בקטנה: התפתחות הרחפנים לשימושים אזרחיים, מסחריים ופרטיים בשנים האחרונות מעלה צורך בפתרונות יצירתיים לתחומים שונים שעד עתה היו מעוגנים בתקנות נוקשות וותיקות, כגון תעבורה אווירית וחלוקת תחומי תדרי רדיו. נסקור חלק מן הניסיונות למצוא פתרונות אלו.
ההתפתחות המהירה של הרחפנים
בשנים האחרונות הפך השימוש בכלי טיס בלתי מאויישים לנפוץ לא רק בידי מפעילים גדולים כמו ארגונים ממשלתיים וחברות מסחריות בעלות פעילות נרחבת, אלא גם על ידי אנשים פרטיים. ראשיתם של כלי טיס אלו באמצע המאה הקודמת, אז השימוש בהם התפתח לצרכים צבאיים. ניסיונות לפתח מטוסים נשלטים מרחוק החלו כבר במהלך מלחמת העולם השניה, ובשנות ה-50 וה-60 פותחו מספר כלי טיס שהתבססו על טכנולוגיות של מטוסים ומסוקים מאוישים, אך במקום על ידי טייס הוטסו מרחוק. הפריצה של תחום זה לשימוש מקובל ונרחב החלה בשנות ה-70, הרבה בזכות מערכות וחידושים שפותחו בישראל ע"י התעשיה האווירית וחברות נוספות כמו אלביט, שהגדילו בהדרגה את אמינותם ושרידותם של כלי הטיס הלא מאויישים בסביבה של שדה קרב, שבה מעבר לסיכון הישיר שבהפלת כלי הטיס כתוצאה מפגיעה פיזית קיים סיכון מתמיד של שיבוש התקשורת אליו ואובדן השליטה בו. במלחמת לבנון הראשונה (1982) היו מערכות אלה בעלות רמת בשלות מספיקה לשימוש במשימות חשובות בשדה הקרב, וכך שתי מערכות - הסקאוט ("זהבן") של התעשיה האווירית והמסטיף ("סייר") של תדיראן מערכות דאז, נטלו חלק חשוב בסיור, איסוף מודיעין והטעיה של סוללות טילי קרקע-אוויר סוריות בלבנון לפני ובמהלך תקיפתן. בסוף שנות ה-90 ותחילת שנות ה-2000, עם התפתחות טכנולוגיית המחשוב, מערכות התצפית והחימוש האווירי, החלו להכנס לשירות גם כלי טיס בלתי מאויישים חמושים שאחד המוכרים מביניהם הוא הפרדייטור של חברת ג'נרל אטומיקס. עוד על ההיסטוריה המעניינת של כלי טיס בלתי מאויישים ב-(1).
בתחום האזרחי חלה התפתחות מרשימה בשנים האחרונות בתחום הרחפנים, בתחילה לצרכים משטרתיים, אבטחה ושימוש כוחות ההצלה, ובהמשך לצרכים חקלאיים, שימושים מחקריים, מיפוי וצילומי אוויר ולבסוף כתחביב לכל דבר. יצרני הרחפנים התנתקו מן הטכנולוגיות התעופתיות "המסורתיות" לפיהן תכננו וייצרו (ועדיין מייצרים) מפתחי כלי הטיס הבלתי מאויישים לצרכים צבאיים, והתרכזו באמצעים ושיטות שלא היו מקובלים שם, כגון השימוש בארבעה רוטורים קטנים לצרכי יצירת כוח עילוי וגם תמרון כלי הטיס, כאשר זה נעשה באמצעות שינוי מהירות המנועים החשמליים המסובבים אותם. דחיפה משמעותית לפיתוח הרחפנים נתנו אמצעי המחשוב הנייד, ובעיקר הטלפונים החכמים: פיתוח החיישנים הזולים יחסית למדידת זוויות ותאוצות, ה-GPS הזעיר, מדי שדה מגנטי ומצלמות זעירות, כמו גם סוללות בעלות כושר אחסון גבוה יותר ויותר אפשרו ליצור רחפנים קלים במשקל, יציבים ומתמרנים בקלות, וכן בעלי משך טיסה הולך ומתארך המתאים למגוון שימושים. בין היתר, חברות כמו "אמאזון" החלו לפתח שירות משלוחים באמצעות רחפנים וחברות נוספות בארה"ב ומחוץ לה מציעות שירותים שונים בעזרת רחפנים.
אל תוך המרחב האווירי
הבעיות והסיכונים האפשריים שבמצב החדש לא אחרו להגיע. כללי הטיסה והבקרה של כלי טייס מאויישים קיימים כבר עשרות שנים, והחלו למעשה להתגבש בשנות ה-30 של המאה הקודמת לאחר שהתברר שעומס התנועה האווירית ההולך וגובר גרם למספר תאונות. המרחב האווירי הבין-לאומי מחולק למספר תחומים המסומנים באותיות A-G לפי קרבתם לשדות תעופה, לאזורים שונים בהם קיימת פעילות אווירית נרחבת (כמו שטחי אימונים) ולפי שיקולים נוספים. המרחב האווירי בישראל כולל רק שני סוגים מתוכם, A ו-C: הראשון מיועד לטיסות בעזרת מכשירים בלבד (כמו טיסות מטוסי הנוסעים המסחריים), השני מוגדר כמרחב שמסביב לשדות תעופה בהם קיים מגדל פיקוח ומכ"ם ואמצעים נוספים.
בעוד שאזור A נמצא בגובה רב שאליו לא מגיעים רחפנים (בישראל, קצהו התחתון נמצא ב-10,000 רגל – כשלושה ק"מ) אזור C מתחיל במרבית שטחו מפני הקרקע. ואכן, בעולם וגם בארץ נצפו מקרים של חדירת רחפנים פרטיים אל תוך תחומי מרחב אווירי בהם נוצרה סכנת פגיעה במטוס. נוסף לסכנות אלה, בטיסת רחפן מעל אזור מאוכלס (וגם לא מאוכלס, אם כי בסבירות נמוכה יותר) קיימות סכנות נוספות של פגיעה בבניינים, במתקנים, בכלי רכב וגם באנשים. רחפן שמתנתק מסיבות שונות משליטת מפעיל או מאבד כוח עילוי עקב התרוקנות הסוללה עלול לצנוח משמיים ולפגוע במה ומי שמתחתיו.
אירועים אלו הובילו מספר גופים לחפש פתרונות לבעיית הבקרה על רחפנים ומניעת תאונות בעזרתה. ראשית הגביל ה-FAA (מנהל התעופה הפדרלי בארה"ב) את גובה הטיסה המותר לרחפנים ל-200 רגל (כ-60 מ') מעל פני השטח. אולם כיוון שרחפנים, בניגוד למטוסים מאויישים, לא משדרים נתוני מיקום וטיסה קשה מאוד לעקוב אחריהם.
בקרה אווירית לרחפנים
ה-FAA בשיתוף NASA (סוכנות החלל האמריקנית, העוסקת גם במחקר אוירונאוטי) החל בפיתוח מערכת ניסיונית לבקרה אווירית של רחפנים. כיוון שמרבית הרחפנים מוגבלים במשקל שהם יכולים לשאת, לא ניתן לצייד אותם במכשור ניווט וקשר מגוון וארוך טווח כמו שמציידים מטוס מאויש. אולם ניתן לקבל את נתוני הטיסה שלהם מאמצעי הבקרה המוחזקים בידי המפעיל (גם אם מדובר בשלט פשוט יחסית) דרך תקשורת סלולרית. הרעיון שבבסיס הפיתוח של NASA הוא שילוב של מכלול נתוני המיקום והטיסה וניתוחם בעזרת מחשב ובפיקוח של אנשי בקרה אווירית, כך שניתן יהיה למנוע מצבים מסוכנים, להפנות רחפנים מטיסה בנתיב בעייתי לנתיב אחר וגם לטפל במצבי צפיפות. כללית, הכוונה היא להסדיר את טיסת הרחפנים בגבהים של 200 עד 500 רגל באמצעות תקנות מתאימות.
הצעה מעניינת נוספת לטפל בתנועת הרחפנים ההולכת וגודלת של החוקר רוברט הול מחברת AT&T, מתבססת על תקשורת הדדית ביניהם ובינה מלאכותית ומכונה "האינטרנט של הרחפנים". הול מתייחס לעתיד הקרוב שבו עשרות ואולי מאות רחפנים ינועו במרחב קטן יחסית וגם יעמיסו את ערוצי התקשורת הקיימים לשירותם. בנוסף, רשת תקשורת המשרתת רחפנים היא "רשת אד הוק" – כלומר כזו שכל משתתפיה אינם מוגדרים מראש, ומדי פעם מצטרפים או נעלמים ממנה משתתפים – כיוון שהם ממריאים, נוחתים, מתקרבים או מתרחקים ולכן קשה יותר לניהול. הול מציע שני פתרונות עיקריים לשיתוף המידע בין הרחפנים: הראשון הוא חלוקה לשני סוגי רשתות, רחבה ומקומית: הרשת הרחבה תחובר לאינטרנט ותשמש להעברת מידע אל ומרחפנים במרחב המקומי אל יעדים רחוקים יותר; הרשת המקומית תשמש לתקשורת בין רחפנים קרובים. רחפנים מסויימים יוכלו לשמש כממסר עבור אחרים בגישה לרשת הרחבה. השני הוא "פניה גאוגרפית" שמטרתה להקטין את העומס ברשת התקשורת: כל רחפן ישלח בקשה לקבלת נתוני טיסה מכלל הרחפנים האחרים, ובקשה זו תמוען לסוג חדש של כתובת עבור כלל הנמצאים במרחב הטיסה שלו (ללא צורך מצידו להכירם מראש). מנגנון זה דומה מעט להפצת הודעה מסוג Broadcast ברשת קבועה ורגילה אך עם מגבלת אזור. כל רחפן שקיבל את הבקשה יחזיר את התשובה לשולח, אשר ינתח את הנתונים ויאתר סכנה אפשרית להתנגשות. בניגוד למערכת של NASA, שכבר נמצאת בניסויים והוכיחה את יכולתה לפקח על 24 רחפנים באזור צפוף בשלב זה, "האינטרנט של הרחפנים" עדיין נמצא על הנייר, ובנוסף הבדיקות להוכחתו יהיו מחמירות יותר כיוון שמדובר במערכת המבוססת על תוכנה ובינה מלאכותית.
אתגר נוסף הוא השימוש ההולך וגובר במערכות ומכשירים המבוססים על תקשורת אלחוטית מסוגים שונים, המביא לעומס ניכר בתעבורת המידע ולחיפוש דרכים לניצול יעיל יותר של ספקטרום התקשורת האלחוטית.
תחרות DARPA לניהול הספקטרום
לפני כחודשיים הכריזה הסוכנות לפרויקטי מחקר מתקדמים של משרד ההגנה האמריקני DARPA על תחרות פיתוח טכנולוגיה מתקדמת נוספת בסדרת התחרויות המאורגנות על ידה. בעבר עסקו תחרויות אלה בתחומי הרובוטיקה, התקשורת וגם האפידמיולוגיה. התחרות האחרונה עוסקת בניצול חכם ויעיל יותר של ספקטרום גלי הרדיו: עם התרחבות השימוש במכשירים סלולריים ואמצעים אלחוטיים נוספים בתחום האזרחי והצבאי הופך זה לצפוף ועמוס יותר ויותר. מטרת התחרות להוות בסיס לפיתוח שיטות שיבטיחו אמינות וזמינות של הרשתות האלחוטיות לכלל המשתמשים. במסגרת התחרות, שקיבלה את הכינוי SC2 (Spectrum Collaboration Challenge) יזכו בפרסים צוותים אשר יפתחו מערכות חכמות שיסתגלו תוך שיתוף פעולה, ולא בתחרותיות, בזמן אמת לתנאים משתנים של פעולה מתוך כוונה להביא לניצול מירבי של ספקטרום הרדיו מבחינת העברת אותות.
המשימה העיקרית של תחרות SC2 היא לפתח יכולת למידת מכונה מתקדמות ובינה מלאכותית למערכות רדיו כך שיוכלו לתאם ביניהן את השימוש בתחומי התדר השונים באופן גמיש ומהיר, בשונה מן ההקצאה הקבועה והמוגדרת מראש המקובלת כיום. בנוסף, השאיפה היא לפתח שיטות חדשות בתחום למידת המכונה וקבלת ההחלטות המשותפת של מערכות מחשב.
התחרות הוכרזה בזמן שבו בתחום הצבאי וגם האזרחי הולך וגובר הביקוש לאיסוף מידע, הפצתו והשימוש בו בעזרת רשתות תקשורת. החלוקה המקובלת של תחומי תדר ליישומים שונים (ניתן להתרשם מן ההקצאה הצפופה ב-(10),(11) ו-(12)) עתידה בתוך מספר שנים שלא להיות מספיקה לדרישה להפיץ ולעבד את נפחי הנתונים הצפויים. בעולם שבו נפחי הנתונים המועברים ומעובדים – מכלי טיס, כלי רכב אוטונומיים, לווינים, פריטים לבישים, מצלמות ועוד אמצעים רבים המקושרים ל"אינטרנט של החפצים" בתקשורת אלחוטית ילכו ויגדלו, ניהול ספקטרום הרדיו הוא ככל הנראה אחד הצרכים עבורו פיתוח בינה מלאכותית חיוני ביותר.

מקורות:
(1) Unmanned Aircraft’s Future, Like Its History, Will Be Technology-Driven
(2) FAA Pilot's handbook of aeronautical knowledge chapter 14: Airspace
(3) המרחב האווירי של ישראל
(4) NASA is making a drone-traffic control system
(5) Unmanned Aircraft System (UAS) Traffic Management (UTM)
(6) The Internet of Drones Is Coming
(7) A Geocast-based Algorithm for A Field Common Operating Picture
(8) Jammers, Not Terminators: DARPA & The Future Of Robotics
(9) New DARPA Grand Challenge to Focus on Spectrum Collaboration
(10) United States frequency allocations
(11) FCC online table of frequency allocations
(12) The European table of frequency allocations and applications in the frequency range 8.3 KHZ to 3000 GHZ (ECA table)