دليلك الشامل نحو عالم الطائرات بدون طيار

تُعرف الطائرات بدون طيار رسميًا باسم المركبات الجوية غير المأهولة unmanned aerial vehicles (UAVs) أو أنظمة الطائرات بدون طيار unmanned aircraft systems (UASes) وفي الأساس تعد الطائرة بدون طيار روبوتًا طائرًا يمكن التحكم فيه عن بُعد أو يستطيع الطيران بشكل مستقل من خلال خطط الطيران التي يتحكم فيها البرنامج في أنظمتها المدمجة وتعمل جنبًا إلى جنب مع أجهزة الاستشعار ونظام تحديد المواقع على متن الطائرة.

وفي الماضي القريب كانت الطائرات بدون طيار مرتبطة في الغالب بالجيش حيث تم استخدامها في البداية لضرب الأسلحة المضادة للطائرات وجمع المعلومات الاستخبارية ثم بشكل أكثر إثارة للجدل كطائرات تحمل كميات كبيرة من الأسلحة.

وتُستخدم الطائرات بدون طيار الآن أيضًا في مجموعة واسعة من الأدوار المدنية بدءًا من البحث والإنقاذ ومراقبة حركة المرور ومراقبة الطقس ومكافحة الحرائق إلى الطائرات الشخصية بدون طيار والتصوير التجاري القائم على الطائرات بدون طيار فضلاً عن التصوير بالفيديو والزراعة وحتى خدمات التوصيل.

تاريخ الطائرات بدون طيار

يتتبع الكثيرون تاريخ الطائرات بدون طيار إلى إيطاليا عام 1849 عندما كانت البندقية تقاتل من أجل استقلالها عن النمسا، حيث هاجم الجنود النمساويون البندقية بالبالونات المليئة بالهواء الساخن أو الهيدروجين أو الهيليوم المجهزة بالقنابل.

وتم استخدام أول طائرة بدون طيار يتم التحكم فيها عن طريق الراديو في الحرب العالمية الأولى، وفي عام 1918 طور الجيش الأمريكي طائرة Kettering Bug التجريبية وهي طائرة "قنبلة طائرة" بدون طيار والتي لم تستخدم مطلقًا في القتال.

وظهرت أول طائرة بدون طيار مستخدمة بشكل عام في عام 1935 كإعادة تجهيز بالحجم الكامل للطائرة ثنائية السطح de Havilland DH82B أو Queen Bee والتي تم تزويدها بجهاز تحكم لاسلكي ومؤازر في المقعد الخلفي. حيث يمكن قيادة الطائرة بشكل تقليدي من المقعد الأمامي لكنها عمومًا كانت تحلق بدون طيار.

وظلت تكنولوجيا الطائرات بدون طيار موضع اهتمام الجيش لكنها كانت في كثير من الأحيان غير موثوقة للغاية ومكلفة لاستخدامها، وبعد ظهور مخاوف بشأن إسقاط طائرات التجسس أعاد الجيش النظر في موضوع الطائرات بدون طيار، وسرعان ما توسع الاستخدام العسكري للطائرات بدون طيار للعب أدوار في إسقاط المنشورات والعمل في التجسس.

كما تعزز استخدام الطائرات العسكرية بدون طيار في عام 1982 عندما استخدم سلاح الجو الإسرائيلي الطائرات بدون طيار للقضاء على الأسطول السوري مع الحد الأدنى من الخسائر في القوات الإسرائيلية. حيث عملت الطائرات بدون طيار الإسرائيلية بمثابة أفخاخ وشوشت الاتصالات وقدمت استطلاع بالفيديو المباشر.

واستمرت الطائرات بدون طيار في كونها الدعامة الأساسية في الجيش حيث لعبت أدوارًا مهمة في الاستخبارات والمراقبة وحماية القوات ومساعدة المدفعية ومتابعة الأهداف والاستحواذ وتقييم أضرار المعركة والاستطلاع.

التاريخ الحديث للطائرات بدون طيار الحديث

يزعم تقرير لصحيفة وول ستريت جورنال أن استخدام الطائرات بدون طيار على نطاق واسع بدأ في عام 2006 عندما قدمت وكالة الجمارك وحماية الحدود الأمريكية الطائرات بدون طيار لمراقبة حدود الولايات المتحدة والمكسيك.

وفي أواخر عام 2012 تقاعد كريس أندرسون Chris Anderson رئيس تحرير مجلة Wired لتكريس نفسه لشركته للطائرات بدون طيار 3D Robotics ، Inc. (3DR). والشركة التي بدأت تخصصها في الطائرات الشخصية للهواة بدون طيار تقوم الآن بتسويق طائراتها بدون طيار لشركات التصوير الجوي والأفلام والبناء وشركات المرافق والاتصالات وشركات السلامة العامة.

وفي أواخر عام 2013 أعلن الرئيس التنفيذي لشركة أمازون جيف بيزوس عن خطة لاستخدام الطائرات التجارية بدون طيار في أنشطة التوصيل، ومع ذلك في يوليو 2016 فازت شركة Flirtey الناشئة التي تتخذ من Reno مقراً لها على أمازون ونجحت في توصيل حزمة إلى أحد سكان نيفادا عبر طائرة تجارية بدون طيار، ثم حذت شركات أخرى على خطاها منذ ذلك الحين.

فعلى سبيل المثال في سبتمبر 2016 بدأ معهد Virginia Polytechnic وجامعة الولاية اختبارًا مع Project Wing وهي وحدة تابعة لشركة Alphabet ، Inc. المالكة لشركة Google لإجراء عمليات التسليم، ثم في ديسمبر 2016 سلمت أمازون حزمة Prime Air الأولى في كامبريدج إنجلترا، في مارس 2017 عرضت تسليم طائرة بدون طيار Prime Air في كاليفورنيا.

كما يتوسع تعليم الطائرات بدون طيار حيث تقدم جامعة Embry-Riddle Aeronautical التي كانت لفترة طويلة ساحة تدريب لصناعة الطيران الآن بكالوريوس العلوم في تطبيقات الأنظمة غير المأهولة وماجستير العلوم في الأنظمة غير المأهولة وشهادة ثانوية في الأنظمة الجوية غير المأهولة.

كيف تعمل الطائرات بدون طيار

بينما تخدم الطائرات بدون طيار مجموعة متنوعة من الأغراض مثل الترفيه والتصوير الفوتوغرافي والتجاري والعسكري فإن وظيفتيها الأساسيتين هما الطيران والملاحة.

ولتحقيق الرحلة تتكون الطائرات بدون طيار من

• مصدر للطاقة مثل البطارية أو الوقود
• والدوارات
• والمراوح
• والإطار الذي عادةً من مواد مركبة خفيفة الوزن لتقليل الوزن وزيادة القدرة على المناورة أثناء الطيران.

وتتطلب الطائرات بدون طيار جهاز تحكم يستخدمه المشغل عن بعد للتنقل والتحكم بالطائرة، حيث تتواصل أجهزة التحكم بالطائرة بدون طيار باستخدام موجات الراديو بما فيها شبكة Wi-Fi.

التكنولوجيا المستخدمة والمكونات

تحتوي الطائرات بدون طيار على عدد كبير من المكونات التكنولوجية بما في ذلك

• أجهزة التحكم في السرعة الإلكترونية (ESC) وهي دائرة إلكترونية تتحكم في سرعة واتجاه المحرك.
• وحدة تحكم الطيران
• وحدة GPS
• البطارية
• الهوائي
• المتلقي Receiver
• الكاميرات
• أجهزة الاستشعار بما في ذلك أجهزة الاستشعار فوق الصوتية وأجهزة استشعار تجنب الاصطدام
• مقياس التسارع الذي يقيس السرعة
• مقياس الارتفاع والذي يقيس الارتفاع

ويرتبط أي نقاش حول ميزات الطائرات بدون طيار ارتباطًا وثيقًا بنوع وحالة استخدام الطائرة بدون طيار بما في ذلك الاستخدامات الترفيهية والتصويرية والتجارية والعسكرية، وتتضمن أمثلة الميزات ما يلي

• نوع الكاميرا ودقة الفيديو والميغابكسل وتنسيق تخزين الصور الملتقطة
• أقصى مدة طيران مثل المدة التي يمكن أن تبقى فيها الطائرة بدون طيار في الهواء
• السرعات القصوى بما في ذلك سرعة الصعود وسرعة النزول
• المدى الحسي للعوائق
• الارتفاع ثابت مما يبقي الطائرة بدون طيار على ارتفاع ثابت
• ميزات البث المباشر للفيديو
• توفير سجل الرحلات

وعادة ما توجد أنظمة الملاحة مثل GPS في رأس الطائرة بدون طيار، حيث يقوم نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) الموجود على طائرة بدون طيار بإبلاغ موقعه الدقيق بوحدة التحكم.

كما يمكن لمقياس الارتفاع الموجود على متن الطائرة في حساب معلومات الارتفاع، حيث يساعد مقياس الارتفاع أيضًا في إبقاء الطائرة بدون طيار على ارتفاع معين إذا أمرت وحدة التحكم بذلك.

ويمكن تجهيز الطائرات بدون طيار بعدد من أجهزة الاستشعار بما في ذلك

• أجهزة استشعار المسافة (فوق الصوتية والليزر)
• وأجهزة استشعار وقت الرحلة
• وأجهزة الاستشعار الكيميائية
• وأجهزة استشعار الاستقرار والتوجيه

حيث توفر المستشعرات المرئية بيانات ثابتة مثل التصوير بالفيديو مع مستشعرات RGB التي تجمع أطوال موجات بصرية حمراء وخضراء وزرقاء أو أجهزة استشعار متعددة الأطياف تجمع أطوال موجات مرئية وغير مرئية مثل الأشعة تحت الحمراء والأشعة فوق البنفسجية.

كما تعد مقاييس التسارع والجيروسكوب ومقاييس المغناطيسية والبارومترات ونظام تحديد المواقع من المستشعرات الشائعة المستخدمة في الطائرات بدون طيار.

فعلى سبيل المثال يمكن أن تكون المستشعرات الحرارية جزءًا لا يتجزأ من تطبيقات المراقبة أو الأمن مثل مراقبة الماشية أو الكشف عن العلامة الحرارية للأهداف. ويمكن أن تساعد المستشعرات الفائقة الطيفية في تحديد المعادن والنباتات وهي مثالية للاستخدام للتحقق من صحة المحاصيل وجودة المياه وتكوين سطح الأرض.

كما تستخدم بعض الطائرات بدون طيار أجهزة استشعار للكشف عن العوائق وتجنب الاصطدام. وفي البداية تم تصميم المستشعرات لاكتشاف الأشياء الموجودة أمام الطائرة، واليوم توفر بعض الطائرات بدون طيار إمكانية اكتشاف العوائق في جميع الاتجاهات الستة أمام وخلف وأسفل وأعلى ويمين ويسار.

ومن أجل الهبوط تستخدم الطائرات بدون طيار أنظمة تحديد المواقع المرئية المعززة بكاميرات مواجهة للأسفل وأجهزة استشعار فوق صوتية، حيث تحدد المستشعرات فوق الصوتية مدى قرب الطائرة بدون طيار من الأرض.

أنواع الطائرات بدون طيار

الطائرات بدون طيار لها نوعان رئيسيان

• الطيارات بدون طيار ذات المراوح بما في ذلك الدوار أحادية المروحة أو ذات المراوح المتعددة (مثل المروحيات الثلاثية tricopters والمروحيات الرباعية quadcopters والمروحيات السداسية hexacopters والمروحيات الثمانية octocoptors)

• الطائرات بدون طيار ذات الأجنحة الثابتة والتي تشمل الطائرات بدون طيار الهجينة hybrid VTOL  (ذات الإقلاع والهبوط العمودي) والتي تتطلب مدارج.

يمكن تصنيف الطائرات بدون طيار على أنها للاستخدام الشخصي أو للهواة أو التجارية أو للاستخدام المؤسساتي.

وتتوفر الآن العديد من طائرات الاستخدام الفردي بدون طيار للاستخدام الاستهلاكي حيث توفر إمكانات تصوير الفيديو عالية الدقة والكاميرا الثابتة وغالبًا ما تزن هذه الطائرات بدون طيار ما بين رطل إلى 10 أرطال.

وتتوفر أيضًا طائرات بدون طيار أقوى وأكثر قدرة للاستخدام في البيئات التجارية، على سبيل المثال تقدم Insitu إحدى شركاتBoeing  طائرة ScanEagle التي يبلغ طول جناحيها 10 أقدام وتزن 35 رطلاً، وتقوم الشركة أيضًا ببناء طائرة Integrator وهي طائرة تزن 80 رطلاً ويبلغ طول جناحيها 16 قدمًا، ولا تقلع الطائرات بدون طيار من شركة Insitu من مدارج الطائرات كما تفعل الطائرات العادية وبدلاً من ذلك هي من نوع VTOL ذات الإقلاع والهبوط العامودي.

وفي عام 2018 أعلنت شركة Boeing أنها قد صممت نموذجًا أوليًا لمركبة شحن جوية كهربائية بدون طيار cargo air vehicle (CAV) ذات إقلاع وهبوط عامودي قادرة على نقل حمولة تصل إلى 500 رطل.

وتشمل الشركات الأخرى المصنعة للطائرات بدون طيار التجارية

• 3D Robotics
• DJI
• Elistair
• Hubsan
• Identified Technologies
• Insitu
• Measure
• Parrot
• PrecisionHawk
• Yuneec

تطبيقات الطائرات بدون طيار التجارية

لقد نما استخدام الطائرات بدون طيار خارج الجيش بشكل كبير خلال العقد الماضي، وبالإضافة إلى تطبيقات المراقبة والتوصيل تُستخدم الطائرات بدون طيار في مجال صحافة الطائرات بدون طيار والبحث والإنقاذ والاستجابة للكوارث وحماية الأملاك العقارية ومراقبة الحياة البرية ومكافحة الحرائق والرعاية الصحية والزراعة.

حيث أدى دمج الطائرات بدون طيار وتقنية إنترنت الأشياء (IoT) إلى إنشاء العديد من مجالات استخدام هذه الطائرات، حيث يمكن للطائرات بدون طيار التي تعمل مع شبكات استشعار إنترنت الأشياء أن تساعد الشركات الزراعية على مراقبة الأراضي والمحاصيل ومساعدة شركات الطاقة بمسح خطوط الطاقة وفحص المعدات التشغيلية عن بعد وتسمح لشركات الأمن من مراقبة الممتلكات.

وتشمل الأمثلة الأخرى لتطبيقات ووظائف الطائرات بدون طيار ما يلي

• يمكن للطائرات بدون طيار أن تساعد المزارعين من خلال قياس وتسجيل ارتفاع المحاصيل، حيث يستخدمون تقنية الاستشعار عن بعد تسمى Lidar التي تضيء المحصول بالليزر وتحسب ارتفاعه.
• يمكن للطائرات بدون طيار المزودة بأجهزة استشعار بيولوجية أن تطير إلى مناطق غير آمنة لأخذ قراءات جودة الهواء والتحقق من وجود كائنات دقيقة معينة أو فحص عناصر الغلاف الجوي.
• أثناء حرائق الغابات يمكن للطائرات بدون طيار مسح مدى المناطق المتضررة وتحديد مدى سرعة انتشار الحرائق، ويمكن أن توفر الصور الملتقطة تفاصيل الأضرار في مناطق معينة.
• يتم استخدام الطائرات بدون طيار من قبل شبكات الرياضة التلفزيونية لالتقاط لقطات الأحداث الرياضية مثل لقطات مسجلة ومقاطع مباشرة والتي من الصعب الحصول عليها لولا ذلك.

استقبال العالم للطائرات بدون طيار

أثار الاعتماد السريع للطائرات بدون طيار على مدى العقد الماضي عددًا من الشكاوى والمخاوف المتعلقة بالخصوصية والأمن والسلامة.

ومن وجهة نظر الخصوصية استخدم المتلصصون والمصورون طائرات بدون طيار للحصول على صور لأفراد في منازلهم أو في أماكن أخرى كان يُفترض ذات مرة أنها خاصة. وكما تم نشر الطائرات بدون طيار في مناطق يُحتمل أن تكون غير آمنة مثل المناطق الحضرية وبالقرب من المطارات.

كما أدى النمو في الطائرات التجارية والشخصية بدون طيار أيضًا إلى مخاوف تتعلق بالسلامة مثل الاصطدامات الجوية وفقدان التحكم في الطائرات بدون طيار، التي أثارت مخاوف محددة بشأن تحليق الطائرات بدون طيار بالقرب من الطائرات التجارية دعوات للتنظيم.

وفي حين أن العديد من البلدان قد وضعت قوانين لاستخدام الطائرات بدون طيار مع تزايد شعبية استخدامها إلا أن هذه القوانين تتغير باستمرار. لذلك قبل استخدام الطائرات بدون طيار تجاريًا أو شخصيًا من الضروري التحقق من قوانين البلد الذي تعمل فيه.

وفي الصين على سبيل المثال تتطلب أي طائرة بدون طيار تحلق على ارتفاع يزيد عن 400 قدم ترخيصًا من إدارة الطيران المدني في الصين (CAAC). كما تتطلب الطائرات بدون طيار التي يزيد وزنها عن 15 رطلاً أيضًا ترخيصًا ويجب الالتزام بمناطق حظر الطيران.

وفي المملكة المتحدة تمنع هيئة الطيران المدني (CAA) الطائرات بدون طيار من التحليق فوق 500 قدم، وبالإضافة إلى ذلك يجب تسجيل أي طائرة بدون طيار تزن أكثر من نصف رطل لدى هيئة الطيران المدني، لذلك إليك عزيزي القارئ بعضًا من هذه القوانين

• لا تطير بالقرب من المطارات
• تذكر البقاء على ارتفاع أقل من 400 قدم وعلى بعد 150 قدمًا على الأقل من المباني والأشخاص
• يجب عليك مراقبة طائرتك بدون طيار في جميع الأوقات
• لا تطير بالقرب من الطائرات
• تحلى بالمسؤولية

وحتى عام 2006 كان استخدام الطائرات التجارية بدون طيار غير قانوني بموجب لوائح إدارة الطيران الفيدرالية الأمريكية (FAA) والتي قالت إن الرحلات غير التجارية التي يقل ارتفاعها عن 400 قدم مسموح بها فقط إذا اتبع المشغلون التعميم الاستشاري 91-57 معايير تشغيل الطائرات النموذجية المنشور عام 1981.

وفي عام 2005 أصدرت إدارة الطيران الفيدرالية إرشاداتها الأولى بشأن الطائرات بدون طيار وأصدرت لاحقًا أول تصريح تجاري للطائرات بدون طيار في عام 2006. ثم نُشرت سياسة تشغيل الطائرات بدون طيار في عام 2007.

نظرة مستقبلية

توقع تقرير Business Insider BI Intelligence لعام 2016 أن تصل عائدات الطائرات بدون طيار إلى 12 مليار دولار في عام 2021.

ومع نمو استخدام الشركات بدون طيار للاستخدامات التجارية فسوف تتفوق على قطاع الطائرات بدون طيار المخصصة للمستهلكين في كل من الشحنات والإيرادات بحلول عام 2021 لتصل إلى 29 مليون شحنة في جميع أنحاء العالم.

وقدرت شركة برايس ووترهاوس كوبرز PricewaterhouseCoopers سوق خدمات الأعمال القائمة على الطائرات بدون طيار بأكثر من 127 مليار دولار حيث بلغت أهم الصناعات البنية التحتية 45.2 مليار دولار والزراعة 32.5 مليار دولار والنقل 13.0 مليار دولار.

وفيما يتعلق بالتأثير الاقتصادي تتوقع جمعية أنظمة المركبات غير المأهولة الدولية Unmanned Vehicle Systems International (AUVSI) أن تخلق صناعة الطائرات بدون طيار أكثر من 100000 وظيفة في الولايات المتحدة وتضيف 82 مليار دولار إلى الاقتصاد الأمريكي بحلول عام 2025.

ويتوقع بنك جولدمان ساكس Goldman Sachs سوقًا للطائرات بدون طيار بقيمة 100 مليار دولار بين عامي 2016 و 2020 حيث يشكل الجيش الجزء الأكبر منه بإنفاق 70 مليار دولار.

وستحصل الطائرات بدون طيار للمستهلكين على حصة تبلغ 17 مليار دولار من تلك السوق مع استخدام الحكومة للطائرات التجارية والمدنية بما يصل إلى 13 مليار دولار.

ومن المتوقع أن تنفق صناعة البناء 11.164 مليون دولار على تطبيقات مثل المسح وفحص المباني والمراقبة والزراعة بمبلغ 5.922 مليون دولار على التطبيقات بما في ذلك المراقبة الصحية ومسح التربة.

وتشمل الصناعات الكبرى الأخرى الخدمات الأمنية والفحص عن النفط والغاز البحري والحماية من الحرائق ومساعدة خفر السواحل وحماية العملاء والحدود وفي الصحافة.