• Tomáš Tichý

Specifika provozu UAS v zimním období

Chladné části roku kladou na provoz dronů a leteckých modelů specifické nároky podobně, jako tomu je u pilotovaného letectví nebo v jiných oborech, při kterých se provozuje jakékoli technické nebo elektronické zařízení ve venkovním prostředí. Při provozu bezpilotní techniky je navíc vlivu povětrnostních podmínek vystaven i sám pilot. Zimní provoz UAS proto vyžaduje zvláštní nároky na organizaci i samotné provedení letu.



Podcenění těchto specifik může vést jednak k nižší efektivitě a kvalitě práce s UAS, ale především může znamenat výrazně zvýšená bezpečnostní rizika samotného provozu. Nečekaný pokles kapacity studených baterií, ztráta koncentrace promrzlého pilota, stres z rychlého ubývání světla v odpoledních hodinách a k tomu námraza na vrtulích – to je kombinace, která může způsobit řadu chybných rozhodnutí vedoucích až k nehodě.


Důležité aspekty zimního provozu UAS můžeme rozdělit na:

  • technické

  • meteorologické

  • fyziologické

  • organizační


Technické aspekty zimního provozu – chlad v hlavní roli


Obecně platí, že zima elektronickým zařízením svědčí víc než teplo, nicméně piloti dronů většinou bojují spíše s těmi nepříznivými účinky nízkých zimních teplot. Zatímco pro řídící jednotku dronu, regulátory motorů nebo samotné motory je lepší chlazení výhodou, všudypřítomné baterie chladem vyloženě trpí. Lithium-polymerové baterie při poklesu teploty zvyšují vnitřní odpor, což při zátěži vede k vyššímu poklesu napětí. To se projevuje jako pokles kapacity a výsledkem je kratší doba letu oproti bateriím provozovaných za normální (pokojové) teploty. Tento pokles kapacity se projevuje již při prochladnutí baterie pod 10 °C, nicméně při teplotách pod -5 °C již existuje reálné riziko vážných problémů s napájením. Bezpilotní letadlo tak může velmi krátce po vzletu přejít do režimu battery fail-safe a kapacita baterií nemusí stačit ani na návrat na místo vzletu.


Naprostou nutností při provozu UAS v teplotách vzduchu pod 10 °C je tedy uchovávání baterií v teplém prostředí, nebo jejich zahřátí před samotným vzletem. Nejjednodušší je baterie skladovat ve vyhřátém automobilu, nebo ve vnitřních kapsách teplého oděvu. V případě náročnějších předletových úkonů u větších a složitějších dronů je v zimním období vhodné co nejvíce těchto úkonů provést před samotným vložením a připojením baterií do UA tak, aby baterie bez dostatečné proudové zátěže byly co nejkratší dobu exponovány chladnému prostředí. Při samotném letu se již baterie samy zahřívají díky svému vnitřnímu odporu a protékajícímu proudu.


Při nabíjení prochlazených baterií může docházet k jejich poškození s výsledkem výrazného zkrácení životnosti nebo k poškození některých článků v baterii. Nabíjení v terénu by tedy mělo probíhat buď také v zahřátém automobilu, nebo ve speciálních vyhřívaných přepravních boxech. Baterie pokročilejších dronů DJI (Inspire 2, Matrice 210, Matrice 300, Mavic 2 Enterprise) jsou vybaveny automatickou funkcí self-heating, která se aktivuje při detekci podchlazení po zapnutí napájení dronu, nebo ji lze spustit manuálně pětisekundovým stisknutím tlačítka na baterii.


Chladem trpí i baterie v periferních systémech UAS jako je dálkový ovladač (rádio) nebo připojený telefon či tablet. Navíc tablety a mobilní telefony jsou často velmi tenké s velkou plochou povrchu a snadněji tak v chladném vzduchu promrznou. Všechny tyto zařízení však lze při provozu průběžně nabíjet a ztrátu kapacity tak kompenzovat. Je však nutné s tímto nabíjením v terénu předem počítat a vybavit se tak vhodnými napájecími zdroji nebo powerbankami. Jako základní prevence před nepříznivými účinky chladu na baterie ve všech součástech UAS je však především používání plně nabitých baterií s dokončeným procesem balančního nabití všech článků.


Chlad a mráz také způsobuje znecitlivění a zpomalování některých starších LCD displejů, což může zhoršovat až znemožňovat nastavování některých parametrů dronu během letu. Naopak častý problém provozu UAS při letních vysokých teplotách na přímém slunci – přehřívání tabletů a telefonů, které je spojeno s automatickým snižováním jejich výkonu nebo v krajních případech i k jejich vypnutí – v zimě nehrozí.


Zvlášť při provozu větších a méně kompaktních bezpilotních systémů, které jsou vybaveny odnímatelnými gimbaly se složitým kabelovým zapojením kamery, je nepříjemným důsledkem zimy ztuhnutí těchto kabelů s částečnou ztrátou pohyblivosti gimbalu. Kabely a příslušné konektory jsou tímto také více namáhány a hrozí jejich dřívější opotřebení a selhání. Jako prevence případných komplikací zde poslouží hlavně jejich promyšlené uspořádání a použití co nejtenčích kabelů z kvalitních materiálů.



Meteorologické aspekty zimního provozu


Kromě chladného vzduchu, jehož účinky na letadlovou techniku jsou popsány v předcházející kapitole, jsou velkým nepřítelem zimního létání projevy vzdušné vlhkosti. Největším rizikem, které má pro dron často fatální následky, je vznik námrazy.


Námraza je atmosférický jev, který se projevuje vznikem ledových krystalů na povrchu objektů. V letectví je námraza způsobena především mrznutím drobných kapének vzdušné vlhkosti při styku s povrchem letadla, které je chladnější než 0 °C. Ideální pro vznik námrazy jsou teploty mezi 0 a -4 °C při vysoké vzdušné vlhkosti. Námraza vzniká až do teplot cca -12 °C, při dalším snižování teploty riziko námrazy výrazně klesá. Extrémně nebezpečnou situací je let v oblasti se 100% relativní vzdušnou vlhkostí při teplotách kolem 0 °C a nižších. Tato situace obvykle nastává v zimních měsících při letu v mlze nebo v oblaku, nicméně ani při dobré dohlednosti a přízemních teplotách nad nulou není riziko vzniku námrazy vyloučeno. V důsledku změn tlaku vzduchu v okolí náběžných hran křídel nebo vrtulí může docházet ke srážení vzdušné vlhkosti i v případech, kdy vzduch není vodní párou 100% nasycen. Navíc vertikální teplotní gradient vzduchu je 1 °C v nenasyceném vzduchu a 0.6 °C v nasyceném vzduchu na každých 100 m výšky, takže zatímco přízemní teplota může být například +3 °C, ve výšce 300 m AGL může teplota dosahovat bodu mrazu.


Vytvoření námrazy způsobuje dramatické snížení součinitele vztlaku nosných ploch letadla nebo vrtulí a k nárůstu součinitele odporu. Během několika desítek sekund nebo minut proto může i přes maximální zvýšení otáček motorů nebo rychlosti letu (u bezpilotních letounů) dojít ke ztrátě vztlaku a k nekontrolovatelnému pádu.


V případě nejistoty ohledně podmínek pro vznik námrazy na letové lokalitě musí být proveden krátký testovací let v délce trvání do 120 sekund v maximální zamýšlené výšce, po kterém je provedena vizuální a hmatová kontrola námrazy na nosných plochách nebo na vrtulích. Teprve při negativním testu námrazy je možné provést let v původně zamýšleném rozsahu.


Pokud je během letu v podmínkách nevylučujících vznik námrazy pozorován nevysvětlitelný úbytek letových výkonů letadla, zdánlivě bezdůvodně dochází ke zvyšování otáček motorů nebo dochází ke změně letových vlastností letadla, je nutné s letadlem neprodleně přistát. U některých typů letadel nemusí být kvůli automatickým zásahům řídící jednotky letadla jakékoli změny letových charakteristik při vzniku námrazy pilotem zaznamenány.


Vzdušná vlhkost se může v zimě nepříjemně projevit i v okamžiku, kdy promrzlý dron přeneseme z venkovního prostředí do interiéru s teplejším vzduchem obsahujícím větší množství vodní páry. Na studeném povrchu dronu tato vlhkost ihned začne kondenzovat a kapičky vody mohou zatéct do nechráněných konektorů nebo do palubní elektroniky. V takových situacích je vhodné ponechat po příchodu do interiéru dron včetně příslušenství několik hodin v zavazadlech nebo přepravních boxech, dokud se uzavřený dron, ke kterému nemá okolní teplý vzduch přístup, dostatečně neohřeje.


Drobnou výhodou provádění letů v chladném vzduchu je jeho vyšší hustota a tedy lepší účinnost vrtulí oproti letům ve stejné nadmořské výšce v létě. Nicméně tento benefit má u dronů, jejichž pohonné jednotky mají obecně oproti větším pilotovaným letadlům mnohem větší přebytek výkonu, téměř zanedbatelný efekt.


V případě vašeho zájmu o detailní proniknutí do problematiky letecké meteorologie nabízíme celodenní kurz Letecká meteorologie pro UAS.



Fyziologické účinky chladu


Účinky chladu na lidský organizmus jsou velmi individuální, ale tyto rozdíly jsou nejvíce patrné především při krátkodobých expozicích vnějšímu prostředí. Při krátkých letových misích také v tomto ohledu hraje roli psychické rozpoložení pilota, množství živin v krvi a tělesná konstituce. V neposlední řadě je důležitá celková tělesná kondice a otužilost pilota. Při déletrvající nebo celodenní expozici studenému prostředí a větru již kromě uvedených faktorů více záleží na vhodné volbě oděvu a ochranných pomůcek.


Chlad působí na lidský organizmus jako vnější fyziologický stresor, který spouští jak vědomé, tak podvědomé reakce. Viditelným výsledkem může být třes těla, těmi méně patrnými pak zhoršené smyslové vnímání a ztráta koncentrace. Všechny tyto důsledky jsou pro bezpečné a efektivní provedení letu velkým rizikem. Podrobně se tomuto tématu věnuje celodenní kurz UAA Lidská výkonnost a omezení při provozu UAS.


Nevhodný oděv nebo absence ochranných pomůcek může vést pilota a osoby obsluhující UAS k nesoustředění, k potřebě co nejkratšího pobytu ve venkovním prostředí a zprostředkovaně k potenciálnímu zanedbání některých důležitých předletových úkonů. Některé tyto postupy a kontrolní úkony lze vykonat i z vyhřátého automobilu, praxe ale ukazuje, že neustálé přechody mezi různými prostředími jsou spíše kontraproduktivní. Lepším řešením je upravit checklisty pro zimní provoz tak, aby byly provedeny co nejefektivněji i s ohledem na co nejkratší vystavení nezatížených pohonných baterií UA venkovnímu chladu.


Samozřejmostí pro pilota by v zimním období měl být oděv složený z mnoha vrstev funkčního oblečení, zimní bundy s kapucí určené pro teploty hluboko pod bodem mrazu, kvalitních teplých ponožek a vysoké zimní obuvi. Vhodné je mít připraveny další rezervní vrstvy oděvu pro každou část těla. Nedílnou součástí vybavení musí být i zimní čepice a rukavice.


Ruce a prsty jsou pro pilota UAS kriticky důležitou součástí těla, jejich zkřehnutí a promrznutí vede ke ztrátě citlivosti při manipulaci s řídicími pákami dálkového ovladače. Nasazení běžných rukavic během pilotáže ovšem kvůli ztrátě citlivosti prstů přes vrstvu tkaniny také není vhodné. Proto by měly být výbavou pilota buď pletené rukavice s ustřiženými špičkami prstů, anebo by si měl pilot vždy mezi jednotlivými lety teplé rukavice nasazovat.


V neposlední řadě pobyt v chladném prostředí výrazně zvyšuje výdej energie celého organizmu. Proto je nezbytně nutné zajistit pro všechny osoby zapojené do provozu UAS přísun potravy a tekutin. Především příjem tekutin se často v zimním období podceňuje, nicméně snížený odpar z povrchu těla je v zimě bohatě vykompenzován dýcháním. Studený vzduch s velmi nízkou absolutní vlhkostí nasátý do plic se v nich rychle ohřeje, čímž se rapidně sníží jeho relativní vlhkost. To vede ke zvýšenému odparu vody z plicních tkání. Velkou výhodou v těchto situacích je samozřejmě možnost konzumace teplých nápojů, ideálně předem připravených a uchovávaných v termosce.



Organizační specifika zimního provozu UAS


S ohledem ke všem výše zmíněným okolnostem vyžaduje zimní provoz vždy pečlivou přípravu a plánování. Dalším podstatným jevem v zimních měsících je také zkrácení efektivní denní doby pro letecké snímkování. Neuvažujeme pouze legislativní omezení, ale především omezení světelné. Ve dnech kolem zimního slunovratu například pro většinu fotogrammetrických UAS aplikací začíná snímkovací interval až po deváté hodině ranní a končí již ve tři hodiny odpoledne. Oproti letnímu období je tedy přibližně o polovinu zkrácena využitelná část dne. S touto skutečností je nutné počítat již při přípravě a plánování letové aktivity. Časová tíseň a vidina nesplnění očekávaného objemu práce na letové lokalitě může být pro obsluhu UAS příčinou další stresové zátěže, která může vést k zanedbání obvyklých postupů nebo ke kritickým chybám v pilotáži.


Pro fotogrammetrické letové mise však zimní období nemusí být vždy jen nevýhodou. Je naopak hojně využíváno v geodetických aplikacích díky mimovegetačnímu období velké části rostlin, kdy lze při absenci olistění snadněji provést rekonstrukci skutečného terénu. Jistou nevýhodou jsou však kvůli malé výšce slunce nad horizontem mnohem delší stíny výškových překážek.


S nízkou výškou slunce také souvisí mnohem nižší hladina osvětlení povrchu země. Kvůli nutnosti použití delších expozičních časů a většímu smazu to při použití multikoptér znesnadňuje mapování větších území – je nutno snížit rychlost letu UA a vzhledem k omezené letové době UA i úměrně zmenšit velikost zájmového území.


Naopak pro některé termografické aplikace je zima jediným využitelným obdobím. Topná sezona a velké množství dnů s oblohou zcela pokrytou oblačností je doba vhodná především pro inspekce tepelných úniků a nejrůznějších infrastruktur ve výrobních podnicích.


S mimovegetačním podzimním, zimním i časně jarním obdobím je spojeno ještě jedno riziko: Neolistěné větvičky listnatých stromů nemusí být detekovány antikolizními senzory dronů a při ledabylé pilotáži tak hrozí větší riziko nárazu.


Použité zkratky:

AGL – Above Ground Level (nad zemí)

LCD – Liquid Crystal Display (displej z kapalných krystalů)

UA – Unmanned Aircraft (bezpilotní letadlo)

UAA – Unmanned Aviation Academy

UAS – Unmanned Aircraft System (bezpilotní letecký systém)