Как автономните самолети си пробиват път

Над поле с люцерна в долината Сан Хоакин в Калифорния малък самолет за пръскане на земеделски култури лети плашещо ниско над земята. Рискът за хората обаче е минимален, тъй като самолетът е без пилот, BBC

Всъщност можем да летим по-ниско, отколкото би могъл пилот човек“, казва Ръс Мароцке, докато самолетът прелита непосредствено над посевите.

По-ниският полет означава по-малко разнасяне на препарата извън обработваната зона и съответно необходимост от по-малко химикали в сравнение с традиционното пръскане със самолет с пилот, обяснява той.

Безпилотният самолет принадлежи на Pyka, където Мароцке работи като инженер по летателни изпитания. Базираният в преустроен хангар от Втората световна война с изглед към залива на Сан Франциско стартъп произвежда самолети без пилотски кабини, способни да летят самостоятелно и предназначени или за пръскане на земеделски култури, или за превоз на товари.

Компанията е сред малкото, които се надпреварват да въведат автономни самолети с фиксирани крила в търговска експлоатация.

Летящите градски таксита – т.нар. електрически летателни апарати с вертикално излитане и кацане (eVTOL) – привлякоха голяма част от вниманието около автономната авиация. Но паралелно протича и по-тиха надпревара за внедряване на самолети, които летят сами – първоначално за дейности като пръскане на култури и доставка на товари, а в крайна сметка, както се надяват много от производителите им, и за превоз на пътници.

Напълно развита и широко разпространена система за пътнически превози е крайната цел“, казва Майкъл Норсия, съосновател и главен изпълнителен директор на Pyka, който си представя голям флот от самолети на компанията с капацитет колкото микробус, превозващи пътници по източното и западното крайбрежие на САЩ.

„Има немалък шанс да стигнем дотам преди индустрията за eVTOL.“

Един от тестовите обекти на Pyka за самолети за пръскане е разположен на около 80 км източно от фабриката на компанията и достъпен по неравен черен път. Днес Мароцке и негов колега тестват софтуерна актуализация на демонстрационен самолет. Около дузина самолети на Pyka вече се използват в Бразилия за пръскане на култури като памук и соя – дейност, която преди се е извършвала от пилоти.

Самолетът за пръскане е изцяло електрически, като батерията му се намира в носовата част. Той може да лети около 35 минути и превозва до 300 литра препарат в резервоар в централната си част. Самолетите на Pyka понякога са наричани големи дронове, но това определение изглежда твърде скромно – всички те имат размах на крилата от 11.5 м.

В транспортен контейнер до полето инженерите отбелязват на компютър зоната, която искат самолетът да обработи. След това софтуерът планира маршрута, като отчита препятствия като близките електропроводи, които вече са предварително картографирани.

Излитането по писта край полето протича безпроблемно. Около 15 минути по-късно, след като установява, че течността за пръскане – за целите на днешната демонстрация това е вода – е на привършване, самолетът се приземява самостоятелно за ръчно зареждане на резервоара и демонстрационна смяна на батерията. След това отново излита и продължава пръскането точно от мястото, на което е спрял.

Автономният полет е различен от автопилота. Автопилотът подпомага пилота – подобно на системите за круиз контрол и поддържане на лентата при автомобилите. Автономните системи имат за цел да управляват целия полет, включително излитането и кацането, с минимална или никаква човешка намеса, като използват алгоритми за обработване на данни от сензорите и за управление на самолета.

Самолетите, които летят сами, се развиват по-бавно от автономните автомобили, въпреки че работят в среда, която обикновено се смята за по-структурирана и предвидима.

Една от причините е, че големите технологични компании са „заложили двойно“ на автомобилите, инвестирайки огромни средства в тази технология, казва Майкъл Кохендерфер, експерт по безопасна авиационна автономност в Станфордския университет. Но причината е и в това, че към самолетите се прилагат много по-строги стандарти за безопасност, отколкото към автомобилите, което поставя значително по-висока летва пред внедряването им.

Последиците от авиационните произшествия могат да бъдат изключително тежки“, казва Кохендерфер.

Интересът от страна на военните подпомага развитието на технологията. Много от компаниите имат договори в областта на отбраната за демонстрации и изпитания на своите системи, често при по-малко регулаторни ограничения, отколкото в гражданската авиация, а някои дори вече доставят продукти на военни клиенти.

В САЩ най-големият автономен самолет с фиксирани крила, одобрен досега за търговска гражданска употреба, е самолетът за пръскане на Pyka, който получи разрешение миналата година. Експлоатацията му обаче е ограничена до строго определена земеделска среда и изисква наземен оператор и визуален наблюдател. По-рано компанията получи сходно одобрение в Бразилия, където правилата са по-либерални. Pyka има за цел да увеличи производството си от около две дузини самолета годишно в момента до 1000 до 2030 г. Всеки самолет се продава за 550 000 долара, като клиентите преминават обучение за експлоатацията му.

Обединеното кралство все още не е одобрило подобни по-дългосрочни операции, макар че британската компания Windracers търси разрешение да започне автономна услуга за въздушен товарен превоз в Шетландските и Оркнейските острови. Нейните самолети, предназначени да доставят товари до отдалечени райони, изпълняват мисии и в Украйна.

Това със сигурност би била първата услуга за въздушен превоз на тежки товари с дрон във Великобритания, а вероятно и където и да било по света“, казва Стивън Райт, основател и председател на Windracers.

Поддръжниците на автономните самолети твърдят, че те биха могли да помогнат за справяне с недостига на пилоти, да премахнат необходимостта хора да извършват опасни дейности като пръскане на земеделски култури, да повишат ефективността – например като позволят на самолетите да превозват повече товари – и да намалят разходите, ако един оператор може да наблюдава множество самолети. Те също така твърдят, че автоматизацията може да направи летенето по-безопасно, като посочват намаляването на броя на произшествията в миналото с въвеждането на все повече автоматизирани системи.

Организациите на пилотите обаче остават предпазливи. Американската Асоциация на пилотите от гражданската авиация (ALPA) определя премахването на пилотите като „сериозен риск за безопасността и крачка твърде далеч“.

Американската Национална асоциация на селскостопанската авиация, която представлява пилотите на самолети за пръскане, заявява, че малките безпилотни летателни апарати могат да бъдат трудни за забелязване от нейните пилоти. Освен това, посочва организацията, самолетите с пилот могат да обработят много по-голяма площ за по-кратко време.

Pyka и Windracers изграждат самолетите си от нулата, като твърдят, че това позволява автономността да бъде заложена още в самия дизайн и самолетът да бъде пригоден специално към конкретната задача.

Други компании преоборудват съществуващи по-големи самолети. Подкрепяната от инвестиционното подразделение на Boeing американска компания Reliable Robotics в момента тества своята система на Cessna 208B Grand Caravan – еднопилотен товарен самолет, който може да превозва около 1360 кг полезен товар на стотици километри.

Преоборудването на вече сертифицирани самолети позволява на компанията да се съсредоточи изцяло върху доказването на безопасността на автономната система, вместо да се налага паралелно да получава одобрение и за изцяло нов самолет, казва Робърт Роуз, съосновател и главен изпълнителен директор на компанията.

Merlin Labs, също базирана в САЩ, постепенно преминава към все по-големи военни самолети и в момента адаптира своята система за двуместния военен транспортен самолет Lockheed Martin C-130J, като следващата стъпка ще бъдат търговските товарни самолети с многочленен екипаж.

Това е общ автономен „мозък“, който може да преминава между различни самолети“, обяснява Мат Джордж, основател и главен изпълнителен директор на Merlin.

Компаниите се различават и в подхода си към изкуствения интелект.

Reliable изцяло го избягва, тъй като според компанията той би усложнил сертифицирането.

Merlin, от своя страна, възприема много по-силно ориентиран към изкуствения интелект подход. Разликата ясно личи при т.нар. системи за откриване и избягване на препятствия.

Едно от най-големите предизвикателства пред автономния полет е да се възпроизведе способността на пилота да забелязва други самолети и препятствия и да маневрира безопасно около тях – при това практически без никакво място за грешка. Тъй като все още няма съвършено решение, компаниите добавят различни сензорни системи и дублират вече стандартно използваните, за да осигурят допълнителна резервираност.

Reliable е добавила насочен напред радар „въздух-въздух“, способен да засича други самолети на повече от осем километра разстояние, а софтуерът следва предварително зададени правила, за да реши как самолетът трябва да реагира.

Това е „по-добро от очите на пилота“, казва Роуз.

Merlin, от своя страна, използва камери с изкуствен интелект за откриване и класифициране на обекти.

Pyka още от самото начало използва лидар за откриване на дървета, превозни средства, големи птици и особености на терена. Обхватът му обаче е малък, затова компанията планира да добави и камери с изкуствен интелект – първото ѝ реално използване на AI на борда.

За много неща няма никаква нужда да използваш изкуствен интелект... но когато трябва да разбереш дали онези шест пиксела в далечината са самолет или просто някакво петно, това е идеална задача за него“, казва Норсия.

Дилемата около изкуствения интелект се простира и до комуникацията с ръководството на въздушното движение. В споделено въздушно пространство самолетите трябва да могат да получават, разбират и изпълняват радиоинструкции, които обикновено се подават гласово.

Решението на Reliable е на земята да има дистанционен пилот – поне в началото напълно квалифициран – който да води комуникацията и да взема критичните за безопасността решения.

Merlin планира да използва генеративен изкуствен интелект, обучен върху хиляди часове записани разговори, за да разбира инструкциите и самостоятелно да отговаря на тях.

Нашият проблем е по-труден... но искаме да преминем отвъд дистанционното пилотиране“, казва Джордж.

Merlin планира да намалява броя на пилотите поетапно – от двама на един, а в крайна сметка до нула.

По думите на Норсия Pyka е готова да остави другите да „проправят пътя“ в търсенето на най-добрия начин за работа в споделено въздушно пространство.

Междувременно, дори напълно автономният пътнически полет да остане трудно постижим, мнозина очакват разработваните в момента технологии постепенно да навлязат в търговската авиация и потенциално да направят полетите с пилоти по-безопасни. Както отбелязва американската асоциация на пилотите ALPA, подобно развитие би било добре дошло.