ریزپرنده چیست و چه کاربردی در جنگ دارد؟

اول صبح؛ به طور کلی مفهوم توسعه هواپیماهای مدرن شامل حداکثر وزن ناخالص، کسر محموله و حداکثر سرعت هواپیما بوده است. با این حال، در طول دهه گذشته، علاقه قابل توجهی به کوچک‌سازی هواپیماها برای ایجاد کلاسی از وسایل نقلیه بسیار کوچک و هدایت شونده از راه دور با وزن ناخالص در حد ده‌ها گرم و ابعادی در حدود ده‌ها سانتی متر وجود داشته است. اینها در مجموع به عنوان وسایل نقلیه میکرو هوایی یا ریزپرنده نامیده می‌شوند. در سال‌های اخیر، وسایل نقلیه هوایی میکرویا ریزپرنده توجه بیشتری را به دلیل پتانسیل کاربردهای نظامی به خود جلب کرده‌اند.

اصطلاح وسیله نقلیه هوایی میکرو یا ریزپرنده به نوع جدیدی از هواپیماهای کنترل از راه دو اطلاق می‌شود که به طور قابل توجهی کوچکتر از هواپیماهای مشابه (پهپاد) است که با استفاده از فناوری پیشرفته کار می‌کنند. ابعاد هدف برای ریزپرنده‌ها امروزه تقریباً پانزده سانتیمتر (شش اینچ) است.

تاریخچه ریزپرنده

در اوایل دهه ۱۹۹۰، یک پروژه تحقیقاتی در آزمایشگاه ملی لوس آلاموس به طور نظری امکان‌سنجی میکروربات‌های ساخته شده با استفاده از تکنیک‌های میکرولیتوگرافی برای مصارف نظامی مانند جمع آوری اطلاعات و سنجش یا اختلال در انواع محرک‌های محیطی (الکتریکی، مکانیکی و شیمیایی) را بررسی کرد. اندازه کوچک این سیستم‌ها تشخیص آن‌ها را دشوار می‌کرد و هدف این بود که با استقرار تعداد زیادی میکروربات، احتمال موفقیت ماموریت را افزایش داد.

در طول این تحقیق، طراحی مفهومی یک وسیله نقلیه بال دوار با استفاده از کوچکترین موتورهای الکترومغناطیسی موجود تجاری (حدود ۱.۵ گرم در جرم)، با تیغه‌های روتور مختلف، باتری‌های لایه نازک و دوربین‌های ویدئویی کوچک، سنسورهای صوتی مورد بررسی قرار گرفت. همچنین تراشه‌های ارتباطی چهار پیکربندی مختلف وسیله نقلیه پرنده نیز شامل بال ثابت، بال چرخشی، کشتی هوایی کوچک، و یک دستگاه غیرفعال، خودگردان نیز مورد بررسی قرار گرفت.

این وسیله مفهومی بال ثابت دارای جرم کلی ۴ گرم، با ۱ گرم سنسور و سرعت کروز ۹۰۰ سانتی متر بر ثانیه بود. خودروی مفهومی بال دوار دارای پیکربندی روتور ضد چرخش با جرم حسگر ۱ گرم، سرعت کروز ۲۰۰ سانتی متر بر ثانیه و استقامت ۵ دقیقه بود. این ریزهوایی مفهومی دارای جرم کلی ۱.۸ گرم بود، دارای یک پوشش تقریباً شفاف پر از هیدروژن بود و دارای سرعت حرکت ۲۰۰ سانتی‌متر بر ثانیه بود. دستگاه چرخش خودکار مفهومی دارای جرم کلی ۰.۳ گرم، با مساحت بال ۱.۵ × ۵ سانتی متر بود. این وسایل طوری طراحی شده بودند که پس از استقرار توسط یک وسیله نقلیه مادر رادار، برای حداکثر زمان ممکن در آسمان باقی بمانند.

طراحی ریزپرنده مینیاتوری ریز پرنده

در اواخر سال ۱۹۹۲، شرکت RAND کارگاهی را برای آژانس پروژه‌های تحقیقاتی پیشرفته (ARPA) در مورد «انقلاب‌های آینده فناوری محور در عملیات نظامی» برگزار کرد. هدف از این کارگاه شناسایی فناوری‌های پیشرفته‌ای بود که می‌توانند عملیات نظامی آینده را متحول کنند. کاربردهای شناسایی شده شامل «مگس روی دیوار» یا یک وسیله نقلیه مینیاتوری به اندازه مگس حامل حسگرها، ناوبری، پردازش و قابلیت‌های ارتباطی بود. طراحی وسیله نقلیه قابلیت حرکت با پرواز، خزیدن یا پریدن را داشت. یکی دیگر از برنامه‌های کاربردی شامل افزودن یک «ستینگر» به وسیله نقلیه برای از کار انداختن سیستم‌های دشمن در نظر گرفته شده بود.

برای طراحی مفهومی، جرم وسیله نقلیه به ترتیب ۱ گرم، با اندازه حدود ۱ سانتی متر انتخاب شد. توان مورد نیاز برای شناور شدن و پرواز رو به جلو حدود ۳۰ میلی‌وات بر گرم و ۴۵ میلی‌وات بر گرم تخمین زده شد. در مقایسه، نیاز به نیروی معلق در حشرات بزرگ از حدود ۹ میلی‌وات بر گرم تا ۱۹ میلی‌وات بر گرم و برای مرغ مگس‌خوار، ۱۹ میلی‌وات بر گرم تا ۲۶ میلی‌وات بر گرم است. بر اساس استفاده از یک باتری لیتیوم پلیمری با لایه نازک ۵۳۰ J، این زمان تخمینی شناور ۴.۹ ساعت و زمان پرواز ۳.۳ ساعت برای ۸۰ کیلومتر محاسبه شد.

در اواخر دهه ۱۹۹۰، آژانس پروژه‌های تحقیقاتی پیشرفته دفاعی (دارپا) درخواست تولیدی را برای ریزپرنده‌هایی منتشر کرد که ابعادی بیشتر از ۱۵ سانتی‌متر، جرمی حدود ۱۰۰ گرم (با بار ۲۰ گرمی) و استقامت ماموریت تا حدود ۱ ساعت داشتند. این وسایل نقلیه به عنوان ربات‌های قابل حمل انسان در نظر گرفته شده بودند که می‌توانستند به سمت هدف پرواز کنند و اطلاعات ویدیویی و صوتی را به اپراتور مبدا ارسال کنند. پاسخ به این درخواست شامل تولید چندین ریزپرنده بال ثابت مانند میکرواستار توسط لاکهید مارتین، عنکبوت سیاه توسط ارووایرونمنت و ریزپرنده‌های بال چرخشی لوماوتوسط شرکت Lutronix بود. به طور کلی مشخص شد که ریزپرنده‌های بال ثابت از نظر سرعت کروز، برد و استقامت بهتر ازریزپرنده‌های بال دوار بودند. با این حال، مزیت اصلی ریزپرنده‌های بال چرخشی قابلیت شناور و سرعت کم آن‌هاست که برای نظارت در داخل ساختمان یا مناطق محدود بسیار مفید است.

طراحی نانو ریزپرنده

بعدها دارپا مشخصات برنامه نانوریزپرنده را منتشر کرد. هدف از این برنامه توسعه وسیله‌ای حتی کوچکتر از مشخصات ریزپرنده بود. جرم ناخالص نانو ریزپرنده ۱۰ گرم با بار ۲ گرم مشخص شد. وسایلی که برای فاز ۱ این برنامه انتخاب شدند شامل یک هلیکوپتر کواکسیال، یک وسیله نقلیه با بال با الهام از مرغ مگس خوار، یک وسیله نقلیه بال دار با الهام از سیکادا و یک وسیله نقلیه بال دوار تک پره بودند.

سرانجام وسیله نقلیه مبتنی بر مرغ مگس خوار برای توسعه بیشتر در فاز ۲ برنامه انتخاب شد. نمونه نهایی قادر به پرواز پایدار و قابل کنترل در داخل و خارج از ساختمان مجهز به دوربین آنبورد و فیرینگ بدنه بود که آن را شبیه یک مرغ مگس خوار واقعی می‌کرد.

مشخصات کلی ریزپرنده‌ها

حداکثر ابعاد: ۱۵.۲۴ سانتی متر

جرم برخاستن: ۱۰۰ گرم

برد: تا ۱۰ کیلومتر

استقامت: ۶۰ دقیقه

وزن محموله: ۲۰ گرم

حداکثر سرعت پرواز: ۱۵ متر بر ثانیه