Techniczne i operacyjne środki ograniczające ryzyko na ziemi

Lot drona w powietrzu stwarza zagrożenie dla ludzi, zwierząt, mienia i środowiska na ziemi. Rozważając sposoby na minimalizowania zagrożeń należy zastanawiać się nad technicznymi sposobami ograniczającymi ryzyko oraz nad sposobami operacyjnymi.

Bezpieczeństwo lotów dronem to priorytet, szczególnie w kategorii A2, gdzie loty odbywają się w bliskiej odległości od osób postronnych. Istnieje wiele technicznych i operacyjnych metod obniżania ryzyka. Techniczne metody obejmują wybór odpowiednich czujników i systemów nawigacyjnych, które mogą pomóc w stabilizacji lotu i unikaniu kolizji. Przykładem może być stosowanie systemów wykrywania i omijania przeszkód, które minimalizują ryzyko zderzeń z przeszkodami.

Techniczne środki to będą te, które wynikają z możliwości sprzętu, z tego co przygotował producent drona lub producent dodatkowego wyposażenia, dotyczy to samej konstrukcji urządzeń, ich kształtu, materiałów z których są wykonane oraz funkcji, które w nich zaimplementowano.

W kursie omówimy, jak wybór odpowiednich czujników, systemów nawigacyjnych oraz planowanie misji mogą pomóc w minimalizowaniu ryzyka związanego z lotami w kategorii A2.

Środki techniczne

‍

W kategorii otwartej, operacje dronów muszą spełniać określone standardy bezpieczeństwa, które obejmują zarówno środki techniczne, jak i operacyjne. Do najważniejszych technicznych środków ograniczających ryzyko, które są przewidziane dla dronów w tej kategorii, należą:

1. Geofencing

• Opis: Technologia ta ogranicza dostęp drona do określonych stref, takich jak lotniska, obszary zamieszkałe, czy inne strefy zabronione. Geofencing działa poprzez definiowanie wirtualnych granic, których dron nie może przekroczyć.
• Zastosowanie: Chroni przed przypadkowym wlataniem drona w obszary o wysokim ryzyku lub ograniczonym dostępie.

2. Systemy wykrywania i unikania kolizji (Detect and Avoid Systems)

Aktywne czujniki wizyjne

Włączone czujniki mogą pomóc zachować bezpieczeństwo, gdyż sygnalizują obecność przeszkód przed sobą i pod sobą. Należy odpowiednio ustawić zgodnie z instrukcją producenta zachowania drona w przypadku rozpoznania przeszkody. Najczęściej mamy do dyspozycji : zahamowanie i próbę poszukiwania drogi ominięcia przeszkody. Trzeba jednak cały czas kontrolować lot nawet z włączonymi czujnikami, gdyż nie są to technologie zapewniające 100% skuteczności.

• Opis: Zaawansowane drony są wyposażone w systemy, które pozwalają na wykrywanie przeszkód w czasie rzeczywistym oraz automatyczne unikanie kolizji.
• Zastosowanie: Zmniejsza ryzyko zderzeń z przeszkodami, innymi dronami, czy też ptakami, co jest kluczowe w gęsto zaludnionych obszarach.

Przykładem może być stosowanie systemów wykrywania i omijania przeszkód, które minimalizują ryzyko zderzeń z przeszkodami.

‍

3. Ograniczenia prędkości

Funkcje trybu niskiej prędkości.

jest to podstawowa funkcja, która ogranicza zagrożenia i zwiększa bezpieczeństwo tego wszystkiego co znajduje się na ziemi, szczególnie wtedy, gdy bsp porusza się na wysokości która stwarza bezpośrednie zagrożenie. Niska prędkość pozwala wydłużyć czas na reakcję pilota oraz skraca drogę potrzebną do wyhamowania, a gdy mimo to nie uda się uniknąć kolizji to siła uderzenia wygenerowana wówczas jest mniejsza. To może przyczynić się do mniejszych obrażeń w przypadku uderzenia w człowieka lub zwierzę, a przypadku kolizji np. budynkiem, samochodem, elementami sieci energetycznej może spowodować mniejsze szkody.

Korelacja ta jest zauważalna przez EASA oraz ULC, i dzięki temu w przepisać korzystanie z funkcji niskiej prędkości do 3 m/s jest premiowane legalnością lotu bliżej osób w odległości do 5m w przypadku wykonywania misji w ramach warunków kategorii A2.

Jako pilot bsp z uprawnieniami do lotów w kategorii szczególnej mamy obowiązek zachowania bezpiecznych odległości, wynika to z obowiązków pilota, naszym zadaniem jest więc dobór prędkości przy wykonywaniu misji, która będzie adekwatna do

• Opis: Wprowadzenie ograniczeń prędkości, szczególnie w bardziej wymagających lub ryzykownych warunkach, takich jak bliskość osób postronnych. Przykładem jest ograniczenie prędkości do 3 m/s w podkategorii A2 dla dronów klasy C2.
• Zastosowanie: Zmniejsza ryzyko poważnych uszkodzeń w przypadku kolizj.

4. Fail-Safe: Automatyczne tryby awaryjne

Fail-Safe (FTS): Systemy bezpieczeństwa, które uruchamiają automatyczne procedury w przypadku awarii, takie jak Return-to-Home (automatyczny powrót do punktu startowego), gdy dron straci sygnał sterujący, czy awaryjne lądowanie, gdy wykryty zostanie problem z baterią. Fail-Safe jest przykładem systemu technicznego, który zmniejsza ryzyko związanego z awariami sprzętu.

Automatyczny powrotu do bazy

• Opis: W sytuacjach awaryjnych, takich jak utrata sygnału z aparatury sterującej, drony mogą automatycznie przejść w tryb awaryjny, np. poprzez powrót do punktu startowego (Return-to-Home) lub bezpieczne, powolne lądowanie. Dzięki temu, nawet w przypadku awarii, BSP minimalizuje ryzyko dla ludzi na ziemi​
• Zastosowanie: Minimalizuje ryzyko utraty drona, zwiększa szanse, że dron powróci do bazy, który zazwyczaj ustawiony jest na punkt startu.

Automatyczny tryb awaryjnego lądowania

• Opis: W sytuacjach awaryjnych, takich jak utrata sygnału z aparatury sterującej, drony mogą automatycznie bezpiecznie i powolni lądować.
• Zastosowanie: Minimalizuje ryzyko dla ludzi na ziemi​, chroni przed gwałtownym o dużej sile upadkiem drona na ziemię, zapewnia łagodne lądowanie.

5. Systemy redundancji

• Opis: W niektórych dronach są implementowane systemy, które zapewniają bezpieczny lot nawet w przypadku awarii jednego z elementów, np. silnika. Przykładem może być system redundancji w napędzie.
• Zastosowanie: Zwiększa niezawodność drona, co jest szczególnie ważne w operacjach komercyjnych.

6. Zabezpieczenia mechaniczne śmigieł

• Opis: Fyzczne osłony śmigieł, które chronią przed urazami w przypadku kontaktu z osobą lub przeszkodą.
• Zastosowanie: Zmniejsza ryzyko obrażeń osób postronnych w przypadku kolizji.

7. Ograniczenia wysokości lotu

• Opis: Wprowadzanie maksymalnych wysokości lotu (zwykle do 120 metrów nad poziomem gruntu) w celu minimalizacji ryzyka kolizji z załogowymi statkami powietrznymi.
• Zastosowanie: Chroni przed ryzykiem kolizji w przestrzeni powietrznej wykorzystywanej przez inne statki powietrzne.

8. Flight Termination System

FTS zdecydowanie należy do technicznych środków bezpieczeństwa. Jest to kluczowy komponent w systemach bezpieczeństwa dronów, zwłaszcza w operacjach wysokiego ryzyka, gdzie awaria drona mogłaby prowadzić do poważnych konsekwencji. FTS jest szczególnie ważny w sytuacjach, gdy istnieje możliwość wejścia drona w strefy zakazane (np. w pobliżu lotnisk) lub w przypadku utraty łączności z operatorem.

Systemy FTS są często wymagane w operacjach dronowych w ramach regulacji lotniczych w wielu krajach, zwłaszcza dla lotów BVLOS (Beyond Visual Line of Sight - poza zasięgiem wzroku) lub w misjach wojskowych i specjalnych, gdzie bezpieczeństwo jest priorytetem.

Przykłady działania FTS

• Bezpieczne lądowanie: W sytuacji awaryjnej system może automatycznie skierować drona do lądowania w najbliższym bezpiecznym miejscu.
• Wyłączenie napędu: System może wyłączyć napęd drona, co spowoduje jego upadek, ale zapobiegnie wejściu w strefy zakazane lub kolizji z innymi statkami powietrznymi.

‍

• Opis: FTS, czyli Flight Termination System (System Zakończenia Lotu), to techniczny środek bezpieczeństwa stosowany w bezzałogowych statkach powietrznych (BSP) i innych systemach lotniczych. Jego podstawowym zadaniem jest przerwanie lotu drona w sposób kontrolowany w przypadku awarii lub utraty kontroli nad dronem.
• Zastosowanie: System ten jest zaprojektowany tak, aby w sytuacji awaryjnej mógł natychmiast wyłączyć napęd i/lub spowodować bezpieczne lądowanie drona, minimalizując ryzyko dla ludzi, mienia oraz innych statków powietrznych.

9. Zaawansowane oprogramowanie do planowania misji

W ramach procedur operacyjnych, operatorzy mogą korzystać z zaawansowanego oprogramowania do planowania misji, które uwzględnia bezpieczne odległości od osób i przeszkód już na etapie tworzenia planu lotu.

• Opis: Zaawansowane systemy automatycznego latania po zaprojektowanych trasach.
• Zastosowanie: Powtarzalności lotów, po wcześiej sprawdzonych, bezpiecznych trasach i w sposób zapewniający bezpieczne wykonanie lotów.

10. Bateria ze Stałym Elektrolitem

Nowoczesne technologie, takie jak baterie ze stałym elektrolitem, oferują lepszą wydajność i bezpieczeństwo w porównaniu do tradycyjnych baterii litowo-jonowych. Te baterie są mniej podatne na przegrzewanie się i mają dłuższą żywotność, co zwiększa efektywność operacyjną dronów.

11. Dodatkowe wyposażenie:

Osłony na śmigła

Osłony na śmigła (ang. propeller guards) to elementy ochronne montowane wokół śmigieł drona. Ich głównym zadaniem jest ochrona zarówno śmigieł, jak i otoczenia przed uszkodzeniami podczas lotu, szczególnie w zamkniętych przestrzeniach, w pobliżu przeszkód lub w przypadku nieoczekiwanego kontaktu z ludźmi lub zwierzętami.

Zastosowanie i korzyści:

‍Ochrona śmigieł: Osłony pomagają zapobiegać uszkodzeniom śmigieł, które mogą nastąpić w wyniku kolizji z przeszkodami, takimi jak ściany, drzewa czy inne obiekty.‍

Bezpieczeństwo: W sytuacjach, gdy dron lata blisko ludzi, osłony zmniejszają ryzyko zranienia w przypadku kontaktu śmigieł z osobą.‍

Stabilność lotu: W niektórych przypadkach osłony mogą poprawić stabilność lotu, ponieważ ograniczają wpływ zawirowań powietrza na śmigła, choć jednocześnie mogą nieco zwiększać opór aerodynamiczny.‍

Bezpieczne lądowanie: Osłony mogą również chronić śmigła podczas lądowania na nierównych lub nieprzewidywalnych powierzchniach, minimalizując ryzyko uszkodzeń przy kontakcie z ziemią.

‍

Konstrukcja:

• Osłony na śmigła są zazwyczaj wykonane z lekkiego, ale wytrzymałego materiału, takiego jak plastik czy włókno węglowe. Są montowane bezpośrednio na ramie drona, otaczając śmigła, ale nie ograniczając ich ruchu.
• Stosowanie osłon na śmigła jest szczególnie zalecane dla początkujących pilotów oraz podczas lotów w trudnych warunkach, gdzie ryzyko kolizji jest większe. Jednakże, w niektórych przypadkach mogą one wpływać na wydajność drona, np. poprzez zwiększenie oporu powietrza, co warto wziąć pod uwagę przy ich wyborze.

Klatka ochronna

‍Klatka ochronna lub zwana inaczej klatką bezpieczeństwa. Tego rodzaju klatka jest zwykle wykonana z lekkich, ale wytrzymałych materiałów, takich jak włókno węglowe. Klatka ta ma za zadanie chronić drona przed uszkodzeniami podczas lotu w ciasnych i trudnych do nawigacji przestrzeniach, takich jak tunele, kanały, rurociągi czy wnętrza budynków. Dzięki klatce ochronnej dron może bezpiecznie odbijać się od ścian i innych przeszkód, co minimalizuje ryzyko uszkodzeń zarówno dla samego urządzenia, jak i dla otoczenia. W taką klatkę wyposażony jest dron, na przykład Elios firmy Flyability

‍

Spadorchron

Spadochronowe systemy ratunkowe (ang. parachute recovery systems) to mechanizmy bezpieczeństwa montowane na dronach, których głównym celem jest zmniejszenie ryzyka uszkodzeń i obrażeń w przypadku awarii w locie. W momencie wykrycia problemu, system automatycznie lub manualnie otwiera spadochron, który spowalnia opadanie drona, minimalizując siłę uderzenia przy lądowaniu awaryjnym.

Kluczowe informacje:

1. Zasada działania:
   • System spadochronowy jest zwykle wyposażony w sensor lub inne urządzenie monitorujące, które wykrywa nagłe zmiany w ruchu drona, takie jak gwałtowne opadanie lub utratę kontroli.
   • Po wykryciu takiej sytuacji, mechanizm uruchamia spadochron, który otwiera się i spowalnia opadanie drona, pozwalając na bezpieczne lądowanie.
2. Korzyści:
   • Minimalizacja szkód: Dzięki spadochronowi dron opada z mniejszą prędkością, co zmniejsza ryzyko uszkodzenia zarówno drona, jak i obiektów na ziemi.
   • Bezpieczeństwo osób: W przypadku awarii nad zaludnionym terenem, spadochronowe systemy ratunkowe mogą chronić osoby postronne przed potencjalnymi obrażeniami spowodowanymi przez spadający dron.
3. Zastosowanie:
   • Drony komercyjne i przemysłowe: Spadochronowe systemy są szczególnie popularne w większych dronach używanych do inspekcji, mapowania czy dostaw, gdzie bezpieczeństwo jest priorytetem.
   • Zgodność z regulacjami: W niektórych krajach, stosowanie spadochronów na dronach jest wymogiem prawnym, zwłaszcza w przypadku lotów nad ludźmi.

Przykłady systemów spadochronowych:

• ParaZero SafeAir: Popularny system spadochronowy stosowany w dronach, który oferuje automatyczne uruchamianie spadochronu w przypadku awarii.
• Mars Parachutes: Producent oferujący szeroką gamę spadochronów do różnych modeli dronów.

Ograniczenia:

• Dodatkowa waga: Spadochronowe systemy zwiększają masę drona, co może wpływać na jego osiągi i czas lotu.
• Koszt: Montaż takiego systemu wiąże się z dodatkowymi kosztami, co może być znaczącym czynnikiem przy wyborze systemu przez użytkowników.

Spadochronowe systemy ratunkowe to jedno z zaawansowanych rozwiązań technicznych, które znacząco podnoszą poziom bezpieczeństwa operacji dronami, szczególnie w sytuacjach awaryjnych.

‍

Nóżki podwyższające

‍Nóżki podwyższające (ang. landing gear extensions lub elevated landing legs) to akcesoria stosowane w dronach, które zwiększają odległość między korpusem drona a powierzchnią, na której ląduje.

Nóżki (pomagają unikać np, wkręcania trawy w silniki i przy lądowaniu unikać kamyków)

‍

Samodzielne wykonanie spadochronu:

https://www.thingiverse.com/thing:796612

https://www.deviceplus.com/arduino/diy-drone-ballistic-parachute-system-with-arduino/

https://www.youtube.com/watch?v=rXpl4INOlh0

‍

‍

‍