Primoco UAV – český bezpilotní letoun se světovými technologiemi

Letoun Primoco UAV One 150 je hornoplošníkem s rozpětím téměř 5 metrů, jehož maximální vzletová hmotnost dosahuje 150 kg. Zvolené hmotnostní omezení bylo vybráno s ohledem na požadavek kategorizovat letoun ve vojenském provozu podléhající normě STANAG 4703 a v civilním prostředí jako představitele specifické kategorie (EASA). V praxi tento požadavek zabezpečuje vysokou míru adaptability pro individuální podmínky každého zákazníka a jeho letecké autority s možností změn. Letoun nabízí nosnost užitečného zařízení až 30 kg, přičemž shodné hodnoty na trhu dosahují obvykle mnohem těžší stroje. Letoun je vybaven vysoce pokročilým autopilotem, který zabezpečuje precizní řízení letounu ve dne, v noci i ve ztížených povětrnostních podmínkách.

Díky autopilotu a integrovanému radiovýškoměru letoun nabízí plně automatický vzlet i přistání. Navigační systém je z hlediska bezpečnosti naddimenzovaný a kromě primární GPS/Glonass/Galileo navigace je vybaven i inerciálním navigačním systémem pro pokračování v letu po selhání primární navigace, nebo v prostředí zarušení. Datalink pro přenos signálu mezi letounem a pozemní řídicí stanicí zabezpečuje přenos řídicí telemetrie na vzdálenost až 200 km a zabezpečuje i online přenos dat z nesených senzorů. Užitečné zatížení lze do letounu instalovat v několika pozicích, jako je například stanoviště v přídi, ve střední části trupu či po stranách. Letoun nabízí nejen vysokou nosnost speciálních senzorů, ale i vysokou míru variability a velmi objemný zástavbový prostor, což umožňuje nést i senzory obvykle používané na pilotovaných prostředcích či mnohem větších UAV. Co do schopností letounu na úrovni celku i agregátů letoun výrazně převyšuje požadavky leteckých předpisů.     

V letošním roce byl dokončen vývoj sériové podoby letounu Primoco UAV One 150. Došlo u něj k několika změnám, včetně instalace nového typu podvozku schopného lépe zvládat provoz z méně kvalitních drah, přepracování elektroinstalace pro snížení údržbových nároků a zvýšení bezpečnosti, úpravě softwarového vybavení letounu, ale hlavně k integraci nových špičkových senzorů. Výsledná konfigurace, která je nyní zákazníkům nabízena, přináší parametry jako je například vytrvalost letu přes 15 hodin. To, že tato hodnota není jen teoretickou, společnost prokázala 16. dubna 2020, kdy jeden z letounů nad továrním letištěm Písek - Krašovice absolvoval nepřetržitý let v délce 15 hodin a 3 minuty. Celkem stroj uletěl 1 650 km při průměrné spotřebě 2,2 litrů na hodinu letu. Tento let je českým rekordem a i v podmínkách celého světa je u strojů v dané hmotnostní kategorii prvenstvím. Právě vytrvalost letounu je jednou z jeho nejvyšších předností. 

Stejně jako letoun samotný se vyvíjí i česká společnost Primoco UAV SE, která získala povolení k provádění zahraničního obchodu s vojenským materiálem a vstoupila na pražskou burzu cenných papírů.

Aby mohli vojenští zákazníci letoun Primoco UAV One 150 plně využít, společnost Primoco UAV SE zahájila kroky k certifikaci letounu dle standardu STANAG 4703. Prvním krokem bylo získání oprávnění výrobní (POA) a vývojové organizace (DOA), paralelně probíhá časově delší certifikace samotného letounu.

Primco UAV One 150; větší foto / Naděžda Murmaková, Primoco UAV, autor

Nad československou hranicí

Skutečnou vyspělost každého letounu prověří až reálné nasazení, a i v této oblasti letoun postupně sbírá zkušenosti z ostrého provozu na třech kontinentech. V květnu tohoto roku proběhla v médiích zpráva o nasazení letounu Primoco UAV One 150 při hlídání české hranice se Slovenskem a Rakouskem v úseku hraniční linie přes 200 km. Nasazení letounu si vyžádala Letecká služba Policie ČR, která chtěla ověřit podobný způsob nasazení bezpilotního prostředku k plnění svých úkolů. Letoun od pondělí do pátku nalétal téměř 2000 km s maximální vzdáleností přes 60 km od řídicí stanice, a to ve dne i v noci. Jednalo se tedy o první BVLOS (Beyond Visual Line Of Sight) let nad vnitrozemským územím v ČR i EU. Pro tento účel Úřad civilního letectví ČR vyhlásil pro zajištění provozní bezpečnosti v prostoru bezletovou zónu. Letoun byl pro tyto lety osazen kamerovým systémem Epsilon 175 vybaveným denní HD kamerou s 30násobným zoomem i termovizním kanálem s chlazeným čipem a 15násobným zoomem s GPS lokací. Operátor proto mohl v libovolné fázi letu jednoznačně určit GPS koordináty zájmového bodu s možností automatického rozpoznávání a sledování zájmového subjektu (tzv. Object tracking). 

Nejaktivnějším provozovatelem je bezesporu malajsijské letectvo, které letouny Primoco UAV One 150 využívá k hlídkovým misím a vzdušnému velení hned v několika oblastech své mořské a pevninské hranice. Letouny jsou osazeny EO/MWIR jednotkou a létají až na hranici 200 km dosahu a denně provádějí několikahodinové lety. Při nichž již došlo k stovkám záchytů narušitelů. Při nich tamní letectvo do vzduchu okamžitě vysílá intervenční ozbrojené vrtulníky a pobřežní stráž své rychlé čluny, zatímco letoun Primoco UAV One 150 sleduje narušitele až do okamžiku jeho dostižení a poté monitoruje celý zákrok a poskytuje velitelskému štábu obrazová data o jeho průběhu. V červnu letošního roku dosáhl letoun Primoco UAV One 150 na další prvenství, když byl řízen v reálném čase na dálku 9700 km. Společnost Primoco UAV SE totiž kvůli uzavření hranic nemohla vycestovat k provedení servisního zásahu a modernizace letounů u zákazníka v Malajsii, a tak vše proběhlo dálkovým způsobem. Na místě byli pouze představitelé zákazníka, kteří tvořili bezpečnostní zálohu. Na dálku se podařilo provést s pomocí tamních techniků všechny údržbové práce a posléze také zálet i první operační lety v prostoru. Letoun byl ale po celou dobu letu kompletně ovládán se sídla firmy.  

Primco UAV One 150; větší foto / Naděžda Murmaková, Primoco UAV, autor

Velkorysá variabilita senzorů

Letoun Primoco UAV One 150 je v současné době posuzován několika vojenskými zákazníky, neboť v dané třídě nabízí největší nosnost speciálního vybavení, dosah řízení i vytrvalost letu. Společnost Primoco UAV SE neustále pracuje na rozšiřování možností využití letounu. Například verzi s vícesenzorovou (multipayload) konfigurací, EO/MWIR jednotky Epsilon 175 vybavené HD denním kanálem s 30x zoomem s možností LLLTV a SD termovizním (MWIR) kanálem s 15x zoomem. Tato kamera představuje stávající standard letounu a je plně integrovaná do řídícího systému UAV. Umožňuje provádění průzkumu ve dne i v noci a díky spektru MWIR do určité míry i za ztížených rozhledových podmínkách. Software obsahuje geolokaci pro jednoklikové určení GPS koordinát zájmového objektu a jejich předání pilotovi pro změnu profilu letu či do systému C4I. Pochopitelnou součástí je automatické sledování statického objektu (kamera se při manévrování natáčí pro udržení kontaktu) i dynamického cíle (tzv. object tracking). Kamera představuje při výborných parametrech ekonomicky dostupné řešení.

Druhým senzorem byl SAR radiolokátor s elektronicky vychylovaným paprskem se syntetickou aperturou (AESA) od předního amerického výrobce, společnosti Imsar. Zvolený typ radaru dává letounu Primoco UAV One 150 mnohem lepší detekční kapacitu, než jakou disponují větší drony nesoucí radiolokátory s mechanicky vychylovanou anténou. Nyní integrovaný typ NSP-7 je největší z rodiny radiolokátoru firmy Imsar a běžně jej vozí letouny typu Beechcraft King Air. Primoco UAV One 150 je prvním UAV na světě, do nějž byl podobný typ radiolokátoru dané třídy integrován. Dosah radaru umožňuje dálkový („stand-off“) průzkum zájmové oblasti bez ohledu na povětrnostní a rozptylové podmínky. Nabízí pokročilou automatizaci zpracování obrazu a operátor může volit mezi režimy Strip, Spot a GMTI, kdy lze díky vysoce pokročilému softwaru vidět výsledky v reálním čase.

První z nich představuje klasické kontinuální snímkování povrchu, kdy letoun sleduje prostor pod sebou a vytváří digitální obraz povrchu krajiny s možností detekce vegetace, staveb, vozidel či osob. Druhý mód umožňuje tvorbu 3D podkladů a důkladné snímkování určené zájmové oblasti pod různými pozorovacími úhly při příletu, přeletu i odletu. Konečně GMTI mód umožňuje automatickou detekci pohyblivých cílů, ať již jde o osoby, vozidla či plavidla. Citlivost radaru je na takové úrovni, že je schopen detekovat i objekty pohybující se pomaleji, než je lidská chůze. Špičkou schopností je tzv. režim koherentní detekce změn (CCD), kdy radiolokátor umožňuje ze vzduchu detekovat proměny prostředí vyvolané změnami na povrchu a je schopen odhalovat nejen koleje od vozidel v terénu, ale například i improvizované nálože IED na cestách a podobně. Obsluha radiolokátoru pracuje se systémem knihoven a v reálném čase je schopná detekovat jakékoliv potenciálně nebezpečné změny v prostředí.    

Rekordní let Primco UAV One 150

Kromě SAR radaru společnost také připravuje integraci UWB radaru umožňujícího detekci cílů krytých vegetací. Zejména v jihovýchodní Asii, kam společnost již dodala několik letounů. Podobné zařízení umožnilo odhalit pohyb osob či vozidel v hustě zalesněných oblastech, kde klasické optické či termovizní prostředky selhávají. Radarová zařízení jsou principiálně určená pouze pro vojenské zákazníky, kterým takto vybavený letoun nabízí široké detekční možnosti s minimálními náklady a maximální bezpečností. Bezpečnostní situace u některých zákazníků značně stěžuje nasazení provozně i finančně náročných pilotovaných letadel nad podobnými oblastmi a bezpilotní letouny jsou přirozenou a efektivní náhradou. Dosah radiolokátorů totiž omezuje výšku letu a posádky pilotovaných strojů jsou proto vystaveny riziku palby ze země. Toto riziko je u bezpilotních prostředků společnosti Primoco UAV SE do značné míry eliminováno, neboť jednak v letounu nesedí posádka, ale hlavně jeho velmi tichý chod a malá velikost prakticky znemožňují jeho odhalení při letu v pracovní výšce. 

Dále společnost pracuje na integraci rušícího systému pro stand-in a stand-off rušení. I v této oblasti se společnosti podařilo nalézt partnera a připravit další řešení na domácí bázi. Dalším zařízením integrovaným do letounu je fotoaparát se snímacím rozlišením 150 MPix, který je schopen provádět detailní snímky povrchu a schopné detekovat objekty o velikosti platební karty. Snímky jsou opět opatřeny GPS souřadnicemi pro přesné určení pozice zájmového objektu a lze je spojovat pro tvorbu realistických mapových prostředků. Všechny senzory jsou integrovány jako moduly, které lze při přípravě k letu zaměnit a změna konfigurace letounu nezabere více než 30 minut. Jeden prostředek proto může během dne plnit různé mise a uživateli přinášet výstupy z různých senzorů. Velkou část senzorů lze navíc nést a používat současně. 

Syntetický výcvik

Z pohledu provozní bezpečnosti bezpilotních prostředků zůstává klíčovou oblastí výcvik pilotů, pro který zatím v oblasti legislativy neexistují žádné standardy. Piloti dálkově ovládaných leteckých prostředků se ve většině zemí majících bohaté zkušenosti s UAV dělí na tzv. externí a interní piloty. Ti interní obsluhují letoun pomocí řídicí stanice (Ground Control Station) a po předletové přípravě a důkladném naplánování letu, včetně volby vhodné trasy i výškového profilu letoun řídí s pomocí pokročilé automatizace. U letounu Primoco UAV One 150 lze takto zabezpečit kompletní průběh letu od vzletu až po přistání, neboť stroj je vybaven plnou automatizací vzletu a přistání s vysokou přesností. To pochopitelně platí v podmínkách standardní letové obálky.

V případě operační potřeby, překročení limitů letové obálky (nejčastěji půjde o vysoké hodnoty stranového větru, který se během patnáctihodinového letu může dramaticky změnit) či případných nestandardních situací (například závady vzniklé poškozením letounu za letu atp.) letoun pilotuje externí pilot s pomocí manuálního řízení principiálně obdobného RC řídicí stanici. Toto řízení probíhá primárně v oblasti dohledu, kdy například autopilot zabezpečí návrat do prostoru letiště a poté jeho řízení přebírá externí pilot. Výcvik externích pilotů je náročnou disciplínou, pro níž se dodnes ve světě používají klasické RC modely. Nevýhodou tohoto řešení je nejen relativně vysoká cena daná přirozenou nehodovostí ve výcviku, ale hlavně nemožnost simulovat složité podmínky (například vliv počasí, snížené dohlednosti či závad) a tedy i relativně omezená efektivita.

Primco UAV One 150; větší foto / Naděžda Murmaková, Primoco UAV, autor

Proto Primoco UAV SE ve spolupráci s českou firmou VR Group a.s. vyvinulo plně syntetický výcvikový systém založený na technologii virtuální reality. Tento simulátor externího pilota, jehož hlavním prvkem jsou digitální 3D brýle s propojeným ovládacím systémem, umožňuje kompletní bezpečné opakované nácviky různých úloh, do nichž může instruktor zanášet úmyslné „poruchy“ (například vysazení motoru, zablokování řídicích ploch, asymetrickou funkci ploch atp.) či vnější vlivy (simulace okolního leteckého provozu, simulace deště či sněhu a ledu pro odlišné adhezní podmínky po dosednutí, simulace větru s různým vektorem, simulace proměnlivých rozhledových podmínek v mlze, kouři či oblačnosti) atp. Simulátor samozřejmě dále nabízí možnost zpětného přehrání letu a poletové rozbory s instruktorem.

Virtuální prostředí, v němž simulátor funguje, zase dává možnost jej konfigurovat „na míru“ zákazníkům a například jako virtuální cvičnou základnu použít syntetickou kopii budoucího skutečného místa provozu. K tomuto simulátoru externího pilota Primoco UAV nabízí i kompletní simulátor interního pilota, tedy určitou repliku pozemní řídící stanice. Jejich propojení pak nabízí možnost komplexního školení celé osádky. Zkušenosti společnosti VR Group a.s. umožňují propojení UAV simulačního systému s dalšími trenažéry zákazníka a tedy i plně syntetický nácvik spolupráce pilotů UAV s ostatními složkami letectva. Co do rozsahu jde o nejmodernější simulační koncept současnosti, který již byl velmi úspěšně testován během dvouměsíčního zkušebního nasazení v Izraeli, tedy v místě, kde moderní UAV vznikly. 

Závěrem

Vývoj bezpilotního letounu Primoco UAV One 150 probíhá od roku 2015 a v následujícím období by společnost chtěla pro stroj získat řádný typový certifikát, čímž by došlo k završení vývojové etapy. Oproti pilotovanému letectví ale v oblasti dronů legislativa teprve vzniká a pouze na úrovni NATO existuje závazný stavební předpis. Certifikace proto bude vyžadovat úzkou spolupráci s leteckými úřady, neboť bude probíhat paralelně se vznikem právních předpisů pro tuto oblast. Na dnešní podmínky je zcela unikátním rysem původ letounu. Ten totiž kompletně vzniká v České republice, a to bez jakékoliv státní podpory, dotací nebo bankovních úvěrů a obsahuje pouze tři komponenty ze zahraničí. Těmi jsou autopilot, datalink a odpovídač sekundárního radaru. 

Spojení „Made in Czech Republic“ proto v případě letounu Primoco UAV One 150 není jen frází, ale i důležitým prodejním argumentem, neboť naše země má v leteckém světě nadále dobré renomé.