مقدمه

در بخش قبل مروری بر دو فناوری کلیدی برای آینده پهپادها انجام شد. در ادامه به دو مورد دیگر از این فناوری‌ها پرداخته شده است.

پرواز تجمعی در پهپادها

ایده پرواز گروهی تعداد زیادی از هواپیماهای بدون سرنشین کوچک برای انجام یک عملیات واحد از اوایل قرن ۲۱ آغاز شد. گام‌های اولیه در این مسیر اغلب توسط مراکز دانشگاهی و به منظور دستیابی به الگوریتم‌های هدایت و کنترل پرنده‌ها برداشته شد. با پیشرفت فناوری و دانش در این زمینه و معرفی قابلیت‌های عملکردی پرواز تجمعی پرنده‌های کوچک، مراکز نظامی و صنعتی نیز پا به این عرصه نهادند. برخی از کشورها همچون ایالات متحده، چین و روسیه پروژه‌های خاصی برای دستیابی به این فناوری و استفاده از آن برای کاربردهای نظامی تعریف کرده‌اند.

در این ایده گروهی از هواپیما‌های بدون سرنشین کوچک مانند پرواز دسته پرندگان به صورت هماهنگ باهم حرکت می‌کنند و برای اجرای عملیات محول شده با هم در ارتباط هستند. پرواز تجمعی UAVها می‌تواند در بردارنده هوش گروهی باشد که در آن قوانینی ساده رفتار هر یک از اعضا را تعریف می‌کند. هنگامی که هر یک از پرنده‌ها از این رفتارهای ساده پیروی کنند، رفتارهایی یکپارچه و پیچیده ایجاد خواهد شد.

پرواز تجمعی UAVهای کوچک می‌تواند از سه جنبه تهاجم، دفاع و پشتیبانی (نظارت و شناسایی) در بخش نظامی به کار گرفته شود. در ماموریت‌های تهاجمی سیستم‌ دفاعی دشمن با تعداد بسیار زیادی هدف بالقوه مواجه می‌شود. پراکندگی زیاد این اهداف می‌تواند موجب سردرگمی سیستم دفاعی و خنثی شدن آن شود. حتی با وجود نابود شدن برخی از این پرنده‌ها، سایر آن‌ها می‌توانند ماموریت را انجام دهند.

شکل (1): پروژه پرواز تجمعی 20 پهپاد ALFA-S توسط هند. پهپادها توسط محفظه‌های نصب شده روی یک جنگنده در آسمان رها می‌شوند.

در بحث دفاعی نیز استفاده از روش پرواز تجمعی بخصوص زمانی که دشمن از همین روش برای حمله استفاده کرده است، بسیار مفید خواهد بود. نیروی دریایی ایالات متحده با یک شبیه‌سازی قدرت دفاعی کشتی‌های خود را در مقابل با حمله گروهی پرنده‌های بدون سرنشین مورد آزمایش قرار داده است. نتایج این شبیه‌سازی نشان می‌دهد که با وجود استفاده از سیستم دفاعی ضد UAV این کشور با نام فالانکس، با حمله 8 پرنده بطور میانگین 3 مورد از آن‌ها می‌توانند به سیستم دفاعی کشتی نفوذ کنند. با افزایش تعداد پرنده‌ها مطمئنا نتایج قابل توجه‌تر خواهد بود. از این‌رو نیروی دریایی ایالات متحده به دنبال طرح‌هایی برای دفاع با استفاده از پرواز تجمعی پرنده‌های بدون سرنشین است.

بهار سال جاری ارتش ایالات متحده بزرگترین مانور گروهی پرنده‌های بدون سرنشین را به نمایش گذاشت. در این نمایش 30 پهپاد از نوع ALTIUS 600 و Coyote یک پرواز تجمعی و هماهنگ را اجرا کردند. این بزرگترین مانور پرنده‌های بدون سرنشین پرتاب شده از روی پلتفرم‌های هوایی است که تاکنون ارتش ایالات متحده برگزار کرده است. در این عملیات ابتدا پهپادهای ALTIUS 600 توسط یک بالگرد UH-60 Black Hawk پرتاب شده و پس از مدت کوتاهی شکل پرواز گروهی خود را تشکیل دادند. در ادامه پهپادهای Coyote از طریق پرتابگر زمینی به پرواز تجمعی اضافه شدند. با نزدیک شدن به اهداف فرضی، چهار موج حمله توسط این گروه ایجاد شد. موج اول برای شناسایی منطقه، موج دوم برای غلبه بر توانایی‌های دشمن در ردیابی و شناسایی، موج سوم شامل پهپادهای مجهز به تسلیحات و در نهایت موج چهارم برای ارزیابی پس از نبرد تشکیل شدند.

شکل (2): پرتاب پهپادهای ALTIUS 600 از بالگرد UH-60 Black Hawk برای انجام عملیات پرواز تجمعی

در سال‌های گذشته کشورهای زیادی اقدام به توسعه فناوری پرواز تجمعی و استفاده از آن برای اهداف نظامی داشته‌اند. در این میان علاوه بر ایالات متحده، کشورهای انگلستان، روسیه، چین، فرانسه، کانادا، هند و ژاپن آزمایش‌های عملی از پرواز تجمعی پهپادهای کوچک را تجربه کرده‌اند.

فناوری باتری در پهپاد

توان الکتریکی یکی از محدودیت‌های اصلی پهپادهای کوچک و متوسط است که منبع اصلی انرژی آن‌ها را باتری‌ها تشکیل می‌دهد. امکان ذخیره انرژی بیشتر به معنی مداومت پروازی بالاتر و امکان حمل محموله بیشتر است. از سوی دیگر بسیاری از سیستم‌های الکترونیکی پهپادها همچون رادار و سیستم‌های ارتباطی نیاز به توان الکتریکی زیاد دارند و عدم دسترسی به منابع کافی باعث عملکرد نامطلوب آن‌ها می‌شود. طی سال‌های اخیر فناوری ساخت‌ باتری‌ها رشد خوبی داشته، اما این سطح از ذخیره انرژی برای آینده پهپادها کافی نخواهد بود.

اخیرا محققان در حال ساخت باتری‌هایی با ترکیبی از لیتیوم و گوگرد (lithium Sulfur)  هستند که نسبت به باتری‌های امروزی موجود در خودروهای برقی، تقریباً دو برابر انرژی بیشتری در هر کیلوگرم ذخیره می‌کنند. هر چند استفاده از این ترکیب برای ساخت باتری هنوز به مرحله بلوغ نرسیده و نمونه‌های فعلی تنها امکان شارژ برای 100 چرخه کاری را دارند، اما همین مقدار نیز برای بکارگیری آن‌ها در کاربردهایی مانند پهپاد یا زیردریایی‌ها که وزن نسبت به قیمت و طول عمر اولویت بالاتری دارد، مناسب به نظر می‌رسد. بسیاری از کارشناسان باتری‌های ترکیب لیتیوم-گوگرد را وارث به حق لیتیوم-یون برای پهپادها، خودروهای الکتریکی و تاکسی‌های هوایی آینده می‌دانند.

هرچند ترکیب اکسید فلز در کاتد باتری‌های امروزی بسیار مطمئن و اثبات شده است، اما باید یادآور شد که استفاده از فلزاتی مانند کبالت، نیکل و منگنز قیمت نهایی باتری را زیاد می‌کند. از سوی دیگر در این باتری‌ها برای نگهداری یک الکترون، نیاز به دو اتم فلز است که منجر به وزن زیاد کاتدها و در نهایت محدودیت ذخیره انرژی به حدود 200 وات ساعت بر کیلوگرم (200wh/kg) می‌شود. این در حالی است که قیمت گوگرد بسیار پایین‌تر بوده و هر اتم آن می‌تواند دو الکترون را نگه دارد. از لحاظ تئوری یک باتری با کاتدهای گوگردی می‌تواند بیش از 500 وات ساعت بر کیلوگرم انرژی ذخیره کند. این در حالی است که پیشرفته‌های آینده می‌تواند این عدد را تا 700 نیز افزایش دهد.

بنابراین با بلوغ فناوری باتری‌های لیتیوم گوگرد و تجاری شدن آن‌ها، در آینده شاهد پرواز بکارگیری بیشتر پهپادهای کوچک برای اهداف نظامی خواهیم بود. در حال حاضر کوادکوپترها با دلیل محدودیت زمان پرواز و حمل محموله، کاربردهای محدودی دارند. با کمرنگ شدن این محدودیت‌ها علاقه بیشتری به استفاده از این هواپیماهای کوچک اما کاربردی در حوزه‌های نظامی خواهد بود. پرواز تجمعی صدها کوادکوپتر یا پهپاد کوچک می‌تواند خطرناک‌تر از تسلیحات جنگی بزرگ باشد.

 

شکل (3): مقایسه چگالی انرژی در فناوری‌های مختلف ساخت باتری