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Varios términos redirigen aquí. Para otros usos, consulte UAV (desambiguación) , Oracle Retail Predictive Application Server (RPAS) y RPA (desambiguación) .

Un UAV quadcopter DJI Phantom para fotografía aérea comercial y recreativa
Un dron Zipline que se está probando en California .
Un General Atomics MQ-9 Reaper , un UAV de vigilancia cazador-asesino
Un UAV de vigilancia de ala fija DeltaQuad VTOL [1]
Lanzamiento de UAV desde una catapulta propulsada por aire

Un vehículo aéreo no tripulado ( UAV ) o un vehículo aéreo no tripulado , [2] comúnmente conocido como dron , es un avión sin un piloto humano a bordo. Los UAV son un componente de un sistema de aeronaves no tripuladas (UAS) , que incluyen adicionalmente un controlador en tierra y un sistema de comunicaciones con el UAV. [3] [4] El vuelo de los UAV puede operar bajo control remoto por un operador humano - aeronave pilotada a distancia ( RPA ) [5] - o con varios grados de autonomía , como el piloto automático.asistencia, hasta aeronaves totalmente autónomas que no permitan la intervención humana. [5]

En comparación con los aviones tripulados, los UAV se utilizaron originalmente para misiones demasiado "aburridas, sucias o peligrosas" [6] para los humanos. Si bien los drones se originaron principalmente en aplicaciones militares, su uso está encontrando rápidamente muchas más aplicaciones [7] que incluyen fotografía aérea , entrega de productos , agricultura , vigilancia y vigilancia, inspecciones de infraestructura, ciencia, [8] [9] [10] [11] contrabando , [12] y carreras de drones .

Terminología [ editar ]

Se utilizan varios términos para los vehículos aéreos no tripulados, que generalmente se refieren al mismo concepto.

El término dron , más ampliamente utilizado por el público, se acuñó sobre los primeros aviones objetivo de vuelo remoto utilizados para practicar el disparo de los cañones de un acorazado, y el término se utilizó por primera vez con los aviones objetivo Fairey Queen de los años 20 y de Havilland Queen Bee de los años 30 . Estos dos fueron seguidos en servicio por Airspeed Queen Wasp y Miles Queen Martinet , antes de ser reemplazados por GAF Jindivik . [13]

El término sistema de aeronaves no tripuladas ( UAS ) fue adoptado por el Departamento de Defensa de los Estados Unidos (DoD) y la Administración Federal de Aviación de los Estados Unidos (FAA) en 2005 de acuerdo con su Hoja de ruta del sistema de aeronaves no tripuladas 2005-2030. [14] La Organización de Aviación Civil Internacional (OACI) y la Autoridad de Aviación Civil Británica adoptaron este término, también utilizado en la hoja de ruta de investigación de la Unión Europea sobre el cielo único europeo (SES), la gestión del tráfico aéreo (ATM) (Empresa común SESAR). para 2020. [15]Este término enfatiza la importancia de elementos distintos a la aeronave. Incluye elementos como estaciones de control en tierra, enlaces de datos y otros equipos de apoyo. Un término similar es un sistema de vehículos de aeronaves no tripuladas (UAVS), vehículo aéreo pilotado a distancia (RPAV), sistema de aeronaves pilotadas a distancia (RPAS). [16] Se utilizan muchos términos similares. "Desocupado" y "deshabitado" se utilizan ocasionalmente como alternativas neutrales al género a "no tripulado".

Un UAV se define como un "vehículo aéreo motorizado que no lleva un operador humano, utiliza fuerzas aerodinámicas para proporcionar elevación al vehículo, puede volar de forma autónoma o ser pilotado de forma remota, puede ser prescindible o recuperable y puede transportar una carga útil letal o no letal". . [17] Por lo tanto, los misiles no se consideran UAV porque el vehículo en sí es un arma que no se reutiliza, aunque también está sin tripulación y, en algunos casos, es guiado de forma remota. Dicho esto, UAV es un término que se aplica comúnmente a casos de uso militar. [18]

Los términos avión no tripulado autónomo y UAV a menudo se usan indistintamente de manera errónea. Esto podría deberse al hecho de que muchos UAV están automatizados, es decir, llevan a cabo misiones automatizadas pero aún dependen de operadores humanos. Sin embargo, un dron autónomo es un "UAV que puede operar sin ninguna intervención humana". [19] En otras palabras, los drones autónomos despegan, realizan misiones y aterrizan de forma completamente autónoma. Por lo tanto, un dron autónomo es un tipo de UAV, pero un UAV no es necesariamente un dron autónomo.

El dron Percepto totalmente autónomo aterriza con vientos fuertes sin ninguna intervención humana.

Como los drones autónomos no son piloteados por humanos, un sistema de control terrestre o software de gestión de comunicaciones juega un papel importante en sus operaciones y, por lo tanto, también se consideran parte de un UAS. Además del software, los drones autónomos también emplean una serie de tecnologías avanzadas que les permiten llevar a cabo sus misiones sin intervención humana, como computación en la nube, visión por computadora, inteligencia artificial, aprendizaje automático, aprendizaje profundo y sensores térmicos. [20]

En los últimos años, los drones autónomos han comenzado a transformar varias industrias comerciales, ya que pueden volar más allá de la línea de visión (BVLOS) [21] mientras maximizan la producción, reducen los costos y riesgos, garantizan la seguridad del sitio, la protección y el cumplimiento normativo, [22] y proteger a la fuerza laboral humana en tiempos de pandemia. [23] También se pueden utilizar para misiones relacionadas con el consumidor, como la entrega de paquetes, como lo demuestra Amazon Prime Air , y entregas críticas de suministros de salud.

Un Drone-in-a-Box (DIB) es un dron autónomo que se despliega para llevar a cabo una lista preprogramada de misiones y regresa a una caja de aterrizaje autónoma que también funciona como base de carga del dron.

En virtud de las nuevas reglamentaciones que entraron en vigor el 1 de junio de 2019, el Gobierno canadiense adoptó el término RPAS (sistema de aeronaves pilotadas a distancia) para significar "un conjunto de elementos configurables que consisten en una aeronave pilotada a distancia, su estación de control, el mando y control enlaces y cualquier otro elemento del sistema necesario durante la operación de vuelo ". [24]

La relación de los UAV con los modelos de aviones controlados a distancia no está clara. [ cita requerida ] UAV pueden o no incluir aviones modelo. Algunas jurisdicciones basan su definición en el tamaño o el peso; sin embargo, la FAA de EE. UU. define cualquier nave voladora sin tripulación como un UAV independientemente de su tamaño. Para usos recreativos, un dron (a diferencia de un UAV) es un modelo de avión que tiene video en primera persona, capacidades autónomas o ambos. [25]

Historia [ editar ]

Artículo principal: Historia de los vehículos aéreos no tripulados.
Winston Churchill y otros esperando ver el lanzamiento de un dron objetivo de Havilland Queen Bee , 6 de junio de 1941
Un Ryan Firebee , uno de una serie de drones / vehículos aéreos sin piloto que volaron por primera vez en 1951. Museo de la Fuerza Aérea de Israel, base aérea de Hatzerim, Israel, 2006
Últimos preparativos antes de la primera misión táctica UAV a través del canal de Suez (1969). De pie: Mayor Shabtai Brill del cuerpo de inteligencia israelí, el innovador del UAV táctico.
El mastín israelí Tadiran , que voló por primera vez en 1975, es visto por muchos como el primer UAV moderno en el campo de batalla, debido a su sistema de enlace de datos, merodeo de resistencia y transmisión de video en vivo. [26]

El primer uso registrado de un vehículo aéreo no tripulado para la guerra ocurrió en julio de 1849, [27] sirviendo como porta-globos (el precursor del portaaviones ) [28] en el primer uso ofensivo del poder aéreo en la aviación naval . [29] [30] [31] Las fuerzas austriacas que sitiaban Venecia intentaron lanzar unos 200 globos incendiarios contra la ciudad sitiada. Los globos se lanzaron principalmente desde tierra; sin embargo, algunos también fueron lanzados desde el barco austriaco SMS  Vulcano. Al menos una bomba cayó en la ciudad; sin embargo, debido a que el viento cambió después del lanzamiento, la mayoría de los globos perdieron su objetivo y algunos volvieron a la deriva sobre las líneas austriacas y el barco de lanzamiento Vulcano . [32] [33] [34]

Las innovaciones de los UAV comenzaron a principios de la década de 1900 y originalmente se enfocaron en proporcionar objetivos de práctica para entrenar al personal militar. El desarrollo de UAV continuó durante la Primera Guerra Mundial , cuando la Compañía de Aviones Dayton-Wright inventó un torpedo aéreo sin piloto que explotaría en un momento preestablecido. [35]

El primer intento de un UAV motorizado fue el "Objetivo Aéreo" de AM Low en 1916. [36] Low confirmó que el monoplano de Geoffrey de Havilland fue el que voló bajo control el 21 de marzo de 1917 utilizando su sistema de radio. [37] Otros desarrollos no tripulados británicos siguieron durante y después de la Primera Guerra Mundial que llevaron a la flota de más de 400 blancos aéreos de Havilland 82 Queen Bee que entraron en servicio en 1935.

Nikola Tesla describió una flota de vehículos de combate aéreos sin tripulación en 1915. [38] Estos desarrollos también inspiraron la construcción del Kettering Bug por Charles Kettering de Dayton, Ohio y el Hewitt-Sperry Automatic Airplane . Inicialmente concebido como un avión sin tripulación que llevaría una carga explosiva a un objetivo predeterminado. El primer vehículo pilotado a distancia a escala fue desarrollado por la estrella de cine y entusiasta de los modelos de aeroplanos Reginald Denny en 1935. [36] En 1940, Denny fundó la Compañía Radioplane y surgieron más modelos durante la Segunda Guerra Mundial. - utilizado tanto para entrenar artilleros antiaéreos como para volar misiones de ataque. La Alemania nazi produjo y utilizó varios aviones UAV durante la guerra, como el Argus As 292 y la bomba voladora V-1 con motor a reacción . Después de la Segunda Guerra Mundial, el desarrollo continuó en vehículos como el estadounidense JB-4 (utilizando la guía de comandos de televisión / radio), el australiano GAF Jindivik y Teledyne Ryan Firebee I de 1951, mientras que compañías como Beechcraft ofrecieron su Modelo 1001 para la Marina de los EE. UU. en 1955. [36]Sin embargo, eran poco más que aviones teledirigidos hasta la guerra de Vietnam .

En 1959, la Fuerza Aérea de los Estados Unidos , preocupada por la pérdida de pilotos en territorio hostil, comenzó a planificar el uso de aviones sin tripulación. [39] La planificación se intensificó después de que la Unión Soviética derribara un U-2 en 1960. En cuestión de días, comenzó un programa de UAV altamente clasificado bajo el nombre en clave de "Red Wagon". [40] El choque de agosto de 1964 en el Golfo de Tonkin entre las unidades navales de los EE. UU. Y la Armada de Vietnam del Norte inició los UAV altamente clasificados de Estados Unidos ( Ryan Modelo 147 , Ryan AQM-91 Firefly , Lockheed D-21 ) en sus primeras misiones de combate de Vietnam. Guerra .[41] Cuando el gobierno chino [42] mostró fotografías de vehículos aéreos no tripulados estadounidenses derribados a través de Wide World Photos , [43] la respuesta oficial estadounidense fue "sin comentarios".

Durante la Guerra de Desgaste (1967-1970), los primeros vehículos aéreos no tripulados tácticos instalados con cámaras de reconocimiento fueron probados por primera vez por la inteligencia israelí, trayendo con éxito fotos del otro lado del canal de Suez. Esta fue la primera vez que los UAV tácticos que podían lanzarse y aterrizar en cualquier pista corta (a diferencia de los UAV más pesados ​​basados ​​en aviones) se desarrollaron y probaron en la batalla. [44]

En la Guerra de Yom Kippur de 1973 , Israel utilizó vehículos aéreos no tripulados como señuelos para estimular a las fuerzas opuestas a desperdiciar costosos misiles antiaéreos. [45] Después de la guerra de Yom Kipur de 1973, algunas personas clave del equipo que desarrolló este UAV temprano se unieron a una pequeña empresa de inicio que tenía como objetivo desarrollar UAV en un producto comercial, finalmente comprado por Tadiran y que condujo al desarrollo del primer UAV israelí UAV. [46] [ páginas necesarias ]

En 1973, el ejército estadounidense confirmó oficialmente que habían estado usando UAV en el sudeste asiático (Vietnam). [47] Más de 5.000 aviadores estadounidenses habían muerto y más de 1.000 más estaban desaparecidos o capturados . El Ala 100 de Reconocimiento Estratégico de la USAF voló alrededor de 3.435 misiones de UAV durante la guerra [48] a un costo de aproximadamente 554 UAV perdidos por todas las causas. En palabras del General de la USAF George S. Brown , Comandante, Comando de Sistemas de la Fuerza Aérea , en 1972, "La única razón por la que necesitamos (UAV) es que no queremos gastar innecesariamente al hombre en la cabina". [49] Más tarde ese año, el general John C. Meyer , comandante en jefe,El Comando Aéreo Estratégico , declaró, "dejamos que el dron haga el vuelo de alto riesgo ... la tasa de pérdidas es alta, pero estamos dispuestos a arriesgar más de ellos ... ¡salvan vidas!" [49]

Durante la Guerra de Yom Kippur de 1973 , las baterías de misiles tierra-aire suministradas por los soviéticos en Egipto y Siria causaron graves daños a los aviones de combate israelíes . Como resultado, Israel desarrolló el IAI Scout como el primer UAV con vigilancia en tiempo real. [50] [51] [52] Las imágenes y los señuelos de radar proporcionados por estos vehículos aéreos no tripulados ayudaron a Israel a neutralizar completamente las defensas aéreas sirias al comienzo de la Guerra del Líbano de 1982 , lo que resultó en que ningún piloto cayera. [53]En Israel, en 1987, los UAV se utilizaron por primera vez como prueba de concepto de súper agilidad, vuelo controlado posterior a la pérdida en simulaciones de vuelo de combate que involucraban control de vuelo de vectorización de empuje tridimensional, sin cola, basado en tecnología sigilosa, y jet- direccion. [54]

Con la madurez y la miniaturización de las tecnologías aplicables en las décadas de 1980 y 1990, el interés por los UAV creció dentro de los escalones más altos del ejército estadounidense. En la década de 1990, el Departamento de Defensa de EE. UU. Otorgó un contrato a AAI Corporation junto con la empresa israelí Malat. La Marina de los Estados Unidos compró el UAV AAI Pioneer que AAI y Malat desarrollaron conjuntamente. Muchos de estos vehículos aéreos no tripulados entraron en servicio en la Guerra del Golfo de 1991 . Los UAV demostraron la posibilidad de máquinas de combate más baratas y capaces, desplegables sin riesgo para las tripulaciones aéreas. Las generaciones iniciales involucraron principalmente aviones de vigilancia , pero algunos llevaban armamento , como el General Atomics MQ-1 Predator , que lanzó misiles aire-tierra AGM-114 Hellfire..

CAPECON fue un proyecto de la Unión Europea para desarrollar vehículos aéreos no tripulados [55] que se desarrolló entre el 1º de mayo de 2002 y el 31 de diciembre de 2005. [56]

A partir de 2012, la USAF empleó 7.494 UAV, casi uno de cada tres aviones de la USAF. [57] [58] La Agencia Central de Inteligencia también operaba UAV . [59]

En 2013, al menos 50 países utilizaron UAV. China, Irán, Israel, Pakistán, Turquía y otros [ ¿cuál? ] diseñó y construyó sus propias variedades.

Drones comerciales y de consumo [ editar ]

El 14 de febrero de 2012, Estados Unidos promulgó una ley para legalizar los drones para usos comerciales para 2015. Hasta entonces, los drones de consumo solo podían usarse con fines recreativos a baja altura. [60] A fines de 2013, la FAA anunció un plan para probar nuevos estándares de seguridad, capacitación y certificación de pilotos, y procedimientos para evitar colisiones y pérdida de señal de radio. [61] A finales de 2014, el precio de los drones de consumo cayó a 500 dólares, y los avances tecnológicos les permitieron volar durante 45 minutos con un alcance de 10,000 pies. [62] [63] A finales de 2015, la FAA anunció que los propietarios de drones recreativos con un tamaño de 250 gramos o más deben estar registrados. [64]En junio de 2016, la FAA permitió el uso de drones comerciales de menos de 25 kg a baja altitud, lejos de los aeropuertos y durante el día. [65] A fines de 2016, se transmitió un campeonato de carreras de drones en los EE. UU. Y Europa, y los drones pequeños se vendieron por $ 100 como juguetes navideños. [66] [67] A mediados de 2017, el Reino Unido requirió que los propietarios de drones con un tamaño de 250 gramos o más se registren y realicen una prueba de competencia. [68]

Clasificación [ editar ]

Aunque la mayoría de los UAV militares son aviones de ala fija , también se utilizan diseños de helicópteros (es decir, RUAV) como este MQ-8B Fire Scout .

Los UAV generalmente se clasifican en una de las seis categorías funcionales (aunque las plataformas de fuselajes multifunción son cada vez más frecuentes):

  • Combate: proporciona capacidad de ataque para misiones de alto riesgo (ver: vehículo aéreo de combate no tripulado (UCAV) y munición merodeadora, también conocida como drone suicida).
  • Reconocimiento: vehículo aéreo de reconocimiento y vigilancia no tripulado que proporciona inteligencia en el campo de batalla.
  • Objetivo y señuelo: proporciona a la artillería terrestre y aérea un objetivo que simula un avión o misil enemigo.
  • Logística: entrega de carga.
  • UAV civiles y comerciales: agricultura, fotografía aérea, recopilación de datos.
  • Investigación y desarrollo: mejorar las tecnologías de UAV.

Los planificadores militares utilizan el sistema de niveles de vehículos aéreos no tripulados militares de EE. UU. Para designar los diversos elementos individuales de la aeronave en un plan de uso general.

Schiebel S-100 equipado con un misil multiusos ligero
Northrop Grumman Bat con sensores EO / IR y SAR, telémetros láser, designadores láser, cámaras infrarrojas

Los vehículos se pueden clasificar en términos de alcance / altitud. Lo siguiente ha sido adelantado [¿ por quién? ] tan relevante en eventos de la industria como el foro ParcAberporth Unmanned Systems:

  • Portátil de 2000 pies (600 m) de altitud, aproximadamente 2 km de alcance
  • Cerca de 5,000 pies (1,500 m) de altitud, hasta 10 km de alcance
  • Tipo OTAN 10,000 pies (3,000 m) de altitud, hasta 50 km de alcance
  • Altitud táctica de 5.500 m (18.000 pies), alcance de aproximadamente 160 km
  • MASCULINO (altitud media, larga resistencia) hasta 30.000 pies (9.000 m) y alcance de más de 200 km
  • HALE (gran altitud, larga duración) de más de 9.100 m (30.000 pies) y alcance indefinido
  • Hipersónico de alta velocidad, supersónico (Mach 1–5) o hipersónico (Mach 5+) 50.000 pies (15.200 m) o altitud suborbital, alcance de más de 200 km
  • Órbita terrestre baja orbital (Mach 25+)
  • Transferencia Lunar Tierra-Luna CIS
  • Sistema de guía de transporte asistido por computadora (CACGS) para UAV
Manifestantes de vehículos aéreos no tripulados estadounidenses en 2005

Otras categorías incluyen: [69] [70]

  • UAV para aficionados, que se pueden dividir en
    • Listo para volar (RTF) / Comercial listo para usar (COTS)
    • Bind-and-fly (BNF): requiere un conocimiento mínimo para volar la plataforma
    • Casi listo para volar (ARF) / Hágalo usted mismo (bricolaje): requiere un conocimiento significativo para volar
    • Cuadro desnudo: requiere un conocimiento significativo y sus propias partes para ponerlo en el aire.
  • UAVs militares y comerciales de tamaño mediano
  • Grandes vehículos aéreos no tripulados específicos para militares
  • UAV de combate sigiloso
  • Aviones con tripulación transformados en no tripulados (y UAVS u OPV opcionalmente piloteados)
    Avión versátil no tripulado (originalmente un Pipistrel Sinus de 2 plazas )

Las clasificaciones según el peso de la aeronave son bastante más sencillas:

  • Micro vehículo aéreo (MAV): los UAV más pequeños que pueden pesar menos de 1 g
  • UAV en miniatura (también llamado SUAS): aproximadamente menos de 25 kg
  • UAV más pesados

Componentes [ editar ]

Estructura física general de un UAV

Las aeronaves con tripulación y sin tripulación del mismo tipo generalmente tienen componentes físicos reconociblemente similares. Las principales excepciones son el sistema de control ambiental y de cabina o los sistemas de soporte vital . Algunos UAV llevan cargas útiles (como una cámara) que pesan considerablemente menos que un humano adulto y, como resultado, pueden ser considerablemente más pequeñas. Aunque llevan cargas útiles pesadas, los UAV militares armados son más livianos que sus homólogos tripulados con armamentos comparables.

Los vehículos aéreos no tripulados civiles pequeños no tienen sistemas críticos para la vida y , por lo tanto, pueden construirse con materiales y formas más livianos pero menos resistentes, y pueden usar sistemas de control electrónico menos robustos probados. Para los UAV pequeños, el diseño de los cuadricópteros se ha vuelto popular, aunque este diseño rara vez se usa para aviones tripulados. La miniaturización significa que se pueden utilizar tecnologías de propulsión menos potentes que no son factibles para aviones tripulados, como pequeños motores eléctricos y baterías.

Los sistemas de control de los vehículos aéreos no tripulados suelen ser diferentes a los de las naves tripuladas. Para el control humano remoto, una cámara y un enlace de video casi siempre reemplazan las ventanas de la cabina; Los comandos digitales transmitidos por radio reemplazan los controles físicos de la cabina. El software de piloto automático se utiliza tanto en aeronaves tripuladas como sin tripulación, con diferentes conjuntos de características.

Cuerpo [ editar ]

La principal diferencia para los aviones es la ausencia del área de la cabina y sus ventanas. Los cuadricópteros sin cola son un factor de forma común para los UAV de ala giratoria, mientras que los mono y bicópteros con cola son comunes para las plataformas tripuladas. [71]

Fuente de alimentación y plataforma [ editar ]

Los vehículos aéreos no tripulados pequeños utilizan principalmente baterías de polímero de litio (Li-Po), mientras que los vehículos más grandes a menudo dependen de motores de avión convencionales o una celda de combustible de hidrógeno . La escala o el tamaño de la aeronave no es la característica definitoria o limitante del suministro de energía para un UAV. La densidad de energía de las baterías Li-Po modernas es mucho menor que la de la gasolina o el hidrógeno. El récord de viajes de un UAV (construido con madera de balsa y piel de mylar) a través del Océano Atlántico Norte está en manos de un modelo de avión a gasolina o UAV. Manard Hill en "en 2003 cuando una de sus creaciones voló 1,882 millas a través del Océano Atlántico con menos de un galón de combustible" tiene este récord. Ver: [72]Se utiliza energía eléctrica porque se requiere menos trabajo para un vuelo y los motores eléctricos son más silenciosos. Además, correctamente diseñado, la relación empuje / peso de un motor eléctrico o de gasolina que impulsa una hélice puede flotar o trepar verticalmente. El avión Botmite es un ejemplo de un UAV eléctrico que puede trepar verticalmente. [73]

El circuito de eliminación de batería (BEC) se utiliza para centralizar la distribución de energía y, a menudo, alberga una unidad de microcontrolador (MCU). Los BEC de conmutación más costosos reducen el calentamiento en la plataforma.

Computación [ editar ]

La capacidad informática de los UAV siguió los avances de la tecnología informática, comenzando con los controles analógicos y evolucionando hacia los microcontroladores, luego el sistema en un chip (SOC) y las computadoras de placa única (SBC).

El hardware del sistema para vehículos aéreos no tripulados pequeños a menudo se denomina controlador de vuelo (FC), placa de controlador de vuelo (FCB) o piloto automático.

Sensores [ editar ]

Los sensores de posición y movimiento brindan información sobre el estado de la aeronave. Los sensores exteroceptivos manejan información externa como mediciones de distancia, mientras que los exproprioceptivos correlacionan estados internos y externos. [74]

Los sensores no cooperativos pueden detectar objetivos de forma autónoma, por lo que se utilizan para garantizar la separación y evitar colisiones. [75]

Los grados de libertad (DOF) se refieren tanto a la cantidad como a la calidad de los sensores a bordo: 6 DOF implica giroscopios y acelerómetros de 3 ejes (una unidad de medición inercial típica  - IMU), 9 DOF se refiere a una IMU más una brújula, 10 DOF agrega un barómetro y 11 DOF generalmente agrega un receptor GPS. [76]

Actuadores [ editar ]

Los actuadores UAV incluyen controladores de velocidad electrónicos digitales (que controlan las RPM de los motores) vinculados a motores / motores y hélices , servomotores (para aviones y helicópteros principalmente), armas, actuadores de carga útil, LED y altavoces.

Software [ editar ]

Software UAV llamado pila de vuelo o piloto automático. El propósito de la pila de vuelo es obtener datos de los sensores, controlar los motores para garantizar la estabilidad del UAV y facilitar el control en tierra y la comunicación de planificación de la misión. [77]

Los UAV son sistemas en tiempo real que requieren una respuesta rápida a los datos cambiantes de los sensores. Como resultado, los UAV dependen de las computadoras de placa única para sus necesidades computacionales. Ejemplos de tales computadoras de placa única incluyen Raspberry Pis , Beagleboards , etc. blindados con NavIO , PXFMini , etc. o diseñados desde cero como NuttX , preemptive- RT Linux , Xenomai , Orocos-Robot Operating System o DDS-ROS 2.0 .

Descripción general de la pila de vuelos
CapaRequisitoOperacionesEjemplo
FirmwareTiempo criticoDesde el código de la máquina hasta la ejecución del procesador, acceso a la memoriaArduCopter-v1, PX4
MiddlewareTiempo criticoControl de vuelo, navegación, gestión de radio.PX4, Cleanflight, ArduPilot
Sistema operativoIntensivo en informáticaFlujo óptico, evitación de obstáculos, SLAM, toma de decisionesROS, Nuttx, distribuciones de Linux, Microsoft IOT

Las pilas de código abierto de uso civil incluyen:

  • ArduCopter
  • CrazyFlie
  • KKMultiCopter
  • MultiWii
    • BaseFlight (bifurcado de MultiWii)
      • CleanFlight (bifurcado de BaseFlight)
        • BetaFlight (bifurcado de CleanFlight)
        • iNav (bifurcado de CleanFlight)
        • RaceFlight (bifurcado de CleanFlight)
  • OpenPilot
    • dRonin (bifurcado de OpenPilot)
    • LibrePilot (bifurcado de OpenPilot)
    • TauLabs (bifurcado de OpenPilot)
  • Paparazzi
  • Piloto automático PX4
    • DroneCode (organización paraguas que gestiona PX4 dentro de la Fundación Linux )

Debido a la naturaleza de código abierto del software UAV, se pueden personalizar para adaptarse a aplicaciones específicas. Por ejemplo, investigadores de la Universidad Técnica de Košice han reemplazado el algoritmo de control predeterminado del piloto automático PX4. [78] Esta flexibilidad y esfuerzo de colaboración ha llevado a una gran cantidad de diferentes pilas de código abierto, algunas de las cuales se bifurcan de otras, como CleanFlight, que se bifurca desde BaseFlight y de las cuales se bifurcan otras tres pilas.

Principios de bucle [ editar ]

Bucles de control de vuelo típicos para un multirotor

Los UAV emplean arquitecturas de control de circuito abierto, circuito cerrado o híbridas.

  • Lazo abierto  : este tipo proporciona una señal de control positiva (más rápida, más lenta, izquierda, derecha, arriba, abajo) sin incorporar retroalimentación de los datos del sensor.
  • Circuito cerrado  : este tipo incorpora retroalimentación de sensor para ajustar el comportamiento (reducir la velocidad para reflejar el viento de cola, moverse a una altitud de 300 pies). El controlador PID es común. A veces, se emplea feedforward , lo que transfiere la necesidad de cerrar aún más el ciclo. [79]

Controles de vuelo [ editar ]

Los UAV pueden programarse para realizar maniobras agresivas o aterrizar / posarse en superficies inclinadas, [80] y luego escalar hacia mejores puntos de comunicación. [81] Algunos UAV pueden controlar el vuelo con diferentes modelos de vuelo, [82] [83] como los diseños VTOL.

Los UAV también pueden implementar posarse en una superficie vertical plana. [84]

Comunicaciones [ editar ]

La mayoría de los vehículos aéreos no tripulados utilizan una radio para el control remoto y el intercambio de video y otros datos . Los primeros vehículos aéreos no tripulados solo tenían un enlace ascendente de banda estrecha . Los enlaces descendentes llegaron más tarde. Estos enlaces de radio bidireccionales de banda estrecha transportaban datos de mando y control (C&C) y de telemetría sobre el estado de los sistemas de la aeronave al operador remoto. Para vuelos de muy largo alcance, los vehículos aéreos no tripulados militares también utilizan receptores de satélite como parte de los sistemas de navegación por satélite . En los casos en que se requiera transmisión de video, los UAV implementarán un enlace de radio de video analógico separado.

En la mayoría de las aplicaciones de UAV modernas, se requiere transmisión de video. Entonces, en lugar de tener 2 enlaces separados para C&C, telemetría y tráfico de video, se usa un enlace de banda ancha para transportar todo tipo de datos en un solo enlace de radio. Estos enlaces de banda ancha pueden aprovechar las técnicas de calidad de servicio para optimizar el tráfico C&C para una baja latencia. Por lo general, estos enlaces de banda ancha transportan tráfico TCP / IP que se puede enrutar a través de Internet.

La señal de radio del lado del operador puede emitirse desde:

  • Control terrestre: un ser humano que opera un transmisor / receptor de radio , un teléfono inteligente, una tableta, una computadora o el significado original de una estación de control terrestre militar (GCS) . Recientemente también se demostró el control de dispositivos portátiles , [85] reconocimiento de movimiento humano , ondas cerebrales humanas [86] .
  • Sistema de red remoto, como enlaces de datos dúplex por satélite para algunas potencias militares . [87] El vídeo digital descendente a través de redes móviles también ha entrado en los mercados de consumo, [88] mientras que el enlace ascendente de control directo de UAV sobre la malla celular y LTE se ha demostrado y está en fase de prueba. [89]
  • Otro avión, que sirve como relevo o estación de control móvil: equipo militar tripulado y no tripulado (MUM-T). [90]
  • Un protocolo MAVLink se está volviendo cada vez más popular para transportar datos de comando y control entre el control de tierra y el vehículo.

A medida que las redes móviles han aumentado en rendimiento y confiabilidad a lo largo de los años, los drones han comenzado a utilizar redes móviles para comunicarse. Las redes móviles se pueden utilizar para seguimiento de drones, pilotaje remoto, actualizaciones por aire [91] y computación en la nube. [92]

El subtono 4 del canal 4 de PMR446 (walkie-talkie) está reservado para la comunicación de voz entre pilotos.

Los estándares de redes modernos han considerado explícitamente los drones y, por lo tanto, incluyen optimizaciones. El estándar 5G ha exigido una latencia reducida del plano del usuario a 1 ms mientras utiliza comunicaciones ultra confiables y de baja latencia. [93]

Autonomía [ editar ]

Conceptos básicos del control autónomo

La OACI clasifica las aeronaves sin tripulación como aeronaves pilotadas a distancia o totalmente autónomas. [94] Los UAV reales pueden ofrecer grados intermedios de autonomía. Por ejemplo, un vehículo que se pilota de forma remota en la mayoría de los contextos puede tener una operación autónoma de retorno a la base.

La autonomía básica proviene de los sensores propioceptivos. La autonomía avanzada requiere conciencia de la situación, conocimiento sobre el entorno que rodea a la aeronave a partir de sensores externos: la fusión de sensores integra información de múltiples sensores. [74]

Principios básicos [ editar ]

Una forma de lograr el control autónomo emplea múltiples capas de bucle de control, como en los sistemas de control jerárquico . A partir de 2016, los bucles de capa baja (es decir, para el control de vuelo) marcan tan rápido como 32.000 veces por segundo, mientras que los bucles de nivel superior pueden realizar un ciclo una vez por segundo. El principio es descomponer el comportamiento de la aeronave en "fragmentos" manejables, o estados, con transiciones conocidas. Los tipos de sistemas de control jerárquico van desde scripts simples hasta máquinas de estados finitos , árboles de comportamiento y planificadores de tareas jerárquicos . El mecanismo de control más común utilizado en estas capas es el controlador PID que se puede utilizar para lograr el vuelo estacionario de un quadcopter utilizando datos delIMU para calcular entradas precisas para los controladores de velocidad electrónicos y motores. [ cita requerida ]

Ejemplos de algoritmos de capa media:

  • Planificación de la ruta: determinación de la ruta óptima a seguir por el vehículo mientras se cumplen los objetivos y las limitaciones de la misión, como obstáculos o requisitos de combustible.
  • Generación de trayectorias ( planificación del movimiento ): determinación de las maniobras de control a realizar para seguir una ruta determinada o ir de un lugar a otro [95] [96]
  • Regulación de trayectoria: restringir un vehículo dentro de cierta tolerancia a una trayectoria

Los planificadores de tareas jerárquicos de UAV evolucionados utilizan métodos como búsquedas de árboles de estado o algoritmos genéticos . [97]

Funciones de autonomía [ editar ]

Grados de autonomía del UAV

Los fabricantes de vehículos aéreos no tripulados a menudo incorporan operaciones autónomas específicas, como:

  • Autonivelación: estabilización de actitud en los ejes de cabeceo y balanceo.
  • Retención de altitud: la aeronave mantiene su altitud mediante presión barométrica y / o datos de GPS.
  • Estacionar / mantener la posición: Mantenga el cabeceo y el balanceo nivelados, el rumbo y la altitud de guiñada estables mientras mantiene la posición utilizando GNSS o sensores inerciales.
  • Modo sin cabeza: control de cabeceo relativo a la posición del piloto en lugar de relativo a los ejes del vehículo.
  • Sin preocupaciones: control automático de balanceo y guiñada mientras se mueve horizontalmente
  • Despegue y aterrizaje (usando una variedad de aeronaves o sensores y sistemas terrestres; ver también: Autoland )
  • A prueba de fallas: aterrizaje automático o regreso a casa en caso de pérdida de la señal de control
  • Regreso a casa: Vuele de regreso al punto de despegue (a menudo ganando altitud primero para evitar posibles obstrucciones intermedias, como árboles o edificios).
  • Sígueme: mantenga la posición relativa a un piloto en movimiento u otro objeto utilizando GNSS, reconocimiento de imágenes o baliza de referencia.
  • Navegación por puntos de ruta GPS: uso de GNSS para navegar a una ubicación intermedia en una ruta de viaje.
  • Órbita alrededor de un objeto: similar a Sígueme pero rodeando continuamente un objetivo.
  • Acrobacias aéreas preprogramadas (como rollos y bucles)

Funciones [ editar ]

La autonomía total está disponible para tareas específicas, como el reabastecimiento de combustible en el aire [98] o el cambio de batería en tierra; pero las tareas de nivel superior exigen mayores capacidades de cálculo, detección y actuación. Un enfoque para cuantificar las capacidades autónomas se basa en la terminología OODA , como sugirió un Laboratorio de Investigación de la Fuerza Aérea de los EE . UU. En 2002 , y se utiliza en la tabla siguiente: [99]

Gráfico de niveles de control autónomo de Estados Unidos
NivelDescriptor de nivelObservarOrientarDecidiractuar
Percepción / conciencia situacionalAnálisis / CoordinaciónToma de decisionesCapacidad
10Totalmente autónomoConsciente de todo dentro del espacio de batallaCoordenadas según sea necesarioCapaz de total independenciaRequiere poca orientación para hacer el trabajo
9Conocimiento del enjambre del espacio de batallaInferencia del espacio de batalla: intención de uno mismo y de los demás (aliados y enemigos).

Entorno complejo / intenso: seguimiento a bordo

Metas de grupo estratégicas asignadas

Estrategia enemiga inferida

Planificación grupal táctica distribuida

Determinación individual del objetivo táctico

Planificación / ejecución de tareas individuales

Elige objetivos tácticos

Logro grupal de la meta estratégica sin asistencia de supervisión
8Conocimiento del espacio de batallaInferencia de proximidad: intención de uno mismo y de los demás (aliados y enemigos)

Reduce la dependencia de datos externos

Metas de grupo estratégicas asignadas

Tácticas enemigas inferidas

ATR

Planificación grupal táctica coordinada

Planificación / ejecución de tareas individuales

Elija el objetivo de la oportunidad

Logro grupal de la meta estratégica con mínima asistencia de supervisión

(ejemplo: ir a cazar SCUD)

7Conocimiento del espacio de batallaConocimiento de pistas cortas: historia y espacio de batalla predictivo

Datos en un rango, período de tiempo y números limitados

Inferencia limitada complementada con datos externos

Metas grupales tácticas asignadas

Trayectoria enemiga estimada

Planificación / ejecución de tareas individuales para cumplir con los objetivos.Logro grupal de objetivos tácticos con mínima asistencia de supervisión.
6Tiempo real

Cooperación de varios vehículos

Conciencia a distancia: detección a bordo de largo alcance,

complementado con datos externos

Metas grupales tácticas asignadas

Trayectoria enemiga detectada / estimada

Planificación y ejecución coordinada de la trayectoria para cumplir con los objetivos: optimización del grupoLogro grupal de objetivos tácticos con mínima asistencia de supervisión.

Posible: separación cercana del espacio aéreo (+/- 100yds) para AAR, formación en condiciones sin amenaza

5Tiempo real

Coordinación de varios vehículos

Conciencia detectada: sensores locales para detectar a otros,

Fusionada con datos externos

Plan de grupo táctico asignado

RT Health Diagnosis Capacidad para compensar la mayoría de fallas y condiciones de vuelo;

Capacidad para predecir la aparición de fallas (p. Ej., Administración de salud pronóstica)

Diagnóstico grupal y gestión de recursos

Replanificación de trayectoria a bordo: optimiza las condiciones actuales y predictivas

Evitación de colisiones

Autocumplimiento del plan táctico asignado externamente

Separación del espacio aéreo de vehículos medianos (cientos de yardas)

4Adaptativo a fallas / eventos

Vehículo

Conciencia deliberada: los aliados comunican datosPlan de grupo táctico asignado

Reglas de compromiso asignadas

Diagnóstico de salud RT; Capacidad para compensar la mayoría de fallas y condiciones de vuelo: cambios en el circuito interno reflejados en el rendimiento del circuito externo

Replanificación de trayectoria a bordo: impulsada por eventos

Autogestión de recursos

Desconflicto

Autocumplimiento del plan táctico asignado externamente

Separación del espacio aéreo de vehículos medianos (cientos de yardas)

3Respuesta robusta a fallas / eventos en tiempo realHistorial de salud / estado y modelosPlan de grupo táctico asignado

RT Health Diagnosis (¿Cuál es el alcance de los problemas?)

Capacidad para compensar la mayoría de fallas y condiciones de vuelo (es decir, control de bucle interno adaptativo)

Evaluar el estado frente a las capacidades de misión requeridas

Abortar / RTB es insuficiente

Autocumplimiento del plan táctico asignado externamente
2Misión cambianteSensores de estado / saludDiagnóstico RT Health (¿tengo problemas?)

Replanificación externa (según sea necesario)

Ejecute planes preprogramados o cargados

en respuesta a la misión y las condiciones de salud

Autocumplimiento del plan táctico asignado externamente
1Ejecutar planificado previamente

Misión

Datos de misión precargados

Control de vuelo y detección de navegación

BIT antes / después del vuelo

Estado del informe

Planes de aborto y misión preprogramadosRequisitos de separación del espacio aéreo amplio (millas)
0Remotamente

Pilotado

Vehículo

Detección de control de vuelo (actitud, tasas)

Cámara de nariz

Datos telemedidos

Comandos de piloto remoto

N / AControl por piloto remoto

Los niveles medios de autonomía, como la autonomía reactiva y los niveles altos de autonomía cognitiva, ya se han alcanzado en cierta medida y son campos de investigación muy activos.

Autonomía reactiva [ editar ]

Ver también: teoría del control perceptual

La autonomía reactiva, como el vuelo colectivo, la prevención de colisiones en tiempo real , el seguimiento de paredes y el centrado de pasillos, se basa en las telecomunicaciones y la conciencia de la situación proporcionada por los sensores de alcance: flujo óptico , [100] lidars (radares de luz), radares , sonares .

La mayoría de los sensores de rango analizan la radiación electromagnética que se refleja en el entorno y llega al sensor. Las cámaras (para flujo visual) actúan como receptores simples. Los lidares, radares y sonares (con ondas sonoras mecánicas) emiten y reciben ondas, midiendo el tiempo de tránsito de ida y vuelta. Las cámaras UAV no requieren emitir energía, lo que reduce el consumo total.

Los radares y sonares se utilizan principalmente para aplicaciones militares.

La autonomía reactiva ya ha llegado en algunas formas a los mercados de consumo: puede estar ampliamente disponible en menos de una década. [74]

Niveles autónomos de vanguardia (2013) para sistemas existentes

Localización y mapeo simultáneos [ editar ]

SLAM combina la odometría y los datos externos para representar el mundo y la posición del UAV en él en tres dimensiones. La navegación al aire libre a gran altitud no requiere grandes campos de visión verticales y puede depender de las coordenadas GPS (lo que hace que sea un mapeo simple en lugar de SLAM). [101]

Dos campos de investigación relacionados son la fotogrametría y LIDAR, especialmente en entornos 3D de baja altitud e interiores.

  • SLAM fotogramétrico y estereofotogramétrico en interiores se ha demostrado con cuadricópteros. [102]
  • Se han probado las plataformas Lidar con plataformas láser tradicionales pesadas, costosas y cardadas. La investigación intenta abordar el costo de producción, la expansión de 2D a 3D, la relación potencia-rango, el peso y las dimensiones. [103] [104] Las aplicaciones LED de búsqueda de rango se comercializan para capacidades de detección de baja distancia. La investigación investiga la hibridación entre la emisión de luz y la potencia de cálculo: moduladores de luz espacial de matriz en fase , [105] [106] y láseres emisores de superficie de cavidad vertical sintonizable MEMS de onda continua modulada en frecuencia (FMCW) (VCSEL). [107]

Enjambre [ editar ]

Más información: robótica Swarm

El enjambre de robots se refiere a redes de agentes capaces de reconfigurarse dinámicamente a medida que los elementos entran o salen de la red. Proporcionan mayor flexibilidad que la cooperación de múltiples agentes. El enjambre puede abrir el camino a la fusión de datos. Algunos enjambres de vuelo de inspiración biológica utilizan comportamientos de dirección y agrupaciones. [ aclaración necesaria ]

Potencial militar futuro [ editar ]

En el sector militar, los depredadores y segadores estadounidenses están hechos para operaciones antiterroristas y en zonas de guerra en las que el enemigo carece de potencia de fuego suficiente para derribarlos. No están diseñados para resistir defensas antiaéreas o combates aire-aire . En septiembre de 2013, el jefe del Comando de Combate Aéreo de EE . UU. Declaró que los vehículos aéreos no tripulados actuales eran "inútiles en un entorno en disputa" a menos que hubiera aviones tripulados para protegerlos. Un servicio de investigación del Congreso de 2012(CRS) en el informe especuló que en el futuro, los UAV podrían realizar tareas más allá de la inteligencia, la vigilancia, el reconocimiento y los ataques; el informe de CRS enumeró el combate aire-aire ("una tarea futura más difícil") como posibles empresas futuras. La hoja de ruta integrada de sistemas no tripulados del Departamento de Defensa para el año fiscal 2013-2038 prevé un lugar más importante para los UAV en combate. Los problemas incluyen capacidades extendidas, interacción humano-UAV, manejo de un mayor flujo de información, mayor autonomía y desarrollo de municiones específicas para UAV. El proyecto de DARPA de sistemas de sistemas, [108] o el trabajo de General Atomics pueden augurar escenarios de guerra futuros, este último revelando enjambres de Avenger equipados conSistema de defensa de área de láser líquido de alta energía (HELLADS). [109]

Radio cognitiva [ editar ]

La tecnología de radio cognitiva [ aclaración necesaria ] puede tener aplicaciones UAV. [110]

Capacidades de aprendizaje [ editar ]

Los UAV pueden explotar redes neuronales distribuidas . [74]

Mercado [ editar ]

Militar [ editar ]

Artículo principal: Vehículo aéreo de combate no tripulado.

A partir de 2020, diecisiete países tienen vehículos aéreos no tripulados armados y más de 100 países utilizan vehículos aéreos no tripulados con capacidad militar. [111] El mercado mundial de vehículos aéreos no tripulados militares está dominado por empresas con sede en los Estados Unidos e Israel. En cifras de ventas, EE. UU. Tenía más del 60% de participación en el mercado militar en 2017. Cuatro de los cinco principales fabricantes de vehículos aéreos no tripulados militares son estadounidenses, incluidos General Atomics , Lockheed Martin , Northrop Grumman y Boeing , seguidos por la empresa china CASC . [112]Las empresas de Israel se centran principalmente en el sistema de vehículos aéreos no tripulados de vigilancia pequeños y, por cantidad de drones, Israel exportó el 60,7% (2014) de los vehículos aéreos no tripulados en el mercado, mientras que Estados Unidos exportó el 23,9% (2014); Los principales importadores de vehículos aéreos no tripulados militares son el Reino Unido (33,9%) y la India (13,2%). Solo Estados Unidos operó más de 9.000 vehículos aéreos no tripulados militares en 2014. [113] General Atomics es el fabricante dominante con la línea de productos de sistemas Global Hawk y Predator / Mariner.

Civil [ editar ]

El mercado de drones civiles está dominado por empresas chinas. El fabricante chino de drones DJI solo tenía el 74% de la participación del mercado civil en 2018, sin que ninguna otra empresa representara más del 5%, y con 11 mil millones de dólares pronosticados en ventas globales en 2020. [114] Tras un mayor escrutinio de sus actividades, el Interior de EE. UU. El Departamento puso en tierra su flota de drones DJI en 2020, mientras que el Departamento de Justicia prohibió el uso de fondos federales para la compra de DJI y otros UAV fabricados en el extranjero. [115] [116] A DJI le siguen la empresa china Yuneec , la empresa estadounidense 3D Robotics y la empresa francesa Parrot con una brecha significativa en la cuota de mercado. [117]En marzo de 2018, más de un millón de vehículos aéreos no tripulados (878.000 aficionados y 122.000 comerciales) se registraron en la FAA de EE. UU. 2018 NPD apunta a que los consumidores compran cada vez más drones con características más avanzadas con un crecimiento del 33 por ciento en los segmentos de mercado de $ 500 + y $ 1000 +. [118]

El mercado de vehículos aéreos no tripulados civiles es relativamente nuevo en comparación con el militar. Están surgiendo empresas tanto en países desarrollados como en desarrollo al mismo tiempo. Muchas startups en etapa inicial han recibido apoyo y financiamiento de inversionistas como es el caso en los Estados Unidos y de agencias gubernamentales como es el caso de India. [119] Algunas universidades ofrecen programas o títulos de investigación y formación. [120] Las entidades privadas también ofrecen programas de formación en línea y presenciales para uso comercial y recreativo de vehículos aéreos no tripulados. [121]

Los drones de consumo también son ampliamente utilizados por organizaciones militares en todo el mundo debido a la naturaleza rentable del producto de consumo. En 2018, el ejército israelí comenzó a usar las series de UAV DJI Mavic y Matrice para misiones de reconocimiento ligero, ya que los drones civiles son más fáciles de usar y tienen una mayor confiabilidad. Los drones DJI son también el sistema aéreo no tripulado comercial más utilizado que ha empleado el Ejército de los EE. UU. [122] [123] La policía china también ha utilizado drones de vigilancia DJI en Xinjiang desde 2017. [124] [125]

El mercado mundial de vehículos aéreos no tripulados alcanzará los 21.470 millones de dólares EE.UU., y el mercado indio tocará la marca de los 885,7 millones de dólares EE.UU. para 2021. [126]

Los drones iluminados están comenzando a usarse en exhibiciones nocturnas con fines artísticos y publicitarios. [ cita requerida ]

Transporte [ editar ]

La AIA informa que los drones grandes de carga y pasajeros deben certificarse e introducirse en los próximos 20 años. Se esperan drones grandes con sensores a partir de 2018; cargueros de corta distancia y baja altitud fuera de las ciudades a partir de 2025; vuelos de carga de larga distancia para mediados de la década de 2030 y luego vuelos de pasajeros para 2040. El gasto debería aumentar de unos pocos cientos de millones de dólares en investigación y desarrollo en 2018 a 4.000 millones de dólares para 2028 y 30.000 millones de dólares para 2036. [127]

Agricultura [ editar ]

Artículo principal: Drone agrícola

A medida que la demanda mundial de producción de alimentos crece exponencialmente, los recursos se agotan, las tierras de cultivo se reducen y la mano de obra agrícola es cada vez más escasa, existe una necesidad urgente de soluciones agrícolas más convenientes e inteligentes que los métodos tradicionales, y la industria de la robótica y los drones agrícolas está aumentando. se espera que avance. [128] Se han utilizado drones agrícolas en áreas como África para ayudar a construir una agricultura sostenible. [129]

Aplicación de la ley [ editar ]

Artículo principal: Uso de vehículos aéreos no tripulados en la aplicación de la ley

La policía puede usar drones para aplicaciones como búsqueda y rescate y monitoreo del tráfico . [130]

Consideraciones de desarrollo [ editar ]

Imitación animal - etología [ editar ]

Los ornitópteros de alas batientes , que imitan pájaros o insectos, son un campo de investigación en microUAV . Su sigilo inherente los recomienda para misiones de espionaje.

El Nano Hummingbird está disponible comercialmente, mientras que los microUAV de menos de 1g inspirados en las moscas, aunque utilizan una correa de sujeción, pueden "aterrizar" en superficies verticales. [131]

Otros proyectos incluyen "escarabajos" sin tripulación y otros insectos. [132]

La investigación está explorando sensores de flujo óptico en miniatura, llamados ocellis , que imitan los ojos de insectos compuestos formados a partir de múltiples facetas, que pueden transmitir datos a chips neuromórficos capaces de tratar el flujo óptico y las discrepancias de intensidad de la luz.

Resistencia [ editar ]

Motor UEL UAV-741 Wankel para operaciones de UAV
Tiempo de vuelo contra la masa de drones pequeños (menos de 1 kg) [74]

La resistencia del UAV no está limitada por las capacidades fisiológicas de un piloto humano.

Debido a su pequeño tamaño, bajo peso, baja vibración y alta relación potencia / peso, los motores rotativos Wankel se utilizan en muchos vehículos aéreos no tripulados grandes. Los rotores de sus motores no se pueden atascar; el motor no es susceptible al enfriamiento por choque durante el descenso y no requiere una mezcla de combustible enriquecida para enfriar a alta potencia. Estos atributos reducen el uso de combustible, aumentando el alcance o la carga útil.

El enfriamiento adecuado de los drones es esencial para la resistencia a largo plazo de los drones. El sobrecalentamiento y la posterior falla del motor es la causa más común de falla de los drones. [133]

Las celdas de combustible de hidrógeno , que utilizan energía de hidrógeno, pueden extender la resistencia de los vehículos aéreos no tripulados pequeños, hasta varias horas. [134] [135] [136]

La resistencia de los micro vehículos aéreos se logra hasta ahora mejor con UAV de alas batientes, seguidos por aviones y multirrotores en último lugar, debido al menor número de Reynolds . [74]

Los UAV solares-eléctricos, un concepto originalmente defendido por AstroFlight Sunrise en 1974, han logrado tiempos de vuelo de varias semanas.

Los satélites atmosféricos alimentados por energía solar ("atmósferas") diseñados para operar a altitudes superiores a 20 km (12 millas o 60.000 pies) durante cinco años podrían realizar tareas de forma más económica y con más versatilidad que los satélites de órbita terrestre baja . Las aplicaciones probables incluyen monitoreo del clima , recuperación de desastres , imágenes de la tierra y comunicaciones.

Los UAV eléctricos que funcionan con transmisión de energía de microondas o rayos de energía láser son otras posibles soluciones de resistencia. [137]

Otra aplicación para un UAV de alta resistencia sería "mirar" un campo de batalla durante un intervalo largo (ARGUS-IS, Gorgon Stare, Integrated Sensor Is Structure) para registrar eventos que luego podrían reproducirse al revés para rastrear las actividades del campo de batalla.

Vuelos largos de resistencia
UAV
Horas de tiempo de vuelo : minutos		FechaNotas
Boeing cóndor58:111989El avión se encuentra actualmente en el Museo de Aviación Hiller .

[138]

Mosquito Atómico General40:001992[139] [140]
TAM-538:5211 de agosto de 2003UAV más pequeño para cruzar el Atlántico

[141]

QinetiQ Zephyr Solar Electric54:00Septiembre de 2007[142] [143]
RQ-4 Global Hawk33:0622 de marzo de 2008Establezca un récord de resistencia para una aeronave sin tripulación operativa a gran escala. [144]
QinetiQ Zephyr Solar Electric82:3728 a 31 de julio de 2008[145]
QinetiQ Zephyr Solar Electric336: 229 a 23 de julio de 2010[146]

Fiabilidad [ editar ]

Las mejoras de confiabilidad apuntan a todos los aspectos de los sistemas UAV, utilizando técnicas de ingeniería de resiliencia y tolerancia a fallas .

La confiabilidad individual cubre la robustez de los controladores de vuelo, para garantizar la seguridad sin redundancia excesiva para minimizar el costo y el peso. [147] Además, la evaluación dinámica de la envolvente de vuelo permite UAV resistentes a los daños, utilizando análisis no lineales con bucles diseñados ad hoc o redes neuronales. [148] La responsabilidad del software UAV se inclina hacia el diseño y las certificaciones del software de aviónica tripulado . [149]

La resiliencia del enjambre implica mantener las capacidades operativas y reconfigurar las tareas en caso de fallas de la unidad. [150]

Aplicaciones [ editar ]

Artículo principal: Lista de aplicaciones de vehículos aéreos no tripulados

Existen numerosas aplicaciones civiles, comerciales, militares y aeroespaciales para UAV. [7] Estos incluyen:

General
Recreación , socorro en casos de desastre , arqueología , conservación de la biodiversidad y el hábitat , aplicación de la ley , crimen y terrorismo .
Comercial
Vigilancia aérea , realización de películas , periodismo , investigación científica , topografía , transporte de carga , minería , manufactura , silvicultura , cultivo solar , energía térmica , puertos y agricultura .
Militar
Reconocimiento , ataque , desminado y práctica de tiro

UAV existentes [ editar ]

Artículo principal: Lista de vehículos aéreos no tripulados
Ver también: Categoría: Fabricantes de vehículos aéreos no tripulados

Muchos países de todo el mundo están desarrollando y desplegando UAV. Debido a su amplia proliferación, no existe una lista completa de sistemas UAV. [58] [151]

La exportación de vehículos aéreos no tripulados o tecnología capaz de transportar una carga útil de 500 kg al menos 300 km está restringida en muchos países por el Régimen de Control de Tecnología de Misiles .

Seguridad y protección [ editar ]

Ver también: Lista de incidentes relacionados con UAV
Póster del Departamento de Agricultura de EE. UU. Advirtiendo sobre los riesgos de volar vehículos aéreos no tripulados cerca de incendios forestales

Tráfico aéreo [ editar ]

Los UAV pueden amenazar la seguridad del espacio aéreo de numerosas formas, incluidas colisiones involuntarias u otras interferencias con otras aeronaves, ataques deliberados o distrayendo a los pilotos o controladores de vuelo. El primer incidente de colisión de un avión no tripulado ocurrió a mediados de octubre de 2017 en la ciudad de Quebec, Canadá. [152] El primer caso registrado de colisión de un dron con un globo de aire caliente ocurrió el 10 de agosto de 2018 en Driggs, Idaho , Estados Unidos; aunque no hubo daños significativos en el globo ni heridas a sus 3 ocupantes, el piloto del globo informó del incidente a la NTSB , indicando que "Espero que este incidente ayude a crear una conversación de respeto por la naturaleza, el espacio aéreo y las reglas y regulaciones. ". [153]En eventos recientes, los vehículos aéreos no tripulados que vuelan hacia o cerca de los aeropuertos los cierran durante largos períodos de tiempo. [154]

Los organismos reguladores de todo el mundo están desarrollando soluciones de gestión del tráfico de sistemas de aeronaves no tripuladas para integrar mejor los UAV en el espacio aéreo. [155]

Uso malicioso [ editar ]

Los UAV podrían cargarse con cargas útiles peligrosas y estrellarse contra objetivos vulnerables. Las cargas útiles pueden incluir explosivos, peligros químicos, radiológicos o biológicos. Los UAV con cargas útiles generalmente no letales podrían posiblemente ser pirateados y utilizados con fines maliciosos. Los estados están desarrollando sistemas anti-UAV para contrarrestar esta amenaza. Sin embargo, esto está resultando difícil. Como dijo el Dr. J. Rogers en una entrevista a A&T: "Existe un gran debate en este momento sobre cuál es la mejor manera de contrarrestar estos pequeños UAV, ya sea que los utilicen los aficionados que causan un poco de molestia o de una manera más de manera siniestra por parte de un actor terrorista ". [156]

Para 2017, se estaban utilizando drones para lanzar contrabando en las cárceles. [157] Los drones causaron una interrupción significativa en el aeropuerto de Gatwick durante diciembre de 2018 , lo que requirió el despliegue del ejército británico. [158] [159]

Contrarrestar el sistema de aire no tripulado [ editar ]

Soldados del ejército italiano del 17º Regimiento de Artillería Antiaérea "Sforzesca" con un CPM-Drone Jammer portátil [2] en Roma
Más información: guerra electrónica

El uso malicioso de vehículos aéreos no tripulados ha llevado al desarrollo de tecnologías de sistemas aéreos no tripulados (C-UAS) como el Aaronia AARTOS que se han instalado en los principales aeropuertos internacionales. [160] [161] Los sistemas de misiles antiaéreos, como el Iron Dome , también se están mejorando con tecnologías C-UAS.

Vulnerabilidades de seguridad [ editar ]

El interés en la seguridad cibernética de los UAV se ha incrementado enormemente después del incidente de secuestro de la transmisión de video del UAV Predator en 2009, [162] donde militantes islámicos utilizaron equipos baratos y listos para usar para transmitir videos desde un UAV. Otro riesgo es la posibilidad de secuestrar o bloquear un UAV en vuelo. Varios investigadores de seguridad han hecho públicas algunas vulnerabilidades en vehículos aéreos no tripulados comerciales, en algunos casos incluso proporcionando código fuente completo o herramientas para reproducir sus ataques. [163] En un taller sobre vehículos aéreos no tripulados y privacidad en octubre de 2016, los investigadores de la Comisión Federal de Comercio demostraron que podían piratear tres cuadricópteros de consumo diferentes.y señaló que los fabricantes de vehículos aéreos no tripulados pueden hacer que sus vehículos aéreos no tripulados sean más seguros mediante las medidas de seguridad básicas de cifrar la señal de Wi-Fi y agregar protección con contraseña. [164]

Incendios forestales [ editar ]

En los Estados Unidos, volar cerca de un incendio forestal se castiga con una multa máxima de $ 25,000. No obstante, en 2014 y 2015, el apoyo aéreo de extinción de incendios en California se vio obstaculizado en varias ocasiones, incluso en Lake Fire [165] y North Fire . [166] [167] En respuesta, los legisladores de California presentaron un proyecto de ley que permitiría a los bomberos inhabilitar los vehículos aéreos no tripulados que invadieron el espacio aéreo restringido. [168] Posteriormente, la FAA exigió el registro de la mayoría de los vehículos aéreos no tripulados.

También se está investigando el uso de vehículos aéreos no tripulados para ayudar a detectar y combatir incendios forestales, ya sea a través de la observación o el lanzamiento de dispositivos pirotécnicos para iniciar los contrafuegos . [169]

Reglamento [ editar ]

Artículo principal: Regulación de vehículos aéreos no tripulados

Las preocupaciones éticas y los accidentes relacionados con UAV han llevado a las naciones a regular el uso de UAV.

Brasil [ editar ]

En 2017, [170] la Agencia Nacional de Aviación Civil (ANAC) reguló la operación de drones a través del Reglamento Brasileño de Aviación Civil Especial No. 94/2017 (RBAC-E No. 94/2017). La regulación de ANAC complementa las reglas de operación de drones establecidas por el Departamento de Control del Espacio Aéreo (DECEA) y la Agencia Nacional de Telecomunicaciones (ANATEL).

Canadá [ editar ]

En 2016, Transport Canada propuso la implementación de nuevas regulaciones que requerirían que todos los UAV de más de 250 gramos estuvieran registrados y asegurados y que los operadores debían tener una edad mínima y aprobar un examen para obtener una licencia. [171] Los reglamentos revisados ​​están en vigor a partir de junio de 2019. [172]

Irlanda [ editar ]

Artículo principal: Regulación de UAV en la República de Irlanda

La Autoridad de Aviación de Irlanda (IAA) exige que todos los UAV de más de 1 kg se registren con UAV que pesen 4 kg o más, lo que requiere una licencia emitida por la IAA. [173] [174]

Italia [ editar ]

La ENAC (Ente Nazionale per l'Aviazione Civile), es decir, la Autoridad de Aviación Civil Italiana para la regulación técnica, certificación, supervisión y control en el campo de la aviación civil, emitió el 31 de mayo de 2016 un reglamento muy detallado para todos los UAV, determinando qué tipos de vehículos se pueden utilizar, dónde, para qué fines y quién puede controlarlos. La regulación se ocupa del uso de UAV para uso comercial y recreativo. La última versión se publicó el 22 de diciembre de 2016. [175]

Japón [ editar ]

En 2015, la Oficina de Aviación Civil de Japón anunció que "UA / Drone" (se refiere a cualquier avión, helicóptero, planeador o aeronave que no pueden adaptarse a cualquier persona a bordo y puede ser de forma remota o automática pilotada) debe (A) no vuelan cerca o por encima aeropuertos, (B) no volar a más de 150 metros sobre la superficie del suelo / agua, (C) no volar sobre áreas urbanas y suburbios (por lo que solo se permiten áreas rurales ). El UA / drone debe operarse manualmente y en la línea visual de visión (VLOS ) y así. El UA / drone no debe volar cerca de edificios o instalaciones importantes del país, incluidas las instalaciones nucleares. UA / drone debe seguir exactamente la Ley de Radio de Japón. [176]

México [ editar ]

A noviembre de 2019 , la Norma Oficial Mexicana NOM-107-SCT3-2019 y el memorando CO AV-23/10 R4 regulan el uso de UAV, o "aeronaves pilotadas a distancia", en México. [177]

Holanda [ editar ]

En mayo de 2016 , la policía holandesa está probando águilas calvas entrenadas para interceptar vehículos aéreos no tripulados infractores. [178] [179]

Sudáfrica [ editar ]

En abril de 2014, la Autoridad de Aviación Civil de Sudáfrica anunció que tomaría medidas drásticas contra el vuelo ilegal de vehículos aéreos no tripulados en el espacio aéreo sudafricano. [180] Se permiten "drones de afición" con un peso de menos de 7 kg en altitudes de hasta 500 m con línea de visión restringida por debajo de la altura del obstáculo más alto dentro de los 300 m del UAV. No se requiere licencia para dichos vehículos. [181]

Emiratos Árabes Unidos [ editar ]

Para volar un dron en Dubai, los ciudadanos deben obtener un certificado de no objeción de la Autoridad de Aviación Civil de Dubai (DCAA). Este certificado se puede obtener en línea. [182]

Reino Unido [ editar ]

Artículo principal: Regulación de UAV en el Reino Unido

A partir de diciembre de 2018, los vehículos aéreos no tripulados de 20 kilogramos (44 libras) o menos deben volar dentro de la vista del operador. En áreas construidas, los UAV deben estar a 150 pies (46 m) de distancia de las personas y no pueden sobrevolar grandes multitudes o áreas construidas. [183]

En julio de 2018, se convirtió en ilegal volar un UAV a más de 400 pies (120 m) y volar dentro de 1 kilómetro (0,62 millas) de aviones, aeropuertos y aeródromos.

A partir del 30 de noviembre de 2019, cualquier persona que vuele un dron de entre 250 gramos y 20 kilogramos de peso debe registrarse en la Autoridad de Aviación Civil (CAA). Los pilotos requieren una identificación de volante, y aquellos que controlan el dron requieren una identificación de operador. Las regulaciones se aplican tanto a los usuarios aficionados como a los profesionales. [184]

Estados Unidos [ editar ]

Artículo principal: Regulación de UAV en Estados Unidos.

Uso recreativo [ editar ]

Desde el 21 de diciembre de 2015, todos los vehículos aéreos no tripulados de tipo hobby de entre 250 gramos y 25 kilogramos debían registrarse en la FAA [185] a más tardar el 19 de febrero de 2016. [186]

El nuevo proceso de registro de UAV de la FAA incluye requisitos para:

  • Todos los drones deben estar registrados, excepto aquellos que pesen .55 libras o menos (menos de 250 gramos) y vuelen exclusivamente bajo la Excepción para Voladores Recreativos. [187]
  • Si el propietario tiene menos de 13 años, uno de los padres u otra persona responsable debe realizar el registro de la FAA.
  • Los UAV deben estar marcados con el número de registro emitido por la FAA. [188]
  • La tarifa de inscripción es de $ 5. El registro es válido por 3 años y se puede renovar por 3 años adicionales a la tarifa de $ 5. [189]
  • Un solo registro se aplica a todos los UAV propiedad de un individuo. El no registrarse puede resultar en multas civiles de hasta $ 27,500 y multas criminales de hasta $ 250,000 y / o encarcelamiento por hasta tres años. [190]

El 19 de mayo de 2017, en el caso Taylor v. Huerta , [191] la Corte de Apelaciones de los Estados Unidos para el Circuito del Distrito de Columbia [192] sostuvo que las reglas de registro de drones de la FAA de 2015 violaban la Ley de Reforma y Modernización de la FAA de 2012 . Según la decisión del tribunal, aunque los operadores comerciales de drones están obligados a registrarse, los operadores recreativos no. [193] El 25 de mayo de 2017, una semana después de la decisión de Taylor , la senadora Dianne Feinstein presentó S. 1272, la Ley de federalismo de drones de 2017 , [194] en el Congreso.

Uso comercial [ editar ]

El 21 de junio de 2016, la Administración Federal de Aviación anunció regulaciones para la operación comercial de pequeñas embarcaciones UAS (sUAS), aquellas entre 0.55 y 55 libras (aproximadamente 250 g a 25 kg) incluida la carga útil. Las reglas, que excluyen a los aficionados, requieren la presencia en todas las operaciones de un piloto remoto al mando con licencia. La certificación de este puesto, disponible para cualquier ciudadano de al menos 16 años de edad, se obtiene únicamente al aprobar un examen escrito y luego presentar una solicitud. Para aquellos que tienen una licencia de piloto deportivo o superior, y con una revisión de vuelo actual, se puede realizar un examen específico de la regla sin cargo en línea en el sitio web faasafety.gov. Otros solicitantes deben realizar un examen más completo en un centro de pruebas aeronáuticas. Todos los titulares de licencias deben tomar un curso de revisión cada dos años.En este momento, no hay calificaciones disponibles para UAS más pesados.[195]

La operación comercial por derecho se restringió a la luz del día, la línea de visión, menos de 100 mph, menos de 400 pies y espacio aéreo Clase G solamente, y no puede sobrevolar personas ni ser operado desde un vehículo en movimiento. [196] Algunas organizaciones han obtenido una exención o certificado de autorización que les permite exceder estas reglas. [197] El 20 de septiembre de 2018, State Farm Insurance , en asociación con la Asociación de Aviación del Atlántico Medio de Virginia y el Programa Piloto de Integración de la FAA, se convirtió en el primero en los Estados Unidos en volar un UAV 'Beyond-Visual-Line-Of-Sight' (BVLOS) y sobre personas bajo una exención FAA Parte 107. El vuelo se realizó en Virginia Tech Kentland Farms fuera del campus de Blacksburg con un vehículo SenseFly eBee, el piloto al mando era Christian Kang, un empleado de State Farm Weather Catastrophe Claims Services (piloto de las Partes 107 y 61). [198] Además, la exención de CNN para vehículos aéreos no tripulados modificada para la prevención de lesiones para sobrevolar personas, mientras que otras exenciones permiten vuelos nocturnos con iluminación especial u operaciones sin visibilidad directa para agricultura o inspección de vías férreas. [199] Esto, en resumen, significa que los operadores de la Parte 107 podrán operar drones comercialmente sobre personas y por la noche sin obtener una exención de la FAA. [cita requerida ]

Antes de este anuncio, cualquier uso comercial requería una licencia de piloto completa y una exención de la FAA, de las cuales se habían otorgado cientos.

En preparación para mayores volúmenes de tráfico de drones, la FAA finalizó la regulación de identificación remota en diciembre de 2020, dando a los fabricantes 18 meses y a los operadores 30 meses para cumplir con el requisito de transmisiones de autoidentificación fuera de las áreas designadas. Al mismo tiempo, la FAA agregó una regla de Operaciones sobre personas y en la noche a la Parte 107. Las operaciones nocturnas requieren luces anticolisión y entrenamiento adicional de pilotos. Para vuelos sobre personas o vehículos en movimiento, los drones se clasifican en cuatro categorías según la capacidad de lesionar a las personas, y la categoría menos restringida tiene un certificado de aeronavegabilidad de la Parte 21 completo. [200]

Uso del gobierno [ editar ]

El uso de vehículos aéreos no tripulados con fines policiales está regulado a nivel estatal. [ cita requerida ]

En Oregon, las fuerzas del orden pueden operar drones no armados sin una orden judicial si hay motivos suficientes para creer que el entorno actual representa un peligro inminente para el cual el dron puede adquirir información o ayudar a las personas. De lo contrario, se debe adquirir una orden, con un período máximo de 30 días de interacción. [201]

Ver también [ editar ]

  • Drone de entrega
  • Drone en una caja
  • Concurso Internacional de Robótica Aérea
  • Lista de películas con drones
  • Vehículo micro aéreo
  • Insecto volador micromecánico
  • UAV en miniatura
  • ParcAberporth
  • Cuadricóptero
  • Aeronaves radiocontroladas
  • Proyecto Satellite Sentinel
  • Sistema de control táctico
  • Estación de control terrestre UAV
  • Vehículo submarino no tripulado
  • Brett Velicovich
  • Captura incidental humana

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Bibliografía [ editar ]

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Enlaces externos [ editar ]

Lectura adicional [ editar ]

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