هواپیماهای بدون سرنشین (UAV) در مقایسه با هواگردهای سرنشین‌دار قابلیت‌های منحصر به فردی را ارائه می‌دهند. این قابلیت‌ها در UAVها به دلیل عدم وجود محدودیت‌هایی همچون تهدید جانی سرنشین‌ها یا حدود فیزیکی بدن انسان ایجاد می‌شود. حدود 20 سال است از این هواپیماها که محدوده وزنشان از چند ده گرم تا حدود 10 تن است، در گستره وسیعی از محیط‌های عملیاتی به کار گرفته می‌شوند. برای مثال نیروهای زمینی می‌توانند پهپادهای کوچک را بدون اینکه سایر تجهیزات خود را به جلو حرکت دهند، برای شناسایی موقعیت دشمن بفرستند. همچنین این هواپیماهای بدون سرنشین برای نیروهای پلیس و امنیت یک ابزار حیاتی هستند تا در طیف وسیعی از موقعیت‌ها مانند تظاهرات و عملیات ضد تروریستی نظارت بسیار دقیق داشته باشند.

در طی این سال‌ها UAVهایی با ابعاد و وزن متفاوت ساخته شده است که می‌توانند به عنوان یک ابزار عملیاتی در کاربردهای نظامی و غیرنظامی استفاده شوند. ناوبری، نظارت، شناسایی، حمله و دفاع از جمله کاربردهای نظامی این هواگردها محسوب می‌شوند. بکار‌گیری این UAVها برای نظارت‌های هوایی نیاز به حضور افراد در میدان جنگ و پرواز خلبانان را رفع می‌کنند. بنابراین بهره‌گیری از هواپیماهای بدون سرنشین در برنامه‌ریزی عملیات جنگی و پدافند نقش حیاتی داشته و به تصمیم‌گیران نهایی اطلاعات وضعیتی مناسبی را ارائه می‌کنند. همچنین آن‌ها به پشتیبانی نیروهای زمینی برای اطلاع‌رسانی و محافظت کمک می‌کنند. علاوه بر این پهپادها می‌توانند نظارت طولانی مدت و پایدار داشته باشند که برای برنامه‌های نظامی و شهری مناسب است.

ابعاد و وزن UAVها متناسب با کاربرد آن‌ها متغیر است. نمونه‌هایی از این هواگردها که برای عملیات‌های نظامی جنگی استفاده می‌شوند، معمولا در ارتفاع بالا (تا حدود 20 هزار متر) پرواز می‌کنند و این نیازمند ابعاد بزرگ و وزن زیاد هواگرد است. این پلتفرم‌ها در اصطلاح با عنوان «ارتفاع بالا- ماندگاری طولانی» یا [1]HALE نامگذاری می‌شوند. در کاربردهایی همچون شناسایی و نقشه‌برداری ارتفاع پرواز پرنده کم‌تر (حدود 10 هزار متر) و ابعاد آن نیز کوچک‌تر می‌شود. این دسته از پرنده‌های بدون سرنشین با عنوان MALE[2] شناخته می‌شوند. دسته دیگر UAVها که LALE[3] نامیده می‌شوند، می‌توانند تا ارتفاع 5 هزارمتر پرواز کرده و برای عملیات‌های تاکتیکی نظامی، شناسایی و تصویربرداری سیاه و سفید (در برخی کاربردها نیز امکان تصویر‌برداری رنگی وجود دارد) مورد استفاده قرار گیرند.

با کاهش ارتفاع عملیات UAV، معمولا از ابعاد و وزن آن نیز کاسته می‌شود. برای هواپیماهای بدون سرنشین کوچک (LASE[4]) که با نام «مینی پهپاد» نیز خوانده‌ می‌شوند، کاربردهای گوناگونی همچون تصویربرداری، نقشه‌برداری، نظارت و ارتباطات مخابراتی در نظر گرفته می‌شود. مینی پهپادها با وزنی بین 5 تا 50 کیلوگرم و برد پروازی بین 30 تا 80 کیلوگرم طراحی و توسعه داده می‌شوند. این پلتفرم‌ها دارای انواع مختلفی از حسگرهای الکترو نوری هستند که اجازه جمع‌آوری تصاویر و ویدئوها و همچنین تفسیر آن‌ها به صورت بلادرنگ در زمان ماموریت را می‌دهند. علاوه بر این کاربران به داده‌های تاکتیکی در مورد خود هواپیماهای بدون سرنشین (برای مثال مسیر پرواز، هشدارها و غیره) برای حداکثر کردن آگاهی موقعیتی دسترسی دارند.

مینی پهپادها

به دلیل هزینه اندک طراحی و ساخت و همچنین ابعاد کوچک مینی‌ پهپادها، این پلتفرم‌ها توانسته‌اند سهم عمده‌ای از این بازار هواپیماهای بدون سرنشین را به خود اختصاص دهند. در سال‌های گذشته رشد تولید آن‌ها در مقایسه با سایر UAVها چشمگیر بوده است و به طور مداوم کاربردهای جدید (چه در بخش نظامی و چه در بخش غیرنظامی) برایشان تعریف می‌شود. امکان حمل محموله‌هایی تا حدود 3 کیلوگرم باعث شده است تا این پلتفرم‌ها گزینه قابل اتکایی برای بسیاری از تحقیقات دانشگاهی و نظامی باشد. با این حال گسترش روز افزون مینی‌ پهپادها نگرانی‌هایی را نیز در رابطه با پرواز ایمن آن‌ها در حریم هوایی شهرها و مسیر پرواز هواپیماهای غیرنظامی و حتی نظامی ایجاد کرده است.

عملیات این پلتفرم‌ها به گونه‌ای است که باید حجم زیادی از اطلاعات از محیط اطراف جمع‌آوری شود. در مورد هواپیماهایی که پردازش اطلاعات را به صورت آفلاین انجام‌ می‌دهند، یکی از چالش‌های پیش‌ روی طراحان ایجاد یک فضای ذخیره‌سازی داده با حجم مناسب است. به لطف حافظه‌های حالت جامد، مینی‌ پهپادها می‌توانند تا چند ترابایت اطلاعات را نیز در سیستم‌های خود ذخیره کنند. این اطلاعات پس از اتمام عملیات پرنده، در روی زمین از سیستم‌های آن دریافت و پردازش‌های لازم انجام می‌شود. اما در مورد پلتفرم‌هایی که باید اطلاعات را به صورت بلادرنگ با ایستگاه‌های زمینی یا سایر هواگردها به اشتراک بگذارند، چالش اصلی ایجاد یک لینک داده مناسب است.

علاوه بر توجه به نیازهای امنیتی و پهنای باند مناسب، سیستم لینک داده باید نیازمندی‌های خاص مربوط به مینی‌ پهپادها مانند اندازه کوچک و محدودیت آن‌ها برای خودران بودن را برآورده کند. بنابراین این سیستم باید بسیار فشرده و سبک طراحی شده و مصرف انرژی در آن حداقل باشد.

در این بین شرکت تالس به خوبی توانسته است طرح‌های ابتکاری قانونی برای تسریع در ادغام این هواپیماها در فضای هوایی غیر نظامی ارائه کند. علاوه بر این تالس اخیرا محصولات ویژه‌ای در رابطه با سیستم‌های ناوبری و لینک داده برای UAVهایی با ابعاد کوچک ارائه کرده است. در ادامه با آخرین نسل از مینی پهپادهای شناسایی و نظارت تالس تحت عنوان Spy’Ranger آشنا خواهیم شد.

مینی پهپاد Spy’Ranger

شرکت تالس در اوایل سال 2016 هواپیمای بدون سرنشین کوچک Spy’Ranger را که توانایی انجام عمیات در میدان‌های جنگ و محیط‌های دشمن، در محدود‌‌ه‌های طولانی مدت و در طی روز و شب را دارد، با موفقیت آزمایش کرد. این مینی پهپاد از نوع بال ثابت است و بدنه فشرده و بال‌های سبک آن با استفاده از مواد کامپوزیتی دارای کربن بالا ساخته شده است. طول بال‌های هواپیما 9/3 متر است و در حالیکه حداکثر وزن برخاستن آن 14 کیلوگرم در نظر گرفته شده است، می‌تواند محموله‌هایی با وزن 2/1 کیلوگرم را حمل کند. این پهپاد می‌تواند به صورت اختیاری دارای تابشگر لیزری مادون قرمز[5]، قابلیت دست‌به‌دست شدن بین ایستگاه‌های زمینی و سیستم شبیه‌ساز سه بعدی باشد. پهپاد Spy’Ranger به موتور الکتریکی DC بدون جاروبک با کارایی بالا تجهیز شده است. استقامت عملیاتی این مینی پهپاد برای انجام ماموریت‌هایی تا مدت 3 ساعت و در محدوده 15 تا 30 کیلومتری است.

مینی پهپاد Spy’Ranger

در ابتدای فرایند پرواز یک دستگاه پرتاب‌کننده با وزن کم (از جنس کربن) مینی پهپاد را به آسمان شکیک می‌کند. بخشی از هواپیما نیز که در هنگام فرود با زمین برخورد می‌کند از جنس فوم بوده و قابل تعویض است. این قابلیت‌ها سبب می‌شود هواپیما بتواند در محیط‌های مختلف و حتی با وجود عوارض زمینی سخت، عملیات برخاست و فرود را انجام دهد.

Spy’Ranger تنها مینی پهپاد مجهز به سیستم تصویربرداری الکترونوری- مادون‌قرمز (EO/IR) در جهان است که قادر به انتقال این نوع تصاویر با کیفیت بالا و به صورت بلارنگ است. طراحی این سیستم توسط مهندسان تالس بعد از یک دهه تجربه از سیستم‌های مینی و میکرو پهپادها انجام شده است و به طور ویژه سطح‌های بالایی از پایداری را ارائه می‌دهد. سیستم‌های دقیق تصویربرداری و ارسال داده این مینی‌پهپاد امکان جمع‌آوری و ارسال بلادرنگ اطلاعات را از یک محیط عملیاتی به نیروی‌های زمینی با فاصله زیاد می‌دهد.

ساختار داخلی مینی پهپاد Spy’Ranger

در اواخر سال 2016 آژانس تدارکات دفاعی فرانسه در پی موفقیت Spy’Ranger در گذراندن تعدادی از آزمایش‌های پروازی، این هواپیمای بدون سرنشین کوچک را به عنوان پلتفرم اصلی در پروژه «سیستم‌های شناسایی مبتنی بر مینی پهپاد» خود در نظر گرفت. طبق قرارداد منعقد شده بین این آژانس و شرکت تالس، قرار است تا سال 2018 تالس نیروهای مسلح فرانسه را با بیش از 70 سیستم شناسایی مینی پهپاد تامین کند که هر کدام از این سیستم‌ها شامل سه مینی پهپاد Spy’Ranger، یک بخش زمینی و یک پشتیبان فنی مربوطه است. به لطف سامانه لینک داده مینیاتوری ایمن µTMA که در حال حاضر توسط تالس در حال توسعه است، مینی پهپادهای این شرکت از یک مزیت کلیدی تاکتیکی برخوردار می‌شوند و آن هم انتقال داده با سرعت بالا (5 مگابیت در ثانیه، تصاویر با کیفیت HDTV) و همچنین توانایی دید در شب و روز تا محدوده 30 کیلومتر است.

تالس این پلتفرم را سازگار با نرم‌افزار کنترل و فرمان Spy’C که ارتش فرانسه از آن برای هماهنگ‌سازی نیرو‌های خود استفاده می‌کند، توسعه داده است. مینی پهپاد Spy’Ranger با تفسیر و تحلیل داده‌های حاصل از چند حسگر، تصاویری را ارائه می‌دهد که می‌توانند به طور مستقیم در عملیات سیستم‌های C4I (فرمان، کنترل، کامپیوتر، ارتباطات و اطلاعات) برای برنامه‌ریزی ماموریت‌های اصلی و مانورهای چند- حسگری، مورد استفاده قرار گیرند.

مینی پهپاد Spy’Ranger  دارای یک لینک داده تاکتیکی رمزگذاری شده با سرعت بالا است که امکان انتقال امن تصاویر و ویدئوی با کیفیت جمع‌آوری شده توسط حسگرهای جانبی را به ایستگاه زمینی به صورت بلادرنگ تا فاصله 30 کیلومتری می‌دهد. این مینی پهپاد اهداف را به صورت بلادرنگ شناسایی و موقعیت‌سنجی می‌کند. کیفیت بالای سیستم تصویربرداری و نشانگر لیزری آن مکان دقیق یک هدف را نشان می‌دهد. داده‌های جغرافیایی به صورت خودکار به این تصاویر اضافه می‌شوند تا اطلاعات بتوانند بلافاصله توسط سیستم‌های کنترل آتش (توپخانه، خمپاره، هواپیما و غیره) برای محافظت از نیروهای زمینی و به دست آوردن مزیت تاکتیکی استفاده شوند.

کنترل این هواپیما می‌تواند به دو صورت خلبان خودکار یا کمک خلبان زمینی انجام شود. در حالتی که هواپیما از روی زمین کنترل می‌شود، خلبان از طریق یک سیستم نرم‌افزاری قدرتمند با داده‌های جغرافیایی که داخل ایستگاه زمینی قرار دارد، به پرنده دستورات را اعمال می‌کند. در حالت خلبان خودکار تمام فرایند‌های پرواز (از برخاستن تا فرود) به طور خودکار انجام می‌شود.

ایستگاه زمینی دارای یک دستگاه لپ‌تاپ قدرتمند است که داده‌های ارسالی از هواپیما را همراه با اطلاعات پرواز در نقشه‌های سه بعدی ذخیره می‌کند. این سیستم همچنین می‌تواند این اطلاعات را به صورت بلادرنگ روی نمایشگر خود ارائه دهد. علاوه بر این ایستگاه کنترل زمینی می‌تواند به سیستم C4I نیز متصل شود.

لینک داده تاکتیکی ایمن μTMA

همانطور که پیش از این گفته شد مینی‌ پهپادها نیاز به یک لینک داده قدرتمند و ایمن دارند تا اطلاعات جمع‌آوری شده خود را در سریع‌ترین زمان ممکن در اختیار نیروهای مسلح، سرویس‌های امنیتی یا سایر کاربران قرار دهند. از این‌رو شرکت تالس یک لینک داده تاکتیکی (TDL) مینیاتوری ایمن طراحی کرده است که به طور خاص با وسایل نقلیه بدون سرنشین سازگار و کاملا منطبق با این لایحه است.

لینک‌های داده تاکتیکی عناصری از سیستم C4ISR هستند که پیوسته داده را به صورت بلادرنگ با پلتفرم‌های فضایی، زمینی، هوایی، سطحی و زیرسطحی مبادله می‌کنند. هدف اصلی TDL فراهم آوردن قابلیت نظارت (برای فرمانده) و ارسال دستورات و داده‌های خاص (برای زیرمجموعه‌ها) است. در واقع این لینک‌های داده یکی از اجزای اصلی پیاده‌سازی مفهوم جنگ مرکزی شبکه‌ای است.

شرکت تالس در سال گذشته در نمایشگاه هوایی پاریس جزئیات مربوط به نوآوری جدید خود یعنی لینک داده μTMA را ارائه کرد. در این نوع از لینک داده اجازه انتقال ویدئو رنگی با کیفیت HD و ویدئوهای IR به صورت دو جریان همزمان داده می‌شود. این لینک داده که در حالت دید مستقیم (LoS) عمل می‌کند، یک راه‌حل مناسب برای ارتباطات ISR (آگاهی، شناسایی، نظارت) بین هواپیماها، پهپادهای کوچک یا وسایل بدون سرنشین سطحی و زیرسطحی با واحدهای هدایت روی زمین است.

لینک داده تاکتیکی μTMA

مهمترین ویژگی‌هایی که به طور ویژه توسط تالس در طراحی μTMA ایجاد شده است، عبارتند از:

  • لینک داده سخت (ایمن) یک تفاوت کلیدی است که قابلیت رمزگذاری ویدئو و ارتباطات را برای جلوگیری از استراق سمع و سوء استفاده فراهم می‌کند.
  • مقابله با پرتوهای چندجهته (در صورت انعکاس موج از ساختمان‌ها یا موانع طبیعی)، و استفاده از روش‌های تک ورودی-چندخروجی و چند ورودی- چند خروجی
  • استفاده از یک شکل موج سازگار، که به طور خودکار نرخ انتقال را برای حفظ لینک داده در هنگام بروز یک مشکل یا در محدوده بالای 30 کیلومتر کاهش می‌دهد.
  • امکان اضافه شدن اطلاعات تاکتیکی استاندارد NATO (STANAG) روی نمایش تصاویر بلادرنگ یا ضبط شده از پهپاد در ایستگاه زمینی برای کنترل موثر ماموریت
  • مکانیزم‌های امنیت سایبری که درجه بالایی از حفاظت را در برابر تلاش‌ها برای هک کردن لینک داده ارائه می‌دهند.

[1] High Altitude, Long Endurance

[2] Medium Altitude, Long Endurance

[3] Low Altitude, Long Endurance

[4] Low Altitude, Short Endurance

[5] infrared laser illuminator