Bezzałogowe statki latające w usługach kurierskich

Mateusz Hejduk,         Piotr Kardasz

Międzynarodowa Wyższa Szkoła Logistyki i Transportu we Wrocławiu, ul. Sołtysowicka 19B, 51-168 Wrocław

Abstrakt

Drony, a właściwie Bezzałogowe Systemy Latające (UAV ang. Unmanned Aerial Vehicle lub UAS Unmanned Aerial Systems) to statki powietrzne, które są zdolne do wykonywania lotów bez pilota, ani pasażerów na pokładzie. Sterowanie odbywa się zdalnie za pomocą fal radiowych lub  autonomicznie, (z wcześniej ustaloną trasą). Pojęcie dron nie definiuje wielkości ani rodzaju napędu maszyny [1]. Prekursorami UAV są statki powietrzne służące głównie w służbach mundurowych: wojsku oraz policji. Pierwszymi krajami, które rozpoczęły badania nad bezzałogowcami były Stany Zjednoczone, Wielka Brytania, Rosja, Niemcy oraz Izrael już w latach 40. XX wieku.  Ich cywilne odpowiedniki mogą pochwalić się znacznie krótszą historią. Znaczące przyspieszenie w badaniach nad rozwojem cywilnych zastosowań dronów możemy obserwować od około roku 2007.  Obecnie drony są popularne wśród amatorów kupujących gotowe lub budujących swoje własne z zakupionych części oraz profesjonalistów wykorzystujących je głównie do robienia zdjęć i nagrywania filmów oraz mapowania terenów rolnych, przemysłowych, monitorowania przestrzeni publicznej. Pojawiają się również pomysły użycia dronów na ciągle rozwijającym się rynku usług kurierskich i pocztowych.

Słowa kluczowe: drony, autonomiczne pojazdy, bezzałogowce, wielowirnikowce, usługi kurierskie, poczta

 

Pełna treść Artykułu wraz z poprawnym formatowaniem dostępna jest w wersji PDF 4/2015 czasopisma - dostęp dla osób zalogowanych

 

 Wstęp

W każdej gałęzi transportu implementowane są inteligentne systemy, których celem jest zoptymalizowanie, zapewnienie ciągłości ruchu, ostrzeganie o możliwych trudnościach i awariach, jednak dopóki decydującym czynnikiem jest człowiek, odsetek sytuacji niestandardowych będzie stosunkowo wysoki. Docelowym stanem rozwoju takich systemów jest autonomizacja pojazdów. Człowiek byłby wówczas jedynie operatorem lub kontrolerem parametrów pojazdu. Czynnikiem sprzyjającym rozwijaniu samodzielnych pojazdów jest taniejąca technologia. Jeżeli maszyna będzie równie wydajna co człowiek, będzie popełniała mniej błędów, a na dodatek w długim okresie czasu będzie od niego tańsza, przedsiębiorca z pewnością się na nią zdecyduje. Stąd pomysł automatyzacji i autonomizacji środków transportu. Koncerny takie jak Volvo oraz Google za cel postawiły sobie stworzenie kompletnie niezależnych samochodów, które wykorzystując różnego rodzaju czujniki oraz kamery są w stanie poruszać się po drogach bez ingerencji człowieka. Pierwsze prototypy jeżdżą po drogach Stanów Zjednoczonych. Podobne tendencje można zaobserwować w transporcie lotniczym.

Bezzałogowce w przeszłości


        Pierwszy raz bezzałogowy pojazd latający zastosowali Austriacy w  sierpniu 1849 roku. Użyte wówczas zostały znane wówczas od niemal 150 lat balony. Celem było włoskie miasto Wenecja, a balony, które miały posłużyć jako bomby, były wypakowane materiałami wybuchowymi. Koncept polegał na wypuszczeniu balonów jak najbliżej planowanego miejsca zrzutu. Kierowane przez wiatr miały lecieć w kierunku Wenecji. Po wleceniu w przestrzeń nad miastem balony miały zostać zestrzelone przy użyciu energii elektromagnetycznej i spaść na miasto powodując śmierć i zniszczenia. Pomimo długiego okresu przygotowywań, projekt okazał się w dużej mierze porażką. Część balonów rozbiła się jeszcze przed wleceniem na teren miasta nie czyniąc szkód, a część została cofnięta przez wiatr i zniesiona za austriacką linię frontu, szkodząc samym twórcom. Średnica każdego z około 200 balonów na ciepłe powietrze wynosiła 6,9m. Każdy z nich przenosił 14 kg ładunków wybuchowych[1]. Pomimo niepowodzenia koncept bezzałogowego lotnictwa był innowacyjny, wyprzedzał swoją epokę.
        
Wiek XX był obfity w badania nad lotami bezzałogowymi. Najmocniej nad wypracowaniem takiego rozwiązania pracowały kraje takie jak: Niemcy, Wielka Brytania oraz USA. Jako jeden z wielu przykładów takich prac może posłużyć samolot automatyczny Hewitt Sperry. Konstruktorami byli Elmer Sperry, osoba zajmująca się doskonaleniem żyroskopów na potrzeby amerykańskiej marynarki wojennej oraz Peter Hewitt wynalazca rozwijający urządzenia do sterowania na falach radiowych. System sterowania składał się m.in. ze stabilizatora żyroskopowego, barometru oraz pokrewnych czujników do regulacji wysokości, serwomotorów i lotek. Dzięki takiemu kompletowi części każdy samolot, który zostałby w niego wyposażony, po starcie (wykonanym z wyciągu za innym samolotem lub z katapulty) pozwalał statkowi wzbić się na określoną wysokość, obrać ustalony wcześniej kurs, a po przebyciu określonego dystansu wykonać zadanie: zrzucić bomby lub zanurkować niszcząc wyznaczony cel. Zestaw tych urządzeń został zaprezentowany armii, lecz z racji wysokiej nieskuteczności pomysł został zarzucony[3]. Dzięki staraniom Sperry’ego, po wypowiedzeniu przez Stany Zjednoczone wojny Niemcom, naukowcy otrzymali pieniądze na dalszy rozwój projektu. Za cel postawiono nie tylko stworzenie samolotu w pełni  automatycznego ale również takiego, którym będzie można sterować za  pośrednictwem fal radiowych. w celach badawczych armia dostarczyła 7 wodolotów typu Curtiss N9. Wyniki badań zostały przedstawione w listopadzie 1917. Samolot wystartowany przez pilota, który po starcie opuścił maszynę, przeleciał 48km i zrzucił worek piasku z zadowalającą dokładnością 3km od celu. Pomimo dobrych wyników projekt budowy automatycznego samolotu został zepchnięty na dalszy tor. We wrześniu 1944 roku konstrukcja Sperry’ego została jednak wykorzystana w ataku na bazy okrętów  podwodnych m.in. w  Heligolandzie, w Niemczech.

Rys. 1 Samolot automatyczny Hewtit- Sperry
Źródło: http://blogs.mentor.com/jvandomelen/blog/tag/hewitt-sperry-automatic-airplane/



Bezzałogowce  obecnie

Poniższy artykuł przedstawia przykład bezzałogowców używanych przez wojsko oraz cywilnie.
Dron MQ-1 Predator to specjalny rodzaj UAV. Należy do rodziny UCAV, czyli Unmanned Combat Aerial Vehicle (ang. Bezzałogowy Bojowy Aparat Latający). Jego oblot datuje się na rok 1994. MQ-1 to oznaczenie kodowe wiele mówiące o maszynie. (M-oznaczenie samolotów wielozadaniowych, Q- oznaczenie bezzałogowców). w tym właśnie modelu nacisk położono głównie na narzędzia do obserwacji: kamery bardzo wysokiej rozdzielczości, termowizyjne i podczerwieni. Główne elementy składowe „Drapieżnika” (ang. Predator- drapieżnik)  to m.in. Czterocylindrowy silnik spalinowy Rotax o mocy 115 koni mechanicznych, anteny GPS, zestawy ogniw paliwowych oraz Zestaw kamer.  

 

Rys.  2 General Atomics Aeronautical Systems’ MQ-1 Predator
Żródło: ga-i.com/resources/library/var/resizes/Images/Aircraft-Platforms/Predator/DSC00649-mod.jpg dostęp:2014-12-17

Phantom Vision to dron zaprojektowany z myślą o amatorach fotografii oraz wideofilmowania. Jego producentem jest istniejąca od 2006 roku firma DJI Innovations założona w Chinach. Masa samolotu wraz z baterią wynosi 1160g. Ogniwo Litowo- Polimerowe o pojemności 5200 mAh napędzają cztery wirniki (stąd urządzenie jest zwane Quadrocopterem: quadro- z języka włoskiego cztery)  pozwalając  na skromne 25 minut nieprzerwanego lotu wraz za nagrywaniem.  Sterowanie odbywa się na falach radiowych o częstotliwości  5,8 GHz przy użyciu pilota. Skuteczny zasięg sterowania to 300m, a przy zastosowaniu wzmacniaczy sygnału nawet 1000m. Dzięki modułowi WiFi możliwa jest synchronizacja urządzenia z telefonem lub tabletem.

Rys. 3.  Phantom Vision 2
Źródło: http://www.dji.com/product/phantom-2-vision/features dostęp:2014-12-17


Rynek pocztowy


Na rynku usług pocztowych widać wyraźnie 3 trendy:

  • Wśród przesyłek Poczty Polskiej dominującym typem przesyłki, zarówno wolumenowo jak i wg przychodu są przesyłki listowe.
  • Największą cześć przychodu operatorów alternatywnych stanowiły przesyłki kurierskie.
  • Rynek usług pocztowych i kurierskich się rozwija. W stosunku do 2012 roku w  roku 2013 wartość rynku wzrosła o 27%. Operatorzy alternatywni zarobili o 66% więcej niż w roku poprzednim. Poczta Polska wygenerowała o 14% większe przychody.

Wnioski


Charakterystyka rynku usług pocztowych oraz jego dynamiczny rozwój sugeruje, że poszukiwane będą nowe rozwiązania mające na celu sprostaniu wymaganiom klientów. Jednym z takich rozwiązań mogą być drony. Takie rozwiązanie posiada wiele zalet:

  • Może ograniczyć koszt usługi (koszt produkcji drona jest stosunkowo niski)
  • Może przyspieszyć dostawę: prędkość lotu w mniejszym stopniu narażona jest na kongestie

Możliwość rozszerzenia usług do dostaw pizzy, zakupów itp.


Największe zagrożenie dla proponowanego rozwiązania to źródło zasilania. Nawet najbardziej zaawansowane akumulatory, pomijając ich znaczącą wagę, wystarczają na zaledwie 5- 10 minut lotu (przy obciążeniu rzędu 10kg). Dlatego dla rozwoju całej idei wykorzystania bezzałogowców w dostawach kurierskich krytyczny jest znaczący postęp na polu akumulatorów.
Zainteresowanie dronami takich potentatów jak chociażby Amazon jednoznacznie świadczy o tym, że drony już wkrótce staną się codziennością.


Rys.  4  Amazon Prime Air
Żródło: http://images.hngn.com/data/images/full/28177/amazon-looking-to-test-prime-air-delivery-drones.jpg; dostęp:2015-11-09

Literatura

[1]    International Civil Aviation Organization (ICAO). „Unmanned Aerial Systems Circular.” 2011.

[2]    Catterall, C., „The Hot Air Balloon Book.” wyd.Chicago Review Press, 16.

[3]     Pearson, L., „Developing the Flying Bomb.” wyd. Naval Air Systems Command, strona 71

Pełna treść Artykułu wraz z poprawnym formatowaniem dostępna jest w wersji PDF 4/2015 czasopisma - dostęp dla osób zalogowanych

 

Dodaj komentarz