В прошлом году на выставке IROS компании Caltech и JPL представили прототип баллистического квадрокоптера. Для запуска беспилотник засовывают в трубу, а затем им выстреливают при помощи сжатого CO2, после чего дрон разворачивается, стабилизируется и улетает. Прошло около полугода, прототип был увеличен как в размерах, так и в возможностях автономной работы.

SQUID расшифровывается как “Обтекаемый быстроразвертывающийся исследовательский беспилотный летательный аппарат”. Оригинальный 3х-дюймовый SQUID переименовали в “micro-SQUID”, а новый SQUID представляет собой более мускулистую 6-дюймовую версию. БПЛА с трубчатым запуском уникальны тем, что они не требуют особых условий для безопасного взлета. Демонстрация в прошлом году показала запуск micro-SQUID с движущейся машины, но общая идея заключается в том, что вы можете запустить SQUID мгновенно и практически из любого места.

Дрону для автономной работы чаще всего необходимо наличие контроллера GPS. Чтобы не полагаться на него, дрон потребует наличия сенсоров и вычислительной техники, достаточно тяжелой и мощной. Новый 6-дюймовый SQUID имеет ряд важных обновлений, в том числе аэродинамический дизайн для улучшения пассивной стабилизации во время запуска и баллистического полета за счет использования разворачивающихся ласт. Аппаратное обеспечение состоит из камеры (FLIR Chameleon3), дальномера (TeraRanger Evo 60 м), IMU/барометра (VectorNav VN-100) и бортового компьютера (NVIDIA Jetson TX2).

конструкция дрона
конструкция дрона
дрон в развернутом положении
дрон в развернутом положении

Конструктивные и аэродинамические изменения необходимы, потому что SQUID проводит первую фазу своего полета не совсем в полете, а просто следует по баллистической траектории, на которой он находится, как только покидает пусковую установку. Если он просто летит прямо, то это не так уж плохо, но все начинает усложняться, если беспилотник запускается под углом, или с движущейся ракеты. Наличие высокого центра массы помогает (батарея расположена в носовом конусе), а складные плавники несут двойную функцию: удерживают беспилотник в нужном направлении в воздушном потоке и выполняют функцию шасси. Для того, чтобы ласты были одновременно складными и достаточно стабильными для приземления, они оснащены запирающим механизмом, который помогает поддерживать жесткость.

Большинство БПЛА ограничены по мощности и массе, но вместо этого SQUID ограничен по объему. Мало того, что нужно засунуть все батареи и компьютер в ограниченное пространство, ещё нужно убедиться в том, что датчики имеют нужное им поле зрения. SQUID очень хорошо оптимизирован по весу - всего 3,3 кг.

Так зачем же беспокоиться обо всех этих проблемах с запуском через трубу? Есть масса причин, по которым это того стоит:

  • запуск происходит быстро. Не нужно распаковывать, находить плоское место и говорить всем стать подальше. Достаточно просто нажать кнопку и бах, SQUID вылетает из трубы со скоростью 12 м/с и сразу находится в полете.
  • запуск безопасен (если только кто-то не сидит прямо на пусковой трубе)
  • дрон можно запускать во время движения. Баллистический запуск и самостабилизация означают, что SQUID может быть надежно запущен с самолета, или движущейся ракеты, что значительно увеличивает его полезность, особенно в аварийных ситуациях.
  • дрон можно запустить через некоторые препятствия, что является совершенно уникальной возможностью.

Как и следовало ожидать от беспилотника из Caltech и JPL, в перспективе планирутся начать испытания развертывания в воздухе, с самолетов. В конечном итоге это может обеспечить возможность развертывания небольших БПЛА с космических аппаратов на Марсе во время входа в атмосферу, что потенциально уменьшит потребность в большом шлюзе. Посадочные заряды для входа в атмосферу могут весить до 150 кг. Этот вес - совершенно бесполезные куски вольфрама, но если бы можно было вместо них сбросить средневоздушные БПЛА, то потенциально можно было бы выполнить много дополнительных научных экспериментов, при этом не добавляя лишней массы ракете.

Работа “Дизайн и автономная стабилизация баллистического мультиротора” Аманды Буман, Пола Надана, Мэтью Андерсона, Дэниела Пастора, Джейкоба Израэлевица, Джоэла Бурдика и Бретта Кеннеди из Caltech и JPL, была представлена на ICRA 2020, где она была удостоена награды за лучшую работу в области беспилотных летательных аппаратов.