De UAV – De toekomst van de lucht
DeUAV is een acroniem voor Unmanned Aerial Vehicle,dat is een vliegtuig zonder piloot aan boord. UAV’s kunnen op afstand bestuurde vliegtuigen zijn (b.v. gevlogen door een piloot op een grondstation) of kunnen autonoom vliegen op basis van voorgeprogrammeerde vluchtplannen of complexere dynamische automatiseringssystemen. UAV’s worden momenteel gebruikt voor een aantal taken, waaronder verkenning en aanval. In dit artikel, en om een onderscheid te maken tussen onbemande luchtvaartuigen en raketten, wordt onder onbemande luchtvaartuigen verstaan onbemande luchtvaartuigen die in staat zijn een gecontroleerde, langdurige horizontale vlucht uit te voeren en worden aangedreven door een straal- of een kogermotor. Ook een kruisraket kan worden beschouwd als een UAV, maar wordt apart behandeld omdat het voertuig het wapen is. Het acroniem UAV is in sommige gevallen uitgebreid tot UAVS (Unmanned Aircraft Vehicle System). De FAA heeft het acroniem UAS (Unmanned Aircraft System) ingevoerd om aan te geven dat deze complexe systemen naast de eigenlijke luchtvoertuigen ook grondstations en andere elementen omvatten.
Officieel werd de term “Unmanned Aerial Vehicle” gewijzigd in “Unmanned Aircraft System” om aan te geven dat deze complexe systemen naast de eigenlijke luchtvoertuigen ook grondstations en andere elementen omvatten. De term UAS wordt echter niet veel meer gebruikt, aangezien de term UAV deel is gaan uitmaken van het moderne lexicon.
De militaire rol van UAV’s groeit met ongekende snelheid. In 2005 hebben tactische onbemande luchtvaartuigen en onbemande luchtvaartuigen op het terrein alleen al meer dan 100.000 vlieguren gemaakt ter ondersteuning van Operatie ENDURING FREEDOM (OEF) en Operatie IRAQI FREEDOM (OIF). Door de snelle technologische vooruitgang kan steeds meer capaciteit op kleinere vliegtuigrompen worden geplaatst, waardoor het aantal SUAS dat op het slagveld wordt ingezet, sterk toeneemt. Het gebruik van SUAS in de strijd is zo nieuw dat er voor het hele DoD geen formele rapportageprocedures zijn vastgesteld om de vlieguren van SUAS bij te houden. Naarmate de mogelijkheden van alle soorten UAV’s toenemen, blijven naties hun onderzoek en ontwikkeling subsidiëren, wat leidt tot verdere verbeteringen waardoor ze een veelheid van missies kunnen uitvoeren. UAV’s voeren niet langer alleen opdrachten uit op het gebied van inlichtingen, bewaking en verkenning (ISR), hoewel dit nog steeds hun voornaamste type is. Hun rol is uitgebreid tot gebieden als elektronische aanvallen (EA), aanvalsmissies, onderdrukking en/of vernietiging van vijandelijke luchtverdediging (SEAD/DEAD), netwerkknooppunten of communicatierelais, opsporing en redding in de strijd (CSAR), en afleidingen van deze thema’s. De kosten van deze UAV variëren van een paar duizend dollar tot tientallen miljoenen dollars, en de vliegtuigen die in deze systemen worden gebruikt variëren in grootte van een Micro Air Vehicle (MAV) met een gewicht van minder dan een pond tot grote vliegtuigen met een gewicht van meer dan 40.000 pond.
Soorten onbemande luchtvaartuigen
Target and decoy – het leveren van grond- en luchtgeschut op een doel dat een vijandelijk vliegtuig of raket simuleert
Reconnaissance – het leveren van inlichtingen over het slagveld
Combat – het leveren van aanvalscapaciteiten voor missies met een hoogmissies met hoog risico (zie onbemand gevechtsvliegtuig)
Onderzoek en ontwikkeling – wordt gebruikt om UAV-technologieën verder te ontwikkelen en te integreren in UAV-vliegtuigen die in de praktijk worden ingezet
Civiele en commerciële UAV’s – UAV’s die specifiek zijn ontworpen voor civiele en commerciële toepassingen.
Graad van autonomie
Sommige beginnende UAV’s worden drones genoemd omdat zij niet geavanceerder zijn dan eenvoudige radiografisch bestuurde vliegtuigen die te allen tijde door een menselijke piloot (soms “operator” genoemd) worden bestuurd. Geavanceerdere versies kunnen ingebouwde besturings- en/of geleidingssystemen hebben om taken van de menselijke piloot op een laag niveau uit te voeren, zoals stabilisatie van snelheid en vliegbaan, en eenvoudige voorgeprogrammeerde navigatiefuncties zoals het volgen van waypoints.
In dit perspectief zijn de meeste vroege UAV’s helemaal niet autonoom. In feite is het gebied van de autonomie van luchtvoertuigen een recent opkomend gebied, waarvan de economie grotendeels wordt gedreven door het leger om gevechtsklare technologie voor de strijder te ontwikkelen. In vergelijking met de fabricage van onbemande luchtvaartuigen is de markt voor autonome technologie tamelijk onvolwassen en onderontwikkeld. Daarom is autonomie de bottleneck voor toekomstige UAV-ontwikkelingen en zal dat wellicht ook in de toekomst zo blijven, en de totale waarde en uitbreidingssnelheid van de toekomstige UAV-markt zou grotendeels kunnen worden bepaald door de vooruitgang die op het gebied van autonomie moet worden geboekt.
Autonomietechnologie die belangrijk zal worden voor toekomstige UAV-ontwikkelingen valt onder de volgende categorieën:
Sensorfusie: Het combineren van informatie van verschillende sensoren voor gebruik aan boord van het voertuig
Communicatie: Behandeling van communicatie en coördinatie tussen meerdere agenten in aanwezigheid van onvolledige en onvolmaakte informatie
Motieplanning (ook wel Pad planning genoemd): Het bepalen van een optimaal pad voor het voertuig om te gaan terwijl het voldoen aan bepaalde doelstellingen en beperkingen, zoals obstakels
Traject generatie: Het bepalen van een optimale besturingsmanoeuvre om een bepaald pad te volgen of om van de ene locatie naar de andere te gaan
Taakallocatie en -planning: Bepaling van de optimale verdeling van taken over een groep agenten, met beperkingen voor tijd en uitrusting
Cooperative Tactics: Het formuleren van een optimale volgorde en ruimtelijke verdeling van activiteiten tussen agenten om de kans op succes in een gegeven missiescenario te maximaliseren
Autonomie wordt gewoonlijk gedefinieerd als het vermogen om beslissingen te nemen zonder menselijke tussenkomst. Het doel van autonomie is dan ook om machines te leren “slim” te zijn en zich meer als mensen te gedragen. De aandachtige toeschouwer zal dit wellicht associëren met de ontwikkelingen op het gebied van kunstmatige intelligentie die in de jaren tachtig en negentig populair zijn geworden, zoals expertsystemen, neurale netwerken, machinaal leren, natuurlijke taalverwerking en vision. Bij de technologische ontwikkeling op het gebied van autonomie is echter meestal een bottom-up-benadering gevolgd, en de recente vooruitgang is grotendeels aangestuurd door de beoefenaars van de besturingswetenschappen, niet door de computerwetenschappen. Evenzo is autonomie altijd beschouwd als een uitbreiding van de besturingswetenschap, en dat zal waarschijnlijk zo blijven. In de nabije toekomst zullen de twee vakgebieden echter in veel sterkere mate samensmelten en zullen praktijkmensen en onderzoekers uit beide disciplines samenwerken om een snelle technologische ontwikkeling op dit gebied tot stand te brengen.
Tot op zekere hoogte is het uiteindelijke doel van de ontwikkeling van autonomietechnologie het vervangen van de menselijke piloot. Het valt nog te bezien of toekomstige ontwikkelingen van autonomietechnologie, de perceptie van de technologie, en vooral het politieke klimaat rond het gebruik van dergelijke technologie, de ontwikkeling en het nut van autonomie voor UAV-toepassingen zullen beperken.
Op grond van het standaardisatiebeleid 4586 van de NAVO zullen alle UAV’s van de NAVO moeten worden gevlogen met het Tactical Control System (TCS), een systeem dat is ontwikkeld door het softwarebedrijf Raytheon.
UAV Endurance
Omdat UAV’s niet gebukt gaan onder de fysiologische beperkingen van menselijke piloten, kunnen ze worden ontworpen voor een maximale on-station time. De maximale vliegduur van onbemande luchtvaartuigen varieert sterk. Het uithoudingsvermogen van vliegtuigen met een verbrandingsmotor hangt sterk af van het percentage verbrande brandstof als fractie van het totale gewicht (de uithoudingsvergelijking van Breguet), en is dus grotendeels onafhankelijk van de grootte van het vliegtuig. Elektrisch aangedreven UAV’s op zonne-energie bieden de mogelijkheid om onbeperkt te vliegen, een concept dat werd bepleit door het Helios-prototype, dat helaas in 2003 bij een crash werd vernietigd.
Hoewel UAV’s slechts een fractie ontvangen van de bedragen die worden uitgegeven aan gevechtsvliegtuigen en tactische raketten, hebben de grote Amerikaanse behoeften als gevolg van de oorlog tegen het terrorisme het beeld veranderd. Voeg daarbij agressieve UAV-programma’s voor onderzeeërs en schepen, een ambitieuze routekaart voor toekomstige UAV’s, en de hoge kosten van geavanceerde systemen zoals de RQ-4 Global Hawk UAV (waarvan de productie in de komende 10 jaar 3,5 miljard dollar zou kunnen bereiken en meer dan 200 eenheden zou kunnen bedragen) en J-UCAS, en de mondiale prognose krijgt uiteindelijk een aanzienlijke impuls.