Погодный дрон
или Метеорологический дрон беспилотный летательный аппарат с определением погоды (БПЛА) , [1] – представляет собой дистанционно пилотируемый летательный аппарат массой менее 25 кг. [2] и несущие датчики, которые собирают термодинамические и кинематические данные из средних и нижних слоев атмосферы (например, на расстоянии до 6 км).
Метеорологические дроны пока не используются для поддержки национальных метеорологических и гидрологических служб (НМГС) из-за продолжающихся переговоров о доступе БПЛА к воздушному пространству и соблюдении правил использования воздушного пространства, а также технологических разработок, необходимых для удовлетворения Всемирной метеорологической организации . требований [3]
В основном метеорологические дроны используются для поддержки научно-исследовательских миссий и отраслевых операций. [4]
История
[ редактировать ]Ранние предложения
[ редактировать ]Первый зарегистрированный БПЛА для измерения параметров атмосферы был в 1970 году, когда «небольшой радиоуправляемый самолет [использовался] в качестве измерительной платформы» для обмена результатами метеорологических измерений. [5] Исследование проводилось при поддержке Кембриджской исследовательской лаборатории ВВС и НАСА на станции Уоллопс. Авторы указали на необходимость «простой, экономичной, управляемой и восстанавливаемой платформы для размещения метеорологических датчиков и приборов» и продемонстрировали, что использование небольшого радиоуправляемого самолета для сбора данных о погоде является одновременно осуществимым и полезным.
Второй вехой в разработке метеорологических дронов стал прототип, построенный группой исследователей Университета Колорадо при финансовой поддержке Управления военно-морских исследований США (ONR) в 1993 году. [6] Целью дрона с неподвижным крылом под названием Aerosonde было обеспечение сбора данных о погоде в отдаленных и недоступных регионах земного шара. В 1995 году дальнейшие разработки проводились в Австралии компанией Environmental Systems and Services (ES&S) Pty Ltd., которой были Австралийское бюро метеорологии субподрядчиками и Insitu Group. В 1999 году все операции и разработки начала осуществляться австралийской компанией Aerosonde Ltd. С 2007 года Aerosonde Ltd. входит в состав американского промышленного конгломерата Textron Inc. [7] К 2016 году Aerosonde стал самолетом разведки, наблюдения и рекогносцировки (ISR) для военных операций, а его функция сбора данных о погоде стала вторичной. [8]
Дальнейшее развитие
[ редактировать ]В 2009 году Американский национальный исследовательский совет опубликовал отчет «Наблюдение за погодой и климатом с нуля: общенациональная сеть сетей», подчеркнув необходимость в более адекватных методах вертикального мезомасштабного наблюдения, чем радиозонды, запускаемые с помощью метеозондов – основной системы, используемой для собирать данные из этого слоя атмосферы. [9]
С тех пор исследовательские программы, посвященные погодным дронам, расширяются. [1] Центр автономного зондирования и отбора проб при Университете Оклахомы является наиболее активной группой в этой области. Его исследователи разрабатывают CopterSonde и создали концепцию 3D Mesonet — сети станций, с которых каждые час или два запускаются метеорологические дроны для сбора данных в мезомасштабе. [10] [11]
США В 2022 году Национальное управление океанических и атмосферных исследований задействовало метеорологический дрон Area-I Altius-600 во время урагана ( ураган Йен (NOAA) впервые ). Дрон с неподвижным крылом пролетел на меньших высотах (900 м – 1,3 км) внутри очага урагана и в стене глаза, чтобы измерить значения температуры, давления и влажности.
Коммерчески доступных метеорологических дронов мало, большую часть рынка поставляет швейцарская компания Meteomatics AG . [10] [12] разработчик и производитель Метеодронов с 2013 года. В 2020 году на рынок вышла британская компания Menapia с MetSprite.
Типы
[ редактировать ]Самолет
[ редактировать ]Первые метеорологические дроны использовали неподвижные крылья, поскольку это позволило исследователям реализовать технологические достижения в области пилотируемых самолетов и покрыть большую территорию благодаря способности летать в течение долгих часов. [13]
Винтокрылый
[ редактировать ]Метеорологические дроны с винтокрылыми крыльями более популярны, поскольку они более универсальны, просты в эксплуатации и больше подходят для работы с вертикальными профилями, чем улетающие радиозонды. [13]
Преимущества и ограничения
[ редактировать ](ВМО) в сотрудничестве с национальной метеорологической службой Франции «Метео-Франс В 2019 году Всемирная метеорологическая организация » организовала «Семинар ВМО по использованию беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) для подготовки отчетов по оперативной метеорологии». [3] первый семинар по обсуждению применения метеорологических дронов. Среди участников были представители национальных метеорологических центров, университетских исследовательских групп и частных компаний.
В ходе обсуждений на семинаре был сделан вывод, что метеорологические дроны полезны для сбора данных измерений пограничного слоя на месте , устраняя пробелы в данных и повышая точность численного прогноза погоды. Но прежде чем метеорологические дроны смогут оказывать поддержку национальным метеорологическим службам, необходимо устранить ряд препятствий, в том числе:
- Отсутствие конкретных правил, касающихся дронов, в национальном или региональном регулировании воздушного пространства.
- Ограниченный уровень автоматизации полета, дозаправки и поддержания уровня топлива.
в полете Кроме того, необходимо было решить проблему обледенения атмосферы и чрезмерного сопротивления ветру , чтобы обеспечить безопасность метеорологических дронов и предотвратить их потерю. С момента разработки первого Аэрозонда, в 1990-е годы, проводились исследования по решению проблемы обледенения, которое стало причиной гибели многих самолетов. [6] В 2016 году швейцарская компания Meteomatics стала первой организацией, разработавшей противообледенительную систему, которая нагревает лопасти несущего винта при обнаружении риска обледенения. [1]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с Пинто, Джеймс О.; О'Салливан, Дебби; Тейлор, Стюарт; Элстон, Джек; Бейкер, CB; Хотц, Дэвид; Маршалл, Кертис; Джейкоб, Джейми; Барфусс, Конрад; Пиге, Брюно; Робертс, Грег; Оманович, Надя; Фенглер, Мартин; Йенсен, Андерс А.; Штайнер, Матиас (01 ноября 2021 г.). «Состояние и будущее малых беспилотных авиационных систем (БПЛА) в оперативной метеорологии» . Бюллетень Американского метеорологического общества . 102 (11): Е2121–Е2136. Бибкод : 2021BAMS..102E2121P . дои : 10.1175/BAMS-D-20-0138.1 . ISSN 0003-0007 .
- ^ Министерство транспорта США, Федеральное управление гражданской авиации (21 июня 2016 г.). «Эксплуатация и сертификация малых беспилотных авиационных систем» (PDF) . www.faa.gov . Проверено 16 ноября 2022 г.
- ^ Jump up to: а б Всемирная метеорологическая организация, МетеоФранс (16 ноября 2022 г.). «Практикум по использованию беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) для оперативной метеорологии» . Всемирная метеорологическая организация . Проверено 16 ноября 2022 г.
- ^ «Первый дрон для сбора данных о погоде в США может быть запущен этой осенью» . Вашингтон Пост . ISSN 0190-8286 . Проверено 16 ноября 2022 г.
- ^ Конрад, Т.Г.; Хилл, МЛ; Роуленд-младший; Мейер, Дж. Х. (ноябрь – декабрь 1970 г.). «Небольшой радиоуправляемый самолет как платформа для метеорологических датчиков» (PDF) . Технический дайджест APL . 10 :11–19 – через Лабораторию прикладной физики Джонса Хопкинса.
- ^ Jump up to: а б Холланд, Дж.Дж.; Вебстер, ПиДжей; Карри, Дж.А.; Тайрелл, Г.; Гаунтлетт, Д.; Бретт, Г.; Беккер, Дж.; Хоаг, Р.; Вальенти, В. (1 мая 2001 г.). «Аэрозонд-робот: новая парадигма наблюдений за окружающей средой» . Бюллетень Американского метеорологического общества . 82 (5): 889–902. Бибкод : 2001BAMS...82..889H . doi : 10.1175/1520-0477(2001)082<0889:TARAAN>2.3.CO;2 . ISSN 0003-0007 .
- ^ сотрудники газеты Defense Industry Daily. «Textron покупает производителя БПЛА AAI Aerosonde» . Ежедневник оборонной промышленности . Проверено 16 ноября 2022 г.
- ^ Пек, Эйб (27 октября 2021 г.). «За тенью: следующий этап конкурса FTUAS» . Внутри беспилотных систем . Проверено 16 ноября 2022 г.
- ^ Совет национальных исследований (20 ноября 2008 г.). Наблюдение за погодой и климатом с нуля: общенациональная сеть сетей . ISBN 978-0-309-12986-2 .
- ^ Jump up to: а б Чилсон, Филипп Б.; Белл, Тайлер М.; Брюстер, Кейт А.; Бритто Хупсель де Азеведо, Густаво; Карр, Фредерик Х.; Карсон, Кеннет; Дойл, Уильям; Фибрих, Кристофер А.; Грин, Брайан Р.; Гримсли, Джеймс Л.; Каннеганти, Сай Теджа; Мартин, Джошуа; Мур, Эндрю; Палмер, Роберт Д.; Пиллар-Литтл, Элизабет А. (январь 2019 г.). «Движение к сети автономных станций профилирования атмосферы БПЛА для наблюдений в нижних слоях атмосферы Земли: концепция 3D-мезонети» . Датчики . 19 (12): 2720. Бибкод : 2019Senso..19.2720C . дои : 10.3390/s19122720 . ISSN 1424-8220 . ПМК 6631695 .
- ^ «Дроны могут стать будущим прогнозирования погоды» . Вирджинский пилот . Проверено 16 ноября 2022 г.
- ^ Кох, Стивен Э.; Фенглер, Мартин; Чилсон, Филипп Б.; Элмор, Кимберли Л.; Эргроу, Брайан; Андра, Дэвид Л.; Линдли, Тодд (01 ноября 2018 г.). «Об использовании беспилотных летательных аппаратов для отбора проб мезомасштабных явлений в предконвективном пограничном слое» . Журнал атмосферных и океанических технологий . 35 (11): 2265–2288. Бибкод : 2018JAtOT..35.2265K . doi : 10.1175/JTECH-D-18-0101.1 . ISSN 0739-0572 .
- ^ Jump up to: а б Белл, Тайлер М.; Грин, Брайан Р.; Кляйн, Петра М.; Карни, Мэтью; Чилсон, Филип Б. (16 июля 2020 г.). «Противодействие пробелу в данных о пограничном слое: оценка новых и существующих методологий исследования нижних слоев атмосферы» . Методы измерения атмосферы . 13 (7): 3855–3872. Бибкод : 2020AMT....13.3855B . дои : 10.5194/amt-13-3855-2020 . ISSN 1867-1381 .