Veículo aéreo não tripulado

Um veículo aéreo não tripulado (UAV), comumente conhecido como drone, é uma aeronave sem um piloto humano a bordo. Os UAVs são um componente de um sistema de aeronaves não tripuladas (UAS); que incluem um UAV, um controlador terrestre e um sistema de comunicação entre os dois.O voo dos UAVs pode operar com vários graus de autonomia: sob controle remoto por um operador humano ou de forma autônoma por computadores de bordo.

Comparado a aeronaves tripuladas, os UAVs eram originalmente usados ​​para missões muito “aborrecidas, sujas ou perigosas” para humanos. Embora tenham se originado principalmente em aplicações militares, seu uso está se expandindo rapidamente para aplicações comerciais, científicas, recreativas, agrícolas e outras, como policiamento, manutenção da paz e vigilância, entregas de produtos, fotografia aérea, agricultura, contrabando e drones. Os UAV civis agora superam em muito os UAV militares, com estimativas de mais de um milhão vendidos até 2015, para que possam ser vistos como uma aplicação comercial inicial de coisas autônomas, a serem seguidas pelos robôs autônomos de carros e residências.

Classificação
Os UAV normalmente se enquadram em uma das seis categorias funcionais (embora as plataformas de fuselagem multi-funções estejam se tornando mais predominantes):

Alvo e chamariz – fornecendo artilharia aérea e aérea um alvo que simula uma aeronave ou míssil inimigo
Reconhecimento – fornecendo inteligência no campo de batalha
Combate – fornecendo capacidade de ataque para missões de alto risco (veja: Veículo aéreo de combate não tripulado (UCAV))
Logística – entrega de carga
Pesquisa e desenvolvimento – aprimoramento das tecnologias de UAV
UAVs civis e comerciais – agricultura, fotografia aérea, coleta de dados

O sistema de nível UAV dos militares dos EUA é usado pelos planejadores militares para designar os vários elementos individuais da aeronave em um plano geral de uso.

Schiebel S-100 equipado com um míssil leve multirole
Os veículos podem ser categorizados em termos de alcance / altitude. O que se segue foi avançado [por quem?] Como relevante em eventos do setor, como o fórum ParcAberporth Unmanned Systems:

Altitude de 600 m (2,000 ft) de mão, com alcance de cerca de 2 km
Fechar 5.000 pés (1.500 m) de altitude, até 10 km de alcance
Tipo OTAN a 10.000 pés (3.000 m) de altitude, com alcance de até 50 km
Tactical 18,000 ft (5,500 m) de altitude, cerca de 160 km de alcance
MASCULINO (altitude média, longa duração) até 30.000 pés (9.000 m) e alcance mais de 200 km
HALE (alta altitude, longa durabilidade) acima de 30.000 pés (9.100 m) e alcance indefinido
Hipersônica de alta velocidade, supersônica (Mach 1–5) ou hipersônica (Mach 5+) de 50.000 pés (15.200 m) ou suborbital, com alcance superior a 200 km
Órbita baixa orbital da terra (Mach 25+)
Transferência da Terra-Lua Lunar CIS
Sistema de Orientação de Operadora Assistida por Computador (CACGS) para UAVs

Outras categorias incluem:

UAVs Hobbyist – que podem ser divididos em
Ready-to-fly (RTF) / comercial-off-the-shelf (COTS)
Bind-and-fly (BNF) – requer conhecimento mínimo para pilotar a plataforma
Quase pronto para voar (ARF) / Do-it-yourself (DIY) – exigem conhecimento significativo para entrar no ar
Moldura nua – requer conhecimento significativo e suas próprias partes para obtê-lo no ar
UAVs militares e comerciais de médio porte
Grandes UAVs militares específicos
UAVs de combate furtivos

Aeronave versátil não tripulada (originalmente um Pipistrel Sinus de 2 lugares)
Aeronaves tripuladas transformadas em UAVs ou OpVs não tripulados (opcionalmente pilotados)

As classificações de acordo com o peso da aeronave são bem mais simples:

Micro ar veículo (MAV) – os menores UAVs que podem pesar menos de 1g
UAV em miniatura (também chamado SUAS) – aproximadamente menos de 25 kg
UAVs mais pesados

Componentes UAV
Aeronaves tripuladas e não tripuladas do mesmo tipo geralmente têm componentes físicos reconhecivelmente semelhantes. As principais exceções são o cockpit e o sistema de controle ambiental ou sistemas de suporte à vida. Alguns UAV carregam cargas (como uma câmera) que pesam consideravelmente menos que um ser humano adulto e, como resultado, podem ser consideravelmente menores. Embora carreguem cargas pesadas, os UAV militares armados são mais leves do que os seus tripulados com armamentos comparáveis.

Os UAVs civis pequenos não possuem sistemas críticos para a vida e podem, portanto, ser construídos com materiais e formas mais leves, porém menos resistentes, e podem usar sistemas de controle eletrônico menos robustos. Para pequenos UAVs, o design quadcopter tornou-se popular, embora esse layout seja raramente usado para aeronaves tripuladas. Miniaturização significa que tecnologias de propulsão menos poderosas podem ser usadas que não são viáveis ​​para aeronaves tripuladas, como pequenos motores elétricos e baterias.

Sistemas de controle para UAVs são freqüentemente diferentes de embarcações tripuladas. Para controle humano remoto, uma câmera e um link de vídeo quase sempre substituem as janelas da cabine de comando; os comandos digitais transmitidos por rádio substituem os controles físicos da cabine. O software de piloto automático é usado em aeronaves tripuladas e não tripuladas, com vários conjuntos de recursos.

Corpo
A principal diferença para os aviões é a ausência da área do cockpit e suas janelas. Quadcópteros sem cauda são um fator de forma comum para os UAVs de asas rotativas, enquanto que monovolumes e bi-copters são comuns para plataformas tripuladas.

Fonte de alimentação e plataforma
Os pequenos UAVs usam principalmente baterias de lítio-polímero (Li-Po), enquanto os veículos maiores contam com motores de avião convencionais. Escala ou tamanho da aeronave não é a característica definidora ou limitadora do suprimento de energia para um UAV. Atualmente, [quando?] A densidade de energia do Li-Po é muito menor que a da gasolina. O registro de viagem para um UAV (construído a partir de madeira de balsa e pele de mylar) em todo o Oceano Atlântico Norte é realizado por um modelo de avião a gasolina ou UAV. Manard Hill em “em 2003, quando uma de suas criações voou 1,882 milhas através do Oceano Atlântico em menos de um galão de combustível”, detém este recorde. Veja: A energia elétrica é usada porque menos trabalho é necessário para um vôo e os motores elétricos são mais silenciosos. Além disso, projetado adequadamente, a relação entre o empuxo e o peso de um motor elétrico ou a gasolina, acionando uma hélice, pode pairar ou subir verticalmente. O avião Botmite é um exemplo de um UAV elétrico que pode subir verticalmente.

Circuito de eliminação de bateria (BEC) é usado para centralizar a distribuição de energia e muitas vezes abriga uma unidade microcontroladora (MCU). Comutação mais barata BECs diminuem o aquecimento na plataforma.

Informática
A capacidade de computação UAV seguiu os avanços da tecnologia de computação, começando com controles analógicos e evoluindo para microcontroladores, depois para o sistema em um chip (SOC) e computadores de placa única (SBC).

O hardware do sistema para pequenos UAVs é geralmente chamado de controlador de vôo (FC), placa controladora de voo (FCB) ou piloto automático.

Sensores
Sensores de posição e movimento fornecem informações sobre o estado da aeronave. Os sensores exteroceptivos lidam com informações externas como medições de distância, enquanto os exproprioceptivos correlacionam estados internos e externos.

Os sensores não cooperativos são capazes de detectar alvos de forma autônoma, de modo que são usados ​​para garantir a separação e evitar colisões.

Graus de liberdade (DOF) referem-se tanto à quantidade quanto à qualidade dos sensores a bordo: 6 DOF implica giroscópios e acelerômetros de 3 eixos (uma unidade de medição inercial típica – IMU), 9 DOF refere-se a uma IMU mais uma bússola, 10 DOF Adiciona um barômetro e 11 DOF geralmente adiciona um receptor GPS.

Atuadores
Os atuadores UAV incluem controladores de velocidade eletrônicos digitais (que controlam o RPM dos motores) ligados a motores / motores e hélices, servomotores (principalmente para aviões e helicópteros), armas, atuadores de carga útil, LEDs e alto-falantes.

Programas
O software UAV chamou a pilha de vôo ou o piloto automático. Os UAVs são sistemas em tempo real que exigem uma resposta rápida à alteração dos dados do sensor. Exemplos incluem Raspberry Pis, Beagleboards, etc. protegidos com NavIO, PXFMini, etc. ou projetados do zero, como Nuttx, preemptive-RT Linux, Xenomai, Sistema Operacional Orocos-Robot ou DDS-ROS 2.0.

Visão geral da pilha de voo

Camada Requerimento Operações Exemplo
Firmware Tempo crítico Do código da máquina à execução do processador, acesso à memória ArduCopter-v1.px4
Middleware Tempo crítico Controle de vôo, navegação, gerenciamento de rádio Cleanflight, ArduPilot
Sistema operacional Computador intensivo Fluxo óptico, prevenção de obstáculos, SLAM, tomada de decisão ROS, Nuttx, distribuições Linux, Microsoft IOT

As pilhas de código aberto de uso civil incluem:

ArduCopter
DroneCode (bifurcado de ArduCopter)
CrazyFlie
KKMultiCopter
MultiWii
BaseFlight (bifurcada da MultiWii)
CleanFlight (bifurcado de BaseFlight)
BetaFlight (bifurcado de CleanFlight)
iNav (bifurcado da CleanFlight)
RaceFlight (bifurcado de CleanFlight)
OpenPilot
dRonin (bifurcado do OpenPilot)
LibrePilot (bifurcado do OpenPilot)
TauLabs (bifurcado do OpenPilot)
Paparazzi

Princípios de loop
Os UAVs empregam arquiteturas de controle de malha aberta, malha fechada ou híbrida.

Loop aberto – Esse tipo fornece um sinal de controle positivo (mais rápido, mais lento, esquerdo, direito, para cima, para baixo) sem incorporar feedback dos dados do sensor.
Loop fechado – Este tipo incorpora a realimentação do sensor para ajustar o comportamento (reduza a velocidade para refletir o vento de cauda, ​​mova para a altitude de 300 pés). O controlador PID é comum. Às vezes, feedforward é empregado, transferindo a necessidade de fechar o loop ainda mais.

Controles de vôo
Os UAVs podem ser programados para executar manobras agressivas ou pousar / empoleirar-se em superfícies inclinadas, e então subir em direção a melhores pontos de comunicação. Alguns UAVs podem controlar o voo com modelos de voo variáveis, como os projetos de VTOL.

Os UAV também podem implementar perching em uma superfície vertical plana.

Comunicações
A maioria dos UAVs usa um rádio para controle remoto e troca de vídeo e outros dados. Os primeiros UAV tinham apenas o uplink de banda estreita. Downlinks veio depois. Esses links de rádio de banda estreita bidirecionais continham dados de Comando e Controle (C & amp; C) e Telemetria sobre o status dos sistemas da aeronave para o operador remoto. Para vôos de longo alcance, os UAVs militares também usam receptores de satélite como parte dos sistemas de navegação por satélite. Nos casos em que a transmissão de vídeo foi necessária, os UAVs implementarão um link de rádio de vídeo analógico separado.

Nos aplicativos de UAV mais modernos, a transmissão de vídeo é necessária. Portanto, em vez de ter dois links separados para tráfego de C & amp; C, Telemetria e Vídeo, um link de banda larga é usado para transportar todos os tipos de dados em um único link de rádio. Esses links de banda larga podem aproveitar as técnicas de Qualidade de serviço para otimizar o tráfego de C & amp; C para baixa latência. Normalmente, esses links de banda larga transportam tráfego TCP / IP que pode ser roteado pela Internet.

O sinal de rádio do lado do operador pode ser emitido de:

Controle de solo – um ser humano operando um transmissor / receptor de rádio, um smartphone, um tablet, um computador ou o significado original de uma estação de controle terrestre militar (GCS).Recentemente, o controle de dispositivos vestíveis, reconhecimento do movimento humano, ondas cerebrais humanas também foi demonstrado.
Sistema de rede remota, como links de dados duplex por satélite para alguns poderes militares. O vídeo digital downstream em redes móveis também entrou nos mercados consumidores, enquanto o uplink de controle UAV direto sobre a malha celular e o LTE foram demonstrados e estão em testes.
Outra aeronave, servindo como retransmissora ou estação de controle móvel – equipes militares não tripuladas (MUM-T).
Um protocolo MAVLink é cada vez mais popular para transportar dados de comando e controle entre o controle de solo e o veículo

Autonomia
A ICAO classifica as aeronaves não tripuladas como aeronaves pilotadas remotamente ou totalmente autônomas. Os UAVs reais podem oferecer graus intermediários de autonomia. Por exemplo, um veículo que é remotamente pilotado na maioria dos contextos pode ter uma operação de retorno à base autônoma.

A autonomia básica vem de sensores proprioceptivos. A autonomia avançada exige consciência situacional, conhecimento sobre o ambiente em torno da aeronave a partir de sensores exterioceptivos: a fusão de sensores integra informações de múltiplos sensores.

Princípios básicos
Uma maneira de obter controle autônomo emprega várias camadas de loop de controle, como nos sistemas de controle hierárquico. A partir de 2016, os loops de camada baixa (ou seja, para controle de vôo) chegam a 32.000 vezes por segundo, enquanto os loops de nível mais alto podem ser alternados uma vez por segundo. O princípio é decompor o comportamento da aeronave em “pedaços” gerenciáveis, ou estados, com transições conhecidas. Os tipos de sistemas de controle hierárquicos variam de scripts simples a máquinas de estados finitas, árvores de comportamento e planejadores de tarefas hierárquicas. O mecanismo de controle mais comumente usado nessas camadas é o controlador PID, que pode ser usado para alcançar o foco de um quadcopter usando dados da IMU para calcular entradas precisas para os controladores e motores de velocidade eletrônicos.

Exemplos de algoritmos de camada intermediária:

Planejamento do caminho: determinar um caminho ideal para o veículo seguir enquanto atende aos objetivos e restrições da missão, como obstáculos ou requisitos de combustível
Geração de trajetória (planejamento de movimento): determinar as manobras de controle a serem seguidas para seguir um determinado caminho ou ir de um local para outro
Regulação de trajetória: restringir um veículo com alguma tolerância a uma trajetória

Planejadores de tarefas hierárquicas de UAV evoluídos usam métodos como pesquisas de árvore de estado ou algoritmos genéticos.

Recursos de autonomia
Os fabricantes de UAV geralmente constroem operações autônomas específicas, como:

Self-level: estabilização de atitude nos eixos de pitch e roll.
Espera de altitude: A aeronave mantém sua altitude usando sensores barométricos ou terra.
Pausa / posição: mantenha o tom nivelado e o rolar, a direção de inclinação estável e a altitude, mantendo a posição usando sensores GNSS ou inerciais.
Modo sem cabeça: Controle de inclinação relativo à posição do piloto, e não em relação aos eixos do veículo.
Cuidado: controle automático de rolagem e guinada enquanto se move horizontalmente
Descolagem e aterragem (utilizando uma variedade de sensores ou sistemas baseados em aeronaves ou em terra; ver também: Autoland)
Failsafe: aterragem automática ou retorno a casa após perda do sinal de controlo
Retornar para casa: Voe de volta ao ponto de decolagem (geralmente ganhando altitude primeiro para evitar possíveis obstruções intermediárias, como árvores ou prédios).
Siga-me: mantenha a posição relativa para um piloto em movimento ou outro objeto usando GNSS, reconhecimento de imagem ou farol de busca.
Navegação do waypoint GPS: usando o GNSS para navegar até um local intermediário em um caminho de viagem.
Orbita em torno de um objeto: Similar ao Siga-me, mas circula continuamente um alvo.
Acrobacias pré-programadas (como rolos e loops)

Funções
A autonomia total está disponível para tarefas específicas, como reabastecimento aéreo ou comutação de baterias no solo; mas as tarefas de nível mais alto exigem maiores recursos de computação, detecção e ativação. Uma abordagem para quantificar capacidades autônomas é baseada na terminologia OODA, como sugerido por um Laboratório de Pesquisa da Força Aérea dos EUA de 2002, e usada na tabela abaixo:

Níveis médios de autonomia, como autonomia reativa e altos níveis usando a autonomia cognitiva, já foram alcançados até certo ponto e são campos de pesquisa muito ativos.

Autonomia reativa
A autonomia reativa, como o vôo coletivo, a prevenção de colisão em tempo real, a colocação de parede e centralização de corredores, depende da telecomunicação e da consciência situacional fornecida pelos sensores de alcance: fluxo óptico, lidars (radares de luz), radares, sonares.

A maioria dos sensores de faixa analisa a radiação eletromagnética, refletida no ambiente e chegando ao sensor. As câmeras (para fluxo visual) atuam como receptores simples. Lidars, radares e sonares (com ondas sonoras mecânicas) emitem e recebem ondas, medindo o tempo de trânsito de ida e volta. As câmeras UAV não exigem potência de emissão, reduzindo o consumo total.

Radares e sonares são usados ​​principalmente para aplicações militares.

A autonomia reativa, em algumas formas, já atingiu os mercados consumidores: ela pode estar amplamente disponível em menos de uma década.

Localização e mapeamento simultâneos
O SLAM combina odometria e dados externos para representar o mundo e a posição do UAV nele em três dimensões. A navegação externa de alta altitude não requer grandes campos de visão verticais e pode confiar nas coordenadas de GPS (o que torna o mapeamento simples em vez do SLAM).

Dois campos de pesquisa relacionados são a fotogrametria e o LIDAR, especialmente em ambientes 3D de baixa altitude e interiores.

O SLAM fotogramétrico e estereofotogramétrico interno foi demonstrado com quadcopters.
As plataformas Lidar com plataformas laser tradicionais pesadas, dispendiosas e suspensas são comprovadas. Pesquisas tentam abordar o custo de produção, a expansão 2D para 3D, a relação potência / alcance, o peso e as dimensões. As aplicações de localização de faixas de LED são comercializadas para capacidades de detecção de baixa distância. A pesquisa investiga a hibridização entre a emissão de luz e a capacidade de computação: moduladores de luz espacial de arranjo em fase e onda contínua de modulação de frequência (FMCW) lasers verticais de superfície de cavidade vertical sintonizáveis ​​por MEMS (VCSELs).

Enxame
Swamming de robôs refere-se a redes de agentes capazes de reconfigurar dinamicamente à medida que os elementos saem ou entram na rede. Eles fornecem maior flexibilidade do que a cooperação multi-agente. O enxame pode abrir o caminho para a fusão de dados. Alguns enxames de vôo bio-inspirados usam comportamentos de direção e flocagem. [Esclarecimentos]

Potencial militar futuro
No setor militar, Predators e Reapers americanos são feitos para operações de contraterrorismo e em zonas de guerra nas quais o inimigo não tem poder de fogo suficiente para derrubá-los. Eles não são projetados para resistir às defesas antiaéreas ou ao combate ar-ar. Em setembro de 2013, o chefe do Comando de Combate Aéreo dos EUA declarou que os UAV atuais eram “inúteis em um ambiente contestado”, a menos que aeronaves tripuladas estivessem lá para protegê-los. Um relatório do Serviço de Pesquisa do Congresso de 2012 (CRS) especulou que, no futuro, os UAV podem ser capazes de realizar tarefas além da inteligência, vigilância, reconhecimento e greves; o relatório da CRS listou o combate ar-ar (“uma tarefa futura mais difícil”) como possíveis empreendimentos futuros. O Roteiro Integrado de Sistemas Não-Tripulados do Departamento de Defesa FY2013-2038 prevê um lugar mais importante para os UAV em combate. Os problemas incluem capacidades estendidas, interação homem-UAV, gerenciamento de maior fluxo de informações, maior autonomia e desenvolvimento de munições específicas para UAV. O projeto de sistemas de sistemas da DARPA, ou o trabalho da General Atomics, pode augurar cenários futuros de guerra, o último revelando enxames Avenger equipados com Sistema de Defesa de Área Laser de Alta Energia Líquida (HELLADS).

Rádio Cognitivo
A tecnologia de rádio cognitiva [precisa de clarificação] pode ter aplicações UAV.

Capacidades de aprendizagem
Os UAV podem explorar redes neurais distribuídas.

Mercado
Militares
O mercado global de UAVs militares é dominado por empresas sediadas nos Estados Unidos e em Israel. Por números de venda, os EUA detinham mais de 60% de participação no mercado militar em 2017. Quatro dos cinco principais fabricantes militares de UAV são americanos, incluindo General Atomics, Lockheed Martin, Northrop Grumman e Boeing, seguidos pela empresa chinesa CASC. As empresas de Israel se concentram principalmente no sistema de vigilância de pequeno porte UAV e pela quantidade de drones, Israel exportou 60,7% (2014) de UAV no mercado enquanto os Estados Unidos exportam 23,9% (2014); Os principais importadores de VANT militares são o Reino Unido (33,9%) e a Índia (13,2%). Somente em 2014, os Estados Unidos operaram mais de 9.000 UAV militares. A General Atomics é o fabricante dominante com a linha de produtos dos sistemas Global Hawk e Predator / Mariner.

Civil
O mercado de drones civis é dominado por empresas chinesas. Somente a fabricante de drones chineses DJI tem 75% de participação no mercado civil em 2017, com previsão de vendas globais de US $ 11 bilhões em 2020. Seguido pela empresa francesa Parrot com US $ 110 milhões e a empresa americana 3DRobotics com US $ 21,6 milhões em 2014. Em março de 2018, mais de um milhões de UAVs (878.000 amadores e 122.000 comerciais) foram registrados na FAA dos EUA. O NPD 2018 indica que os consumidores compram cada vez mais drones com recursos mais avançados, com crescimento de 33% nos segmentos de mercado de US $ 500 + e US $ 1.000 +.

O mercado de UAVs civis é relativamente novo em comparação com as forças armadas. As empresas estão surgindo nos países desenvolvidos e em desenvolvimento ao mesmo tempo.Muitas startups em estágio inicial receberam apoio e financiamento de investidores como nos Estados Unidos e de agências governamentais como o caso da Índia. Algumas universidades oferecem programas e cursos de pesquisa e treinamento. As entidades privadas também fornecem programas de treinamento on-line e presencial para uso recreativo e comercial de UAVs.

Os drones de consumo também são amplamente utilizados por organizações militares em todo o mundo por causa da natureza econômica do produto de consumo. Em 2018, os militares israelenses começaram a usar as séries de UAV DJI Mavic e Matrice para missão de reconhecimento leve, já que os drones civis são mais fáceis de usar e têm maior confiabilidade. Os drones DJI também são o sistema aéreo não tripulado comercial mais utilizado que o Exército dos EUA empregou.

Os drones iluminados estão começando a ser usados ​​em exibições noturnas para fins artísticos e publicitários.

Transporte
O AIA relata grandes cargas e os passageiros drones devem ser certificados e introduzidos nos próximos 20 anos. Os drones grandes portadores de sensores são esperados a partir de 2018;Cargueiros de curta distância e baixa altitude fora das cidades a partir de 2025; vôos de carga de longa distância em meados da década de 2030 e voos de passageiros até 2040. Os gastos devem subir de algumas centenas de milhões de dólares em pesquisa e desenvolvimento em 2018 para US $ 4 bilhões em 2028 e US $ 30 bilhões até 2036.

Considerações de desenvolvimento

Imitação de animais – etologia
Ornitópteros de asa batendo, pássaros imitando ou insetos, são um campo de pesquisa em microUAVs. Sua discrição inerente os recomenda para missões de espionagem.

O Nano Hummingbird está disponível comercialmente, enquanto os microUAVs sub-1g inspirados em moscas, embora usando um cabo de energia, podem “pousar” em superfícies verticais.

Outros projetos incluem “besouros” não tripulados e outros insetos.

A pesquisa está explorando sensores de fluxo óptico em miniatura, chamados de ocellis, imitando os olhos compostos formados por múltiplas facetas, que podem transmitir dados a chips neuromórficos capazes de tratar o fluxo óptico, bem como discrepâncias de intensidade de luz.

Resistência
A resistência do UAV não é restringida pelas capacidades fisiológicas de um piloto humano.

Devido ao seu pequeno tamanho, baixo peso, baixa vibração e alta relação potência / peso, os motores rotativos Wankel são usados ​​em muitos UAVs grandes. Seus rotores do motor não podem aproveitar; o motor não é suscetível a resfriamento por choque durante a descida e não requer uma mistura de combustível enriquecida para resfriamento em alta potência. Esses atributos reduzem o uso de combustível, aumentando o alcance ou a carga útil.

Resfriamento drone adequado é essencial para a resistência a longo prazo dos drones.Sobreaquecimento e subsequente falha do motor é a causa mais comum de falha do drone.

Células a combustível de hidrogênio, usando energia de hidrogênio, podem ser capazes de estender a resistência de pequenos UAVs, até várias horas.

A resistência dos micro-veículos aéreos é até agora melhor alcançada com os UAVs com asas oscilantes, seguidos pelos aviões e multirotors em último lugar, devido ao menor número de Reynolds.

Os UAVs de energia solar, um conceito originalmente patrocinado pelo AstroFlight Sunrise em 1974, atingiram tempos de voo de várias semanas.

Os satélites atmosféricos movidos a energia solar (“atmosats”) projetados para operar em altitudes superiores a 20 km (12 milhas ou 60.000 pés) por até cinco anos poderiam potencialmente desempenhar funções mais economicamente e com mais versatilidade do que satélites de órbita terrestre baixa. Aplicações prováveis ​​incluem monitoramento do tempo, recuperação de desastres, imagens de terra e comunicações.

UAVs elétricos alimentados por transmissão de energia de microondas ou por radiofrequência são outras possíveis soluções de resistência.

Outro aplicativo para um UAV de alta resistência seria “encarar” em um campo de batalha por um longo intervalo (ARGUS-IS, Gorgon Stare e Integrated Sensor Is Structure) para registrar eventos que poderiam ser reproduzidos para rastrear as atividades do campo de batalha.

Vôos de longa duração

UAV Hora do voo
horas: minutos
Encontro Notas
Boeing Condor 58:11 1989 A aeronave está atualmente no Museu de Aviação de Hiller.
Geral Atomics GNAT 40:00 1992
TAM-5 38:52 11 de agosto de 2003 Menor UAV para atravessar o Atlântico
QinetiQ Zephyr Solar Elétrico 54:00 Setembro de 2007
RQ-4 Global Hawk 33:06 22 de março de 2008 Defina um registro de resistência para uma aeronave não tripulada operacional em grande escala.
QinetiQ Zephyr Solar Elétrico 82:37 28 a 31 de julho de 2008
QinetiQ Zephyr Solar Elétrico 336: 22 9 a 23 de julho de 2010

Confiabilidade
Melhorias na confiabilidade visam todos os aspectos dos sistemas UAV, usando técnicas de engenharia de resiliência e tolerância a falhas.

A confiabilidade individual cobre a robustez dos controladores de vôo, para garantir a segurança sem redundância excessiva para minimizar custos e peso. Além disso, a avaliação dinâmica do envelope de voo permite UAVs resistentes a danos, usando análise não linear com loops ad-hoc ou redes neurais. A responsabilidade do software UAV está se voltando para o design e as certificações do software aviônico tripulado.

A resiliência de enxames envolve a manutenção de recursos operacionais e a reconfiguração de tarefas, dadas as falhas da unidade.

Aplicações
Existem inúmeras aplicações civis, comerciais, militares e aeroespaciais para os UAVs. Esses incluem:

Civil
Ajuda a desastres, arqueologia, conservação (monitoramento da poluição e combate à caça furtiva), aplicação da lei, crime e terrorismo
Comercial
Vigilância aérea, cinematografia, jornalismo, pesquisa científica, agrimensura, transporte de carga e agricultura
Militares
Reconhecimento, ataque, desminagem e prática de alvo

UAVs existentes
Os UAVs estão sendo desenvolvidos e implantados por muitos países ao redor do mundo. Devido à sua ampla proliferação, não existe uma lista abrangente de sistemas de UAV.

A exportação de UAVs ou tecnologia capaz de transportar uma carga de 500 kg pelo menos 300 km é restrita em muitos países pelo Regime de Controle de Tecnologia de Mísseis.

Segurança e proteção

Tráfego aéreo
Os UAVs podem ameaçar a segurança do espaço aéreo de várias maneiras, incluindo colisões não intencionais ou outras interferências com outras aeronaves, ataques deliberados ou por distração de pilotos ou controladores de vôo. O primeiro incidente de uma colisão de avião-robô ocorreu em meados de outubro de 2017 na cidade de Quebec, no Canadá. O primeiro caso registrado de uma colisão de drones com um balão de ar quente ocorreu em 10 de agosto de 2018 em Driggs, Idaho, Estados Unidos; embora não tenha havido danos significativos ao balão nem quaisquer ferimentos em seus 3 ocupantes, o piloto do balão reportou o incidente ao NTSB, afirmando que “espero que este incidente ajude a criar uma conversa de respeito à natureza, ao espaço aéreo e às regras e regulamentos .

Uso malicioso
Os UAV podem ser carregados com cargas perigosas e colidir com alvos vulneráveis. As cargas podem incluir explosivos, riscos químicos, radiológicos ou biológicos. Os UAV com cargas úteis geralmente não letais podem ser invadidos e colocados em propósitos maliciosos. Sistemas anti-UAV estão sendo desenvolvidos pelos estados para combater essa ameaça. Isso está, no entanto, se mostrando difícil. Como o Dr. J. Rogers declarou em uma entrevista à A & T “Há um grande debate no momento sobre qual é a melhor maneira de combater esses pequenos UAVs, sejam eles usados ​​por hobistas causando um pouco de incômodo ou uma maneira mais sinistra de um ator terrorista ”.

Em 2017, drones estavam sendo usados ​​para colocar contrabando nas prisões.

Vulnerabilidades de segurança
O interesse na segurança cibernética dos UAVs aumentou muito depois do incidente com o sequestro de vídeo do Predator UAV em 2009, onde militantes islâmicos usaram equipamentos baratos e prontos para uso para transmitir vídeo de um UAV. Outro risco é a possibilidade de seqüestrar ou interceptar um UAV em vôo. Vários pesquisadores de segurança tornaram públicas algumas vulnerabilidades em UAVs comerciais, em alguns casos até fornecendo código-fonte completo ou ferramentas para reproduzir seus ataques. Em um workshop sobre UAVs e privacidade em outubro de 2016, pesquisadores da Federal Trade Commission mostraram que conseguiram invadir três quadcopters de consumo diferentes e observaram que os fabricantes de UAV podem tornar seus UAVs mais seguros pelas medidas básicas de segurança de criptografia do Wi-Fi. sinal e adicionando proteção por senha.

Incêndios florestais
Nos Estados Unidos, voar perto de um incêndio é punível com uma multa máxima de US $ 25.000.No entanto, em 2014 e 2015, o apoio aéreo de combate a incêndios na Califórnia foi impedido em várias ocasiões, incluindo no Lake Fire e no North Fire. Em resposta, os legisladores da Califórnia apresentaram um projeto de lei que permitiria que os bombeiros desativassem os UAV que invadissem o espaço aéreo restrito. A FAA posteriormente exigiu o registro da maioria dos UAVs.

O uso de UAVs também está sendo investigado para ajudar a detectar e combater os incêndios florestais, seja por meio da observação ou do lançamento de dispositivos pirotécnicos para dar início a um contra-ataque.