UAVS Poland – Lot bezzałogowym śmigłowcem po sukces

Przez wiele lat bezzałogowe statki powietrzne (BSP) były małymi samolotami i służyły głównie dla celów wojskowym – wykonywały rozpoznanie, np. na terenach wroga, bez narażania życia pilota. Teraz jest inaczej. Od kilku lat rośnie popularność BSP wśród odbiorców cywilnych. Zmianę tę umożliwiła nowelizacja przepisów. Jak podkreślają autorzy raportu z 2013 r. „Bezzałogowe statki powietrzne w Polsce” z zespołu do spraw bezzałogowych statków powietrznych Urzędu Lotnictwa Cywilnego, po pierwsze, drony najczęściej wykorzystywane są do fotografowania lub filmowania z powietrza, jednak dzięki możliwości przesyłania obrazu wideo w czasie rzeczywistym doskonale sprawdzają się także przy monitorowaniu imprez masowych czy patrolowaniu granic, są dobrym narzędziem do badania skażenia atmosfery, stanu upraw, rurociągów lub linii energetycznych, a także linii kolejowych. Po wtóre, bezzałogowy statek powietrzny nie musi być samolotem. Równie dobrze, a czasem nawet lepiej, sprawdza się bezzałogowy śmigłowiec. W Polsce udowodnili to naukowcy z Akademii Górniczo-Hutniczej im. Stanisława Staszica w Krakowie. Dr inż. Grzegorz Chmaj opracował mały bezzałogowy helikopter napędzany silnikiem spalinowym. Autor wynalazku wraz ze swoim promotorem prof. dr. hab. inż. Tadeuszem Uhlem skomercjalizował swój bezzałogowy aparat latający w ramach działającej na zasadzie spin-off spółki UAVS Poland (udziałowcem spółki jest również Akademia Górniczo-Hutnicza). Jak do tej pory to jedyna w naszym kraju firma, która zajmuje się projektowaniem i produkcją bezzałogowych helikopterów.

Nauka i biznes
Ale wróćmy do początku. Wynalazek, o którym mowa, powstał w ramach pracy doktorskiej Grzegorza Chmaja w latach 2006–2010. Pomysł na bezzałogowy helikopter, teraz już znany pod nazwą aquila, pojawił się, gdy autor dostrzegł potencjał rynku. Jak opowiadał jeszcze przed wprowadzeniem aquili na rynek, podstawowym celem było skonstruowanie maszyny, która mogłaby samodzielnie wykonywać loty w pełni zautomatyzowane, bez udziału pilota. Prace rozpoczął od poznania dynamiki śmigłowców, a potem dochodziły kolejne elementy – projektowanie i budowa pokładowego systemu kontroli lotu, zaprojektowanie i wykonanie samostabilizowanej głowicy obserwacyjnej. A to wszystko z minimalnym udziałem operatora. Gdy prace zakończyły się sukcesem, a część z nich została opatentowana, przyszła pora na wprowadzenie produktu na rynek. I tak pojawiła się w pełni autonomiczna jednostka latająca wyposażona w pokładowy system kontroli lotu, umożliwiająca zarówno pionowy start, autonomiczny lot, jak i pionowe lądowanie. „Nasze systemy naziemnej stacji kontroli są uproszczone do tego stopnia, że start polega na wciśnięciu jednego przycisku ze stacji bazowej. Śmigłowiec jest w stanie sam wystartować, przelecieć zaplanowaną trasę i wrócić bez ingerencji operatora” – tłumaczy Grzegorz Chmaj.

Wspomniana stacja bazowa pozwala na definiowanie trasy lotu i obserwację aktualnych jego parametrów oraz obrazu wideo przesyłanego w czasie rzeczywistym. Dodatkowo system anten trakujących zapewnia komunikację z jednostką nawet na dystansie kilkudziesięciu kilometrów. Aquila wyposażona jest też w kamerę termowizyjną, kamerę dzienną oraz laserowy dalmierz i przesyła obraz w czasie rzeczywistym. Ale bezzałogowy śmigłowiec to niejedyne dziecko UAVS Poland sp. z o.o. W kolejnych miesiącach od założenia spółki do portfolio dołączały kolejne rozwiązania: samostabilizacyjna głowica obserwacyjna przeznaczona do montażu na pokładach bezzałogowych statków powietrznych, jednostka inercyjnej nawigacji – bardzo mały układ elektroniczny oparty na czujnikach wykonanych w technologii MEMS (Micro Electro-Mechanical Systems), który umożliwia badania orientacji obiektów niemających stałego punktu odniesienia. „Później wprowadziliśmy do naszej oferty naziemną antenę trakującą, której zadaniem jest śledzenie obiektów latających. Celem tego projektu było wydłużenie zasięgu komunikacyjnego między naziemną stacją bazową a celem powietrznym. Dzięki niej zasięg (w postaci linku między stacją bazową a obiektem) obiektu latającego wydłuża się dwukrotnie. Realizowaliśmy też projekty bazujące na systemach łączności bezprzewodowej. Wszystkie te systemy są w naszej ofercie i wyposażamy w nie nasze produkty” – wymienia Grzegorz Chmaj.

Godne podkreślenia jest to, że każdy projekt, nad którym pracowali specjaliści z UAVS, kończył się wprowadzeniem na rynek konkretnego produktu, który udaje się sprzedać. To kolejny dowód na to, że nauka i biznes mogą z powodzeniem iść ramię w ramię.

Początki i nadzieje
Jednak na początku działalności nie było wcale takie pewne, że spółka osiągnie sukces. Wszystko przez przepisy. Jeszcze dwa lata temu bezzałogowe statki powietrzne nie mogły wykonywać lotów w polskiej przestrzeni powietrznej. A to oznaczało, że jedynym potencjalnym odbiorcą produktów UAVS Poland była polska armia. I tu pojawiły się schody. „Po wystosowaniu do Inspektoratu Uzbrojenia MON pisma, w którym chcieliśmy zachęcić do naszego rozwiązania, otrzymaliśmy odpowiedź, że z uwagi na napięty harmonogram prac wynikający z przyjętych wcześniej planów i procedur w zakresie pozyskania SpW Inspektorat Uzbrojenia MON nie może potwierdzić uczestnictwa w tym projekcie. Niewątpliwie była to dla nas niekomfortowa sytuacja, bo gdy zakładaliśmy spółkę w roku 2010, największe nadzieje wiązaliśmy właśnie z wojskiem. Zderzyliśmy się jednak z barierą nie do przejścia – wspomina Grzegorz Chmaj. – Na szczęście w zeszłym roku prawo się zmieniło. Obecnie bezzałogowe statki powietrzne mogą latać w polskiej przestrzeni powietrznej w zasięgu wzroku operatora. I choć polskie prawodawstwo w tym zakresie wciąż wymaga doprecyzowania i dopasowania do warunków rynkowych, to już samo dopuszczenie bezzałogowych lotów otworzyło drzwi przed wieloma spółkami”. Boom na drony wśród firm cywilnych pokazał, jak duże było zapotrzebowanie na taką ofertę. Stało się więc dokładnie tak, jak przewidywał Grzegorz Chmaj, gdy przystępował do przygotowywania pracy doktorskiej. „Dziś sto procent naszych zamówień pochodzi od spółek cywilnych, a zainteresowanie jest duże. Obecnie realizujemy zamówienie na bezzałogowy statek powietrzny oparty na śmigłowcu wyposażonym w głowicę obserwacyjną zawierającą kamerę dzienną i termowizyjną. System też jest wyposażony w system transmisji wideo w czasie rzeczywistym. Nasz kontrahent, warszawska spółka Iwing, zamierza wykorzystywać ten system do pomiarów fotogrametrycznych do oprysku upraw i monitoringu z powietrza. Jeżeli chodzi o zainteresowanie wojska, to nic się nie zmieniło. Co prawda trafiają do nas pojedyncze zapytania z poszczególnych jednostek wojskowych, ale dotyczą one jedynie możliwości naszego systemu” – opowiada Grzegorz Chmaj.

SOL System obserwacji lotniczej to głowica obserwacyjna, której wyposażenie może stanowić: kamera dzienna HD, kamera termowizyjna, radar SAR, dalmierz laserowy, wskaźnik podświetlania celu oraz system łączności. Najważniejsze parametry systemu to: praca w trybie samostabilizacji na poziomie kilkudziesięciu mikroradianów, autonomiczne śledzenie celów naziemnych, wizualizacja obszaru obserwacji i nakładanie informacji na wyświetlany obraz obserwowanego terenu. Koszty produkcji pozwolą na oferowanie tego system w bardzo przystępnej cenie w porównaniu z produktami konkurencyjnymi. Kamieniem milowym w skali całego projektu będzie zastosowanie światłowodowej technologii do zadań inercyjnego pomiaru kątów odchylenia głowicy w połączeniu z zastosowaniem napędów bezpośrednich (eliminujących wszelkie luzy przekładni mechanicznych), co znacząco wpłynie na wysoką jakość obrazu wideo udostępnianego przez system. Źródło: UAVS Polska.

Indywidualne podejście
Jednak jeżeli ktoś myśli, że krakowska spółka to fabryka, która produkuje taśmowo, jest w błędzie. Projekty UAVS są na tyle skomplikowane, że niemożliwe jest realizowanie jednocześnie nawet dwóch takich samych projektów. Po pierwsze, każdy produkt musi być dostosowany do potrzeb konkretnego klienta. „Nigdy jeszcze nie sprzedaliśmy dwa razy tego samego produktu. Każdy zrealizowany projekt jest konfigurowany czy nawet integrowany z aparaturą i sprzętem klienta. A te są za każdym razem inne. Nasz produkt musi być dopasowany do konkretnych wymagań klienta i do jego budżetu” – podkreśla Grzegorz Chmaj. Po drugie, przy realizacji każdego zlecenia spółka współpracuje ze specjalistami z wielu dziedzin naukowych – mechanikami, elektronikami, informatyki.

Poświęcenie się realizacji jednego zadania nie oznacza, że ekspertom z krakowskiej spółki nie udaje się wykroić trochę czasu na opracowywanie nowych rozwiązań. Obecnie trwają prace nad systemem precyzyjnej obserwacji lotniczej SOL. Projekt ten jest współfinansowany ze środków Narodowego Centrum Badań i Rozwoju oraz Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego. Jego celem jest opracowanie samostabilizowanej głowicy obserwacyjnej. System ten ma być odpowiedzią na rozporządzenie Ministra Spraw Wewnętrznych i Administracji oraz Ministerstwa Środowiska dotyczącej obserwacji lotniczej obszarów leśnych i ma stanowić alternatywę dla oferowanych na rynku krajowym rozwiązań zagranicznych. „Chcemy pokazać, że jesteśmy firmą polską, która może wytworzyć równie dobry, o ile nie lepszy od zagranicznych, system obserwacji za dużo mniejsze pieniądze. Mamy nadzieję, że system będzie też wykorzystywany przez policyjne śmigłowce i samoloty straży granicznej oraz że skutecznie wesprze działania tych służb. Nasze rozwiązanie, które zaproponowaliśmy w ramach projektu, charakteryzuje się dużą innowacyjnością zarówno na poziomie krajowym, jak i międzynarodowym” – opowiada Grzegorz Chmaj.

Ponadto specjaliści z UAVS Poland starają się trzymać rękę na pulsie i na bieżąco modernizować już istniejące rozwiązania. Bo – jak mówi Grzegorz Chmaj – branża, w której działają, wymaga ciągłej obserwacji rynku i pojawiających się nowinek technologicznych. „Staramy się utrzymywać nasze produkty na wysokim poziomie technologicznym. Gdy tylko w branży pojawia się nowa technologia, staramy się jak najszybciej wprowadzić ją do naszych produktów. Uważamy, że dopasowanie się do tempa rozwoju technologii pozwoli nam konkurować z przedsiębiorstwami zagranicznymi i sprawi, że w przyszłości nasze produkty będą atrakcyjne również na rynkach zagranicznych” – mówi Grzegorz Chmaj.

Choć na razie spółka działa tylko na rynku polskim, to oczywiście zakłada, że w przyszłości będzie oferować swoje projekty także poza granicami naszego kraju. Na razie jednak, jak przyznaje Grzegorz Chmaj, jest jeden problem. „Branża bezzałogowych samolotów, głowic obserwacyjnych czy oprogramowania do obiektów latających jest trudna i konkurencyjna. Wejście na rynki zagraniczne, wyjście z ofertą do sił zbrojnych innych państw musi być poprzedzone nawiązaniem współpracy z Wojskiem Polskim. Czas pokaże, czy uda się dotrzeć z produktami do naszej armii. Jeżeli tak by się stało, to oferta automatycznie zostałaby rozszerzona na rynki międzynarodowe” – tłumaczy Grzegorz Chmaj.

Współpraca Jednego z podzespołów do systemu obserwacyjnego UAVS dostarcza spółka Renishaw z Warszawy, światowy lider w zakresie produkcji systemów pomiarowych stosowanych w metrologii przemysłowej oraz w technikach wytwarzania i wiodący dostawca systemów do pomiaru przemieszczeń liniowych oraz kątowych. Z firmą UAVS Poland spółka rozpoczęła współpracę kilka miesięcy temu. Krakowska spółka poszukiwała wówczas precyzyjnego przetwornika optoelektronicznego do układu stabilizacji kamery obserwacyjnej. Po szczegółowym ustaleniu wymagań technicznych okazało się, że przetwornik absolutny serii Resolute spełni takie wymagania. Wtedy firma Renishaw wypożyczyła enkoder do testów. Po kilku tygodniach stało się oczywiste, że system optyczny Resolute doskonale nadaje się do zastosowania w kamerze stabilizacyjnej. Jak mówi Grzegorz Krajewski z firmy Renishaw, jest kilka kryteriów, które sprawiają, że przetworniki Resolute idealnie nadają się do zastosowań w kamerach obserwacyjnych: „Jednym z nich jest wysoka rozdzielczość, która sięga nawet 32 bitów. Oznacza to, że możemy śledzić zmiany położenia kątowego nawet z krokiem wynoszącym 0,01 sekundy kątowej. Ma to bardzo ważne znaczenie w systemach stabilizacji obrazu. Dodatkową zaletą przetwornika jest możliwość pracy w bardzo trudnych warunkach atmosferycznych. Wykorzystywane przez firmę UAVS Poland enkodery mogą pracować w temperaturze od –40 do 80°C. Ważnym parametrem jest także stabilność sygnału pomiarowego. Renishaw gwarantuje, że błąd interpolacji (tzw. sub-divisional error) w enkoderach Resolute nie przekracza ±40 nm. Ma to bardzo ważne znaczenie w przypadku płynnej regulacji prędkości śledzenia i wpływa na jakość stabilizacji obrazu” – wyjaśnia Grzegorz Krajewski.