Phương tiện bay không người lái là gì? Ứng dụng trong cuộc sống

Phương tiện bay không người lái là gì? Ứng dụng trong cuộc sống

I. Phương tiện không người lái là gì?

1. Khái niệm phương tiện không người lái

“UAV” còn được gọi là “Drone” là thuật ngữ viết tắt của cụm từ “Unmanned Aerial Vehicle”, nó có nghĩa là “Phương tiện hàng không không người lái” hay thường gọi là “Máy bay không người lái” để chỉ những loại máy bay không có phi công trong buồng lái. Ngoài ra, Ủy ban Quản lí Hàng không Liên bang Hoa Kỳ còn sử dụng cụm từ UAS (Unmanned Aerial System – Hệ thống máy bay không người lái) để nhấn mạnh rằng các hệ thống này không chỉ bao gồm máy bay mà còn bao gồm cả trạm kiểm soát trên mặt đất và một số thiết bị, yếu tố khác nữa.

Năm 1916, Archibald Montgometry Low chế tạo chiếc máy bay không người lái đầu tiên UAV. Máy bay không người lái đã tham gia trong hai cuộc chiến tranh thế giới thứ nhất và thứ hai.

UAV là loại máy bay có khả năng bay theo các lịch trình được lập trình cố định hoặc theo sự điều khiển của các hệ thống máy tính phức tạp. Ngoài ra, nó còn được điều khiển bởi một phi công ngồi tại trạm điều khiển trên mặt đất. Máy bay không người lái có những hình dạng và kích cỡ khác nhau nên mỗi loại sẽ phù hợp với từng nhu cầu sử dụng khác nhau. UAV có thể được thu hồi tái sử dụng hoặc không, có thể mang theo tải trọng hoặc không tùy vào từng mục đích cụ thể.

UAV phải dùng một vệ tinh trung gian nhằm đảm bảo tín hiệu vẫn đủ mạnh để kiểm soát đường bay của chúng

Thuật ngữ “Drone” dùng để chỉ những phương tiện máy bay UAV kiểu mới, được chế tạo rất đa dạng, có kích thước và động cơ nhỏ đến trung bình. Để thuận tiện điều khiển thao tác thì drone được lắp đặt nhiều cánh quạt, thường là 4. Ngoài ra, về kích thước cũng có những biến đổi khác nhau: chúng có thể sải cánh rộng như một máy bay phản lực hay nhỏ như một chiếc máy bay mô hình được điều khiển bằng sóng radio.

Drone là thiết bị bay kiểu mới, kích thước và công suất nhỏ đến trung bình

Thuật ngữ Flycam (“drone with camera” hay “flying camera”) chính là những “drone” có gắn thêm camera quan sát. Hay có thể hiểu theo một cách khác: Flycam là thiết bị quay phim chụp ảnh trên không, là thiết bị không người lái có lắp camera hay máy ảnh dùng để quay phim hoặc chụp hình từ trên cao. Có thể xem nó là một biến thể khác của UAV.

Như vậy cả ba thiết bị UAV – Flycam – Drone đều chỉ những loại máy bay không người lái, Nhưng xét về mức độ ảnh hưởng, cấu tạo, kích thước hay thậm chí tùy vào mục đích sử dụng khác nhau mà mỗi loại có thêm những tính năng nhất định.

UAV: máy bay theo theo nghĩa truyền thống được trang bị hệ thống điều khiển và lái tự động

Drone: thiết bị bay kiểu mới, kích thước và công suất nhỏ đến trung bình

Flycam: những Drone có lắp thêm camera để quan sát

2. Phương tiện không người lái có những loại nào?

UAV hay phương tiện không người lái được phân loại dựa trên một số đặc tính cụ thể như: trọng lượng, mức độ tự chủ, độ cao bay tối đa, khả năng tác chiến,…

2.1. Phân loại dựa trên trọng lượng

Khi xét theo khía cạnh trọng lượng, phương tiện không người lái được chia thành 5 loại:

- Nano (Nặng khoảng 250gr)

- Phương tiện máy bay siêu nhỏ (Nặng khoảng 250gr – 2kg)

- UAV thu nhỏ (Nặng khoảng 2 – 25kg)

- UAV vừa (Nặng khoảng 25 – 150kg)

- UAV lớn (Nặng trên 150kg)

2.2. Phân loại dựa trên mức độ tự chủ

Phương tiện không người lái có thể được phân loại dựa trên khả năng tự chủ trong quá trình bay của chúng. Trên phương diện này, chúng được chia làm hai loại chính là: máy bay được điều khiển từ xa và máy bay tự động hoàn toàn. Bên cạnh đó, có một số UAV cung cấp khả năng tự chủ trung gian. Điển hình như các máy bay được điều khiển để thực hiện nhiệm vụ, nhưng có khả năng tự động quay lại căn cứ. Nhiều loại máy bay có thể tùy chọn việc hoạt động có người lái hoặc không.

2.3. Phân loại dựa trên độ cao

Thông qua độ cao và khoảng cách bay, phương tiện không người lái được chia làm các loại sau:

- Độ cao 600m (2000ft) tầm hoạt động khoảng 2km

- Độ cao 1500m (gần 5000ft) tầm hoạt động lên đến 10km

- Độ cao loại NATO 3000m (10.000ft) tầm hoạt động lên đến 50km

- Độ cao chiến thuật 5500m (18.000ft) tầm hoạt động khoảng 160km

- Độ cao trung bình (MALE) 9000m (30.000ft) tầm hoạt động trên 200km

- Độ cao bên lâu (HALE) 9100m (trên 30.000ft) tầm hoạt động không xác định

2.4. Phân loại dựa trên tiêu chí tổng hợp

Ngoài các tiêu chí phân loại trên, một số máy bay không người lái còn được phân loại theo các yếu tố tổng hợp. Minh chứng cho việc phân loại này là hệ thống máy bay không người lái (UAS) của quân đội Hoa Kỳ. Loại máy bay này dựa trên trọng lượng, độ cao tối đa và cả tốc độ của thành phần UAV.

Phương tiện không người lái cải tiến tỉ lệ thuận với sự phát triển vượt bậc của nền khoa học công nghệ, kỹ thuật số. Thiết bị hiện đại này không chỉ phục vụ cho quân đội mà còn góp mặt trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Đối với doanh nghiệp, bạn có thể tận dụng tiềm năng của phương tiện không người lái để làm mới mô hình kinh doanh của mình một cách tối ưu nhất.

II. Một vài thông tin cần biết về phương tiện bay không người lái

Drone gần như tự hoạt động đầy đủ mà không cần sự xuất hiện của con người trong buồng lái, để làm được điểu đó thì đòi hỏi hệ thống điều khiển từ xa vô cùng phức tạp và tinh vi.

UAV còn có loại máy bay mô hình, chúng có một quy định bắt buộc là chỉ được bay trong tầm nhìn của người điều khiển bằng sóng radio. Trong những trường hợp này thì trạm điều khiển, hoặc bộ điều khiển và UAV sẽ nói chuyện trực tiếp.

Đối với những chiếc UAV đúng nghĩa chúng được lập trình và điều khiển bằng hệ thống máy tính để bay rất xa, có thể ra khỏi ranh giới quốc gia đó và vượt qua khoảng cách cả hàng trăm kilomet. Nhưng trong trường hợp này do bay tầm quá xa và có thể bị ảnh hưởng bởi thời tiết, vật cản hay độ cong của bề mặt Trái Đất nên người ta phải dùng một vệ tinh trung gian nhằm đảm bảo tín hiệu vẫn đủ mạnh để kiểm soát đường bay của các UAV. Cũng nhờ cách này các phi công quân sự có thể ngồi tại Mỹ và điều khiển một chiếc UAV Predator tận bên Afganistan hay Iraq.

Flycam (“drone with camera” hay “flying camera”) chính là những “drone” có gắn thêm camera quan sát

Drone được điều khiển bay bằng bộ điều khiển từ xa hoặc/và lập trình sẵn theo lộ trình, tọa độ dựa trên GPS. Nhiều drone hiện nay đã được tích hợp GPS nên luôn định vị được đang bay ở đâu. Bộ điều khiển Drone thường sử dụng sóng radio tần số 2,4GHz, một số loại còn có sự kết hợp cả tín hiệu 2,4GHz và Wifi hoặc chúng có thể dựa trên ứng dụng điều khiển chạy trên Smartphone hay máy tính bảng.

Drone bay được nhờ cánh quạt quay, năng lượng do pin cung cấp, Ngoài ra đối với những loại Drone chuyên nghiệp có thể dùng động cơ phản lực để đạt hiểu quả bay cao và xa. Chúng bay theo lộ trinh được lập sẵn, và cho dù có mất điều khiển chúng vẫn có thể bay về vùng điều khiển.

Ưu điểm:

- Tiện dụng, tính cơ động cao, hoạt động hiệu quả nhờ những phương thức liện lạc không dây và được tích hợp thêm các cảm biến đa dạng mang đến nhiều ứng dụng thiết thực hơn trong cuộc sống.

- Khả năng tự động hóa các hoạt động của máy bay cao, không đòi hỏi những trang thiết bị hàng không đặc chủng, giá thành khai thác sử dụng và bảo trì hệ thống để phục vụ lâu dài rẻ, trong quân sự loại máy bay này có đặc tính tấn công chớp nhoáng.

- Drone dân dụng trở nên phổ biến nhờ những tiến bộ vượt bậc trong công nghệ và giá thành giảm nhanh, dễ sử dụng.

Nhược điểm:

- Vấn đề năng lượng pin đang được nghiên cứu và phát triển hơn để khắc phục tình trạng: Pin nhẹ thì thời lượng sử dụng ngắn mà tăng thời lượng pin sẽ tăng trọng lượng đồng nghĩa với tiêu tốn năng lượng khi bay.

- An toàn bay, an ninh, quyền riêng tư có những quy định khắc khe riêng ở các quốc gia trên thế giới.

III. Cấu hình của phương tiện bay không người lái

1. Thiết kế của phương tiện bay không người lái

Thành phần của phương tiện không người lái và có người lái cùng loại thường có cấu trúc vật lý giống nhau, khá dễ nhận biết. Tuy nhiên, chúng sẽ có một vài điểm khác biệt là: buồng lái, hệ thống hỗ trợ sự sống hoặc hệ thống kiểm soát môi trường.

Nhiều loại UAV mang tải trọng có trọng lượng nhẹ hơn so với một con người trưởng thành. Vì vậy, những chiếc máy bay này thường có kích thước khá nhỏ gọn. Một số UAV dân dụng không có hệ thống hỗ trợ sự sống, vì chúng được chế tạo từ các vật liệu nhẹ và kém chắc chắn. Thiết kế quadcopter phù hợp với các loại UAV cỡ nhỏ.

Bên cạnh đó, hệ thống điều khiển của UAV thường rất khác so với các phương tiện có phi hành đoàn. Cửa sổ, buồng lái của máy bay truyền thống được thay thế bằng bộ điều khiển từ xa, một camera liên kết video. Ngoài ra, những điều khiển buồng lái vật lý cũng được thay bằng các lệnh kỹ thuật số được truyền qua radio. Cuối cùng, phần mềm lái tự động có thể sử dụng cho cả máy bay có và không có người lái.

2. Cấu tạo của phương tiện bay không người lái

UAV được chia làm hai loại chính theo cấu tạo của cánh máy bay:

- Máy bay cánh cố định (Fixed Wing UAV): chúng bay nhanh và lâu  hơn loại cánh có quạt, nhưng khi cất cánh phải có một đường băng để lấy đà hoặc cần tới sự trợ giúp của máy phóng.

- Máy bay cánh quay (Rotary Wing UAV): chúng dễ điều khiển, bay ổn định thích hợp cho nhiều hoạt động như chụp ảnh nên được phổ biến rộng rãi hơn.

Drone gồm các thành phần chính:

- Vi mạch tích hợp bộ xử lý

- Động cơ

- Nguồn cấp năng lượng (pin)

- Cánh quạt hoặc cánh bay

IV. Một số ứng dụng của phương tiện không người lái

- Trong lĩnh vực quân sự: Có nhiều thông tin khác nhau về việc đâu là chiếc UAV đầu tiên xuất hiện trên thế giới, tuy nhiên, một điểm chung có thể khẳng định là thiết bị không người lái đầu tiên được phát minh phục vụ cho mục đích quân sự.Trải qua nhiều thập kỷ, sự phát triển nhanh chóng của khoa học công nghệ đã đưa UAV thành một bộ phận quan trọng trong biên chế quân đội các nước, phục vụ hoạt động trinh sát, thu thập tin tức tình báo, cảnh báo sớm và tấn công. Hiện nay, thiết bị bay không người lái trong lĩnh vực quân sự đang bước vào giai đoạn phát triển mới khi các thiết bị này ngày một trở nên nhỏ gọn hơn, thông minh hơn, nhanh hơn, rẻ hơn và dễ dàng cải tiến hơn.

Tại Triển lãm quốc phòng quốc tế Việt Nam năm 2022, Việt Nam đã trưng bày một loạt mẫu máy bay không người lái phục vụ mục đích quân sự, làm các nhiệm vụ như trinh sát, theo dõi từ xa, chỉ thị mục tiêu, truyền video về trung tâm.

- Trong dân dụng và thương mại: Những chiếc máy bay không người lái chở hàng hóa nặng từ vài kg đến cả trăm kg đã không còn xa lạ ở một số nước trên thế giới. Dịch vụ giao hàng bằng máy bay không người lái đang ghi nhận sự tăng trưởng vượt bậc trong những năm gần đây. Tại một số nước, UAV được sử dụng để làm phương tiện giao nhận hàng hóa, bổ sung hoàn hảo cho các phương tiện giao thông truyền thống, đặc biệt là ở các khu vực nông thôn hoặc vùng sâu vùng xa khó tiếp cận. (như Amazon hay Pizza Inn)

Drone được dùng phổ biến trong việc vận chuyển hàng hóa

- Dự báo thời tiết, thu thập thông tin khí tượng (NASA và cơ quan thời tiết Hoa Kỳ đã sử dụng)-

- Trong công tác cứu nạn cứu hộ: giúp phát hiện con người trong những trường hợp nguy hiểm như sạc lở, lũ lụt, hỏa hoạn hay động đất để truyền trực tiếp tư liệu cần thiết.

- Trong nông nghiệp: loại UAV có cả chức năng flycam để chụp ảnh và các cảm biến khác để quan sát môi trường, là ứng dụng UAV vào nông nghiệp để giám sát các trang trại rộng lớn.

- Các UAV ngày càng được trang bị các thiết bị chụp ảnh độ phân giải cao, giảm thời gian và công sức trong các nội dung trắc địa, bản đồ.

- Ứng dụng trong lĩnh vực điện ảnh – truyền hình: nói đến thiết bị không người lái, phải nói tới lĩnh vực điện ảnh. Hình ảnh thường được nhắc tới như là dấu mốc đưa drone vào điện ảnh, đó là cảnh quay ghi lại cuộc rượt đuổi gay cấn giữa điệp viên 007 và kẻ phản diện trong bộ phim Skyfall. Kể từ đây, công nghệ máy bay không người lái trở thành công nghệ không thể thiếu trong quá trình bấm máy những bộ phim điện ảnh đình đám. Cho phép các nhà làm phim thực hiện những cú máy mà trước đây là bất khả thi.

- Ngoài ra, UAV còn mang tính chất giải trí đối với những người đam mê chinh phục bầu trời bằng các loại máy bay điều khiển từ xa để thỏa mãn thú vui và đưa đến cảm giác trải nghiệm thực trên không.

V. Những quy định khi sử dụng UAV (Drone)

Quy định về việc sử dụng phương tiện bay không người lái là tập hợp các quy định của Nhà nước về sử dụng phương tiện bay không người lái, do cơ quan có thẩm quyền nhà nước về quản lý hàng không và không phận ban hành. Tùy từng quốc gia mà các quy định này có thể khác nhau, nhưng đều hướng đến mục đích là ngăn chặn những nguy hiểm cho cư dân và hoạt động hàng không.

Tại Việt Nam tính đến năm 2020 có bốn văn bản quy định về sử dụng phương tiện bay không người lái:

- Nghị định Số 36/2008/NĐ-CP nội dung về quản lý tàu bay không người lái, các phương tiện bay siêu nhẹ. Nghị định Số 79/2011/NĐ-CP sửa đổi một số điều của nghị định 36.

- Thông tư Số 35/2017/TT-BQP Bộ Quốc phòng quy định về tiêu chuẩn đủ điều kiện bay; tiêu chuẩn, thủ tục cấp giấy phép cho các cơ sở thiết kế, sản xuất, sửa chữa, bảo dưỡng, thử nghiệm tàu bay, động cơ tàu bay, cánh quạt tàu bay và các trang bị, thiết bị của tàu bay không người lái và phương tiện bay siêu nhẹ; khai thác tàu bay không người lái, phương tiện bay siêu nhẹ và trách nhiệm của các cơ quan, đơn vị, tổ chức và cá nhân.

- Chỉ thị số: 02/CT-TTg nội dung về việc tăng cường biện pháp quản lý, giám sát đối với tàu bay không người lái và phương tiện bay siêu nhẹ.

- Quyết định số 18/2020/QĐ-TTg: về thiết lập khu vực cấm bay, khu vực hạn chế bay đối với tàu bay không người lái và các phương tiện bay siêu nhẹ.

Những quy định về quyền sử dụng và quyền riêng tư đều được áp dụng trên Drone

VI. FAQs về phương tiện không người lái

1. UAV và tên lửa có giống nhau không?

Câu trả lời là “Không!”. UAV được xem là một loại máy bay, hoạt động dựa trên sự điều khiển cố định. Đồng thời, chúng được trang bị các động cơ phản lực hoạt động cơ xoay chiều. Phần lớn UAV đảm nhiệm vai trò như một phương tiện di chuyển. Trong khi đó, tên lửa được sử dụng để làm vũ khí. Tuy nhiên, một số loại tên lửa hành trình cũng có thể được coi là một loại UAV, nhưng về bản chất chúng không giống nhau.

2. Có những loại UAV nào?

Hiện nay, có 5 loại UAV phổ biến dựa trên mục tiêu sử dụng của chúng là: bia ngắm bắn, do thám, tấn công, nghiên cứu và phát triển, dân dụng và thương mại.

- Bia ngắm bắn: UAV này có nhiệm vụ làm bia ngắm bắn cho những hệ thống vũ khí trên mặt đất và cả trên không.

- Do thám: UAV do thám có chức năng tìm kiếm thông tin chiến thuật trên chiến trường.

- Tấn công: Những UAV này thường thực hiện các chức năng tấn công trong các nhiệm vụ mang tính nguy hiểm

- Nghiên cứu và phát triển: Có vai trò làm vật thí nghiệm cho các công nghệ UAV mới.

- Dân dụng và thương mại: Các UAV này phục vụ cho cuộc sống thường nhật hoặc mang tính thương mại hóa

3. Drone nông nghiệp là gì?

Đây là một loại UAV có khả năng quay chụp và cảm biến để quan sát môi trường. Drone nông nghiệp được ứng dụng vào quy trình và hoạt động sản xuất của các trang trại lớn. Thiết bị này giúp người dùng quan sát rõ và nắm bắt thông tin về nông nghiệp hiệu quả hơn.

4. Làm mát phương tiện không người lái có quan trọng không?

Tất nhiên là có! Quá trình làm mát giúp tăng độ bền cho máy bay, giúp động cơ của phương tiện hoạt động trơn tru hơn. Nhiệt độ quá cao và hỏng hóc là một trong những nguyên nhân phổ biến khiến phương tiện không người lái gặp vấn đề.