Dnešné drony

Drony sa stali trendom vďaka svojej schopnosti vykonávať letecké operácie, v ktorých je lietanie s posádkou ťažké alebo nemožné, pričom znamenajú ekonomické úspory a environmentálne prínosy a znižujú riziko ohrozenia ľudského života. Drony sa teraz používajú v širokom rozsahu aplikácií od logistiky a prepravy tovaru po hasenie požiarov, spôsobili revolúciu aj vo filmovom priemysle. Letecké zábery zachytené kamerami namontovanými na bezpilotných zariadeniach poskytujú divákom z celého sveta novú perspektívu, napríklad napodobňujú pohyb lietajúcich plazov vo filme Jurský Svet, ktorý bol uvedený do kín v roku 2015. Väčšina bežných ľudí si využitie dronov spája s výrobou filmov a televíznych relácií, potenciál tejto technológie je však oveľa väčší. Dnešné bezpilotné lietadlá sa dodávajú v troch typoch: s pevnými krídlami, vrtuľník a prostriedok s viacerými rotormi. Výber tvaru a najlepší spôsob zostavenia a vybavenia dronu závisia od aplikácie.

Bezpilotné lietadlá s viacerými rotormi sú ľahkým a lacným spôsobom, ako dostať malú kameru do vzduchu na krátky čas, vďaka čomu je ideálna na prácu v leteckej fotografii. Napriek tomu majú obmedzenú výdrž a rýchlosť a sú neefektívne, pretože neustále bojujú s gravitáciou, aby zostali vo vzduchu.

Drony s pevnými krídlami, ako sú lietadlá, používajú na vzlet krídla a nie vertikálne rotory. Sú energeticky oveľa účinnejšie ako bezpilotné lietadlá s viacerými rotormi, pretože energiu potrebujú iba na posun vpred. Tieto bezpilotné lietadlá môžu používať motor s vnútorným spaľovaním a môžu zostať vo vzduchu až 16 hodín, pokrývajúc väčšie vzdialenosti, majú dlhší dolet, nedokážu sa vznášať namieste. Náročnejší je aj vzlet a pristátie.

Jednorotorové vrtuľníky sú vybavené jedným rotorom, ktorý ich drží vo vzduchu, a chvostovým rotorom, ktorý riadi ich smerovanie. Sú účinnejšie ako bezpilotné lietadlá s viacerými rotormi a môžu na pohon používať motory s vnútorným spaľovaním. Dlhé lopatky jednomotorového vrtuľníka sú skôr ako rotujúce krídlo než ako vrtuľa a ponúkajú vyššiu účinnosť. Sú ideálne na vznášanie sa v kombinácii s veľkým užitočným zaťažením, dlhotrvajúcim letom alebo rýchlym letom vpred. Nevýhodou týchto dronov je ich zložitosť, vyššie obstarávacie náklady a veľké rotujúce čepele predstavujúce výrazné bezpečnostné riziko.

Drony budúcnosti

Technológiou podporujúcou použitie bezpilotných lietadiel v osobnej doprave je hybridný VTOL (Vertical Takeoff and Landing) s pevnými krídlami. Vo väčšine veľkých miest a ich pridružených lokalitách znamená narastajúci objem dopravy z pohľadu pozemnej dochádzky a prepravy taxíkom frustráciu a zdržanie. Hybridné drony VTOL s pevnými krídlami vybavené modernými autopilotmi, gyroskopmi a snímačmi zrýchlenia spájajú výhody letu s pevnými krídlami so schopnosťou vzlietnuť a pristávať vertikálne i vznášať sa. Autopilot udržuje stabilitu a pilotovi uľahčuje manévrovanie s dronom na oblohe.

Cieľom nemeckej spoločnosti Volocopter je priniesť cenovo dostupné letecké taxislužby do miest po celom svete pomocou nového lietadla VoloCity – prvého plne elektrického a certifikovaného lietadla eVTOL na svete, ktoré je určené na krátke cesty z na mieru vybudovanej vzletovej a pristávacej infraštruktúry s názvom Voloports. V roku 2011 uskutočnila spoločnosť Volocopter vôbec prvý let čisto elektrického prostriedku s viacerými rotormi a odvtedy predviedla so svojimi lietadlami množstvo verejných letov. V roku 2017 zrealizovala spoločnosť prvý samostatný let eVTOL v Dubaji, na ktorom sa zúčastnil dvojmiestny 18-rotorový dron Volocopter, ktorý absolvoval päťminútový let nad pásom piesku na pobreží Mexického zálivu. Testovanie pokračovalo v Singapure v roku 2019, keď bolo taxi prepravené cez Singapurský záliv Marina Bay.

Ďalšou nemeckou spoločnosťou vyvíjajúcou riešenie pre lietajúce taxi je Lilium. Ich dopravný prostriedok je elegantný biely stroj podobný skôr lietadlu a schopný lietať jednu hodinu na jedno nabitie. Rovnako ako Volocopter, aj Lilium bude najbližších 2 – 5 rokov lietať pomocou pilota, ale konečným cieľom je jeho bezpilotný let.

Vzdušné vozidlo EHang 184, ktoré navrhla čínska spoločnosť EHang Holdings Limited, dokáže prepraviť jedného cestujúceho v priebehu 23 minút na jedno nabitie batérie s polomerom letu asi 16 km. Spoločnosť nedávno oznámila strategické partnerstvo s cieľom stať sa poskytovateľom mestskej leteckej mobility už vo štvrtom meste na svete – v Llírii, čo je stredne veľké mesto severne od Valencie v Španielsku. EHang je už zmluvným dopravcom v Seville, v Linzi v Rakúsku a Guangzhou v Číne.

Uber tiež pripravuje plány v rámci iniciatívy s názvom Uber Elevate, ktorá povedie k rozvoju technológie a infraštruktúry na podporu služieb leteckých taxíkov – dronov. Cieľom spoločnosti Uber je komerčne pilotovať svoje lietajúce taxíky v Dallase, Los Angeles a Melbourne do roku 2023 a využívať sieť malých elektrických lietadiel, ktoré vzlietajú a pristávajú vertikálne. Táto služba umožní rýchlu a spoľahlivú prepravu medzi predmestiami a mestami. To bude doplnené mestskou infraštruktúrou VTOL vertiports, ktorá využíva vrchné strechy parkovacích garáží, existujúcich heliportov a nevyužívanej pôdy obklopujúcej križovatky diaľnic. Uber verí, že VTOL-y sa stanú dostupnou formou dennej hromadnej dopravy, ešte lacnejšou ako vlastníctvo automobilu. Ak VTOL dokážu efektívne zabezpečiť mestský tranzit na požiadanie s tichou, rýchlou, čistou, účinnou a bezpečnou dopravou, môže sa objaviť cesta k veľkým objemom výroby, takže sa znížia náklady na jeden dron.

Výzvy

Využívanie bezpilotných lietadiel predstavuje pre mnohých stále ďalekú budúcnosť. Airbus pracoval s výrobcom automobilov Audi na drone, ale nedávno projekt pozastavil. Úspech ambicióznych vízií, ako je napríklad Uber, závisí v konečnom dôsledku od efektívnej spolupráce medzi kľúčovými hráčmi v ekosystéme VTOL vrátane regulátorov, projektantov vozidiel, komunít, miest a operátorov mobilných sietí.

Kým budú VTOL pôsobiť v ktorejkoľvek krajine, budú musieť dodržiavať nariadenia leteckých úradov – konkrétne Federálnej správy letectva Spojených štátov (FAA) a Európskej agentúry pre bezpečnosť letectva (EASA), ktoré regulujú 50 %, resp. 30 % svetovej leteckej činnosti.

NASA investuje niekoľkých miliárd dolárov do vývoja systému riadenia vzdušného priestoru USA, ktorý je schopný bezpečne koordinovať lety s posádkou aj bez nej. Očakáva sa, že FAA zmierni obmedzenia, ktoré v súčasnosti bránia komerčným dronom dosiahnuť ich plný potenciál. Súčasné nariadenia FAA obmedzujú lietadlá, aby lietali vo výške väčšej ako 400 metrov a nad ľuďmi. Dron musí zostať v zornom poli pilota a musí ho ovládať niekto, kto má osvedčenie pilota drona. Autonómna prevádzka nie je zatiaľ povolená.

Nový európsky regulačný rámec vyžadujúci registráciu prevádzkovateľov lietadiel bez posádky a certifikovaných bezpilotných lietadiel zo strany EASA nadobudol účinnosť 1. júla 2020. Všetci prevádzkovatelia sa musia zaregistrovať skôr, ako začnú používať dron, a musia jeho prevádzku zosúladiť s obmedzeniami založenými na kategorizácii dronov. Každá európska krajina má svoj vlastný letecký úrad so svojimi vlastnými právnymi predpismi. Napriek tomu to nie je len legislatíva, ktorá predstavuje výzvu pre futuristickú víziu používania bezpilotných lietadiel na podporu osobnej dopravy. Medzi ďalšie výzvy patrí:

  • Batériová technológia: Elektrický pohon má mnoho výborných vlastností, vďaka ktorým je pre lietadlá VTOL preferovanou voľbou. Aj táto minca má však dve strany. Potrebné budú zlepšenia z hľadiska rentability, napríklad potrebné množstvo energie na jednotku hmotnosti, rýchlosť nabíjania, obsiahnutie celého životného cyklu a náklady na kWh. Príkladom v tomto smere je spolupráca medzi americkým Ministerstvom energetiky a univerzitnými laboratóriami, ktorá sa zameriava na riešenia s kombináciou lítium-kov. Prebieha aj výskum vplyvu nabíjania impulzmi s cieľom skrátenia času nabíjania batérie.
  • Účinnosť vozidla: Let vrtuľníka s jedným rotorom nie je pre účinnosť zdvihu krídel taký účinný ako let dronu s pevnými krídlami. Aby sa lietadlá VTOL stali komerčne životaschopnými, musí sa zvýšiť účinnosť.
  • Výkon a spoľahlivosť vozidla: Problémom je spoľahlivosť a bezpečnosť letu v rôznych poveternostných podmienkach, pretože zlé počasie by mohlo zabrzdiť veľké percento vozového parku, čím by bola služba nespoľahlivá.
  • Riadenie letovej prevádzky: Vzdušný priestor je už otvorený pre podnikanie a vďaka systému riadenia letovej prevádzky by sa služba VTOL mohla spustiť a rozšíriť na stovky lietadiel. Prevádzka mestských VTOL na požiadanie vytvorí v metropolitných oblastiach výrazne vyššiu frekvenciu a hustotu obsadenia vzdušného priestoru vozidlami prevádzkovanými súčasne. Na optimalizáciu a zvládnutie tohto exponenciálneho zvýšenia zložitosti by boli potrebné nové systémy riadenia letovej prevádzky.
  • Cena a dostupnosť: Vrtuľníky, ktoré sú najbližším praktickým zástupcom navrhovaných riešení VTOL, sú príliš drahé a hlučné na rozsiahle použitie v mestských oblastiach. Spoločnosť Uber navrhuje jednoduchšie, tichšie a prevádzkovo efektívnejšie konštrukcie vozidiel, ktoré využívajú skôr digitálne riadenie ako mechanickú zložitosť.
  • Bezpečnosť: Spoločnosť Uber má v pláne zabezpečiť, aby boli VTOL dvojnásobne bezpečné ako automobily prevádzkované súkromne. Aj tu však bude potrebné zabezpečiť pohodlie cestujúcich napriek tomu, že cesta dronom bude kratšia a v menšej výške ako pri komerčných lietadlách.
  • Hluk z lietadla: Elektrický pohon bude rozhodujúci pri dosahovaní dostatočne nízkej úrovne hluku, aby bola dronová doprava prijateľná aj v oblasti s vyššou hustotou osídlenia.
  • Emisie: Vozidlá s elektrickým pohonom majú takmer nulové prevádzkové emisie, otázkou zostáva, ako sa bude elektrina na dobíjanie batérií VTOL vyrábať.
  • Vertikálna infraštruktúra v mestách: Najväčšou prevádzkovou prekážkou nasadenia flotily VTOL v mestách je nedostatok miest na umiestnenie pristávacích plošín, ktoré sú ľahko prístupné a môžu byť osadené nabíjacími stanicami.
  • Výcvik pilotov: Výcvik komerčného pilota je odborne aj časovo náročný a očakáva sa, že nedostatok kvalifikovaných pilotov výrazne obmedzí rast služby. Technológia rozšírenej reality výrazne zníži požiadavky na zručnosť pilotov, čo by mohlo viesť k primeranému skráteniu času na výcvik.

Budúcnosť teraz?

Pre tých, ktorí sú nadšení perspektívou lietajúcich automobilov, ponúka spoločnosť Farnell na začiatok celý rad produktov v oblasti technológie dronov. NXP HoverGames Drone Kit je profesionálna vývojárska súprava pre domácich majstrov, ktorá obsahuje mechanické a ďalšie komponenty potrebné na vyhotovenie RDDONR-FMUK66. Umožňuje riadenie BLDC motora a obsahuje mechanickú platformu, na ktorú sa dá namontovať. Táto súprava vyžaduje podrobnú montáž, pričom softvér nie je súčasťou dodávky. Po zostavení má tento dron priestor na pripojenie ďalších komponentov vrátane adaptéra na dosky Rapid IoT a NXP Freedom alebo sprievodného počítača, ako je i.MX 8M Mini. Vývojová platforma robotov a roverov HoverGames je veľmi flexibilná a úplne otvorená na vývoj robotiky, riadiacich algoritmov, bezpečnostných sietí a komunikačných protokolov.

Komunita element14 má k dispozícii niekoľko online projektov, ktoré učia základy technológie dronov pomocou populárnych počítačov s jednoduchými doskami, ako sú Raspberry Pi, BeagleBone a Arduino. Okrem toho spoločnosť Farnell dodáva celý rad elektronických komponentov na podporu návrhu nového dronu vrátane senzorov vibrácií, ovládania motora, batérií a rotorov.

To, či si budú môcť ľudia zavolať taxi – dron za tri alebo päť rokov, nie je až také dôležité. Rozsiahle prijatie technológie dronov je prísľubom vzrušujúceho dobrodružstva.

Ankur Tomar
technický marketingový manažér
Farnell
www.farnell.com