To mucha! To błąd! To Mikroplan!

Prawie każdy z nas od czasu do czasu chciał być muchą na ścianie, ale nikt nie chce zostać uderzony. Bezpieczniejszą opcją może być dowodzenie flotą inteligentnych much, które mogą wyszukiwać i zgłaszać krytyczne informacje, podczas gdy my pozostajemy bezpiecznie z dala od niebezpieczeństwa. Mając to na uwadze, inżynierowie z Lincoln Laboratory w MIT opracowują teraz mikropowietrzny pojazd – półautonomiczny samolot szpiegowski, wystarczająco mały, by trzymać go w dłoni.

Pomysł wyprodukowania pierwszego na świecie miniaturowego samolotu wywiadowczego zaproponowano trzy lata temu w Lincoln Lab, gdzie badacze szukali sposobu na zapewnienie bezpośredniego dostępu do danych rozpoznawczych żołnierzom służącym w małych jednostkach wojskowych, takich jak te rozmieszczone w środowisku miejskim. Wyobrażali sobie przenośny system nadzoru, który mógłby szybko informować żołnierzy o zbliżających się, niewidocznych niebezpieczeństwach. Na przykład na obszarach miejskich taki system mógłby umożliwić żołnierzom widzenie ponad wzgórzem i za rogiem, mówi William R. Davis, który zarządza programem mikro-pojazdów powietrznych Lincoln Lab. Zaawansowane wersje mogą wykrywać broń nuklearną, biologiczną i chemiczną na nieprzyjaznym terenie, oceniać uszkodzenia w bitwie lub monitorować kryzysy zakładników lub paty w stylu Waco.

Ta historia była częścią naszego wydania z października 1997 r.

• Zobacz resztę numeru
• Subskrybuj

Opierając się w dużej mierze na koncepcjach przedstawionych w Lincoln Lab, Agencja Zaawansowanych Projektów Badawczych Obrony (DARPA) uruchomiła w tym roku program o wartości 35 milionów dolarów na opracowanie prototypowych mikropojazdów powietrznych, zwracając się do przemysłu i środowiska akademickiego o wstępne propozycje. Organizacje konkurujące o finansowanie obejmują laboratoria uniwersyteckie, takie jak Georgia Tech Research Institute (GTRI), firmy lotnicze i małe firmy.

Jednocześnie DARPA zapewniła wstępne finansowanie Lincoln Lab na opracowanie w pełni działającego prototypu, który naukowcy spodziewają się ukończyć w ciągu trzech lat. Ważący dwie uncje i mierzący mniej niż sześć cali długości i szerokości, prototypowy pojazd będzie latał z prędkością od 20 do 30 mil na godzinę, działając w promieniu do 3 mil (limit dotyczy oczekiwanego zasięgu systemu komunikacji pojazdu) i pozostawać w powietrzu do godziny. Musi mieć też zdolności rozpoznawcze i nawigacyjne.

Ogólnie rzecz biorąc, mówi Milan Vilajenik, który kieruje działem inżynieryjnym Lincoln Lab, będzie to latający chip.

Biorąc pod uwagę jego ciasny rozmiar i wagę, podniesienie tego latającego chipa z ziemi i utrzymanie go będzie nie lada wyczynem. W miarę zmniejszania się rozmiarów, wyjaśnia Vilajenik, istniejąca technologia staje się zbyt duża. Większość podsystemów będzie musiała zostać opracowana.

Pierwszym wyzwaniem jest stworzenie wydajnej konstrukcji skrzydła, która zapewni wystarczającą siłę nośną i wystarczająco niski opór dla pojazdu w tym zakresie rozmiarów, w którym zachowanie aerodynamiczne różni się od zachowania większych, szybszych samolotów. Zespół Lincoln Lab obliczył, że unoszący się statek z łopatami wirnika wymagałby około dwukrotnie większej mocy niż pojazd ze stałym skrzydłem. Dlatego, aby zminimalizować zapotrzebowanie na moc, zespół ocenia kilka konfiguracji stałopłatów, wykorzystujących śmigła do napędu, mówi kierownik programu Davis.

Ale Robert J. Englar, główny inżynier ds. badań w Georgia Tech, twierdzi, że nawet ze śmigłem konwencjonalne skrzydło nie wytworzy wystarczającej siły nośnej, aby utrzymać bardzo mały, powolny pojazd w ruchu przez zakłócający przepływ powietrza, który prawdopodobnie napotka. Georgia Tech przedstawiła propozycję, której Englar odmawia dyskusji, ale Sam Blankenship, koordynator programu Microflyer GTRI, mówi, że inżynierowie być może będą musieli ostatecznie spojrzeć na trzepoczące skrzydła małych ptaków i owadów jako modele energooszczędnego lotu.

Silny układ napędowy może zrekompensować niedociągnięcia w aerodynamice, zauważa Davis, ale mocniejsze jednostki napędowe prawdopodobnie będą ważyć więcej, a projektanci chcą zarezerwować wagę na czujniki gromadzące dane i systemy komunikacyjne. Zespół Lincoln Lab ustalił, że przy wymaganej małej skali silniki odrzutowe zużywałyby zbyt dużo paliwa, podczas gdy źródła zasilania, takie jak akumulatory, ważyłyby zbyt dużo i dostarczałyby zbyt mało energii. Inżynierowie z Lincoln Lab zidentyfikowali silniki spalinowe i ogniwa paliwowe jako najbardziej obiecujące, krótkoterminowe alternatywy i mają nadzieję stworzyć zminiaturyzowane wersje silników spalinowych w ciągu jednego do dwóch lat.

Oprócz solidnego układu napędowego ten niewielki pojazd potrzebuje systemu kontroli lotu, aby mógł utrzymać kurs w obliczu turbulencji powietrza lub nagłych podmuchów wiatru. Ponieważ samolot będzie podróżować poza zasięgiem wzroku żołnierzy i może napotkać szybko zmieniające się warunki lotu, żołnierz nie może latać pojazdem jak model samolotu, mówi Davis. Jego zespół ustalił, że do wykonywania manewrów prototyp może polegać na niewielkich urządzeniach – czujnikach mierzących prędkość samolotu, przyspieszeniu i ciśnieniu atmosferycznym oraz siłownikach elektrycznych, które poruszają aerodynamiczne powierzchnie samolotu.

Davis wskazuje, że wyrafinowane techniki mikrowytwarzania umożliwiają wytwarzanie na bardzo małą skalę czujników i siłowników o niskim poborze mocy. Wraz z dojrzewaniem rozwoju mikroplanów projektanci spodziewają się jednak, że zastąpią te maleńkie urządzenia, które wykorzystują ruchome części i muszą być montowane oddzielnie, systemami mikroelektromechanicznymi – systemami o wysokiej precyzji, które przypominają chipy komputerowe i są wytwarzane przy użyciu metod podobnych do wytwarzania mikroukładów. Mogłyby one zostać osadzone w skrzydle mikrosamolotu, oszczędzając cenną wagę i zapewniając bardziej wydajną kontrolę.

Wreszcie badacze z Lincoln planują opracować bardzo mały system obrazowania dla pojazdu oraz przenośną stację naziemną – laptop i małą paraboliczną antenę komunikacyjną – do przesyłania zdjęć. Wyobrażają sobie dwugramową kamerę światła widzialnego o wielkości jednego centymetra sześciennego, umieszczoną pod samolotem i uzyskującą obrazy o milionach pikseli, wystarczająco ostre, aby zidentyfikować pojazdy wojskowe i personel z wysokości 100 metrów. Wyzwaniem przy opracowywaniu systemu obrazowania nie jest projektowanie lub produkcja poszczególnych komponentów, ale integracja ich bez przekraczania ograniczeń w zakresie masy i mocy.

Rzeczywiście, integracja tego ciasno upakowanego asortymentu rozpoznania, napędu, kontroli lotu i innych podsystemów będzie ostatnią przeszkodą, zauważa Vilajenik. Na przykład projektanci mogą być zmuszeni do odizolowania wibrującego, wytwarzającego ciepło silnika spalinowego od systemu obrazowania wrażliwego na te zakłócenia i zapobiegania zakłóceniom elektromagnetycznym między silnikami elektrycznymi a anteną komunikacyjną.

W miarę jak inżynierowie opracowują sposoby na ściskanie większej liczby funkcji w mniejszych pakietach w ciągu następnej dekady lub dwóch, spodziewają się, że ładowność, wytrzymałość i zasięg wzrosną. Zespół Lincoln Lab przewiduje zaawansowane mikropojazdy powietrzne, które wykonują zadania tak różnorodne, jak wykrywanie sygnatur chemicznych niekonwencjonalnych broni, rozmieszczanie stacjonarnych czujników do monitorowania niepatrolowanych obszarów oraz obrazowanie i nagrywanie dźwięków scen w budynkach i wokół nich.

ukryć