Rozwój bezzałogowych statków powietrznych (dronów) postępuje w bardzo szybkim tempie, a ich nowe zastosowania stanowią wyzwania dla inżynierów. Nad nowymi możliwości technicznymi pracują naukowcy z Politechniki Śląskiej. Tydzień Latania jest dwudziestym pierwszym spośród 50 Tygodni w Mieście Nauki.

– Nowoczesne technologie i stosowanie coraz to nowszych materiałów w przemyśle lotniczym powoduje, że współczesne statki powietrzne (zarówno te załogowe, jak i bezzałogowe) mogą być traktowane jako wyznacznik postępu technologicznego w skali światowej – podkreśla dr hab. inż. Jarosław Kozuba, prof. Politechniki Śląskiej, ekspert w dziedzinie bezpieczeństwa lotniczego i techniki lotniczej oraz kurator Tygodnia Latania.

Powietrzny monitoring

Jednym z przykładów nowego zastosowania dronów jest diagnozowanie szczelności gazociągów. Opracowaniem takiego systemu wizyjnego (zamontowanego na śmigłowcu) zajmowali się naukowcy m.in. z Politechniki Śląskiej w projekcie pt. „Inteligentny system monitorowania obszarów wokół gazociągów do automatycznej detekcji i klasyfikacji anomalii infrastruktury gazowniczej (iDiaGaSys)”.

– Zgodnie z unijnymi przepisami, infrastruktura gazociągów wymaga stałej kontroli i sprawdzania otoczenia, w jakim się znajduje. Wraz z ciągłą rozbudową sieci gazowej, wzrasta więc zapotrzebowanie na systemy monitorujące, w tym na te mobilne i zdalne – podkreśla kierownik projektu dr hab. inż. Anna Timofiejczuk, prof. PŚ, dziekan Wydziału Mechanicznego Technologicznego Politechniki Śląskiej.

Opracowane rozwiązanie składa się z dwóch głównych elementów: systemu pomiarowego i systemu informatycznego. Trzon tego pierwszego stanowi urządzenie na podczerwień, które skanuje powierzchnię ziemi ze śmigłowca, a tego drugiego – oprogramowanie do przetwarzania zarejestrowanych danych.

– Bardzo istotnymi problemami podejmowanymi w projekcie było także dostosowanie i optymalizacja różnych konfiguracji monitorowania terenu za pomocą śmigłowca, co wymagało dostosowania opracowanych algorytmów planowania lotu i rejestracji danych, a także uwzględnienie parametrów związanych z otoczeniem i warunkami atmosferycznymi – dodaje naukowczyni.

Brak sygnału…

Innym przykładem zastosowania możliwości bezzałogowych systemów powietrznych jest badanie sygnałów telefonii komórkowej, aby określić ich dostępność dla użytkownika.

– Opracowany przez nas system pomiarowy pozwala na zarejestrowanie kierunku przychodzącego sygnału o maksymalnym poziomie oraz wartość tego sygnału, a to z kolei umożliwia weryfikację oceny dostępności sygnału z określonej stacji telefonii komórkowej dla określonego użytkownika – tłumaczy prof. dr hab. inż. Wiesław Pamuła z Katedry Systemów Transportowych, Inżynierii Ruchu i Logistyki na Wydziale Transportu i Inżynierii Lotniczej Politechniki Śląskiej.

Badania – w ramach projektu pt. „Zastosowanie bezzałogowych statków powietrznych do badania sygnałów telefonii komórkowej celem określenia ich dostępności dla użytkowników” – opierały się na zastosowaniu nowoczesnego skanera do analizy sieci komórkowej, zamontowanego na bezpilotowym statku powietrznym (dronie). Badacze pomiary przeprowadzili w dwóch różnych terenach (miejskim i wiejskim) oraz w różnych odległościach od masztów. Rozwiązanie może być wykorzystywane np. przez Urząd Komunikacji Elektronicznej.

Dron kontra ptaki

Drony coraz częściej są również wykorzystywane do monitoringu na rzecz poprawy bezpieczeństwa. Celem projektu pt. „Zastosowanie nowoczesnych technologii w ochronie lotnisk” była ochrona terenu lotniska przed ptakami oraz opracowanie skutecznej metody ich odstraszania, aby nie stanowiły zagrożenia dla lądujących i startujących samolotów.

Na wielozadaniową platformę nowoczesnego drona naukowcy zamontowali megafon (aerofon) o mocy rzeczywistej ok. 110 dB (to głośność np. piły łańcuchowej), który służył jako mobilna platforma do odstraszania ptaków na terenie lotniska.

– Dzięki możliwości szybkiego przemieszczania dron był w stanie pokonywać relatywnie duże odległości między stadami ptaków. Badania odbywały się zatem bez konieczności

korzystania zarówno z pojazdów samochodowych, jak i infrastruktury drogowej lotniska. System skutecznie płoszył duże stada ptaków, które znajdowały się w różnych rejonach

lotniska – wskazuje dr hab. inż. Jarosław Kozuba, prof. Politechniki Śląskiej, dyrektor Centrum Kształcenia Kadr Lotnictwa Cywilnego Europy Środkowo-Wschodniej na Politechnice Śląskiej.

Latać coraz wyżej i coraz dłużej

Osiągnie wysokich pułapów oraz wydłużenie czasu trwania lotu to jedne z największych wyzwań, jakie stoją przed inżynierami pracującymi nad doskonaleniem dronów. Dłuższe loty dają m.in. możliwość gromadzenia większej ilości danych i z większych obszarów.

Opracowaniem nowych rozwiązań w tym zakresie podjął się zespół badawczy pod kierunkiem prof. Wojciecha Moczulskiego z Katedry Podstaw Konstrukcji Maszyn na Wydziale Mechanicznym Technologicznym Politechniki Śląskiej.

Liderem konsorcjum, które realizowało projektu pt. „Long-Endurance UAV for assessing atmospheric pollution profiles – LEADER”, była Politechnika Śląska. W jego ramach naukowcy pod kierunkiem dr. hab. inż. Wojciecha Skarki, prof. PŚ opracowali innowacyjny projekt drona, który jest energooszczędny, lekki i dzięki temu z powodzeniem może gromadzić konkretne dane przez dłuższy czas i z wyższą rozdzielczością. To z kolei umożliwia np. profilowanie zanieczyszczeń atmosfery podczas autonomicznego lotu drona.

– Podczas lotów eksperymentalnych, które prowadzono w Norwegii za kołem polarnym oraz w północnej Polsce, uzyskano pomyślne wyniki. Badaliśmy zanieczyszczenie powietrza, stosując mobilny układ pomiarowy opracowany przez zespół pod kierunkiem prof. Krzysztofa Markowicza z Instytutu Geofizyki Uniwersytetu Warszawskiego – w szerokim zakresie przestrzeni i wysokości lotu. Docelowo nasze rozwiązanie ma służyć pomiarom długoterminowym – wyjaśnia prof. Wojciech Moczulski.

Dodaje, że planowane są dalsze badania na rzecz identyfikacji zmian klimatycznych, w których drony będą wykorzystane jako mobilna stacja do gromadzenia różnorodnych danych. Opracowany dron jest prototypem rozwiązania tzw. „pseudosatelity”, który może znaleźć szerokie zastosowania w nauce, obronności i gospodarce.

Autorka: Agnieszka Kliks-Pudlik

Pełny program Tygodnia Latania na stronie.