و فنی مانند اسناد نظامی و غیرنظامی استفاده می شود، ترجیح داده می شود. پهپاد، پهپاد، RPAS یا هواپیمای بدون سرنشین. اصطلاح پهپاد ریشه‌های تاریخی در هوانوردی دارد، با کاربردهای اولیه به هواپیماهای هدف از راه دور که برای تمرین توپخانه‌ای کشتی‌های جنگی مورد استفاده قرار می‌گرفتند، که نمونه‌ای از هواپیمای شناور دوباله Fairey Queen در دهه 1920 و هواپیمای دوباله کوئین بی‌هویلند در دهه 1930 بود. نمونه های بعدی شامل Airspeed Queen Wasp و Miles Queen Martinet بودند که در نهایت توسط GAF Jindivik جایگزین شدند. این اصطلاح همچنان به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرد. پهپادهای خودران علاوه بر نرم‌افزار خود، طیفی از فناوری‌های پیشرفته مانند محاسبات ابری، بینایی رایانه، هوش مصنوعی، یادگیری ماشینی، یادگیری عمیق و حسگرهای حرارتی را ادغام می‌کنند و آنها را قادر می‌سازد تا ماموریت‌ها را بدون دخالت انسان انجام دهند. برای مقاصد تفریحی، پهپاد عکاسی هوایی به عنوان هواپیمای دارای قابلیت‌های فیلم‌برداری اول شخص، عملکردهای مستقل یا هر دو تعریف می‌شود.

وقتی به پهپادها اشاره می‌شود، توصیف‌گر «بدون سرنشین» به‌عنوان جایگزینی برای «بدون سرنشین» استفاده می‌شود.

انواع طبقه بندی

وسیله‌های هوایی بدون سرنشین (UAV) را می‌توان بر اساس پیکربندی‌های طراحی مانند وزن یا نوع موتور، حداکثر ارتفاع پرواز، استقلال عملیاتی و نقش‌های خاص، مشابه سایر هواپیماها دسته‌بندی کرد. وزارت دفاع ایالات متحده پهپادها را به پنج کلاس مجزا طبقه بندی می کند.

روش‌های طبقه‌بندی اضافی برای پهپادها عبارتند از:

محدوده و استقامت

پهپادها معمولاً بر اساس برد عملیاتی و قابلیت‌های استقامتشان به پنج کلاس طبقه‌بندی می‌شوند.

اندازه

پهپادها به طور کلی در چهار دسته اندازه دسته بندی می شوند که با توجه به اینکه حداقل یک بعد (طول یا طول بال) محدودیت های از پیش تعریف شده خاصی را برآورده می کند، تعیین می شود.

وزن

پهپادها بر اساس وزنشان به پنج دسته طبقه بندی می شوند.

سازمان پیمان آتلانتیک شمالی (ناتو) از یک سیستم طبقه بندی قابل مقایسه استفاده می کند.

درجه خودمختاری

پهپادها را همچنین می‌توان بر اساس سطح استقلالی که در طول عملیات پروازشان نشان می‌دهد، دسته‌بندی کرد. سازمان بین المللی هوانوردی غیرنظامی (ایکائو) هواپیماهای بدون سرنشین را به عنوان خلبان از راه دور یا کاملا خودمختار متمایز می کند. برخی پهپادها دارای سطوح متوسطی از استقلال هستند. به عنوان مثال، یک وسیله نقلیه ممکن است عمدتاً از راه دور هدایت شود، اما دارای یک عملکرد مستقل بازگشت به پایگاه باشد. برخی از طراحی‌های هواپیما اجازه پرواز اختیاری یا بدون سرنشین را می‌دهند، که شامل هواپیماهای سرنشین‌دار تبدیل شده به پهپادهای اختیاری خلبانی (OPV) می‌شود. عملیات پرواز پهپاد می‌تواند از کنترل از راه دور توسط اپراتور انسانی، تعیین شده به عنوان هواپیمای خلبان از راه دور (RPA)، تا حالت‌های مختلف مستقل، از جمله کمک خلبان خودکار، که در هواپیماهای کاملاً خودمختار که بدون دخالت انسان عمل می‌کنند به اوج خود برسد.

ارتفاع

در رویدادهای صنعتی، مانند انجمن سیستم‌های بدون سرنشین ParcAberporth، پهپادها بر اساس ارتفاع با استفاده از طبقه‌بندی‌های زیر دسته‌بندی شده‌اند:

• دستی: قابلیت دستیابی به ارتفاع 2000 فوت (600 متر) و برد تقریباً 2 کیلومتر.
• نزدیک: برای ارتفاعات تا 5000 فوت (1500 متر) و برد تا 10 کیلومتر طراحی شده است.
• نوع ناتو: کار در ارتفاعات تا 10000 فوت (3000 متر) با برد 50 کیلومتر.
• تاکتیکی: رسیدن به ارتفاعات 18000 فوت (5500 متر) و داشتن برد تقریبی 160 کیلومتر.
• MALE (ارتفاع متوسط، استقامت طولانی): قابلیت ارتفاع تا 30000 فوت (9000 متر) و برد بیش از 200 کیلومتر.
• HALE (ارتفاع بالا، استقامت طولانی): عملکرد بالای 30000 فوت (9100 متر) با برد نامشخص.
• هایفوق صوت: با پرواز با سرعت بالا، مافوق صوت (1-5 ماخ) یا مافوق صوت (5 ماخ+)، رسیدن به ارتفاعات 50000 فوت (15200 متر) یا سطوح زیر مداری، با برد بیش از 200 کیلومتر مشخص می شود.
• Orbital: برای مدار پایین زمین (25 مارس و بالاتر) طراحی شده است.
• Cis-Lunar: قابلیت انتقال زمین به ماه را دارد.
• سیستم هدایت حامل به کمک رایانه (CACGS) برای پهپادها

معیارهای ترکیبی

طبقه‌بندی ارتش ایالات متحده از سامانه‌های هوایی بدون سرنشین (UAS) یک رویکرد معیار ترکیبی را نشان می‌دهد که پهپادها را بر اساس وزن، حداکثر ارتفاع و سرعت آنها دسته‌بندی می‌کند.

نوع بالابر

FFLO

سازمان بین‌المللی هوانوردی غیرنظامی (ایکائو) هواپیماهای فقط پرواز به جلو را با نشانگر نوع FFLO طبقه‌بندی می‌کند که به هواپیماهای بدون سرنشین با بال ثابت و شبیه هواپیما اشاره دارد.

VFHC

ایکائو قابلیت پرواز/قابلیت شناور عمودی را با نشانگر نوع VFHC طبقه‌بندی می‌کند، که به پهپادهایی اشاره می‌کند که از تیغه‌های چرخان برای بالابر و نیروی محرکه استفاده می‌کنند.

منابع برق

وسایل نقلیه هوایی بدون سرنشین (پهپادها) را می توان بر اساس قدرت یا منبع انرژی آنها طبقه بندی کرد، عاملی که به شدت بر مدت زمان عملیات، برد و ردپای زیست محیطی آنها تأثیر می گذارد. طبقه بندی های اولیه عبارتند از:

• باطری (برقی): این پهپادها از باتری‌های قابل شارژ استفاده می‌کنند که عملکرد بی‌صدا و نیازهای تعمیر و نگهداری را کاهش می‌دهند، البته اغلب با مدت زمان پرواز محدود. حداقل امضای آکوستیک آنها آنها را برای استقرار شهری و ماموریت های محتاطانه مناسب می کند.
• با سوخت سوخت (احتراق داخلی): این پهپادها با سوخت‌های معمولی مانند بنزین یا گازوئیل کار می‌کنند، این پهپادها معمولاً زمان پرواز طولانی‌تری دارند، اما صدای بلندتری دارند و نیاز به تعمیر و نگهداری بیشتری دارند. آنها معمولاً در سناریوهایی مستقر می شوند که به استقامت طولانی مدت یا قابلیت های بار قابل توجهی نیاز دارند.
• هیبرید: پهپادهای هیبریدی با یکپارچه‌سازی منابع انرژی الکتریکی و سوختی، تلاش می‌کنند تا با استفاده از مزایای هر دو سیستم، عملکرد و کارایی را بهینه کنند. این پیکربندی تطبیق پذیری بیشتر در پروفایل های ماموریت و سازگاری بیشتر با نیازهای عملیاتی مختلف را تسهیل می کند.
• پیل سوختی هیدروژنی: پیل‌های سوختی هیدروژنی در مقایسه با باتری‌ها، در کنار عملیات مخفی‌تر (بدون امضای گرما) نسبت به موتورهای احتراقی، دارای پتانسیل طولانی‌تر پرواز هستند. چگالی انرژی قابل توجهی که در هیدروژن وجود دارد، آن را به عنوان یک جایگزین مناسب و امیدوارکننده برای فناوری‌های پیشران پهپادهای آینده قرار می‌دهد.
• دارای انرژی خورشیدی: وسایل نقلیه هوایی بدون سرنشین (پهپاد) مجهز به پنل‌های خورشیدی، با تبدیل موثر انرژی خورشیدی، پتانسیل طولانی‌مدت پرواز، به‌ویژه در ارتفاعات بالا را دارند. چنین پهپادهایی با انرژی خورشیدی به ویژه برای ماموریت های استقامتی طولانی مدت و برنامه های مختلف نظارت بر محیط زیست مناسب هستند.
• موتور هسته ای: اگرچه پیشرانه هسته ای برای هواپیماهای بزرگتر مورد بررسی قرار گرفته است، ادغام آن در وسایل نقلیه هوایی بدون سرنشین (UAV) عمدتاً به دلیل نگرانی های ایمنی اساسی و موانع نظارتی پیچیده، تا حد زیادی یک مفهوم تئوری باقی مانده است. در حالی که تحقیقات در این زمینه ادامه دارد، باید قبل از استقرار عملی بر چالش های قابل توجهی غلبه کرد.

تاریخچه

قرن نوزدهم

وسایل نقلیه هوایی بدون سرنشین اولیه

استقرار مستند اولیه یک وسیله نقلیه هوایی بدون سرنشین در نبرد در ژوئیه 1849 انجام شد که شامل یک ناو بالون - پیشروی ناوهای هواپیمابر مدرن - در طول اولین کاربرد تهاجمی نیروی هوایی در هوانوردی دریایی بود. نیروهای اتریشی که درگیر محاصره ونیز بودند، تلاش کردند تا حدود 200 بالون آتش زا را علیه شهر محاصره شده مستقر کنند. در حالی که بیشتر بالن ها از خشکی پرتاب می شدند، بخشی نیز از کشتی اتریشی SMS Vulcano مستقر شدند. حداقل یک وسیله انفجاری با موفقیت به شهر رسید. با این حال، تغییر جهت باد پس از پرتاب باعث شد اکثر بالون‌ها اهداف مورد نظر خود را از دست بدهند، حتی برخی از آنها از روی مواضع اتریش و کشتی پرتاب Vulcano عقب می‌افتند.

در سال 1903، لئوناردو تورس کوودو، مهندس اسپانیایی، یک سیستم رادیویی کنترل‌شده به نام آکادمی علوم T پاریس ارائه کرد. این نوآوری برای تسهیل آزمایش کشتی‌های هوایی و در عین حال کاهش خطرات برای پرسنل انسانی طراحی شده است.

قرن بیستم

پیشرفتهای اساسی در فناوری هواپیماهای بدون سرنشین در قرن بیستم آغاز شد و در ابتدا بر ایجاد اهداف تمرینی برای آموزش نظامی متمرکز شد. اولین تلاش برای تولید یک وسیله نقلیه هوایی بدون سرنشین (پهپاد) نیرومند، "هدف هوایی" A. M. Low در سال 1916 بود. لو تأیید کرد که تک هواپیمای جفری دی هاویلند در 21 مارس 1917 به پرواز کنترل شده با استفاده از سیستم رادیویی Low دست یافته است. پس از این نمایش موفقیت آمیز در بهار 1917، Low در سال 1918 به نیروی دریایی سلطنتی منصوب شد تا پرتاب موتورهای سریع کنترل شده توسط هواپیما، معروف به D.C.B.s را که برای حمله به زیرساخت های کشتیرانی و بندری در نظر گرفته شده است، توسعه دهد. او همچنین به فرمانده وینگ براک در آماده شدن برای حمله Zeebrugge کمک کرد. این تلاش‌ها راه را برای نوآوری‌های بیشتر بریتانیایی بدون سرنشین هموار کرد که با استقرار بیش از 400 هدف هوایی Havilland 82 Queen Bee تا سال 1935 به اوج خود رسید.

در سال 1915، نیکولا تسلا ناوگانی از وسایل نقلیه جنگی بدون سرنشین را طراحی کرد. این پیشرفت‌های اولیه همچنین باعث ایجاد Kettering Bug توسط چارلز کترینگ از دیتون، اوهایو و هواپیمای خودکار هویت اسپری شد. هر دو در ابتدا به عنوان هواپیمای بدون سرنشین طراحی شدند که قادر به حمل محموله انفجاری به یک هدف مشخص بودند. توسعه در طول جنگ جهانی اول ادامه داشت، طی آن شرکت هواپیماسازی دیتون رایت یک اژدر هوایی بدون خلبان طراحی کرد که در یک لحظه از پیش تعیین شده منفجر شود.

در سال 1935، رجینالد دنی، بازیگر سینما و علاقه‌مند به هواپیماهای مدل، پیشگام توسعه مجدد خودرو

urte شد. در اواخر دهه 1930، محققان شوروی آزمایش هایی را انجام دادند که شامل کنترل از راه دور بمب افکن های توپولف TB-1 بود.

جنگ جهانی دوم

در سال 1940، رجینالد دنی شرکت Radioplane را تأسیس کرد که منجر به ظهور مدل‌های هواپیمای بدون سرنشین اضافی (UAV) در طول جنگ جهانی دوم شد. این ها هم برای آموزش توپچی های ضد هوایی و هم برای اجرای ماموریت های حمله به کار گرفته می شدند. آلمان نازی چندین هواپیمای پهپاد از جمله Argus As 292 و بمب پرنده V-1 با موتور جت را در طول درگیری تولید و مستقر کرد. ایتالیای فاشیست همچنین یک نوع هواپیمای بدون سرنشین تخصصی کنترل از راه دور از Savoia-Marchetti SM.79 را توسعه داد، اگرچه استقرار عملیاتی آن توسط آتش بس با ایتالیا منع شد.

دوره پس از جنگ

پس از جنگ جهانی دوم، پیشرفت‌ها در وسایل نقلیه هوایی بدون خدمه (پهپاد) شامل مدل‌هایی مانند JB-4 آمریکایی بود که از هدایت فرمان تلویزیونی و رادیویی، GAF Jindivik استرالیا و Teledyne Ryan Firebee I در سال 1951 استفاده می‌کرد. همزمان، شرکت‌هایی مانند Beechcraft در مدل‌های 10 عرضه می‌کردند. 1955. این سیستم های اولیه عمدتاً تا دوران جنگ ویتنام به عنوان هواپیمای کنترل از راه دور عمل می کردند. در سال 1959، نیروی هوایی ایالات متحده برنامه ریزی برای استقرار هواپیماهای بدون خدمه را آغاز کرد که ناشی از نگرانی در مورد تلفات خلبان در حریم هوایی متخاصم بود. این برنامه ریزی پس از سرنگونی یک هواپیمای U-2 توسط اتحاد جماهیر شوروی در سال 1960 شتاب گرفت و منجر به ایجاد سریع یک برنامه پهپاد بسیار طبقه بندی شده با نام رمز "Red Wagon" شد. حادثه خلیج تونکین در آگوست 1964، با مشارکت نیروهای دریایی ایالات متحده و ویتنام شمالی، نشان دهنده آغاز عملیاتی پهپادهای بسیار طبقه بندی شده آمریکایی، از جمله رایان مدل 147، رایان AQM-91 فایرفلای و لاکهید D-21 در ماموریت های رزمی در طول جنگ ویتنام بود. هنگامی که دولت چین به طور علنی عکس های پهپادهای سرنگون شده ایالات متحده را از طریق Wide World Photos به نمایش گذاشت، موضع رسمی ایالات متحده "بدون اظهار نظر" بود.

در طول جنگ فرسایشی (1967-1970) در خاورمیانه، آژانس های اطلاعاتی اسرائیل آزمایشاتی را از وسایل نقلیه تاکتیکی بازگشایی شده توسط UA انجام دادند. دوربین ها این پهپادها با موفقیت تصاویری را از آن سوی کانال سوئز ضبط و مخابره کردند. این دوره نشان‌دهنده توسعه اولیه و آزمایش‌های رزمی پهپادهای تاکتیکی بود که قادر به عملیات از باندهای کوتاه بودند و آنها را از همتایان سنگین‌تر و جت‌شان متمایز می‌کرد.

در طول جنگ یوم کیپور در سال 1973، اسرائیل وسایل نقلیه هوایی بدون خدمه (پهپادها) را به‌عنوان ابزارهای فریبنده و ضد موشک‌ها مستقر کرد. به دنبال این درگیری، چندین عضو اصلی تیم توسعه اولیه پهپاد، یک شرکت استارتاپی را تأسیس کردند که بر تجاری سازی فناوری پهپاد متمرکز بود. این شرکت متعاقباً توسط Tadiran خریداری شد که در نهایت منجر به ایجاد اولین پهپاد بومی اسرائیل شد.

در سال 1973، ارتش ایالات متحده رسماً استقرار وسایل نقلیه هوایی بدون سرنشین (پهپاد) خود را در جنوب شرقی آسیا در طول جنگ ویتنام تأیید کرد. این درگیری منجر به کشته شدن بیش از 5000 نیروی هوایی ایالات متحده و بیش از 1000 مفقود یا اسیر شد. 100 بال شناسایی استراتژیک USAF تقریباً 3435 مأموریت پهپاد انجام داد که در اثر عوامل مختلف حدود 554 پهپاد از دست رفت. ژنرال جورج اس. براون، فرمانده فرماندهی سیستم‌های نیروی هوایی، در سال 1972 بیان کرد که "تنها دلیلی که ما به پهپادها نیاز داریم این است که نمی‌خواهیم بیهوده انسان را در کابین خلبان خرج کنیم." در اواخر همان سال، ژنرال جان سی. مایر، فرمانده فرماندهی راهبردی هوایی، تأیید کرد: "ما به پهپاد اجازه دادیم پروازهای پرخطر انجام دهد... میزان تلفات بالاست، اما ما حاضریم تعداد بیشتری از آنها را به خطر بیندازیم... آنها جان انسان ها را نجات می دهند!"

جنگ یوم کیپور در سال 1973 شاهد خسارات قابل توجهی بود که جت های موشکی جت های جنگنده شوروی به سطح زمین وارد کردند. باتری های مستقر در مصر و سوریه. این امر اسرائیل را بر آن داشت تا IAI Scout را توسعه دهد که به عنوان اولین وسیله نقلیه هوایی بدون خدمه (پهپاد) با قابلیت نظارت در زمان واقعی قابل توجه است. تصاویر اطلاعاتی و فریب‌های راداری تولید شده توسط این پهپادها در خنثی‌سازی کامل پدافند هوایی سوریه توسط اسرائیل در آغاز جنگ لبنان در سال 1982 و جلوگیری از هر گونه تلفات خلبان نقش مهمی داشتند. علاوه بر این، در سال 1987، اسرائیل از پهپادها برای نشان دادن اثبات مفهومی پروازهای فوق چابکی و کنترل شده پس از استال در شبیه سازی های پرواز رزمی استفاده کرد. این شبیه‌سازی‌ها دارای ویژگی‌های پیشرفته‌ای مانند طراحی‌های بدون دم، فناوری پنهان‌کاری، کنترل پرواز بردار رانش سه‌بعدی، و فرمان جت هستند.

وسایل نقلیه هوایی بدون خدمه پس از جنگ سرد

دهه‌های 1980 و 1990 شاهد بلوغ و کوچک‌سازی فناوری‌های مربوطه بود که منجر به افزایش علاقه به وسایل نقلیه هوایی بدون خدمه (UAV) در میان رهبری ارشد نظامی ایالات متحده شد. دولت ایالات متحده بودجه ای را به مرکز مبارزه با تروریسم (CTC) در سازمان سیا اختصاص داد که هدف آن مبارزه با تروریسم از طریق فناوری پیشرفته هواپیماهای بدون سرنشین بود. در طول دهه 1990، وزارت دفاع ایالات متحده قراردادی را با شرکت AAI با همکاری شرکت اسرائیلی Malat منعقد کرد. نیروی دریایی ایالات متحده متعاقباً پهپاد AAI Pioneer را که محصول این توسعه مشترک است، خریداری کرد. تعداد زیادی از این پهپادها در طول جنگ خلیج فارس در سال 1991 مستقر شدند و پتانسیل خود را به عنوان سکوهای جنگی مقرون به صرفه تر و توانمندتر نشان دادند که می توانند بدون به خطر انداختن خدمه هوایی مستقر شوند. در حالی که نسل‌های اولیه عمدتاً نقش‌های نظارتی را ایفا می‌کردند، برخی از مدل‌ها، مانند General Atomics MQ-1 Predator، مسلح بودند و قادر به پرتاب موشک‌های هوا به زمین AGM-114 Hellfire بودند.

دهه 2000

CAPECON، یک ابتکار اتحادیه اروپا با تمرکز بر توسعه وسایل نقلیه هوایی بدون خدمه (UAV)، از 1 می 2002 تا 31 دسامبر 2005 فعال بود.

تا سال 2012، نیروی هوایی ایالات متحده (USAF) از 7494 پهپاد استفاده کرد که تقریباً یک سوم از کل ناوگان هواپیماهای آن را تشکیل می داد. سازمان اطلاعات مرکزی آمریکا نیز پهپادها را مستقر کرد. تا سال 2013، حداقل 50 کشور فناوری پهپاد را پذیرفته بودند و کشورهایی مانند چین، ایران، اسرائیل، پاکستان و ترکیه انواع بومی خود را توسعه دادند. گسترش مستمر استفاده از پهپادها و گسترش گسترده آنها مانع از گردآوری فهرست جامعی از سیستم‌های پهپاد شده است.

در سال 2006، اداره هوانوردی فدرال ایالات متحده (FAA) مجوز عملیات هواپیماهای بدون سرنشین در حریم هوایی غیرنظامی را با رعایت مقررات خاص صادر کرد. این تصمیم چارچوب قانونی اساسی را برای استقرار پهپادهای مصرفی در سراسر ایالات متحده ایجاد کرد.

در سال 2013، DJI فانتوم را معرفی کرد، اولین مدل پهپاد کاملاً مونتاژ شده خود. با قیمت 629 دلار، فانتوم به عنوان یک دستگاه سطح ابتدایی قرار گرفت و تجربه کاربر پسندتری را در مقایسه با جایگزین های بازار معاصر ارائه داد. DJI Phantom به طور گسترده به عنوان یکی از تاثیرگذارترین محصولات پهپادهای مصرفی توسعه یافته در نظر گرفته می شود. ترکیبی از مقرون به صرفه بودن، در دسترس بودن و نرم افزار بصری آن به سرعت بر بازار هواپیماهای بدون سرنشین مصرفی تسلط یافت و برای علاقه مندان و حرفه ای ها به یک اندازه جذاب بود و عامل شکل گیری پهپاد مدرن عکاسی هوایی در بین عموم مردم بود. تا سال 2017، DJI به تنهایی بیش از 75 درصد از سهم بازار پهپادهای مصرفی جهانی را در اختیار داشت.

بر اساس گزارش هیئت کارشناسان شورای امنیت سازمان ملل متحد در مورد لیبی، طبق گزارش مارس 2021، یک پهپاد کارگو 2 طبق گزارش مارس 2021، طبق گزارش‌ها، طبق گزارش مارس 2021، یک هواپیمای بدون سرنشین کارگو 2 با هدف انسانی در لیبی در سال 2020 درگیر شده و به آن حمله کرده است. این حادثه به طور بالقوه اولین نمونه مستند از حمله یک سیستم تسلیحات مرگبار خودمختار به انسان است.

فناوری پهپادهای پیشرفته، به ویژه Bayraktar TB2 ترکیه، به طور قابل توجهی به دستاوردهای نظامی آذربایجان در جنگ 2020 قره باغ کوهستانی علیه ارمنستان کمک کرد.

وسایل نقلیه هوایی بدون سرنشین (پهپاد) نیز جزئی از مأموریت های ناسا هستند. هلیکوپتر Ingenuity، یک پهپاد خودمختار، از سال 2021 تا 2024 در مریخ فعالیت می کرد. از سال 2024، فضاپیمای Dragonfly با هدف رسیدن و بررسی قمر تیتان، قمر زحل، در دست توسعه است. ماموریت اصلی آن شامل اکتشافات سطحی گسترده است، در نتیجه منطقه تحقیقاتی را فراتر از آنچه فرودگرهای قبلی می توانستند پوشش دهند، گسترش می دهد. به عنوان یک پهپاد، Dragonfly بررسی ترکیبات بالقوه متنوع خاک را تسهیل می کند. این پهپاد قرار است در سال 2027 پرتاب شود و زمان ترانزیت تخمینی هفت ساله به سامانه زحل خواهد بود.

پیشرفت‌های کوچک‌سازی همچنین به توسعه پهپادهای کوچک کمک می‌کند که می‌توانند به صورت جداگانه یا به عنوان بخشی از یک ناوگان مستقر شوند و امکان بررسی کارآمد مناطق وسیع را در بازه زمانی نسبتاً کوتاه ایران فراهم می‌کنند. سپاه پاسداران و گروه های متحد در محور مقاومت حملاتی را علیه اسرائیل آغاز کردند و تقریباً 300 هواپیمای بدون سرنشین را در فاصله حدود 1500 کیلومتری پرتاب کردند.

داده‌های گلوبال دیتا نشان می‌دهد که پیش‌بینی می‌شود بازار جهانی سیستم‌های هوایی بدون خدمه نظامی (UAS) که جزء مهمی از صنعت پهپاد است، به نرخ رشد ترکیبی سالانه 4.8 درصد در دهه آینده دست یابد. این مسیر حاکی از افزایش تقریباً دو برابری ارزش بازار است، از 12.5 میلیارد دلار در سال 2024 به حدود 20 میلیارد دلار تا سال 2034.

جنگ روسیه و اوکراین

تهاجم روسیه در سال 2022 به اوکراین به طور گسترده به عنوان آغازین درگیری تمام عیار برای ادغام گسترده وسایل نقلیه هوایی بدون سرنشین (پهپاد) تجاری و مصرف کننده در عملیات نظامی توصیف شده است. به طور خاص، کوادکوپترها و پهپادهای دید اول شخص (FPV) که با حسگرها و مواد منفجره سازگار شده بودند، برای مأموریت‌های مختلف و کاربردهای تاکتیکی به کار گرفته شدند. در دسترس بودن و مقرون به صرفه بودن گسترده پهپادهای مصرفی و پهپادهای کوچک اساساً جنگ مدرن را تغییر داده است، و ظهور استراتژی‌های تهاجمی و دفاعی جدید را تقویت کرده است.

در طول درگیری، اوکراین و روسیه به طور گسترده از پهپادهای مصرفی کوچک برای نظارت تاکتیکی، عملیات ضد تبلیغاتی، و عملیات‌های حمله تبلیغاتی استفاده کردند. این پهپادهای مصرفی از طریق کانال‌های مختلفی از جمله خرید دولتی، افراد سرگرم‌کننده و کمک‌های بین‌المللی برای حمایت از هر دو متخاصم خریداری شدند. اغلب، این پهپادها توسط علاقه مندان به هواپیماهای بدون سرنشین غیرنظامی که در نیروهای مسلح استخدام می شدند، اداره می شدند. پذیرش گسترده آنها به مقرون به صرفه بودن، عملکرد بالا، قابلیت اطمینان و در دسترس بودن تجاری آنها نسبت داده شد. علی‌رغم تلاش‌های تولیدکنندگان برای محدود کردن کاربرد نظامی محصولات مصرفی، چنین تلاش‌هایی تأثیر محدودی داشت، زیرا اهداکنندگان و خریداران با حمل هواپیماهای بدون سرنشین به آن سوی مرزها از طریق واسطه‌ها و اصلاح نرم‌افزارشان، محدودیت‌ها را دور زدند. در اوکراین، پهپادهای تجاری کوچک و هواپیماهای بدون سرنشین FPV به یکی از اجزای همه‌جانبه و ضروری در تلاش جنگ تبدیل شدند.

طراحی

هواپیماهای خدمه دار و بدون سرنشین از یک نوع عموماً معماری فیزیکی مشابهی را نشان می دهند. تمایزات کلیدی در کابین خلبان، سیستم‌های کنترل محیطی و دستگاه‌های پشتیبانی از زندگی به وجود می‌آیند. برخی از پهپادها که برای حمل محموله‌های بسیار سبک‌تر از یک انسان بالغ طراحی شده‌اند (به عنوان مثال، دوربین‌ها)، در نتیجه می‌توانند بسیار کوچک‌تر باشند. علیرغم حمل تسلیحات قابل توجه، پهپادهای نظامی تسلیحاتی معمولاً دارای جرم کمتری نسبت به مشابه خدمه خود مجهز به تسلیحات مشابه هستند.

پهپادهای غیرنظامی کوچک فاقد سیستم‌های حیاتی هستند که امکان ساخت با مواد سبک‌تر، کمتر مقاوم‌تر و هندسه‌های نامتعارف و استقرار سیستم‌های کنترل الکترونیکی با دقت کمتر را می‌دهند. پیکربندی کوادکوپتر برای پهپادهای کوچک برجسته شده است، طرحی که به ندرت برای هواپیماهای خدمه استفاده می شود. کوچک‌سازی استفاده از فن‌آوری‌های نیروی محرکه کم‌تر، مانند موتورهای الکتریکی فشرده و باتری‌ها را ممکن می‌سازد، که برای هواپیماهای خدمه غیرعملی هستند.

سیستم‌های کنترل پهپاد اغلب از سیستم‌هایی که در هواپیماهای خدمه به کار می‌روند متفاوت است. در عملیات‌های کنترل از راه دور توسط انسان، پنجره‌های کابین خلبان تقریباً به طور کلی با لینک‌های دوربین و ویدیو جایگزین می‌شوند، در حالی که کنترل‌های فیزیکی کابین خلبان با دستورات دیجیتال ارسالی رادیویی جایگزین می‌شوند. نرم افزار خلبان خودکار در هر دو هواپیمای خدمه دار و بدون خدمه یکپارچه شده است، البته با مجموعه ویژگی های متنوع.

پیکربندی هواپیما

پهپادها می‌توانند پیکربندی‌های متمایزی را در مقایسه با هواپیمای سرنشین دار اتخاذ کنند، در درجه اول به دلیل عدم وجود کابین خلبان و پنجره‌های مرتبط با آن، و فقدان الزامات بهینه‌سازی برای راحتی انسان. با این وجود، برخی از پهپادها از نمونه‌های اولیه آزمایشی مشتق شده‌اند یا برای عملیات‌های آزمایشی اختیاری مهندسی شده‌اند. علاوه بر این، ایمنی هوایی محدودیت کمتری را برای هواپیماهای بدون سرنشین ایجاد می‌کند و به طراحان این امکان را می‌دهد که عرض جغرافیایی آزمایشی را افزایش دهند. در نتیجه، طرح‌های پهپاد معمولاً بر روی محموله‌های درونی و سیستم‌های پشتیبانی زمینی مرتبط متمرکز می‌شوند. این ملاحظات به مجموعه وسیعی از پیکربندی‌های بدنه و موتور در بخش پهپاد منجر شده است.

در کاربردهای معمولی پرواز، طرح‌های بال پرنده و بدنه بال ترکیبی به دلیل وزن سبک ذاتی، کشش آیرودینامیکی کم و ویژگی‌های مخفی کاری، پیکربندی‌های مورد علاقه در موارد استفاده متعدد است. انواع بزرگ‌تر، به‌ویژه آنهایی که بارهای متغیر را در خود جای می‌دهند، اغلب از یک مجموعه بدنه و دم مجزا برای اطمینان از پایداری، کنترل و تریم استفاده می‌کنند، علی‌رغم تنوع قابل‌توجه در پیکربندی بال‌ها.

برای کاربردهایی که نیاز به پرواز عمودی یا شناور شدن دارند، کوادکوپتر بدون دم یک کوادکوپتر ساده‌تر برای کنترل AV با طراحی ساده‌تر است. پیکربندی‌های مولتی روتور با شش روتور یا بیشتر بیشتر در پهپادهای بزرگ‌تر مشاهده می‌شوند، جایی که افزونگی یک طرح اولیه است.

پیشران

موتورهای احتراق داخلی معمولی و جت همچنان در پهپادها به کار می‌روند که به قابلیت‌های برد طولانی‌تری نیاز دارند. برعکس، پیشرانه های الکتریکی تا حد زیادی جایگزین این پیشرانه ها برای ماموریت های با برد کوتاه تر شده است. رکورد طولانی ترین پرواز پهپاد در سراسر اقیانوس اطلس شمالی متعلق به یک هواپیمای مدل بنزینی یا پهپاد است که از چوب بالسا و پوست مایلار ساخته شده است. منارد هیل این رکورد را در سال 2003 به ثبت رساند، زمانی که یکی از طرح های او 1882 مایل در اقیانوس اطلس را با کمتر از یک گالن سوخت طی کرد.

علاوه بر موتورهای پیستونی معمولی، برخی از پهپادها از موتور چرخشی وانکل استفاده می کنند. این نوع موتور نسبت قدرت به وزن بالایی را همراه با عملکرد آرام تر و نرم تر ارائه می دهد. علاوه بر این، ادعاهایی در رابطه با قابلیت اطمینان افزایش یافته و برد عملیاتی افزایش یافته مطرح شده است.

پهپادهای کوچک عمدتاً از باتری‌های لیتیوم پلیمری (Li-Po) استفاده می‌کنند، در حالی که برخی خودروهای بزرگتر به سلول‌های سوختی هیدروژنی تبدیل شده‌اند. سلول‌های سوختی غشایی مبادله پروتون با سوخت هیدروژن چندین مزیت را برای پهپادها ارائه می‌دهند، از جمله طول مدت پرواز طولانی‌تر در مقایسه با باتری‌های لیتیوم یون قابل شارژ، هزینه کل مالکیت کمتر نسبت به باتری‌های فلزی لیتیومی اولیه، و ویژگی‌های مخفی کاری برتر در مقایسه با موتورهای حرارتی.

چگالی انرژی باتری‌های کنونی به طور قابل‌توجهی کمتر از لیتیوم است. بنزین یا هیدروژن با این وجود، موتورهای الکتریکی مزایایی مانند هزینه کمتر، کاهش وزن و عملکرد کم صدا را ارائه می دهند. پیکربندی های پیشرفته چند موتوره و چند ملخی در حال حاضر در دست توسعه هستند و هدف آنها افزایش کارایی آیرودینامیکی و پیشرانه است. در این سیستم‌های قدرت پیچیده، مدار حذف باتری (BEC) را می‌توان برای متمرکز کردن توزیع برق و کاهش مشکلات حرارتی، که معمولاً توسط یک واحد میکروکنترلر (MCU) مدیریت می‌شود، استفاده کرد.

Ornithopters – Wing Propulsion

اورنیتوپترهای بالدار که برای تقلید از پرواز پرندگان یا حشرات طراحی شده اند، با موفقیت به عنوان میکرو پهپاد به کار گرفته شده اند. قابلیت‌های پنهان کاری ذاتی آن‌ها، آنها را برای مأموریت‌های شناسایی مناسب می‌کند.

وسایل نقلیه هوایی میکروبدون سرنشین (پهپادها) با وزن کمتر از یک گرم که از مگس‌ها الهام می‌گیرند، توانایی چسبیدن به سطوح عمودی را نشان داده‌اند، اگرچه نیاز به اتصال برق دارند. ابتکارات تحقیقاتی اضافی مکانیسم های پرواز مشاهده شده در سوسک ها و سایر گونه های حشرات را تکرار می کند.

سیستم های کنترل رایانه

قابلیت‌های محاسباتی پهپادها به موازات پیشرفت‌های فناوری محاسبات پیشرفت کرده‌اند، در ابتدا از کنترل‌های آنالوگ قبل از انتقال به میکروکنترلرها، و متعاقباً به معماری سیستم روی تراشه (SOC) و کامپیوتر تک‌برد (SBC) استفاده می‌کنند.

پرواز کنترل‌کننده‌ها به عنوان سیستم‌های کنترل پروازی مکرر طراحی شده‌اند. برد (FCB) یا خلبان خودکار. سخت افزار کنترل استاندارد برای سیستم های پهپاد معمولاً یک ریزپردازنده اولیه، یک پردازنده ثانویه یا ایمن و حسگرهای مختلف از جمله شتاب سنج، ژیروسکوپ، مغناطیس سنج، و فشارسنج را در یک ماژول یکپارچه یکپارچه می کند.

در سال 2024، آژانس ایمنی هوانوردی اتحادیه اروپا (EASA) مبنای صدور گواهینامه افتتاحیه را برای کنترلر پرواز پهپاد، به ویژه برای خلبان خودکار Embention، مطابق با ETSO-C198 ایجاد کرد. صدور گواهینامه این سیستم‌های کنترل پرواز پهپاد به منظور ساده‌سازی ادغام پهپادها در حریم هوایی تنظیم‌شده و فعال کردن عملیات پهپادها در محیط‌های حساس است.

معماری

حسگرها

سنسورهای موقعیت و حرکت داده‌های مهمی را در مورد وضعیت عملیاتی هواپیما ارائه می‌دهند. حسگرهای برون‌گرا مسئول پردازش اطلاعات خارجی مانند اندازه‌گیری فاصله هستند، در حالی که حسگرهای سلب مالکیت بین حالت‌های داخلی و خارجی ارتباط برقرار می‌کنند.

حسگرهای غیرهمکاری دارای قابلیت شناسایی خودکار اهداف هستند و آنها را برای اطمینان از جداسازی و جلوگیری از برخورد ضروری می‌سازد.

حسگرهای یکپارچه: 6 DOF معمولاً نشان دهنده وجود ژیروسکوپ ها و شتاب سنج های 3 محوره است که یک واحد اندازه گیری اینرسی استاندارد (IMU) را تشکیل می دهد. 9 DOF دارای یک IMU تقویت شده با قطب نما است. 10 DOF همچنین شامل یک فشارسنج است. و 11 DOF به طور کلی یک گیرنده سیستم موقعیت یاب جهانی (GPS) را ادغام می‌کند.

فرای حسگرهای ناوبری، پهپادها (یا UAS) را می‌توان با ابزارهای نظارتی مختلفی از جمله دوربین‌های RGB، چند طیفی و فراطیفی یا سیستم‌های LiDAR مجهز کرد که دستیابی به اندازه‌گیری‌های تخصصی یا مشاهده را تسهیل می‌کند.

عملگر

عملگرهای پهپاد شامل کنترل‌کننده‌های سرعت الکترونیکی دیجیتال هستند که دور موتور در دقیقه (RPM) را تنظیم می‌کنند و به موتورها/موتورها و ملخ‌ها متصل می‌شوند. سروموتورها که عمدتاً در هواپیماها و هلیکوپترهای بال ثابت استفاده می شوند. سیستم های تسلیحاتی؛ مکانیزم های محرک بار؛ دیودهای ساطع نور (LED)؛ و بلندگوها.

نرم افزار

پهپادهای معاصر بر روی یک پشته نرم‌افزار جامع کار می‌کنند که از میان‌افزار سطح پایین که مستقیماً محرک‌ها را مدیریت می‌کند تا ماژول‌های برنامه‌ریزی پرواز پیشرفته را شامل می‌شود. در لایه پایه، سفت‌افزار مستقیماً با حسگرها مانند واحدهای اندازه‌گیری اینرسی (IMU) ارتباط برقرار می‌کند و دستوراتی را به محرک‌ها از جمله موتورها صادر می‌کند. نرم افزار کنترل، که اغلب به عنوان خلبان خودکار نامیده می شود، وظیفه محاسبه سرعت محرک را بر اساس سرعت خودرو مورد نظر دارد. با توجه به تعامل مستقیم سخت افزاری آن، این نرم افزار از نظر زمانی بسیار مهم است و اغلب بر روی میکروکنترلرها اجرا می شود. علاوه بر این، این نرم افزار ممکن است ارتباطات رادیویی را برای پهپادهایی که فاقد استقلال کامل هستند، مدیریت کند. یک نمونه قابل توجه از چنین خلبان خودکار PX4 است.

در یک سطح سلسله مراتبی بعدی، الگوریتم های خودمختاری سرعت لازم را بر اساس اهداف مرتبه بالاتر تعیین می کنند. برای مثال، تکنیک‌های بهینه‌سازی مسیر را می‌توان برای محاسبه مسیر پرواز به یک مقصد مشخص استفاده کرد. این جزء نرم‌افزاری خاص ذاتاً از نظر زمانی مهم نیست و اغلب بر روی یک رایانه تک‌برد با استفاده از سیستم‌عاملی مانند لینوکس کار می‌کند، که محدودیت‌های زمان‌بندی انعطاف‌پذیرتری را ممکن می‌سازد.

یادگیری عمیق تقویتی برای کاربرد آن در کنترل پرواز پهپاد، به‌ویژه در مورد ناوبری در محیط‌های سه بعدی مستمر و افزایش ظرفیت تصمیم‌گیری خودکار مورد بررسی قرار گرفته است. همزمان، اتوماسیون مبتنی بر هوش مصنوعی (AI) به تدریج در سیستم های ضد UAS (C-UAS) ادغام می شود. هدف این ادغام کاهش بار شناختی اپراتور با مرتبط کردن خودکار داده‌های شناسایی الکترونیکی پهپاد با دوربین‌های ردیابی فیزیکی است و در نتیجه امکان ردیابی هدف "بدون دست" را فراهم می‌کند.

اصول حلقه

پهپادها از معماری‌های کنترلی استفاده می‌کنند که می‌توانند به عنوان حلقه باز، حلقه بسته یا ترکیبی طبقه‌بندی شوند.

• یک سیستم حلقه باز یک سیگنال کنترل مستقیم (مثلاً برای شتاب، کاهش سرعت، تغییرات جهت یا تنظیم ارتفاع) بدون ادغام بازخورد حاصل از داده های حسگر ارائه می دهد.
• یک سیستم حلقه بسته بازخورد حسگر را برای اصلاح دینامیکی رفتار، مانند کاهش سرعت در پاسخ به باد عقب یا صعود به ارتفاع مشخص، یکپارچه می‌کند. کنترل کننده متناسب-انتگرال-مشتق (PID) مکانیزمی است که به طور گسترده در این سیستم ها پذیرفته شده است. گاهی اوقات، کنترل پیشخور نیز اجرا می شود که می تواند نیاز به تنظیمات حلقه بسته گسترده را کاهش دهد.

ارتباطات

وسایل نقلیه هوایی بدون سرنشین (UAV) از ارتباطات رادیویی برای کنترل و تبادل داده ها، از جمله ویدئو، استفاده می کنند. در ابتدا، پهپادها صرفاً به قابلیت‌های باند باند بالا مجهز بودند. قابلیت downlink متعاقباً معرفی شد. این پیوندهای رادیویی دو طرفه باریک اولیه، عملیات فرمان و کنترل (C&C) را تسهیل می‌کردند و داده‌های تله‌متری را در مورد وضعیت سیستم هواپیما به اپراتور از راه دور منتقل می‌کردند.

کاربردهای پهپادهای معاصر اغلب به انتقال ویدیو نیاز دارند. در نتیجه، پیوندهای باند پهن در حال حاضر برای یکپارچه‌سازی انواع داده‌ها، از جمله C&C، تله‌متری و ترافیک ویدیویی، به‌جای تکیه بر کانال‌های ارتباطی جداگانه، استفاده می‌شوند. این اتصالات پهن باند قادر به استفاده از تکنیک‌های کیفیت خدمات (QoS) و پشتیبانی از ترافیک TCP/IP هستند که سپس می‌توانند از طریق اینترنت مسیریابی شوند.

سیگنال‌های رادیویی منشأ گرفته از اپراتور می‌توانند از چندین منبع منتقل شوند، از جمله:

• کنترل زمینی، که شامل یک اپراتور انسانی با استفاده از فرستنده/گیرنده رادیویی، تلفن هوشمند، تبلت، کامپیوتر یا به معنای سنتی آن، ایستگاه کنترل زمینی نظامی (GCS) می شود.
• یک سیستم شبکه از راه دور، که نمونه آن پیوندهای داده دوبلکس ماهواره ای است که توسط نهادهای نظامی خاص استفاده می شود. علاوه بر این، انتقال ویدئوی دیجیتال پایین‌دستی از طریق شبکه‌های تلفن همراه در بازارهای مصرفی در دسترس قرار گرفته است، و لینک‌های مستقیم کنترل پهپاد بر روی شبکه‌های مش سلولی و LTE با موفقیت نشان داده شده‌اند و در حال حاضر در حال آزمایش هستند.
• هواپیمای دیگری که به عنوان رله یا ایستگاه کنترل سیار عمل می کند، مفهومی که در زمینه های نظامی به عنوان گروه بندی سرنشین-بدون سرنشین (MUM-T) شناخته می شود.

استانداردهای شبکه های معاصر به طور خاص ملاحظاتی را برای هواپیماهای بدون سرنشین در نظر گرفته اند که منجر به گنجاندن بهینه سازی های مربوطه می شود. به عنوان مثال، استاندارد 5G کاهش تأخیر هواپیمای کاربر را تا 1 میلی ثانیه الزامی می‌کند که از طریق اجرای ارتباطات فوق‌العاده قابل اطمینان و با تأخیر کم به دست می‌آید.

هماهنگی پهپاد به پهپاد توسط فناوری ارتباطی Remote ID تسهیل می‌شود. پیام‌های شناسایی از راه دور، که شامل مختصات پهپاد است، پخش می‌شوند و ناوبری بدون برخورد را فعال می‌کنند.

مستقل

میزان استقلال ادغام شده در پهپادها تنوع قابل توجهی را نشان می دهد. سازندگان پهپاد غالباً عملکردهای مستقل خاصی را شامل می‌شوند، از جمله:

• تراز کردن خود: این عملکرد تثبیت نگرش را در امتداد محورهای زمین و چرخش فراهم می کند.
• نگهداری ارتفاع: هواپیما با استفاده از داده‌های حاصل از فشار هوا و/یا سیستم موقعیت‌یابی جهانی (GPS) ارتفاع ثابتی را حفظ می‌کند.
• نگه‌داری شناور/موقعیت: این قابلیت از طریق استفاده از سیستم ماهواره‌ای ناوبری جهانی (GNSS) یا حسگرهای اینرسی، زمین و چرخش پایدار، یک انحراف ثابت و ارتفاع ثابت را تضمین می‌کند.
• حالت بدون سر: این ویژگی به جای جهت گیری با محورهای درونی وسیله نقلیه، کنترل زمین را قادر می سازد تا نسبت به موقعیت خلبان باشد.
• حالت بدون مراقبت: این شامل کنترل خودکار چرخش و انحراف در حین حرکت افقی است.
• برخاست و فرود: این عملیات با استفاده از سنسورها و سیستم‌های مختلف مبتنی بر هواپیما یا زمینی انجام می‌شود.
• Failsafe: اگر سیگنال کنترل از بین برود، این عملکرد یک روند فرود یا بازگشت به خانه خودکار را آغاز می کند.
• بازگشت به خانه: این شامل این است که پهپاد به نقطه برخاستن خود برمی گردد و در ابتدا به طور مکرر به ارتفاع بالاتری صعود می کند تا موانع احتمالی مانند درختان یا ساختمان ها را دور بزند.
• Follow-me: این ویژگی به پهپاد اجازه می دهد تا موقعیت نسبی خود را نسبت به خلبان متحرک یا سایر شیء تعیین شده، با استفاده از GNSS، تشخیص تصویر، یا یک چراغ خانه حفظ کند.
• ناوبری نقطه بین GPS: این شامل استفاده از GNSS برای هدایت پهپاد به یک مکان میانی از پیش تعیین شده در طول مسیر پرواز است.
• مدار دور یک شی: این تابع مشابه حالت Follow-me است اما شامل چرخش مداوم یک هدف مشخص شده است.
• آکروباتیک از پیش برنامه ریزی شده: این شامل اجرای مانورهای هوایی از پیش تعریف شده مانند رول و حلقه است.
• تحویل از پیش برنامه ریزی شده: این به عملیات تحویل خودکار اشاره دارد که معمولاً توسط پهپادهای تحویل تخصصی انجام می شود.

روشی برای تعیین کمیت قابلیت‌های خودمختار بر اساس اصطلاحات OODA (مشاهده، شرق، تصمیم، عمل) است، همانطور که در گزارش سال 2002 توسط آزمایشگاه تحقیقاتی نیروی هوایی ایالات متحده پیشنهاد شده است.

استقلال کامل برای کارهای خاصی مانند سوخت‌گیری در هوا یا جایگزینی باتری زمینی قابل دستیابی است.

عملکردهای اضافی در حال حاضر موجود یا در دست توسعه هستند که شامل پرواز جمعی، جلوگیری از برخورد بلادرنگ، تعقیب دیوار، مرکز دهی، محلی‌سازی و نقشه‌برداری هم‌زمان (SLAM، جنگ رادیویی، یادگیری ماشینی) می‌شود. در این چارچوب، بینایی کامپیوتر به طور قابل توجهی به تضمین خودکار ایمنی پرواز کمک می کند.

ملاحظات عملکرد

پاکت پرواز

پهپادها را می‌توان برای اجرای مانورهای تهاجمی یا فرود/ نشستن بر روی سطوح شیب‌دار برنامه‌ریزی کرد و متعاقباً به مکان‌هایی با دسترسی بهتر ارتباطی صعود کرد. پهپادهای خاصی قادر به کنترل پرواز با استفاده از مدل‌های پروازی متنوع هستند، از جمله طرح‌های برخاست و فرود عمودی (VTOL).

به‌علاوه، پهپادها می‌توانند روی سطوح عمودی صاف قرار بگیرند.

استقامت

استقامت پهپادها با محدودیت های فیزیولوژیکی ذاتی خلبانان انسان محدود نمی شود.

موتورهای چرخشی وانکل به دلیل ابعاد فشرده، حداقل وزن، کاهش لرزش و نسبت برتر قدرت به وزن، اغلب در بسیاری از وسایل نقلیه هوایی بدون سرنشین بزرگ (پهپاد) استفاده می‌شوند. یک مزیت کلیدی این است که روتورهای موتور آنها غیر قابل نفوذ هستند. علاوه بر این، موتور در هنگام فرود در برابر خنک کننده شوک مقاومت می کند و بدون نیاز به مخلوط سوخت غنی شده برای خنک سازی با قدرت بالا کارآمد عمل می کند. این ویژگی‌ها مجموعاً به مصرف سوخت کمتر کمک می‌کنند، در نتیجه برد عملیاتی را افزایش می‌دهند یا ظرفیت بار را افزایش می‌دهند.

مکانیسم‌های خنک‌کننده مؤثر برای اطمینان از استقامت پایدار هواپیماهای بدون سرنشین حیاتی هستند. گرمای بیش از حد، که اغلب منجر به از کار افتادن موتور می‌شود، نشان‌دهنده اصلی نقص‌های عملیاتی پهپاد است.

سلول‌های سوختی هیدروژنی، با بهره‌گیری از هیدروژن به‌عنوان منبع انرژی، پتانسیل طولانی‌کردن قابل‌توجهی استقامت عملیاتی پهپادهای کوچک را ارائه می‌دهد، و زمان پرواز را تا چندین ساعت افزایش می‌دهد.

برای وسایل نقلیه هوایی میکرو، موثرترین پرنده‌های هوایی متحرک با پرتاب‌کننده‌های هوای میکرو نشان داده شده‌اند. رتبه دوم و مولتی روتورهایی که کمترین استقامت را از خود نشان می دهند، عمدتاً به دلیل تعداد رینولدز پایین آنها.

پهپادهای برقی خورشیدی، مفهومی که در ابتدا توسط AstroFlight Sunrise در سال 1974 پیشگام شد، مدت زمان پرواز چندین هفته را با موفقیت نشان داده اند. طراحی شده برای عملیات در ارتفاعات بیش از 20 کیلومتر (تقریباً 12 مایل یا 60000 فوت) برای مدت زمان تا پنج سال، به طور بالقوه می تواند ماموریت ها را به صرفه تر و با تطبیق پذیری بیشتر نسبت به ماهواره های معمولی در مدار پایین زمین انجام دهد. برنامه های کاربردی آینده نگر شامل نظارت بر آب و هوا، بازیابی بلایای طبیعی، تصویربرداری از زمین، و خدمات ارتباطی می شود.

راه حل های آینده نگر دیگر برای افزایش استقامت پهپاد شامل پهپادهای الکتریکی هستند که از طریق انتقال توان مایکروویو یا پرتوهای لیزری نیرو می گیرند.

یک برنامه کاربردی دیگر برای پهپادهای با استقامت بالا، شامل نظارت مداوم در میدان نبرد Gorg-IS، USG. Stare, Integrated Sensor Is Structure) برای ثبت رویدادها در دوره های طولانی، امکان تجزیه و تحلیل گذشته نگر بعدی فعالیت های میدان نبرد.

پهپاد نظامی PHASA-35 بریتانیا که در حال حاضر در مرحله توسعه پیشرفته است، شکنندگی ساختاری را نشان می‌دهد که گذر از دوازده مایل آشفته اولیه جو را به یک اقدام خطرناک تبدیل می‌کند. با این وجود، با موفقیت ایستگاهی را در ارتفاع 65000 فوتی برای یک دوره 24 ساعته مداوم حفظ کرده است. در سال 2023، ایرباس Zephyr به ارتفاع 70000 پایی دست یافت و به مدت 64 روز پرواز پایدار و با استقامت هدف 200 روز داشت. این ارتفاعات عملیاتی به اندازه کافی نزدیک به فضا هستند تا این سکوها را با توجه به قابلیت های عملکردی آنها به عنوان "ماهواره های شبه" طبقه بندی کنند.

قابلیت اطمینان

پیشرفت‌ها در قابلیت اطمینان به سمت تمام اجزای سیستم‌های پهپاد هدایت می‌شوند که اصول مهندسی انعطاف‌پذیری و روش‌های تحمل خطا را در بر می‌گیرد.

قابلیت اطمینان فردی شامل استحکام کنترل‌کننده‌های پرواز است، با هدف تضمین ایمنی و در عین حال اجتناب از افزونگی اضافی برای بهینه‌سازی هزینه و وزن. علاوه بر این، ارزیابی پویا از پاکت پرواز، توسعه پهپادهای مقاوم در برابر آسیب را با استفاده از تحلیل غیرخطی با حلقه‌های کنترلی یا شبکه‌های عصبی سفارشی طراحی شده تسهیل می‌کند. چارچوب نظارتی برای مسئولیت نرم‌افزار پهپاد به‌طور فزاینده‌ای با استانداردهای طراحی و صدور گواهینامه ایجاد شده برای نرم‌افزار اویونیک خدمه همسو می‌شود.

تاب‌آوری ازدحام مربوط به حفظ قابلیت‌های عملیاتی و پیکربندی مجدد دینامیکی وظایف در صورت خرابی واحدهای فردی در یک ازدحام است.

برنامه ها

در سال‌های اخیر، پهپادهای خودران تأثیرات متحول کننده‌ای را در بخش‌های مختلف برنامه آغاز کرده‌اند. ظرفیت آنها برای عملکرد فراتر از خط دید بصری (BVLOS) حداکثر تولید، کاهش هزینه ها و خطرات، افزایش ایمنی و امنیت سایت، تضمین انطباق با مقررات و حفاظت از پرسنل انسانی، به ویژه در طول بحران های بهداشت عمومی مانند همه گیری ها را ممکن می سازد. علاوه بر این، این سیستم‌ها برای کارهای مصرف‌گرا، از جمله تحویل بسته، نمونه‌ای از Amazon Prime Air، و حمل و نقل حیاتی تجهیزات بهداشتی استفاده می‌شوند.

وسایل نقلیه هوایی بدون سرنشین (پهپادها) دارای کاربردهای زیادی در حوزه‌های غیرنظامی، تجاری، نظامی و هوافضا هستند، از جمله:

برنامه های عمومی

فعالیت‌های تفریحی، عملیات امدادرسانی به بلایا، بررسی‌های باستان‌شناسی، تنوع زیستی و حفاظت از زیستگاه، اجرای قانون، پیشگیری از جرم و تلاش‌های ضد تروریسم.

برنامه های تجاری

نظارت هوایی، تولید سینمایی، گزارش ژورنالیستی، تحقیقات علمی، نقشه برداری زمین، لجستیک بار، عملیات معدن، فرآیندهای تولید، مدیریت جنگلداری، کشاورزی انرژی خورشیدی، کاربردهای انرژی حرارتی، مدیریت بندر، و شیوه های کشاورزی.

برنامه های نظامی

از سال 2020، هفده کشور دارای پهپادهای مسلح بودند و بیش از 100 کشور از پهپادها برای اهداف نظامی استفاده می کردند. پنج کشور اولیه برای توسعه طرح های پهپاد بومی ترکیه، ایالات متحده، چین، اسرائیل و ایران بودند. از تولیدکنندگان برجسته پهپاد نظامی می توان به Baykar، General Atomics، Elbit Systems، Rafael Advanced Defense Systems، Lockheed Martin، Northrop Grumman، Boeing، Turkish Aerospace Industries، IAIO، CASC و CAIG اشاره کرد. چین از سال 2010 به طور قابل توجهی حضور خود را در بازار پهپادهای نظامی گسترش داده است. به طور مشابه، در اوایل دهه 2020، ترکیه نیز به طور قابل توجهی جای پای خود را در بازار پهپادهای نظامی افزایش داد.

در اوایل دهه 2010، شرکت‌های اسرائیلی عمدتاً بر روی سیستم‌های نظارت جمع و جور وسایل نقلیه هوایی بدون سرنشین (UAV) متمرکز شدند. تا سال 2014، اسرائیل 60.7 درصد از صادرات جهانی پهپاد را از نظر حجمی به خود اختصاص داد که به طور قابل توجهی از سهم 23.9 درصدی ایالات متحده پیشی گرفت. از سال 2010 تا 2014، 439 هواپیمای بدون سرنشین در سطح بین المللی مبادله شد که نسبت به 322 فروند در دوره پنج ساله قبل افزایش یافته است. با این حال، تنها 11 (2.5٪) از این 439 نوع مسلح بودند. همزمان، ایالات متحده بیش از 9000 پهپاد نظامی را در سال 2014 اداره کرد که بیش از 7000 پهپاد مینیاتوری RQ-11 Raven بود. از سال 2010، تولیدکنندگان هواپیماهای بدون سرنشین چینی صادرات قابل توجهی را به بازار نظامی جهانی آغاز کرده اند. بین سال‌های 2010 تا 2019، در میان 18 کشوری که به عنوان در اختیار داشتن پهپادهای نظامی ثبت شده‌اند، 12 کشور برتر سامانه‌های خود را از چین تهیه کرده‌اند. این تغییر بازار در دهه 2020 تشدید شد که به دلیل پیشرفت‌های تکنولوژیکی و تولیدی چین در قابلیت‌های پهپادها انجام شد، که به دلیل افزایش تقاضای بازار ناشی از جنگ روسیه و اوکراین و جنگ غزه، تشدید شد.

پهپادهای میکرو پهپاد دارای بال‌های پرنده‌های بال‌پرنده هستند که برای تقلید از پرنده‌ها طراحی شده‌اند. پتانسیل قابل توجهی را برای ماموریت های اطلاعاتی و شناسایی مخفی ارائه می دهد و آنها را به اهداف چالش برانگیز برای رهگیری تبدیل می کند.

وسیله های هوایی بدون سرنشین نظارتی و شناسایی برای طیف وسیعی از اهداف عملیاتی، از جمله شناسایی، حملات تهاجمی، عملیات مین زدایی، و تمرین هدف از پیش استفاده می شوند.

افزایش در توسعه وسایل نقلیه هوایی بدون سرنشین (UAV) اوکراین، به ویژه، پلت فرم Brave1 را برای ایجاد سریع سیستم های پهپاد نوآورانه ایجاد کرد. تا سال 2025، هم اوکراین و هم روسیه فرماندهی نظامی اختصاصی برای پهپادها به نام نیروهای سیستم های بدون سرنشین ایجاد کردند. قابل‌توجه، اوکراین کاربردهای نوآورانه‌ای از پهپادها را نشان داده است، مانند تحویل برانکاردهای پزشکی انعطاف‌پذیر یا دوچرخه‌های برقی برای تسهیل تخلیه پرسنل مجروح از مناطق جنگی، قابلیتی که در استقرار روسیه مشاهده نشده است.

برنامه های غیر نظامی

بازار هواپیماهای بدون سرنشین غیرنظامی، که هم بخش های تجاری و هم بخش هوانوردی عمومی را در بر می گیرد، عمدتاً توسط شرکت های چینی کنترل می شود. در سال 2018، تولیدکننده چینی DJI به تنهایی 74 درصد از سهم بازار مدنی را در اختیار داشت و هیچ رقیب دیگری بیش از 5 درصد نبود. تا سال 2023، این شرکت‌ها مجموعاً بیش از 70 درصد از سهم بازار جهانی را حفظ کردند، علی‌رغم تشدید بررسی‌ها و تحریم‌های اعمال‌شده توسط ایالات متحده. به عنوان مثال، وزارت کشور ایالات متحده ناوگان هواپیماهای بدون سرنشین DJI خود را در سال 2020 متوقف کرد و متعاقباً وزارت دادگستری هزینه بودجه فدرال را برای خرید DJI و سایر پهپادهای ساخت خارجی ممنوع کرد. پس از DJI در بازار، شرکت آمریکایی 3D Robotics، شرکت های چینی Yuneec و Autel Robotics و شرکت فرانسوی Parrot قرار دارند. پیش‌بینی می‌شود تا سال 2025، شرکت‌های هواپیماهای بدون سرنشین چینی 90 درصد از سهم بازار جهانی پهپاد را در اختیار داشته باشند و DJI به تنهایی 80 درصد از این بازار جهانی را به خود اختصاص دهد.

در ماه مه سال 2021، اداره هوانوردی فدرال ایالات متحده (FAA) 873576 پهپاد را برای استفاده تجاری و 8 درصد برای اهداف تجاری و 8 درصد طبقه‌بندی شده ثبت کرده بود. داده‌های NPD در سال 2018 نشان‌دهنده تمایل رو به رشد مصرف‌کنندگان برای پهپادهای مجهز به ویژگی‌های پیشرفته است که با رشد 33 درصدی در هر دو بخش بازار بیش از 500 دلار و 1000 دلار نشان می‌دهد.

بازار پهپادهای غیرنظامی در مقایسه با همتای نظامی‌اش نوپا باقی می‌ماند. به طور همزمان، شرکت های جدید در کشورهای توسعه یافته و در حال توسعه در حال ظهور هستند. بسیاری از استارت‌آپ‌های در مراحل اولیه، حمایت و سرمایه را از سرمایه‌گذاران، نمونه‌ای از ایالات متحده، و نهادهای دولتی، همانطور که در هند مشاهده می‌شود، تضمین کرده‌اند. مؤسسات دانشگاهی اغلب ابتکارات تحقیقاتی، برنامه های درسی آموزشی یا برنامه های درجه در این زمینه را ارائه می دهند. علاوه بر این، سازمان‌های خصوصی دوره‌های آموزشی آنلاین و حضوری را برای عملیات تفریحی و تجاری پهپاد ارائه می‌دهند.

پهپادهای درجه یک مصرف کننده عمدتاً به دلیل مقرون به صرفه بودن ذاتی آنها به طور گسترده توسط پلیس و سازمان های نظامی در سطح جهانی مورد استفاده قرار می گیرند. از سال 2018، ارتش اسرائیل پهپادهای DJI را برای عملیات های شناسایی سبک مستقر کرده است. پهپادهای DJI همچنین توسط پلیس چین در سین کیانگ از سال 2017 و توسط ادارات پلیس آمریکا در سراسر کشور از سال 2018 مورد استفاده قرار گرفته است. در طول تهاجم روسیه به اوکراین، نیروهای اوکراینی و روسی به طور گسترده از پهپادهای تجاری DJI استفاده کردند. این پهپادهای غیرنظامی DJI از طریق کانال‌های مختلفی از جمله تدارکات دولتی، افراد سرگرم‌کننده و کمک‌های بین‌المللی برای حمایت از اوکراین و روسیه در میدان نبرد به دست آمده‌اند. اغلب، این پهپادها توسط علاقه مندان به هواپیماهای بدون سرنشین غیرنظامی که در نیروهای مسلح استخدام می شدند، اداره می شدند. پذیرش گسترده پهپادهای DJI به رهبری بازار، دسترسی اقتصادی، عملکرد برتر و قابلیت اطمینان اثبات شده آنها نسبت داده می شود.

برنامه های سرگرمی

پهپادها همچنین در نمایش‌های شبانه برای اهداف هنری و تبلیغاتی استفاده می‌شوند که مزایای قابل توجهی نسبت به آتش‌بازی‌های سنتی از جمله ایمنی افزایش یافته، کاهش آلودگی صوتی و بهبود اثرات زیست‌محیطی دارند. آنها می توانند به عنوان جایگزین یا مکمل نمایش های آتش بازی برای کاهش هزینه های مالی مرتبط با جشنواره ها باشند. علاوه بر این، پهپادها می‌توانند با حمل و نقل آتش‌بازی‌ها با آن‌ها ادغام شوند و در نتیجه امکان ایجاد عبارات هنری بدیع را فراهم می‌کنند.

از وسایل نقلیه هوایی بدون سرنشین نیز در مسابقات مسابقه‌ای رقابتی استفاده می‌شود که ممکن است قابلیت‌های واقعیت مجازی را در خود جای دهند.

عکاسی هوایی

پهپادها برای به دست آوردن تصاویر هوایی در عکاسی و فیلمبرداری بسیار مناسب هستند و به طور گسترده در این زمینه ها مورد استفاده قرار می گیرند. پهپادهای فشرده با اجازه دادن به یک فرد برای مدیریت عملیات خلبانی و دوربین، عملیات را ساده‌تر می‌کنند و در نتیجه نیاز به هماهنگی پیچیده بین پرسنل مجزا را از بین می‌برند. برعکس، پهپادهای بزرگ‌تر مجهز به دوربین‌های سینمایی حرفه‌ای معمولاً به یک خلبان پهپاد اختصاصی و یک اپراتور دوربین جداگانه که مسئول مدیریت زوایای دوربین و تنظیمات لنز است، نیاز دارند. به عنوان مثال، هواپیمای بدون سرنشین سینمای AERIGON که در تولید فیلم حرفه ای به کار می رود، به یک تیم عملیاتی دو نفره نیاز دارد. علاوه بر این، هواپیماهای بدون سرنشین دسترسی به مکان‌های خطرناک، راه دور یا غیرقابل دسترس را تسهیل می‌کنند.

پایش محیط زیست

سیستم‌های هوایی بدون سرنشین (UAS) یا وسایل نقلیه هوایی بدون سرنشین (UAVs) با امکان دستیابی به داده‌های بررسی جدید در وضوح‌های مکانی و زمانی بسیار بالا یا فوق‌العاده، مزایای قابل‌توجهی را برای پایش محیطی فراهم می‌کنند. این قابلیت اجازه می دهد تا بر اختلاف فعلی بین داده های بدست آمده از ماهواره و مشاهدات میدانی زمینی پل بزنیم. در نتیجه، این امر تحقیقات گسترده و توسعه کاربردی را با هدف بهبود خصوصیات اکوسیستم‌های طبیعی و کشاورزی تحریک کرده است. برنامه های کاربردی کلیدی عبارتند از:

• انجام بررسی‌های توپوگرافی برای تولید ارتوموزائیک، مدل‌های سطح دیجیتال و مدل‌های سه‌بعدی.
• پایش اکوسیستم‌های طبیعی برای تسهیل ارزیابی تنوع زیستی، نقشه‌برداری زیستگاه، شناسایی گونه‌های مهاجم بیگانه، و تجزیه و تحلیل تخریب اکوسیستم ناشی از گونه‌های مهاجم یا سایر اختلالات.
• اجرای کشاورزی دقیق، که از تمام فناوری‌های موجود، از جمله پهپادها، برای بهینه‌سازی استفاده از منابع و افزایش بهره‌وری (مانند بهینه‌سازی کودها، آفت‌کش‌ها و آبیاری) استفاده می‌کند.
• انجام پایش رودخانه، که برای آن روش‌های مختلف سرعت سنجی تصویر برای ارزیابی جریان ایجاد شده‌اند، که امکان توصیف دقیق میدان‌های سرعت جریان دو بعدی را فراهم می‌کند.
• ارزیابی یکپارچگی ساختاری زیرساخت‌های متنوع، مانند سدها، راه‌آهن، یا سایر سازه‌های خطرناک، غیرقابل دسترس یا در مقیاس بزرگ، برای نظارت جامع بر ساختمان.
• تشخیص مواد معدنی مرتبط با زهکشی معدن اسید. پهپادهای مجهز به دوربین‌های ابرطیفی می‌توانند نقشه‌های دقیقی از مواد معدنی پروکسی (مانند گوتیت، جاروزیت) تولید کنند که نشان‌دهنده مقادیر pH خاص در محیط‌های طبیعی، فعال معدن و محیط‌های پس از معدن، از جمله سایت‌های اصلاح‌شده است.
• انجام اندازه‌گیری‌های گاز در محل در محیط‌های بالقوه خطرناک، مانند توده‌های آتشفشانی.

این فعالیت‌های نظارتی را می‌توان با استفاده از تکنیک‌های اندازه‌گیری مختلف، از جمله فتوگرامتری، ترموگرافی، تصویربرداری چند طیفی، اسکن میدان سه‌بعدی، تشخیص گاز، و تولید نقشه‌های شاخص گیاهی تفاوت نرمال شده انجام داد.

خطرات زمین شناسی

پهپادها به عنوان ابزاری به‌طور گسترده برای بررسی مخاطرات زمین، به‌ویژه زمین لغزش، پدیدار شده‌اند. انواع حسگرهای مختلف از جمله راداری، نوری و حرارتی را می توان با پهپادها ادغام کرد تا ویژگی های زمین شناسی مختلف را رصد کند. پهپادها به دست آوردن تصاویری که ویژگی‌های مختلف زمین لغزش را نشان می‌دهند، مانند ترک‌های عرضی، شعاعی و طولی، برآمدگی‌ها، اسکارپ‌ها و سطوح گسیختگی، حتی در مناطق غیرقابل دسترس توده ناپایدار را تسهیل می‌کنند. علاوه بر این، پردازش تصاویر نوری به‌دست‌آمده توسط پهپادها، تولید ابرهای نقطه‌ای و مدل‌های سه‌بعدی را امکان‌پذیر می‌سازد که می‌توان این ویژگی‌های خاص را از آنها استخراج کرد. تجزیه و تحلیل مقایسه ای ابرهای نقطه ای که در فواصل زمانی مختلف به دست می آیند، امکان شناسایی تغییرات ناشی از تغییر شکل زمین لغزش را فراهم می کند.

اکتشاف مواد معدنی

پهپادها می‌توانند به شناسایی ذخایر معدنی جدید یا ارزیابی مجدد ذخایر موجود، رسیدگی به تقاضای فزاینده برای مواد خام، از جمله فلزات خام حیاتی (مانند کبالت، نیکل)، عناصر خاکی کمیاب و مواد معدنی باتری کمک کنند. با استقرار مجموعه ای جامع از حسگرها (مانند تصویربرداری طیفی، لیدار، مغناطیس سنج ها، طیف سنجی اشعه گاما)، مشابه با حسگرهایی که در پایش محیطی استفاده می شود، داده های به دست آمده از پهپاد می توانند نقشه های دقیقی از ویژگی های سطح و زیرسطح زمین شناسی ایجاد کنند و در نتیجه کارایی و دقت اکتشاف مواد معدنی را افزایش دهند.

کشاورزی، جنگلداری، و مطالعات محیطی

افزایش تقاضای جهانی برای تولید مواد غذایی، همراه با کاهش منابع، کاهش زمین‌های کشاورزی، و کمبود فزاینده نیروی کار کشاورزی، اتخاذ راه‌حل‌های کشاورزی پیشرفته و هوشمند فراتر از روش‌های مرسوم را ضروری می‌سازد. در نتیجه، صنعت پهپادهای کشاورزی و رباتیک برای پیشرفت های قابل توجهی آماده است. پهپادهای کشاورزی در سراسر جهان در ایجاد شیوه‌های کشاورزی پایدار مؤثر بوده‌اند و از این طریق عصر جدیدی از روش‌های کشاورزی را تقویت می‌کنند. این زمینه باعث ظهور نوآوری‌های متعددی در ابزارها و تکنیک‌ها شده است که امکان توصیف دقیق وضعیت‌های گیاهی و تسهیل توزیع دقیق مواد مغذی، آفت‌کش‌ها یا دانه‌ها در مزارع را فراهم می‌کند.

وسیله‌های هوایی بدون سرنشین (پهپادها) نیز به دلیل کاربرد بالقوه‌شان در شناسایی و حفاظت از آتش‌سوزی، نقش بالقوه‌شان در شناسایی و حفاظت از حریق‌های جنگلی تحت بررسی هستند. استقرار دستگاه های آتش نشانی برای شروع کنترل شده آتش معکوس.

علاوه بر این، پهپادها به طور گسترده برای بررسی حیات وحش، از جمله نظارت بر پرندگان دریایی تودرتو، فوک ها، و حتی لانه های وامبت استفاده می شوند.

برنامه های اجرای قانون

سازمان های اجرای قانون از هواپیماهای بدون سرنشین برای کاربردهای مختلف از جمله عملیات جستجو و نجات و نظارت بر ترافیک استفاده می کنند.

کمک بشردوستانه

پهپادها کاربرد رو به رشدی را در کمک‌های بشردوستانه و تلاش‌های امدادی در بلایای طبیعی نشان می‌دهند و عملکردهای متنوعی مانند تحویل غذا، دارو، و لوازم ضروری به مناطق دورافتاده و همچنین نقشه‌برداری تصویر قبل و بعد از فاجعه را انجام می‌دهند.

ایمنی و امنیت

تهدیدهای مطرح شده توسط پهپاد

حوادث مزاحم

وسایل نقلیه هوایی بدون سرنشین (پهپادها) تهدیدات متعددی برای امنیت فضای هوایی ایجاد می‌کنند که شامل برخوردهای غیرعمدی یا تداخل با هواپیماهای دیگر، اعمال مخرب عمدی، و پتانسیل منحرف کردن حواس خلبانان یا کنترل‌کننده‌های ترافیک هوایی است. اولین برخورد ثبت شده بین یک پهپاد و یک هواپیما در اواسط اکتبر 2017 در شهر کبک کانادا رخ داد. پس از آن، اولین نمونه مستند از برخورد پهپاد با بالون هوای گرم در 10 آگوست 2018 در دریگز، آیداهو، ایالات متحده رخ داد. خلبان بالون علیرغم عدم آسیب قابل توجهی به بالون یا جراحت سه سرنشین آن، این رویداد را به هیئت ملی ایمنی حمل و نقل گزارش کرد و ابراز تمایل کرد که "این حادثه به ایجاد گفتگوی احترام به طبیعت، حریم هوایی و قوانین و مقررات کمک کند." علاوه بر این، عملیات‌های غیرمجاز پهپاد در داخل یا نزدیک به فرودگاه‌های اصلی منجر به اختلالات طولانی‌مدت در ترافیک هوایی تجاری شده است.

در دسامبر ۲۰۱۸، هواپیماهای بدون سرنشین اختلالات عملیاتی قابل‌توجهی را در فرودگاه گاتویک ایجاد کردند که مستلزم استقرار ارتش بریتانیا است. 25000 دلار جریمه با وجود این، در طول سال‌های 2014 و 2015، پشتیبانی آتش‌نشانی هوایی در کالیفرنیا در موارد متعدد، به‌ویژه در آتش‌سوزی دریاچه و آتش‌سوزی شمالی، با مانع مواجه شد. در نتیجه، قانونگذاران کالیفرنیا لایحه ای را پیشنهاد کردند که به آتش نشانان اجازه می دهد تا پهپادهایی را که به حریم هوایی محدود شده تجاوز می کنند، غیرفعال کنند. متعاقباً، اداره هوانوردی فدرال (FAA) ثبت اکثر پهپادها را اجباری کرد.

آسیب پذیری های امنیتی

تا سال 2017، پهپادها برای تحویل غیرقانونی کالای قاچاق به مراکز اصلاحی به کار گرفته شده بودند.

علاقه به امنیت سایبری پهپاد پس از حادثه ربوده شدن جریان ویدئویی پهپاد Predator در سال 2009 افزایش یافت، که در آن ستیزه جویان اسلامی از تجهیزات ویدئویی ارزان قیمت و تجاری در دسترس برای رهگیری تجهیزات ویدئویی تجاری پهپاد استفاده کردند. یک خطر ذاتی اضافی شامل پتانسیل ربودن یا پارازیت هواپیماهای بدون سرنشین در حین پرواز است. چندین محقق امنیتی آسیب‌پذیری‌های پهپادهای تجاری را به طور عمومی افشا کرده‌اند و گهگاه کد منبع کامل یا ابزارهایی را برای تکرار حملات خود ارائه می‌دهند. در طول کارگاه آموزشی اکتبر 2016 در مورد پهپادها و حریم خصوصی، محققان کمیسیون تجارت فدرال توانایی خود را در به خطر انداختن سه کوادکوپتر مصرفی متمایز نشان دادند و تأکید کردند که سازندگان پهپاد می توانند امنیت را از طریق اقدامات اساسی مانند رمزگذاری سیگنال Wi-Fi و محافظت از رمز عبور افزایش دهند.

برنامه های تهاجمی

بسیاری از پهپادها به محموله‌های خطرناک مجهز شده‌اند یا عمداً با اهداف برخورد کرده‌اند. چنین محموله‌هایی شامل مواد منفجره، عوامل شیمیایی، مواد رادیولوژیکی یا خطرات بیولوژیکی بوده یا می‌توانند به طور بالقوه در بر گیرند. علاوه بر این، پهپادهایی که معمولاً محموله‌های غیر کشنده را حمل می‌کنند، می‌توانند به خطر بیفتند و برای اهداف مخرب تغییر کاربری دهند. برای کاهش این تهدیدات، سیستم‌های ضد پهپاد (C-UAS)، از قابلیت‌های شناسایی گرفته تا جنگ الکترونیک و پهپادهای اختصاصی طراحی‌شده برای بازدارندگی، در حال حاضر توسط ایالات مختلف در دست توسعه و استقرار هستند.

این پیشرفت‌ها علی‌رغم چالش‌های ذاتی محقق شده‌اند. جی. راجرز، در مصاحبه ای با A&T در سال 2017، گفتمان قابل توجهی را در مورد استراتژی های بهینه برای مقابله با هواپیماهای بدون سرنشین کوچک (پهپادها) بیان کرد، چه استقرار آنها ناشی از مزاحمت های تفریحی باشد یا اهداف بدتر، مانند اهداف سازمان های تروریستی.

اقدامات متقابل

سیستم های هوایی ضد بدون سرنشین

تکثیر برنامه‌های مخرب وسیله نقلیه هوایی بدون سرنشین (UAV) باعث توسعه فناوری‌های سیستم هوای بدون سرنشین (C-UAS) شده است. پیشرفت‌های قابل توجه در الگوریتم‌های یادگیری ماشین مبتنی بر یادگیری عمیق، ردیابی و تشخیص خودکار دقیق پهپادها را با استفاده از سیستم‌های دوربین تجاری امکان‌پذیر کرده است. علاوه بر این، روش‌های شناسایی مجدد، شناسایی خودکار پهپادها را در دیدگاه‌های مختلف دوربین و مشخصات سخت‌افزاری تسهیل می‌کنند. راه حل های تجاری C-UAS، از جمله Aaronia AARTOS، در فرودگاه های بین المللی برجسته مستقر شده اند. پس از شناسایی، پهپادها را می توان از طریق ابزارهای جنبشی، مانند موشک، پرتابه، یا سایر پهپادها یا از طریق روش های غیر جنبشی، از جمله لیزر، امواج مایکروویو، یا پارازیت های ارتباطی خنثی کرد. سامانه‌های موشکی ضدهوایی، که نمونه آن گنبد آهنین است، با قابلیت‌های C-UAS نیز تقویت می‌شوند. علاوه بر این، استقرار گروه‌های پهپاد هوشمند برای مقابله با یک یا چند پهپاد متخاصم پیشنهاد شده است.

در سطح جهانی، مجموعه‌ای از راه‌حل‌های سیستم هوایی ضد بدون سرنشین (C-UAS) برای کاهش تهدید فزاینده ناشی از پهپادهای کوچک و تاکتیکی پدید آمده است. این سیستم‌ها اغلب استراتژی‌های چندلایه، یکپارچه‌سازی رادار، حسگرهای الکترواپتیکی، تشخیص فرکانس رادیویی و فناوری‌های پارازیت را در خود جای می‌دهند. نمونه‌های قابل توجه شامل سیستم‌های Elbit Systems، مانند مجموعه ReDrone™ است که پیکربندی‌های ثابت و قابل حمل را برای شناسایی و کاهش پهپاد در زمینه‌های غیرنظامی و نظامی ارائه می‌دهد. سیستم Red Sky 2 Elbit حسگرها و افکتورهای متعددی را که به طور خاص برای محافظت از مکان‌های استراتژیک در برابر تهدیدات هوایی در ارتفاع پایین طراحی شده‌اند، ادغام می‌کند. سایر نوآوران، مانند AirSight، بر جنبه‌های یکپارچه‌سازی نرم‌افزار و سیستم‌های C-UAS تمرکز می‌کنند و از هوش مصنوعی و یادگیری ماشینی برای تجزیه و تحلیل داده‌های حسگر برای شناسایی پهپاد و ارزیابی تهدید در تنظیمات عملیاتی پیچیده استفاده می‌کنند، همانطور که سیستم AirGuard V3.18 آنها نشان می‌دهد.

مقررات

مقامات نظارتی جهانی به طور فعال در حال توسعه راه حل های مدیریت ترافیک سیستم هواپیمای بدون سرنشین برای تسهیل ادغام بهبود یافته پهپادها در حریم هوایی موجود هستند.

عملکرد وسایل نقلیه هوایی بدون سرنشین منوط به افزایش مقررات توسط مقامات ملی هوانوردی کشوری است، با چارچوب های نظارتی که به طور قابل توجهی بر اساس اندازه هواپیمای بدون سرنشین و کاربرد مورد نظر متفاوت است. سازمان بین‌المللی هوانوردی غیرنظامی (ایکائو) تحقیقاتی را در مورد فناوری هواپیماهای بدون سرنشین از اوایل سال 2005 آغاز کرد که در گزارش سال 2011 به اوج رسید. فرانسه اولین پذیرنده بود و یک چارچوب ملی را ایجاد کرد که توسط این گزارش اطلاع رسانی شد، با نهادهای مهم هوانوردی مانند اداره هوانوردی فدرال (FAA) و آژانس ایمنی هوانوردی اتحادیه اروپا (EASA) متعاقباً مقررات مشابهی را اجرا کردند. در سال 2021، FAA شناسه راه دور را برای همه پهپادهای تجاری و همه پهپادهایی با وزن 250 گرم یا بیشتر، صرف نظر از هدفشان، الزامی کرد. این مقررات مکان‌های پهپاد و کنترل‌کننده‌ها را همراه با سایر داده‌های مربوطه، از برخاستن تا خاموش شدن، عمومی می‌کند. با این حال، این قانون در حال حاضر در دعوای حقوقی فدرال در حال انجام RaceDayQuads علیه FAA در معرض چالش است.

گواهینامه پهپاد اتحادیه اروپا: Class Identification_Label

برچسب شناسایی کلاس نقشی اساسی در تنظیم و نظارت عملیاتی هواپیماهای بدون سرنشین دارد. این برچسب به عنوان یک مکانیسم تأیید عمل می کند و تأیید می کند که هواپیماهای بدون سرنشین در یک کلاس تعیین شده از استانداردهای طراحی و ساخت دقیقی که توسط نهادهای نظارتی تعیین شده است پیروی می کنند. چنین استانداردهایی برای تضمین ایمنی و قابلیت اطمینان پهپادها در بخش‌های صنعتی و برنامه‌های مختلف ضروری هستند.

با ارائه این اطمینان به مصرف‌کنندگان، برچسب شناسایی کلاس باعث افزایش اعتماد به فناوری هواپیماهای بدون سرنشین می‌شود و در نتیجه پذیرش گسترده‌تر در صنایع مختلف را ترویج می‌کند. این فرآیند، در نتیجه، رشد و پیشرفت صنعت هواپیماهای بدون سرنشین را تحریک می‌کند و ادغام هواپیماهای بدون سرنشین در چارچوب‌های اجتماعی را تسهیل می‌کند.

کنترل‌های صادرات

رژیم کنترل فناوری موشکی محدودیت‌هایی را در بسیاری از کشورها بر صادرات وسایل نقلیه هوایی بدون سرنشین (پهپاد) یا فن‌آوری مرتبط با قابلیت حمل 500 کیلوگرم محموله در حداقل برد 300 کیلومتر اعمال می‌کند.

مراجع

مراجع

نقل‌ها

منابع

• سایلر، کلی (ژوئن 2015). "دنیایی از پهپادهای تکثیر شده: آغازگر فناوری" (PDF). مرکز امنیت جدید آمریکا. بایگانی شده از (PDF) اصلی در ۶ مارس ۲۰۱۶.واگنر، ویلیام (1982). حشره های رعد و برق و سایر پهپادهای شناسایی. واشنگتن، دی سی: مجله بین المللی نیروهای مسلح، با همکاری ناشران Aero. ISBN 978-0-8168-665">978-0-8168-665> title="ctx_ver=Z39.88-2004&rft_val_fmt=info%3Aofi%2Ffmt%3Akev%3Amtx%3Abook&rft.genre=book&rft.bti tle=صاعقه+اشکال+و+سایر+پهپادهای+ شناسایی&rft.place=واشنگتن%2C+D.C.&rft.pub=نیروهای+مسلح+ Journal+International%2C+در+همکاری+با+Aero+Publishers&rft.date=1982&rft.isbn=978-0-8168-6654-0 &rft.aulast=واگنر&rft.aufirst=ویلیام&rfr_id=info%3Asid%2Fen.</span></li></ul>

  تبر، دیوید (2021). پهپاد جنگ ویتنام. Yorkshire: Pen & شمشیر نظامی. ISBN 978-1-5267-7026-4.کیهیل، بیل (آوریل 2022). "اشکال رعد و برق و amp; شکارچیان بوفالو: پهپاد رایان مدل 147 در ویتنام." تاریخ هوانوردی (39): 18–27.السید، احمد اف. (2025). "تاریخچه و طبقه بندی پهپاد." در تاریخ و تکامل هواپیما: پیشرفت های تکنولوژیکی در اندازه، سرعت، تسلیحات و موتورها (ویرایش اول). Boca Raton, FL: CRC Press, pp. 306–346. doi: 10.1201/9781003450115-8. ISBN 9781003450115.هیل، جان؛ راجرز، آن (2014). ظهور هواپیماهای بدون سرنشین: از جنگ بزرگ تا غزه. مجموعه‌های همایش هنر و علوم انسانی. دانشگاه جزیره ونکوور.hdl:10613/2480.گارسیا-برناردو، خاویر؛ دادز، پیتر شریدان؛ جانسون، نیل اف. (فوریه 2016). "الگوهای کمی در جنگ های هواپیماهای بدون سرنشین." فیزیک الف: مکانیک آماری و کاربردهای آن 43. 380–384 Bibcode:2016PhyA..443..380G doi:10.1016/j.physa.2015.09.055.محسن، سید آقا حسنین; خان، محمد اصغر; نور، فضل؛ الله، انصاف; الشریف، محمد ح. (2022). "به سوی وسایل نقلیه هوایی بدون سرنشین (پهپاد): بررسی جامع." پهپاد. 6 (6): 147. doi:10.3390/drones6060147.راجرز، ان؛ هیل، جان (2014). بدون سرنشین: جنگ با هواپیماهای بدون سرنشین و امنیت جهانی. بین خطوط. ISBN 978-1-77113-154-4.سینگ، روچیتا; کومار، سندیپ (2025). "بینش جامع در مورد هواپیماهای بدون سرنشین: تاریخچه، طبقه بندی، معماری، ناوبری، برنامه های کاربردی، چالش ها، و روندهای آینده." arXiv. arXiv:2501.10066. doi:10.48550/arXiv.2501.10066."چگونه پهپادهای هوشمند آینده جنگ را شکل می دهند." رولینگ استون.

  • چگونه پهپادهای هوشمند آینده جنگ را شکل می دهند در 2 مه 2018 در Wayback Machine، Rolling Stone
  آرشیو شد