(原標題:贊!為搜救難民 太陽能無人機全自動飛行26小時)
去年,Atlantik Solar創(chuàng)造了一項新的世界紀錄,將總重小于50kg的太陽能無人機的飛行時長延長到了81個小時,該項紀錄至今仍沒能被打破。然而,在一年后的今天,Atlantik Solar又創(chuàng)造了一座新的里程碑,因為它成功實現(xiàn)了首次全自動(從起飛到降落)有效荷載(配備彩色相機和熱感相機)太陽能無人機的永久飛行,完成了長達26小時的搜救任務(wù)。
盡管之前81小時和28小時的兩項持續(xù)飛行記錄都是Atlantik Solar歷史上的重要里程碑,彰顯了Atlantik Solar的永久持續(xù)飛行能力,但是它們需要飛行員人工控制起飛和降落,并且還無法搭載任何空中影像設(shè)備。然而,我們團隊真正執(zhí)行的任務(wù)卻需要同時具備這些要素,比如飛機在整個自主起降過程中的操控簡易性,再比如其是否能夠搭載影像設(shè)備來幫助搜救隊找出地面和海上的難民。例如目前在地中海發(fā)生的歐洲難民危機,就需要我們的無人機在執(zhí)行搜救任務(wù)時,將空中獲取的感應(yīng)情報持續(xù)報告給有關(guān)當局。
此次26小時的太陽能搜救飛行由Atlantik Solar AS-3執(zhí)行,時間是從2016年7月19日到7月20日。這次飛行在全球范圍內(nèi)都是首屈一指的,它包含了以下這些特點:
永久飛行:26小時的日夜飛行,實現(xiàn)了能源上的永久飛行。
全自動飛行:在26個小時的飛行時間里,沒有出現(xiàn)過一次飛行員人工操作。
SaR荷載:飛機上共搭載了10瓦300克重量的東西(1臺彩色相機,1臺熱感相機,和1臺帶有WLAN的ODROID機載電腦)在空中全天執(zhí)行難民探測任務(wù)。
環(huán)境感知:飛機可以進行全自動的上升熱流追蹤,從而提升了電池效力,加快了充電速度。
此次長達26小時的飛行在瑞士辛維爾當?shù)貢r間7月19日18:02開始,起飛時電池為充滿狀態(tài)。起飛過程完全自動:在所有的系統(tǒng)檢查完畢之后,飛機通過手動發(fā)射投入空中,然后繼續(xù)飛行,在沒有飛行員操控的情況下,自動飛向其首個既定航路點。
無人機的飛行控制技術(shù)是基于一臺ETHZ/3DR Pixhawk的自動駕駛儀,該駕駛儀擁有自主系統(tǒng)實驗室設(shè)計的特定飛行控制器。機上配備了一部彩色相機,一部熱感相機,一臺機載電腦以及無線局域網(wǎng),以便對捕捉到的圖像進行實時直播。整個的機載設(shè)備要一直運行到晚上9點,由于光線不足,9點之后,彩色相機就會關(guān)閉。電池在8點之間就會迅速開始充電,到9點的時候,電量還剩下95%。我們注意到,像Atlantik Solar這樣的小型太陽能無人機,啟動機上的所有機載設(shè)備,要消耗10瓦的電量,這對其實現(xiàn)永久飛行來說,是一個極大的挑戰(zhàn)。在夜里飛行的前幾個小時時間里,飛機總共消耗了60瓦電量。
真正的搜救能力測試在接近晚上11點的時候才開始。由于飛機完全飛行在黑暗之中,因此我們只能看到紅外相機的空中影像信息。機載系統(tǒng)在23:05的時候成功發(fā)現(xiàn)了躺在低處草叢(草叢周圍有房屋,帳篷,汽車,街道等,其中熱力發(fā)電機尤為明顯)中的難民。此次的難民探測由地面操作員根據(jù)直播影像進行人工操作。然而,下一次的Atlantik Solar測試飛行將會實施全自動的機上難民探測(正如已在ICARUS搜救項目中測試的那樣)。所有這些能力都是實現(xiàn)永久飛行以及執(zhí)行空中難民探測任務(wù)的完整要素。我們堅信這將在解決緊迫問題方面發(fā)揮重大作用,例如像2015年和2016年地中海附近歐洲難民危機。
盡管風力已經(jīng)達到8米每秒,但是搭載了紅外相機的無人機搜救支持活動仍繼續(xù)在夜間持續(xù)。當?shù)貢r間7月20日早上06:20,太陽開始升起,到08:04時,電池的最低電量還剩下26%。即使加上額外的10瓦電量消耗,我們的剩余能量比例甚至超過了我們當初所預(yù)測的23%,也可以算是一個成功。為了加快電池的充電速度,飛機還自動進行上升熱流追蹤,在早上晚些時候,一旦遇到上升熱流,這一功能就會啟動。這樣一來,飛機便可以多次自由提升大于100米的飛行高度,同樣的,這也不需要飛行員的任何操作。在15:30時,電池又重新充滿。
在進行了26小時的太陽能飛行之后,飛機自動降落在瑞士辛維爾機場,結(jié)束了整個搜救任務(wù)。降落過程中,飛機依靠LIDAR(光探測和測距)傳感器來測量其離地面的距離。通常來說,這種難飛的飛機需要十分有經(jīng)驗的飛行員來進行操控和降落,而Atlantik Solar卻能夠安全執(zhí)行自動降落。由于搜救支持團隊往往無法進行大量的無人機飛行訓(xùn)練,因此這種全自動的太陽能無人機的出現(xiàn)對他們來說十分關(guān)鍵。其太陽能以及高性能的顯著優(yōu)勢,令這些搜救支持團隊受益匪淺。