UAV بر چالش های تعیین موقعیت در نزدیکی قطب شمال غلبه نموده است

مهندسان در هیئت مدیره بنیاد تحقیقاتی Alfred Wenger مرتبط با یخ شکن Polarstern یک وسیله نقلیه خودکار بدون سرنشین (پهپاد) را به نحوی برنامه ریزی کرده اند که با وجود انحرافات ایجاد شده در اثر میدان مغناطیسی زمین در نزدیکی قطب شمال، به آن اجازه مسیریابی را می دهد. محققان اخیراً اولین پرواز خودکار و فرود بصورت موفقیت آمیز یک پهپاد هلیکوپتری، روی یک قطعه یخ شناور را جشن گرفتند.

طبق گفته های Sascha Lehmenhecker، مهندس بنیاد Alfred Wenger، مرکز تحقیقات دریایی و قطبی Helmholtz (AWI,Germany) به تجربه دریافته است که پرواز در عرض های جغرافیایی بالا با هدایت خودکار، یک چالش بزرگ است. سیستم های هدایت معمولاً از سنجنده های مغناطیسی استفاده می کنند. در نزدیکی قطبین، خطوط میدان مغناطیسی زمین نزدیک به عمود بر سطح هستند، که این هدایت دقیق را بسیار مشکل می سازد. به همین علت است که سیستم های کنترل UAVهای تجاری برای استفاده در نواحی قطبی مناسب نیستند.

قطعات یخ شناور و کشتی در حال حرکت

Michael Strhmeier و Tobias Mikschl، دانشجویان دکتری در دانشگاه Wurzburg در آلمان، Lehmenhecker یک یک سیستم کنترلی برای پهپادهای هلیکوپتری، ابزارهایی با طول تقریبی نیم متری که از طریق چندین پره حرکت می کنند را با قصد فرود بر روی قطعات شناور یخ و بازگشت به کشتی مادرشان پس از چند ساعت بصورت خودکار، را استخراج نمودند. نکته: هردو قطعه یخ شناور و کشتی در حال حرکت هستند. کشتی باید برای انجام سایر تحقیات در مسیر از پیش برنامه ریزی شده خود به حرکت ادامه دهد، در حالیکه باد، امواج و جریان آب موجب می شوند که قطعات شناور یخ حرکت کنند. و این راستا و سرعت دقیق هریک از این حرکت هاست که باید توسط پهپاد هلیکوپتری تعیین شود.

تیم توسعه دو روش را برای اینکه به سیستم کنترلی پهپاد هلیکوپتری اجازه جبران اعوجاجات رخ داده در تعیین موقعیت را بدهند، دنبال می کند. در روش اول، پهپاد از طریق داده های GPS خود و با محاسبه اختلافات، پیوسته با یک ایستگاه دریافت کننده در ارتباط خواهد بود. گزینه دوم بکارگیری دو گیرنده GPS همراه برای محاسبه تغییرات واقعی در موقعیت پهپاد است. بنابراین این روش بهتری است، همچنین این روش بسیار پیچیده تر است و محققان شروع به توسعه آن کرده اند.

این سیستم اولین آزمایش خود را پشت سر گذاشت، و به طور کاملاً موفقیت آمیز به سمت یک قطعه یخ شناور در Fram Strait قطب شمال (مدار ۷۹ درجه شمالی) هدایت شد: تیم و پهپاد روی یک قطعه یخ شناور رها شدند. حال که تداخلات مغناطیسی ایجاد شده توسط موتورهای الکتریکی همراه Polarstern تخلیه شده بودند، تیم پهپاد را بصورت دستی تا حدود سه کیلومتری و تا جایی که در حوزه دید بود، به پرواز در آوردند. سپس آنها برنامه بازگشت خودکار را فعال نمودند و پهپاد به سمت مختصات از پیش تنظیم شده پرواز کرد و کاملاً ایمن فرود آمد.

استفاده از اتصال به زیر یخ

Sascha Lehmenheckerو همکارانش در گروه تحقیقاتی AWI Deep-sea ایده این توسعه را در ارتباط با کاربرد ابزارهای حساس زیر یخ در سر پروراندند. یک مثال وسیله نقلیه خودکار زیر دریایی اژدر شکل (AUV) گروه، Paul بود که به اکتشاف اقیانوس در زیر یخ های دریا می پرداخت. بطور قراردادی، اطلاعات موقعیتی از طریق روش سخت و تلف کننده زمان استقرار ردیاب های یخ به کمک قایق Zodiac یا یک هلیکوپتر روی قطعات یخ شناور، به دست می آید. به علاوه، از آنجایی که دمای آب حول نقطه انجماد، سطح ناهموار قطعات یخ شناور در حال پیش و پس شدن، و خرس های قطبی نشان دهنده خطرات اضافه ای هستند که باید برای کمینه ساختن آنها تلاش شود، محققان عموماً سعی می کنند تا حاشیه امن Polarstern را ترک نکنند.

گروه تحقیقاتی Deep-sea ابتدا از یک پهپاد هلیکوپتری توسعه یافته در سال ۲۰۱۲ توسط AWI استفاده کردند. پرواز از طریق کنترل از راه دور انجام شد، پهپاد روی یخ فرود آمد و از GPS برای تعیین موقعیت خود استفاده کرد، سپس داده ها را به کشتی تحقیقاتی که توسط زیردریایی Paul کنترل می شد، ارسال نمود. به این ترتیب، پهپاد هلیکوپتری امکان پشتیبانی در مسیریابی را برای AUV فراهم آورد. پس از آنکه تفحص کامل شد، کشتی باید تقریباً به نزدیکی موقعیت پهپاد باز می گشت: راهبر باید پهپاد را از راه دور به سمت کشتی که تنها در بازه دید آنها بود، هدایت می کردند. Sascha Lehmenhecker که از آزمایش موفقیت آمیز انجام شده تحت حمایت های Helmholtz Alliance Robotic Exploration of Extreme Environments (ROBEX) بسیار راضی بود، مجدداً اظهار داشت که این دست آورد جدید شعاع خدمت رسانی پهپادهای ما را از بازه دید تا حدود ۱۰ کیلومتر گسترش خواهد داد.