211service.com
Fancy lidojumi
33. korpusa pagrabā uz galda sēž pusotru metru garš helikopters, kura korpuss ir slaida stiklašķiedras apvalka vietā rupji pielodēts metāla karkass ar Erector komplekta apdari. Tas ir utilitārs, nevis ornamentāls, bet tas, kas tai trūkst stilā, tas kompensē pēc būtības. Šis minikopteris spēj paveikt to, ko nespēj lielāki helikopteri. Un vēl svarīgāk, tas var tos paveikt autopilotā. Tas būtībā ir lidojošs robots. Izņemot pacelšanos un nosēšanos, visas tās kustības tiek kontrolētas ar matemātiskiem vienādojumiem.
Pagājušā gada rudenī mašīna, nodēvēta par Čopera kungu, uzlauza jaunus ceļus, kad kļuva par pirmo helikopteru, kas bez cilvēka iejaukšanās veica dalītu S manevru, kam sekoja puse cilpa. Šis manevrs ierobežoja vairākus Aeronautikas un Astronautikas un Elektrotehnikas un Datorzinātņu departamentu pētnieku grupas sasniegumus. Aeronautikas un astronautikas asociētā profesora Ērika Ferona vadītā komanda koncentrējas uz gaisa kuģu veiklības uzlabošanu, lai lidojošās mašīnas varētu veikt cilpas un pagriezienus šaurās vietās. Deputāti saka, ka nākamajos 10 gados tādus veiklus, bezpilota transportlīdzekļus kā Čopera kungs varētu izmantot militārai izlūkošanai un filmu filmēšanai.
Es domāju, ka tas, iespējams, ir trakākais lidošanas projekts visā valstī universitātes vidē, saka Ferons, kurš sāka strādāt ar minikopteriem 1998. gadā pēc tam, kad bija noskatījies, kā tālvadības helikoptera pilots vada helikopteru caur vairākiem trikiem. Iepriekš Ferons bija studējis automātiskās vadības sistēmas, un ideja par helikoptera lidojumu automatizāciju viņu ieinteresēja. Viņš piesaistīja divus maģistrantus Aleksu Šterenbergu, MNG '00, un aeronautikas un astronautikas doktora grāda kandidātu Vladu Gavriletu, SM 98, lai izveidotu avionikas kasti, kas tagad vada Čepera kunga kustības.
Četru ar pusi kilogramu smagā avionikas kaste darbojas kā kontroliera acis debesīs, nepārtraukti mērot un pārraidot lidojuma datus uz zemi. Kastē, kas piestiprināta zem helikoptera trīs kilogramus smagā korpusa, ir trīs sensori, globālās pozicionēšanas sistēmas uztvērējs, altimetrs un lidojuma vadības dators. Tas sazinās, izmantojot Ethernet, ar zemes datoru, kuru arī maģistranti uzbūvēja.
Vlads un viņa kolēģi ir burtiski izveidojuši visu datorsistēmu, kas atrodas zem helikoptera, no pamata komponentiem, saka Ferons. Tam ir jāstrādā vidē, kas ļoti satricina un ne tikai aprēķina lietas, bet arī sūta pasūtījumus uz fiziskām ierīcēm.
Lai savāktu datus, kas vada helikopteru automatizētā lidojuma laikā, Šterenbergs un Gavrilets aprīkoja kuģi ar īpaši izveidotu datu iegūšanas kastīti. Tālvadības helikoptera pilots Raja Bortcosh vadīja helikopteru cauri neskaitāmiem manevriem, un kaste ierakstīja viņa komandas un helikoptera sensora izejas. Izmantojot šos datus, Gavrilets saka, ka mēs varējām rekonstruēt veidu, kā pilots vada helikopteru, lai veiktu manevrus. Un tad mēs varējām izveidot pirmo helikoptera dinamisko modeli-matemātisko modeli akrobātiskajam lidojumam, kas vēl nekad nebija darīts. Kad viņi bija rekonstruējuši lidojuma komandas kā matemātiskos vienādojumus, pētnieki, kuriem pievienojās pēcdoktorantūras līdzstrādnieks Bernards Metlers, aeronautikas un astronautikas maģistrantūras students Ioannis Martinos un elektrotehnikas un datorzinātņu maģistrantūras students Kara Sprague '01, MEng '02, ieprogrammēja informāciju Čopera kunga dators, ļaujot mašīnai pašai dublēt manevrus.
Mettlers, kura doktorantūras pētījumi Kārnegija Melona universitātē koncentrējās uz miniatūru helikopteru modelēšanas un vadības paņēmieniem, atzīmē, ka ir vajadzīgi gadi, lai apgūtu helikoptera vadību, tāpēc šīs prasmes nav viegli dublēt ar datoru. Viņš saka, ka MIT autonomā helikopteru grupa, veiksmīgi izpildot akrobātiskos manevrus, ir sasniegusi jaunu sasniegumu lidojuma veiktspējā datora vadībā.
Lai pārbaudītu savus matemātiskos modeļus, pētnieki izveidoja lidojuma simulatoru ar dublikātu avionikas kastē un interfeisu. Izmantojot simulatoru, viņi var vērot helikoptera 3D attēlu, kur tas pārvietojas visur, kur viņu modeļi to virza. Komanda cenšas novērst visas simulatora matemātiskās neprecizitātes, pirms tā pārbauda komandas ar helikopteru.
Uz lauka ar helikopterā ieprogrammētu izvēlēto matemātisko algoritmu pilots kontrolē helikopteru, kad tas paceļas no zemes. Norādījis, ka tas atrodas noteiktā vietā un augstumā, pilots pārslēdz slēdzi, kas ieslēdz helikopteru autopilotā. Helikopters ievēro algoritma norādījumus un veic manevru noteiktajos augstuma, ātruma un attāluma parametros, un visu laiku pētnieki uzrauga tā lidojuma datus uz zemes datora. Pēc manevra pabeigšanas smalcinātājs atgriežas lidojuma pozīcijā, un pilots pārņem manuālu vadību un nolaiž smalcinātāju.
Pateicoties simulatoram un pētnieku spējai pārbaudīt matemātiskos modeļus pirms pacelšanās debesīs, helikopters savā četru gadu pastāvēšanas vēsturē ir avarējis tikai divas reizes, neskatoties uz to, ka, kā saka Ferons, logi kļūdīties un atgūties no tie ir ārkārtīgi šauri. Abas avārijas bija saistītas ar aparatūras kļūmēm, nevis skaitliskām kļūdām.
Taču pagājušā gada rudenī komandas locekļi novēroja negaidītu ārkārtas atkopšanas procedūru pārbaudi, ieprogrammētās instrukcijas, kas liek helikopteram reaģēt uz reizēm kļūdainiem sensora datiem. Viņi izmēģināja algoritmu, kas līdz tam tika pārbaudīts tikai simulatorā. Modelim bija jānovirza helikopters, lai tas veiktu divus automātiskus manevrus pēc kārtas, eleronu - korķviļķim līdzīgu manevru, kam sekoja split-S. Bet, kad pienāca laiks faktiski izpildīt manevrus, radās problēma: smalcinātājs izkāpa no ruļļa, saņēma kļūdainus datus par savu pozīciju un atbildēja, iedziļinoties spirālveida niršanā. Tā vietā, lai mēģinātu pārņemt un glābt helikopteru, komanda gaidīja, lai redzētu, vai kuģa sensori saņems pareizus datus, pēc kuriem tā varētu rīkoties. Viņiem par prieku tieši tā arī notika. Helikopters bez palīdzības atguvās no niršanas un atgriezās sākuma pozīcijā.
Viens no dramatiskākajiem lidojuma mirkļiem notika, kad helikopters pirmo reizi veica split-S. Pētnieki bija paredzējuši, ka tas nokritīs 36,5 metrus 2,5 sekundēs, izejot no S split, un tas arī notika. Taču kritums, kas līdzīgs kļūdas izraisītam brīvajam kritienam, bija nervus kutinošāks, nekā gaidīts. Simulatorā tas neizskatās tik dramatiski kā tad, kad jūs to redzat, saka Gavrilets. Tas bija patiešām mežonīgs!
Tā kā miniatūrais helikopters spēj veikt stingrus pagriezienus, cilpas un ripošanos, tas ir lieliski piemērots sarunām par pilsētas un dabas ainavām, saka Metlers. Tas jau ir izmantots, lai palīdzētu filmēt filmu Ņujorkā, lai gan šajā nolūkā Čopera kungs darbojās cilvēka kontrolē. Kamera, kas piestiprināta tās pamatnei, ierakstīja baložus lidojumā 2000. gada Emmy balvas ieguvējai dokumentālajai filmai National Geographic . Helikopterā iebūvētā vibrācijas izolācijas sistēma, kas lidojuma laikā amortizē avionikas datoru, ļāva filmēt vienmērīgi. Kuģa stabila uzņemšanas spēja un tā manevrētspēja izraisa izklaides industrijas interesi, jo iekārtu var izmantot, lai lēti filmētu trikus.
Bet Ferons un viņa komanda visbiežāk apspriež militāros pielietojumus. Galu galā NASA, Jūras pētniecības birojs un Aizsardzības progresīvo pētījumu projektu aģentūra finansē projektu. Pagājušā gada rudenī komanda izstrādāja aviācijas šova programmu, kas izstrādāta, lai parādītu, ka helikopters var autonomi veikt plānoto misiju, kas ir nepieciešama tādām militārām vajadzībām kā izlūkošana.
Saistīts darbs (pie lielākiem helikopteriem) notiek citās universitātēs, tostarp Kārnegija Melona un Džordžijas Tehnoloģiju institūtā, taču pētnieki atzīst MIT sasniegumus. Džordžijas Tehnikas docents Ēriks Džonsons, SM ‘95, saka: Manuprāt, Ērika Ferona un viņa komandas nesenie rezultāti ir nepārprotami parādījuši, ka bezpilota lidaparāti spēj darboties vairāk kā pilotējami lidaparāti.