Thiết bị không người lái NANO và MICRO-UAV

Bức ảnh cho thấy kích thước của nano-UAV Black Hornet 3 của công ty FLIR Systems. Hệ thống này đã đạt được thành công lớn, phiên bản đầu tiên của nó được quân đội Anh sử dụng ở Afghanistan.

Thị trường thiết bị bay không người lái hiện đang phát triển và gia tăng. Dựa trên trọng lượng cất cánh tối đa và chiều cao hoạt động của chúng, Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ đã chia các hệ thống này ra thành 5 nhóm.

Hệ thống nhóm 1 nặng dười 9 kg, nhóm 2 - nặng dưới 25 kg, nhóm 3 - lên tới 600 kg, còn nhóm 4 và 5 - hơn 600 kg. Các hệ thống thuộc nhóm 4 bay ở độ cao lên tới 5500 mét, trong khi chiều cao hoạt động của các hệ thống nhóm 5 là hơn 5500 mét.

Tất cả các UAV được xem xét trong bài viết này đều ở trong nhóm 1, nghĩa là có trọng lượng cất cánh từ 0 đến 9 kg, bao gồm nhiều loại hệ thống khác nhau và hoạt động tương tự như máy bay và máy bay trực thăng, và tất cả chúng đều được thả bằng tay.

Một số ít trong số những UAV này có thể được phân loại là nano. Đây là các hệ thống rất nhẹ, chủ yếu là có một cánh quạt.

Bất kỳ người lính nào cũng muốn có trong tay một hệ thống bay, có khả năng quan sát xung quanh và sau đó quay trở lại để thực hiện các nhiệm vụ tiếp theo, nhất là trọng lượng của nó và khối lượng của bộ phận vận hành kỹ thuật rất nhỏ.

Một người lính Úc đang điều khiển UAV trinh sát Black Hornet 3; toàn bộ tổ hợp bao gồm 2 UAV, trạm điều khiển mặt đất và pin dự phòng

Theo quy định, các lực lượng đặc biệt là những đơn vị đầu tiên nhận được các hệ thống công nghệ cao mới, sau này chúng mới được trang bị cho các đơn vị thông thường.

Tuy nhiên, trên thị trường quốc phòng, một số ít hệ thống UAV được các lực lượng đặc biệt sử dụng đầu tiên, và ngay lập tức chúng trở thành những món hàng bán chạy nhất.

Một số UAV lớn hơn một chút, không được xếp vào loại nano, có những đặc điểm khá đặc biệt, khiến chúng trở thành lựa chọn tuyệt vời không chỉ cho các lực lượng đặc biệt mà còn cho các đơn vị khác.

Nano Hummingbird, được chế tạo bởi công ty AeroVironment vài năm trước, mô phỏng những con chim ruồi với đôi cánh có thể vỗ được để giữ thiết bị trong không trung

Trước khi bắt đầu mô tả các hệ thống hiện có, chúng ta hãy xem những gì có thể có trong tương lai, mặc dù ngày nay nhiều thứ có thể được coi là thuộc lĩnh vực khoa học viễn tưởng hơn là thực tế.

Vào năm 2011, công ty AeroVironment đã nghiên cứu chế tạo Nano Hummingbird, một loài chim cất cánh thẳng đứng với trọng lượng cất cánh tối đa là 19 gram, với sải cánh 160 mm, có thể giữ nó ở trên không trung.

Tất nhiên, đây là một bộ máy rất phức tạp, bắt đầu từ bộ phận cơ học và hệ thống điện tử và kết thúc bằng một kênh truyền dữ liệu.

Tại Phòng thí nghiệm của Draper Charles Stark, người ta đã đi theo một con đường khác. Họ cho rằng không có loại nano-UAV mô tả côn trùng nào hiệu quả và cơ động hơn loại UAV giống như chuồn chuồn.

Vào tháng 1 năm 2017, có thông báo rằng chương trình DragonflEye, do công ty này thực hiện cùng với Viện Y khoa Howard Hughes, đã đạt được một số tiến bộ trong việc điều khiển “chuồn chuồn” bằng một chiếc ba lô tí hon, trong đó kết hợp công nghệ điều hướng, sinh học tổng hợp và công nghệ thần kinh, và nó sẽ gửi tín hiệu điều khiển đến “chuồn chuồn”.

Ngày nay, công nghệ của hệ thống mô phỏng theo mô hình chim hoặc côn trùng chưa sẵn sàng tiến tới thành công lớn trong thương mại, nhưng chắc chắn sẽ đến lúc chúng sẽ tìm thấy những người biết sử dụng chúng.

Các nano-UAV hiện tại chủ yếu sử dụng công nghệ máy bay trực thăng, cung cấp khả năng cất và hạ cánh theo phương thẳng đứng.

Nano-UAV giống chuồn chuồn DragonflEye - đứa con tinh thần của Phòng thí nghiệm Draper

Vào tháng 1 năm 2017, Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ đã đưa ra yêu cầu cung cấp thông tin có tên gọi là Soldier Borne Sensor Unmanned Aircraft Systems (cảm biến đeo trên người lính, hệ thống máy bay không người lái), mục đích là để thu thập thông tin cho một chương trình dự định trong tương lai.

Lần này, mục tiêu là triển khai các hệ thống này trong quân đội chính quy để cung cấp khả năng giám sát cho các tiểu đội và trung đội độc lập. Trên thị trường hiện không có nhiều hệ thống như vậy để đáp ứng yêu cầu của Mỹ, được công bố vào tháng 1 năm 2018 tại một cuộc họp gọi là “Ngày Công nghiệp”.

Trong số đó, có UAV bay lơ lửng ở độ cao vừa phải trong thời gian ít nhất là 15 phút, ba lần bay lên với pin được sạc đầy trong điều kiện gió nhẹ, trọng lượng tối đa của thiết bị là 250 gram, trọng lượng tối đa của toàn bộ tổ hợp là 1,36 kg.

Ngoài ra, người ta cũng xem xét đến các yêu cầu phát hiện 90% những vật thể có kích thước giống con người từ cự li 50 mét trong điều kiện ban đêm, cộng với thời gian huấn luyện tối đa là 16 giờ. Hệ thống sẽ lưu giữ hình ảnh và video, rồi truyền hình ảnh đó cho người lính để sử dụng ngay lập tức.

Ngoài ra, tiêu chí lựa chọn còn bao gồm những chú dẫn về hình ảnh và âm thanh, phạm vi bay thẳng và các thông số khác chưa được đặt tên. Bảy công ty và tổ chức đến dự cuộc họp giao ban, nhưng các đối thủ cạnh tranh chính đã nhanh chóng rút xuống chỉ còn 3 công ty tham gia là AeroVironment, InstantEye Robotics và FLIR Systems.

Để đáp ứng các yêu cầu của chương trình Soldier Borne Sensor của Hoa Kỳ, công ty AeroVironment đã chế tạo một UAV hình vuông “Snipe” nặng 150 gram. Sau khi tiến hành đăng ký sản phẩm, việc chế tạo đã bị dừng lại.

Vào cuối tháng 11 năm 2016, công ty FLIR Systems đã mua lại công ty Roh Dynamics AS của Na Uy với giá 134 triệu đô la.

Đây là một trong những công ty tiên phong trong lĩnh vực nano-UAV, được thành lập vào cuối năm 2007 với mục đích phát triển các UAV nhỏ nhất trên thế giới, được thiết kế cho người dùng chuyên nghiệp.

Phiên bản đầu tiên được gọi là Black Hornet (ong đen-ND), xuất hiện vào năm 2012 và sau khi phiên bản mới xuất hiện, nó được đặt tên là Black Hornet 1.

“Thiết bị bay dựa trên công nghệ hoàn toàn mới, nhưng phạm vi bay của nó bị giới hạn chỉ ở 600 mét, tuy nhiên thời gian bay kéo dài 15 phút”, một đại diện của FLIR Systems cho biết.

Khách hàng đầu tiên là Quân đội Anh, có nhu cầu cấp thiết triển khai những UAV PD-100 Black Hornet đầu tiên vào năm 2012 tại Afghanistan. Điều này đã trở thành một mục quan trọng trong hồ sơ theo dõi về nano-UAV của Na Uy.

Sau đó, vào năm 2015, phiên bản thứ hai Black Hornet 2 đã được chế tạo và giới thiệu. "Nó dựa trên cùng một nền tảng, nhưng nhiều cải tiến đã được thực hiện liên quan đến bộ phận cảm biến, phạm vi hoạt động và sự độ ổn định khi trời gió"

Một động cơ có mức tiêu thụ điện năng thấp hơn đã được cài đặt trên thiết bị, kết hợp với dung lượng pin tăng, giúp tăng phạm vi bay, đồng thời tăng phạm vi của kênh truyền dữ liệu.

Ngoài ra, phiên bản Black Hornet 2T cũng đã được chế tạo, trên đó có cài đặt máy chụp ảnh nhiệt của công ty FLIR. Đây là sản phẩm chung đầu tiên của hai công ty. Hệ thống Black Hornet 2, do có những ưu điểm rõ ràng của nó, đã được nhiều khách hàng đặt mua.

Nguyên mẫu Black Hornet VRS của FLIR Systems được cài đặt trên mô-đun khởi động mặt đất. Các mô-đun này có thể dễ dàng tích hợp vào bất kỳ loại máy nào.

Sau khi xem xét việc khởi động một chương trình ưu tiên tiềm năng ở Hoa Kỳ, cũng như việc quân đội Hoa Kỳ đặt mua nhiều máy bay không người lái hơn các quốc gia khác, FLIR cho rằng đáng để đầu tư nhiều hơn vào lĩnh vực hệ thống nano, do đó họ đã mua lại công ty Ргох Dynamics.

Sau khi sáp nhập, tài trợ cho các dự án đầy hứa hẹn này đã tăng lên đáng kể, dẫn đến việc một UAV mới là Black Hornet 3 ra đời. Được thiết kế bởi Peter Muren - cha đẻ của Black Hornet, thiết bị vẫn giữ nguyên hệ thống máy bay trực thăng, nhưng thiết kế cánh quạt đã được sửa đổi hoàn toàn.

Bệ phóng hiện đã trở thành một mô-đun hoàn chỉnh, pin rời và có thêm nhiều nhiệm vụ khác nhau cho phép nhanh chóng cấu hình lại máy bay không người lái. Trạm cơ sở thế hệ mới đã nhận được một loạt các cải tiến, cả về máy móc lẫn phần mềm.

Trọng lượng của thiết bị Black Hornet 3 với một cánh quạt có đường kính 123 mm gấp đôi so với sản phẩm trước đó và nặng 33 gram, giúp UAV có thể bay trong không gian trong vòng 25 phút và khoảng cách tối đa là 2 km.

Máy bay không người lái có tốc độ lên tới 6 m / s và có thể bay trong môi trường có tốc độ gió lên tới 15 hải lý (gió giật tới 20 hải lý), cũng như trong điều kiện mưa nhỏ.

Đối với các cảm biến, UAV này được trang bị thiết bị chụp ảnh nhiệt FLIR Lepton và máy quay video có độ phân giải cao và có khả năng chụp ảnh. Thiết bị chụp ảnh nhiệt có ma trận kích thước160x120 và cường độ 12 micron hoạt động trong phạm vi 8-14 micron và có trường quan sát 57 độx 42 độ, kích thước của nó là 10,5x12,7x7,14 mm và trọng lượng của nó chỉ có 0,9 gram.

Hai camera ban ngày tùy thuộc vào cấu hình, cung cấp độ phân giải tương ứng của video là 680x480 và ảnh là 1600x1200, có khả năng chồng hình ảnh từ camera ban ngày và ban đêm.

Máy bay không người lái NanoHawk do công ty Aeraccess chế tạo

Sự đổi mới chính trong Black Hornet 3 là nó có thể bay ngay cả khi không có tín hiệu GPS. “Chúng tôi tiếp tục phát triển cơ hội này, vì nó vẫn có tiềm năng cho nhiều cải tiến”, - một đại diện của công ty cho biết.

UAV này có 4 chế độ bay: bay lơ lửng và quan sát tự động và điểu khiển bằng tay; bay theo hành trình định trước và các điểm được người điều khiển chọn; tự động quay lại khi mất liên lạc.

Vị đại diện của công ty nói thêm: “Chúng tôi liên tục cập nhật phần mềm để giảm tải gánh nặng nhận thức cho người vận hành”.

Hệ thống này, được biết đến với tên gọi Black Hornet 3 PRS (Personal Reconnaissance System - Hệ thống trinh sát cá nhân) được tích hợp với phần mềm ATAC (Android Tactical Assault Kit - Bộ công cụ tấn công chiến thuật Android) của Hoa Kỳ.

Hệ thống Black Hornet 3 hoàn chỉnh có trọng lượng dưới 1,4 kg, bao gồm 2 UAV, bộ điều khiển bằng tay và màn hình video. Máy bay không người lái Black Hornet 3 được 35 quốc gia đặt mua, trong đó những quốc gia mua nhiều nhất là Hoa Kỳ, Úc và Pháp.

Vào tháng 11 năm 2018, Pháp đã công bố đặt mua thiết bị này với tổng số tiền lên tới 89 triệu đô la, và vài ngày sau Hoa Kỳ cũng đã ký hợp đồng đầu tiên với giá 39 triệu đô la. Vào tháng 4 năm 2019, Vương quốc Anh đã ký một hợp đồng trị giá 1,8 triệu đô la trong khuôn khổ chương trình ​​mua sắm cấp tốc.

Vào mùa hè năm 2019, Quân đội Hoa Kỳ đã nhận được các hệ thống PRS Black Hornet 3 đầu tiên cho Sư đoàn Dù 82, được triển khai tại Afghanistan. Những nano-UAV này được sử dụng để thu thập thông tin và trinh sát cho các tiểu đội và trung đội.