Je to moucha! Je to Bug! Je to Mikroplán!

Téměř každý z nás si někdy přál být mouchou na zdi – ale nikdo nechce dostat plácnutí. Bezpečnější možností by mohlo být velení flotile inteligentních much, které by mohly vyhledávat a hlásit kritické informace, zatímco my zůstaneme bezpečně vzdáleni od nebezpečí. S touto myšlenkou nyní inženýři z Lincoln Laboratory na MIT vyvíjejí mikrovzdušné vozidlo – poloautonomní špionážní letadlo dostatečně malé, aby se vešlo do vaší dlaně.

Myšlenka vyrobit první miniaturní letadlo pro sběr zpravodajských informací na světě byla navržena před třemi lety v Lincoln Lab, kde výzkumníci hledali způsob, jak poskytnout přímý přístup k průzkumným datům pro vojáky sloužící v malých vojenských jednotkách, jako jsou ty, které jsou rozmístěny v městském prostředí. Představili si přenosný sledovací systém, který by mohl vojáky rychle informovat o hrozících, neviditelných nebezpečích. Například v městských oblastech by takový systém mohl vojákům umožnit vidět přes kopec a za roh, říká William R. Davis, který řídí program mikrovzdušných vozidel Lincoln Lab. Pokročilé verze mohou vyčuhovat jaderné, biologické a chemické zbraně v nepřátelském terénu, vyhodnocovat bitevní poškození nebo monitorovat krize rukojmích nebo patové situace ve stylu Waco.

Tento příběh byl součástí našeho vydání z října 1997

• Viz zbytek čísla
• předplatit

Agentura Defence Advanced Research Projects Agency (DARPA), založená převážně na konceptech nastíněných v Lincoln Lab, zahájila tento rok program v hodnotě 35 milionů dolarů na vývoj prototypů mikrovzdušných vozidel, přičemž si vyžádala předběžné návrhy od průmyslu a akademické obce. Mezi organizace soutěžící o financování patří univerzitní laboratoře, jako je Georgia Tech Research Institute (GTRI), letecké společnosti a malé podniky.

DARPA zároveň poskytla společnosti Lincoln Lab počáteční finanční prostředky na vývoj plně funkčního prototypu, jehož dokončení výzkumníci očekávají do tří let. Prototyp vozidla vážící dvě unce a měřící méně než šest palců na délku a šířku bude létat rychlostí 20 až 30 mil za hodinu, bude pracovat v okruhu až 3 mil (limit se vztahuje k očekávanému dosahu komunikačního systému vozidla) a zůstanou ve vzduchu až hodinu. Musí mít také průzkumné a navigační schopnosti.

Celkově vzato, říká Milan Vilajenik, který vede inženýrskou divizi Lincoln Lab, bude to létající čip.

Vzhledem k jeho těsným omezením velikosti a hmotnosti nebude snadné dostat tento létající čip ze země a udržet jej tam. Jak zmenšujete velikost, vysvětluje Vilajenik, stávající technologie je příliš velká. Většina subsystémů bude muset být vyvinuta.

Prvním úkolem je vytvořit účinný design křídla, který dokáže poskytnout dostatečný vztlak a dostatečně nízký odpor pro vozidlo v tomto rozsahu velikostí, ve kterém se aerodynamické chování liší od chování větších a rychlejších letadel. Tým Lincoln Lab vypočítal, že vznášející se plavidlo s rotorovými listy by vyžadovalo asi dvojnásobný výkon než vozidlo s pevnými křídly. Aby se minimalizovaly požadavky na energii, tým vyhodnocuje několik konfigurací s pevnými křídly využívajícími vrtule pro pohon, říká programový manažer Davis.

Ale Robert J. Englar, hlavní výzkumný inženýr na Georgia Tech, tvrdí, že ani s vrtulí nebude konvenční křídlo generovat dostatečný vztlak, aby udrželo velmi malé, pomalé vozidlo v pohybu přes rušivé proudění vzduchu, se kterým se pravděpodobně setká. Georgia Tech předložila návrh, o kterém Englar odmítá diskutovat, ale Sam Blankenship, koordinátor GTRI's Microflyer Program, říká, že inženýři se možná nakonec budou muset podívat na mávající křídla malých ptáků a hmyzu jako modely pro energeticky účinný let.

Silný pohonný systém může kompenzovat nedostatky v aerodynamickém výkonu, poznamenává Davis, ale výkonnější pohonné jednotky budou pravděpodobně vážit více a konstruktéři chtějí vyhradit hmotnost pro senzory shromažďující data a komunikační systémy. Tým Lincoln Lab zjistil, že v požadovaném malém měřítku by proudové motory spotřebovaly příliš mnoho paliva, zatímco zdroje energie, jako jsou baterie, by vážily příliš mnoho a poskytovaly příliš málo energie. Inženýři Lincoln Lab označili spalovací motory a palivové články za nejslibnější krátkodobé alternativy a doufají, že během jednoho až dvou let vytvoří miniaturizované verze spalovacích motorů.

Spolu s robustním pohonným systémem potřebuje malé vozidlo systém řízení letu, aby dokázalo udržet svůj kurz tváří v tvář turbulenci vzduchu nebo náhlým poryvům větru. Vzhledem k tomu, že letadlo bude cestovat mimo dohled vojáků a může se setkat s rychle se měnícími letovými podmínkami, voják nemůže řídit vozidlo jako model letadla, říká Davis. Jeho tým zjistil, že při provádění manévrů se prototyp může spolehnout na malá zařízení – senzory, které měří rychlost letadla, zrychlení a atmosférický tlak, a elektrické ovladače, které pohybují aerodynamickými plochami letadla.

Davis poukazuje na to, že sofistikované mikrovýrobní techniky umožňují vyrábět senzory a akční členy s nízkými požadavky na energii ve velmi malém měřítku. Jak však vývoj mikroplánů dospívá, konstruktéři očekávají, že tato drobná zařízení, která používají pohyblivé části a musí být namontována samostatně, nahradí mikroelektromechanickými systémy – vysoce přesnými systémy, které připomínají počítačové čipy a jsou vyráběny metodami podobnými výrobě mikroobvodů. Ty by mohly být zabudovány do křídla mikroletadla, čímž by se ušetřila drahocenná hmotnost a poskytla by se efektivnější kontrola.

Nakonec výzkumníci z Lincolnu plánují vyvinout velmi malý zobrazovací systém pro vozidlo a přenosnou pozemní stanici – přenosný počítač a malou parabolickou komunikační anténu – pro přenos fotografií. Představují si dvougramovou kameru viditelného světla o velikosti jednoho krychlového centimetru umístěnou pod letadlem a pořizující snímky s miliony pixelů – snímky dostatečně ostré, aby bylo možné identifikovat vojenská vozidla a personál z výšky 100 metrů. Výzvou při vývoji zobrazovacího systému není navrhnout nebo vyrobit jednotlivé komponenty, ale integrovat je bez překročení přísných omezení hmotnosti a výkonu.

Integrace tohoto těsně nabitého sortimentu průzkumu, pohonu, řízení letu a dalších subsystémů bude skutečně poslední překážkou, poznamenává Vilajenik. Konstruktéři mohou například muset izolovat vibrující spalovací motor produkující teplo od zobrazovacího systému citlivého na tato rušení a zabránit elektromagnetickému rušení mezi elektromotory a komunikační anténou.

Jak inženýři vyvíjejí způsoby, jak v průběhu příštího desetiletí nebo dvou vtěsnat více funkcí do menších balíčků, očekávají, že kapacita užitečného zatížení, výdrž a dojezd porostou. Tým Lincoln Lab si představuje pokročilá mikrovzdušná vozidla, která plní různé úkoly, jako je detekce chemických signatur nekonvenčních zbraní, nasazení stacionárních senzorů pro monitorování nehlídaných oblastí a zobrazování a nahrávání zvuků scén v budovách a kolem nich.

skrýt