Дроны помогут обеспечить питанием население нашей планеты

CAD-системы помогают совершенствовать конструкцию сельскохозяйственных дронов. И дроны, и CAD-системы – весьма впечатляющие технологии. Неудивительно, что я это говорю, учитывая мой опыт работы авиаконструктора. Возможно, я не вполне беспристрастен.Что мне особенно нравится в беспилотных летательных аппаратах (БПЛА) — это развитие технологии в направлении все более гуманных и приносящих реальную пользу применений. Все больше компаний осознают, что дроны могут использоваться и в мирных целях. Среди них – американская компания Skybridge UAS, применяющая свой богатый опыт работы в аэрокосмической сфере для разработки сельскохозяйственных дронов, решающих задачи точного земледелия.

Основы точного земледелия

Важнейшая составляющая точного земледелия – сбор достоверной информации о состоянии посевов.

Уже несколько десятилетий мы знаем, что растения, в том числе и злаки, в зависимости от своего состояния по-разному отражают свет в различных частях спектра. Например, здоровые растения поглощают свет в видимой части спектра (особенно в красной и синей областях) и сильно отражают его в зеленой области. Именно поэтому растения выглядят зелеными. При переходе к ближнему инфракрасному диапазону (БИК) те же самые здоровые растения переизлучают примерно 50 % от поглощенной солнечной энергии в БИК-диапазоне. Такое поведение растений обусловлено эволюцией: переизлучение света позволяет избежать опасного перегрева.

В результате в видимой части спектра растения выглядят весьма темными, но при наблюдении камерами в БИК-диапазоне они светятся, словно новогодняя елка, и выглядят очень яркими. Излучение в невидимой части спектра позволяет получить и другую информацию. У недавно срезанных или поврежденных растений в месте среза или слома выделяется влага. Это место отображается другим оттенком на снимке в БИК-диапазоне, раскрашенном в искусственные цвета. С другой стороны, больные или засохшие растения отражают меньшую долю БИК-излучения. Поэтому они выглядят темнее, чем здоровые. Вся эта информация служит для получения более полной картины (в буквальном смысле) ситуации на ферме. При этом используются данные GPS и геоинформационные системы (ГИС), предоставляющие сведения фермеру. Фермер может не только изменить объемы полива или вносимых удобрений, но даже перенести посевы в более подходящее место. Ключевое слово здесь – избирательность: времена, когда все поля поливались одинаково, давно прошли. В точном земледелии показания датчиков используются для оптимального распределения ресурсов. Потенциально это дает возможность повысить урожайность на величину до 200%, и это очень хорошие новости.

Однако рост урожайности – лишь одна сторона медали. Другой аспект – устранение потерь, и в этой области компания Skybridge добилась впечатляющих результатов. Применяя вышеописанные методы, компания Skybridge показала, что раннее выявление поврежденных растений позволяет фермерам своевременно принимать меры, пока ситуация не вышла из-под контроля.

На рис. 1 показаны первые признаки повреждения посевов, вызванные неисправностью поворотного распылителя поливочной системы. Ирригация вращающимся распылителем – высокоэффективный способ полива. Фактически при этом создается огромная форсунка, покрывающая водой большую площадь посева. Засоры и другие неисправности системы полива приводят к тому, что растения не получают требуемого объема воды. На инфракрасных снимках это проявляется в виде более светлых колец. В зависимости от масштаба повреждений зерновых такая ситуация способна привести к крупным финансовым потерям.

В следующем примере своевременное принятие мер позволило фермеру избежать потери урожая на площади в 3,6 гектара при урожайности в 270 кг/га. Общая площадь посевов составляла 23 гектара. Это целых 16 процентов от всего урожая! Потенциальные потери могли составить 1362 доллара США. Если же рассмотреть подобную ситуацию на ферме площадью 1200 гектар, то потеря 16 процентов урожая – это убытки в размере 450 тысяч долларов США.

Себестоимость аэрофотосъемки поля дронами Skybridge составляет всего 3,75 доллара за гектар. В вышеприведенном примере на съемку 1200 гектар ушло бы 4500 долларов при экономии в полмиллиона долларов. Это, несомненно, удачное капиталовложение.Компания Skybridge UAS : военные технологии в мирных целях

Нужно сказать прямо: дроны Skybridge — это не то же самое, что обычные квадрокоптеры из ближайшего магазина. Это крылатые машины с бензиновым двигателем, способные подниматься на большую высоту и длительно оставаться в воздухе. Дроны имеют значительную грузоподъемность и оснащены авионикой военного назначения. Из-за столь высоких технических характеристик компания Skybridge не собирается пускать дроны в свободную продажу. Вместо этого стартап из Южной Каролины фактически является поставщиком услуг, зарабатывая на сборе и обработке данных аэрофотосъемки посевов, тем самым помогая фермерам избежать потерь.

Движителем дрона служит пропеллер, приводимый бензиновым двигателем. Вся силовая установка выполнена из стандартных деталей и узлов, имеющихся в свободной продаже. Такой двигатель вместе со специально разработанным планером обеспечивает длительность полета до 12 часов при весе полезной нагрузки (датчиков) в 12 кг или 100 часов с полностью заполненными крыльевыми топливными баками и минимальным комплектом оборудования.

Столь впечатляющих показателей удалось добиться благодаря применению CAD-систем и системы газодинамических расчетов FLUENT на ранних этапах проектирования. Компания Skybridge смогла оптимизировать конструкцию в соответствии с потребностями заказчиков, а не идти на компромиссы, пытаясь приспособить уже существующие проекты. В результате получился промышленный дрон с системой управления от военной техники.

Основатель компании Skybridge Ян Хендерсон (Ian Henderson) рассказал мне, что компания собирается принять на работу бывших пилотов ВВС США для управления дронами, так как для полного раскрытия возможностей этих летательных аппаратов нужны летчики, имеющие опыт полетов на военных самолетах.

Технические характеристики

• Максимальная масса: 25 кг (зависимости от массы комплекта датчиков)
• Диапазон скоростей: от 56 до 160 км/ч
• Максимальная длительность полета: 80 часов
• Максимальная дальность: 5600 км
• Полеты на низкой высоте: от 150 до 600 м
• БПЛА оснащены как полностью автоматической, так и дистанционной системами управления. Поддерживаются режим движения по точкам маршрута, возврат на базу, автоматические взлет и посадка.
• Для взлета и посадки не требуется специального оборудования.
• При необходимости возможно получение сертификата летной годности Федерального авиационного агентства США (FAA).
• Данные непрерывно передаются в реальном времени, а также записываются
• Полностью разработаны специальные программные средства анализа и представления данных
  
  

Предлагаемые датчики

• Мультиспектральная ИК-камера (для точного земледелия)
• Камера высокого разрешения видимого и ИК-диапазона (поиск животных, обнаружение пожаров в дневное и ночное время)
• РЛС с синтезированной апертурой (выявление воды в лесных массивах)
• Лидар (высокоточная топологическая съемка)
• Система идентификации объектов (отслеживание перемещении животных)
  
  

Solid Edge

Проектирование летательных аппаратов без CAD-систем было бы крайне сложным делом. Компания Skybridge UAS прекрасно это понимает. Поэтому она выбрала систему автоматизированного проектирования Solid Edge.«Одна из самых сложных задач для стартапа – получение адекватного финансирования и техническое проектирование. CAD-система – ключевой момент, позволяющий превратить замысел в реальное изделие», – говорит Хендерсон. «Для нашей компании Siemens является и партнером, и инвестором».

Хендерсон добавляет, что важное преимущество Solid Edge – это синхронная технология, позволяющая создавать геометрические взаимосвязи в любой момент и в любом порядке. Это облегчает внесение изменений в конструкцию: при изменении конструкции деталей соответствующая сборка перестраивается автоматически. Тем самым существенно повышается производительность.

Изготовление дронов

Компания Skybridge UAS производит флагманскую модель дрона SB 1-2 из различных композитных материалов и пластиков. Большинство деталей спроектировано в Solid Edge. Планер в основном выполнен из углеволокна. Конструкция создавалась в компании, а затем CAD-модели отправлялись в Калифорнию поставщику, который занимался укладкой стеклоткани, формовкой и автоклавированием деталей. Кроме того, компания Skybridge применяет технологии 3D-печати для изготовления нейлоновой посадочной лыжи. Сборка изделий выполняется силами самой компании.

Планы на будущее

Компания Skybridge UAS только что получила первый транш финансирования и теперь ищет новых инвесторов. Краткосрочная цель – организовать предоставление услуг фермерам США с начала 2017 года.Затем ставится цель выхода на международный рынок и оказание услуг по наблюдению за дикими животными в Африке, контролю оливковых садов в Испании, а также выполнению проверок газо- и нефтепроводов во всем мире (примерно в 2018 году).

Компания Skybridge UAS переходит ко второму этапу получение финансирования. Хендерсон подчеркивает, что они всегда готовы рассмотреть предложения инвесторов.

Давайте пожелаем удачи компании Skybridge UAS. Всегда приятно видеть мирные применения военных технологий.



Автор: Филлип Кин. Материал для публикации предоставлен компанией Siemens.

А у вас есть интересные новости? Поделитесь с нами своими разработками, и мы расскажем о них всему миру! Ждем ваши идеи по адресу news@3Dtoday.ru.