Histoire et évolution des systèmes de drones (UAS)

Généralités sur les Technologies des Drones

• La leçon porte sur l'histoire et l'état actuel des systèmes d'aéronef sans pilote (UAS), souvent appelés drones.
• L'objectif est de comprendre comment les missions aériennes sans pilote ont évolué jusqu'à aujourd'hui.

Objectifs de la Leçon

• Décrire l'évolution historique des UAS
• Identifier la contribution de la défense et des civils au développement des UAS
• Comprendre l'état actuel du développement des UAS
• Expliquer les objectifs au-delà de l'utilisation actuelle des UAS

Histoire des Drones

• L'histoire des drones est liée à celle des UAS (Systèmes d'Aéronef Sans Pilote).
• L'histoire du développement et l'introduction des UAS aux applications civiles et militaires seront vues
• L'usage d'objets volants sans pilote remonte aux civilisations anciennes.
• Vers 200 après J.-C., les Chinois utilisaient des ballons en papier pour intimider les ennemis, faisant croire à une intervention divine.
• Pendant la guerre de Sécession aux États-Unis, des ballons explosifs étaient utilisés pour attaquer les dépôts ennemis.
• L'idée d'objets aériens sans pilote est antérieure aux vols avec équipage afin d'éviter les pertes humaines lors des expérimentations.
• L'aviation sans pilote a émergé avec les progrès technologiques permettant d'imiter le contrôle du vol piloté.
• Différents termes sont utilisés pour décrire les machines volantes sans pilote, notamment torpille aérienne, UAV, et drone
• Un défi majeur pour les pionniers était de contrôler le vol une fois l'appareil en l'air.
• Les frères Wright (1903) et le Dr Samuel Pierpont Langley ont contribué aux connaissances sur le vol contrôlé.
• La Première Guerre mondiale a stimulé l'innovation dans la conception des vols, menant à l'aviation moderne.
• En 1916, la marine américaine a financé le développement d'une torpille sans pilote par Sperry Gyroscope Company, capable de voler sur 1000 mètres.
• Le 6 mars 1918, Sperry a réussi à lancer une torpille guidée sur 1000 verges, récupérable après l'impact, nommée Curtiss N-9.
• Dans les années 1930, l'US Navy a repris le développement des drones, illustré par le drone Curtis N2C-2.
• Le drone Curtis N2C-2 de 2500 livres a joué un rôle dans le test de la défense anti-aérienne de la Marine.
• La Seconde Guerre mondiale a accéléré la science aéronautique, notamment les avions sans pilote utilisés avec succès par les Allemands et les Alliés.
• Pendant la guerre du Vietnam, les drones Ryan Firebee ont été employés pour des missions de reconnaissance et de renseignement au-dessus du Nord-Vietnam.
• Récemment, des drones ont été utilisés par les forces américaines en Bosnie, en Irak, en Afghanistan, et dans la lutte contre le terrorisme mondial.

Situation Actuelle des UAS

• Les drones ont connu une révolution technologique après avoir été développés à des fins militaires au début du XXe siècle.
• Initialement utilisés pour la reconnaissance militaire, ils sont devenus accessibles grâce à la miniaturisation des composants et à la baisse des coûts.
• Les drones civils dominent le marché actuel, utilisés à la fois pour le loisir et professionnellement dans des secteurs variés comme l'agriculture et la sécurité.
• Ils jouent un rôle important dans la surveillance environnementale, la cartographie, la photographie aérienne et le cinéma.
• Les drones contribuent à une gestion plus efficace des cultures et des ressources en agriculture durable.
• L'usage croissant des drones pose des problèmes de sécurité, notamment dans l'aviation civile, conduisant à des réglementations en évolution.
• L'impact économique des drones est significatif, avec un marché en croissance rapide estimé à plusieurs milliards de dollars.
• Des disparités régionales dans l'adoption existent, comme en Afrique, mais globalement les drones sont une technologie émergente à fort impact sociétal et industriel.

Composants d'un Système Aérien Sans Pilote

• Un UAS opérationnel comprend un véhicule aérien sans pilote (UAV), des éléments humains, une charge utile et des éléments de contrôle.
• Les éléments de contrôle peuvent être une station de contrôle au sol (GCS) ou une station de planification de mission (MPCS).
• Les versions militaires incluent une plate-forme de système d'armes et du personnel de soutien.
• Il est important de comprendre les capteurs d'acquisition et auxiliaires transportés par la charge utile.
• Essentiel, est d'avoir une connaissance pratique des différents composants d'un UAS, leur interaction, et les capteurs comme le GPS et l'IMU.

Le Véhicule Aérien (UAV)

• Le véhicule aérien avec sa charge utile, forme un UAS.
• L'UAV peut être un avion à voilure fixe ou rotative, sans personne à bord.
• Un UAV est un système complexe avec des structures, des ailes, des gouvernes, des systèmes de propulsion, de contrôle, de communication
• Des moteurs à carburant propulsent les grands UAV, alors que les petits UAV utilisent des moteurs à essence ou électriques (batteries).

Liens de Communication

• Assurent la communication bidirectionnelle pour garantir l'exécution sécurisée des missions.
• La liaison montante permet le contrôle de la trajectoire du vol et la communication avec la charge utile..
• La liaison descendante permet l'accusé de réception des commandes et l'envoi d'informations sur l'état du véhicule, ainsi que les données des capteurs.
• Deux modes d'opération d'un UAS sont l'exploitation en visibilité directe et au-delà de la ligne de visée (BLOS).
• L'exploitation au-delà de la ligne de visée utilise des satellites de communication.

Commandement et Contrôle

• Le système de commandement et de contrôle est le centre névralgique de l'exploitation de l'UAS.
• L'ensemble des tâches sont: la mise à l'eau, le pilotage, la récupération, le traitement des données des capteurs internes/externes
• Ce système utilise des sous-systèmes pour assurer l'état et le contrôle des drones, l'affichage des données, la planification de la trajectoire et l'intervention automatique.
• Le sous-système inclus aussi, des ordinateurs, des liens de communication et des affichages cartographiques
• Ces derniers sont cruciaux pour effectuer les fonctions de navigation, de pilote automatique et de contrôle de charge utile.
• Les éléments clés des systèmes sont les pilotes automatiques et les stations de contrôle au sol.
• Le pilote automatique permet un vol autonome grâce à une trajectoire préprogrammée.
• Les pilotes automatiques les plus petits et légers sont facilement disponibles et fabriqués par quelques fabricants.
• Il exécute une routine de "liaison perdue" pour rétablir le contact avec la station au sol.

Les Stations de Contrôle au Sol

• C'est l'endroit où le pilote commande le drone en vol.
• La taille et la compléxité dépendent de l'UAS/UAV.
• Les grands UAS ont généralement des bases plus formelles avec des bases de commande, les UAS plus petits peuvent utilisé des portatifs.

Charges Utiles

• Elles se réfèrent au fret des véhicules aériens.
• C'est la quantité de poids utilisé pour tout transport sécurisé.
• Le transport de la charge est le but précis des UAS.
• Elles peuvent être des tailles, des poids et des fonctions variés.
• Dans la télédétection géospatiale, l'accent est mis sur les capteurs et les systèmes de navigation essentiels.
• Ils se composent d'un ou de plusieurs des capteurs.
• Cela implique des capteurs électro-optiques, l'imagerie aérienne, et les appareils photos numériques classifié comme suit:
  • Appareils photo grand format, lourd, très lourd pour les Drones de petite et moyen taille, sont utilisés pour couvrir communes et régions entières
  • Appareils photo moyen format (non compacts), plus petit que les appareils grand format, sont adaptés au drones de moyenne/grande taille
  • Appareils photo miniaturisés petit et moyen format, récemment mis en place pour l'usage des petits drones
• Il y a aussi, les capteurs infrarouges, qui fonctionne dans une gamme de spèctre électromagnétique, avec des capteurs conçus pour fonctionner dans deux régions
  • La région proche infrarouge (NIR), étudié pour étudier dans de bonnes conditions, la végétation
  • La région infrarouge thermique (TIR), capteur utilisé pour enregistrer la chaleur détectée et l'afficher sous forme d'image
• Mais aussi, les capteurs laser, utilisent un système nommé LiDAR combiner avec un GPS et des unités de mesure inertielle (INU) pour cartographier le terrain
• Enfin, les capteurs SAR, radar de synthèse utilisés par l'armée à des fins de reconnaissances

Les Capteurs Ailiaires

• Ils sont necessaires pour déterminer l'emplacement et l'orientation de l'UAS.
• Le système de positionnement globale (GPS) est crucial, un IMU (unité de mesure inertielle) sera aussi employé
• Les UAS sont proposé avec GPS à niveaux de précision divers.
• Le récepteur GPS à fréquence unique, option la moins onéreuse avec une précision de location 1 à 2 mètres
• Le récepteur à double fréquence, utilisé pour une génération plus précise de produits et des services
• Le GNSS cinématique en temp réel, et le cinématique post-traité sont utilisé sur le marché moderne
• La centrale inertielle (IMU), est un appareil utilisée à l'aide d'accéléromètres et de gyroscopes

Lancement et Récupération

• C'est le domaine ou l'interraction humaine est primodiale
• Tous les UAS nécessitent des lancement planifiés, par exemples certain sontlancés manuellement vers le ciel
• De même, les exigences de recouvrement varient et sont considerées essentielles
• Des méthodes simbles sont employé, et tenus à la main ou lancé à l'aide de catapulte.
• Les drones cible sontlancé à partir d'aéronefs à voilure fixe

L'Élément Humain

• L'implication humaine est l'élément le plus essentiel
• Notamment cruciale lors du l'établissement et de la récupération
• Essentielle dans les différents aspects et opéractions
• L'humain doit concevoir, organiser et assurer le succès d'une mission
• Un pilote automatique ne peut pas faire grand chose sans sans les conseils de son opérateur
• Enfin, un drone ne peut être piloté sans un pilote et un observateur