ناسا یک سیستم کنترل ترافیک هوایی برای پهپادها ساخته است

در تعطیلات آخر هفته شکرگزاری سال ۲۰۱۳، جف بزوس، مدیرعامل وقت آمازون، در برنامه

حضور یافت تا یک اعلامیه خیره‌کننده ارائه دهد: آمازون تا چند سال دیگر پهپادهایی را مستقر خواهد کرد که بسته‌ها را در کمتر از ۳۰ دقیقه به خانه‌ها تحویل می‌دهند.

این موضوع به مشکلی فوریت بخشید که پریمال کوپاردکار، مدیر مؤسسه تحقیقات هوانوردی ناسا، از اوایل همان سال به آن فکر می‌کرد.

کوپاردکار، که با نام PK شناخته می‌شود، به یاد می‌آورد که با تعجب پرسید: «چگونه عملیات پهپادی در مقیاس بزرگ را مدیریت و تطبیق می‌دهید بدون اینکه سیستم کنترل ترافیک هوایی را تحت فشار قرار دهید؟» با توجه به مشغله فراوان کنترلرهای ترافیک هوایی در مدیریت تمام پروازها و فرودهای هواپیما، واضح است که آنها ظرفیت نظارت بر ناوگان پهپادهای تحویل بسته را که آمازون وعده داده بود، نخواهند داشت.

راه حلی که PK ابداع کرد، که متعاقباً به یک همکاری بین آژانس‌های فدرال، محققان و صنعت تبدیل شد، سیستمی به نام مدیریت ترافیک سیستم هواپیمای بدون سرنشین (unmanned-aircraft-system traffic management) یا UTM است. اپراتورهای پهپاد که از UTM استفاده می‌کنند، به جای برقراری ارتباط کلامی با کنترلرهای ترافیک هوایی، مسیرهای پروازی مورد نظر خود را از طریق یک شبکه مبتنی بر ابر با یکدیگر به اشتراک می‌گذارند.

این رویکرد بسیار مقیاس‌پذیر ممکن است سرانجام آسمان را به روی انبوهی از کاربردهای پهپادی تجاری که هنوز محقق نشده‌اند، باز کند. به عنوان مثال، Amazon Prime Air در سال ۲۰۲۲ راه اندازی شد، اما پس از سقوط در یک مرکز آزمایش، متوقف شد. در هر روز معین، تنها حدود ۸۵۰۰ هواپیمای بدون سرنشین در حریم هوایی ایالات متحده پرواز می‌کنند که اکثریت قریب به اتفاق آنها به جای خدماتی مانند مأموریت‌های جستجو و نجات، بازرسی املاک، نظارت تصویری یا بررسی زمین‌های کشاورزی، برای اهداف تفریحی استفاده می‌شوند.

یکی از موانع استفاده گسترده‌تر، نگرانی در مورد احتمال برخورد پهپاد به پهپاد در هوا بوده است. (پهپادها معمولاً به حریم هوایی زیر ۴۰۰ فوت محدود می‌شوند و دسترسی آنها به فرودگاه‌ها محدود است، که خطر برخورد پهپاد به هواپیما را به طور قابل توجهی کاهش می‌دهد.) طبق مقررات اداره هوانوردی فدرال (Federal Aviation Administration)، پهپادها عموماً نمی‌توانند فراتر از خط دید بصری اپراتور پرواز کنند، که پروازها را به حدود یک سوم مایل محدود می‌کند. این امر از بیشتر برخوردها جلوگیری می‌کند، اما همچنین از بیشتر موارد استفاده، مانند تحویل دارو به درب منزل بیمار یا اعزام پهپاد پلیس به صحنه جرم فعال، جلوگیری می‌کند تا امدادگران بتوانند قبل از رسیدن بهتر آماده شوند.

اکنون، با این حال، اپراتورهای پهپاد به طور فزاینده‌ای UTM را در پروازهای خود ادغام می‌کنند. این سیستم از الگوریتم‌های برنامه‌ریزی مسیر، مانند الگوریتم‌هایی که در Google Maps اجرا می‌شوند، برای ترسیم مسیری استفاده می‌کند که نه تنها آب و هوا و موانعی مانند ساختمان‌ها و درختان، بلکه مسیرهای پروازی پهپادهای نزدیک را نیز در نظر می‌گیرد. اگر پهپاد دیگری در همان زمان حجم مشابهی از حریم هوایی را رزرو کرده باشد، قبل از برخاستن، یک پرواز را به طور خودکار تغییر مسیر می‌دهد و مسیر پروازی جدید را برای خلبانان بعدی قابل مشاهده می‌کند. سپس پهپادها می‌توانند به طور خودکار به مقصد خود پرواز کنند و از آنجا برگردند و هیچ کنترلر ترافیک هوایی مورد نیاز نیست.

در طول دهه گذشته، ناسا و صنعت از طریق یک سری آزمایش‌ها به FAA نشان داده‌اند که پهپادها می‌توانند با رعایت UTM با خیال راحت در اطراف یکدیگر مانور دهند. و تابستان گذشته، این آژانس مجوز داد تا چندین شرکت تحویل پهپاد که از UTM استفاده می‌کنند، به طور همزمان در همان حریم هوایی بالای دالاس شروع به پرواز کنند - این اولین بار در تاریخ هوانوردی ایالات متحده است. اپراتورهای پهپاد بدون قابلیت‌های UTM داخلی نیز شروع به صدور مجوز خدمات UTM از ارائه دهندگان شخص ثالث تایید شده توسط FAA کرده‌اند.

پیتر ساکس، رئیس استراتژی ادغام حریم هوایی در Zipline، یک شرکت تحویل پهپاد مستقر در South San Francisco که مجوز استفاده از UTM را دارد، خاطرنشان می‌کند که UTM تنها در صورتی کار می‌کند که همه شرکت‌کنندگان از قوانین یکسانی پیروی کنند و موافقت کنند که داده‌ها را به اشتراک بگذارند، و این امر سطح بی‌سابقه‌ای از همکاری را برای شرکت‌هایی که برای به دست آوردن جایگاهی در یک زمینه جوان و داغ رقابت می‌کنند، فراهم کرده است.

ساکس می‌گوید: «همه ما موافقیم که باید در مورد پیچ و مهره‌های عملی و پشت صحنه همکاری کنیم تا اطمینان حاصل شود که این رفع تعارض قبل از پرواز برای پهپادها واقعاً خوب کار می‌کند.» («رفع تعارض استراتژیک» اصطلاح فنی برای فرآیندهایی است که برخورد پهپاد به پهپاد را به حداقل می‌رساند.) Zipline و شرکت‌های تحویل پهپاد Wing، Flytrex و DroneUp همگی در منطقه دالاس فعالیت می‌کنند و برای گسترش به شهرهای بیشتر در حال رقابت هستند، اما به منظور حفظ حریم هوایی عاری از درگیری، محل پرواز خود را برای یکدیگر فاش می‌کنند.

ممکن است پذیرش بیشتر UTM در راه باشد. انتظار می‌رود FAA به زودی قانون جدیدی به نام Part 108 را منتشر کند که ممکن است به اپراتورها اجازه دهد فراتر از خط دید بصری پرواز کنند، مشروط بر اینکه، از جمله سایر الزامات، آنها دارای قابلیت UTM باشند و نیاز به معافیت دشوار از این آژانس را که در حال حاضر برای این پروازها لازم است، از بین ببرد. برای مدیریت ایمن این ترافیک پهپادی اضافی، شرکت‌های پهپادی باید به همکاری با یکدیگر ادامه دهند تا هواپیماهای خود را از سر راه یکدیگر دور نگه دارند.

یعقوب زینبرگ نویسنده‌ای ساکن کمبریج، ماساچوست است.