Hạ tỷ lệ bóng đá anh trực thăng trên sàn đáp của tàu là một trong những thao tác phức tạp và khó khăn nhất mà phi công Hải quân phải thực hiện. Không giống như đường băng, khu vực hạ tỷ lệ bóng đá anh của bất kỳ con tàu nào đều nhỏ và là mục tiêu di chuyển liên tục, lắc lư theo biển. Các giải pháp đã được đề xuất để tự động hóa việc cập bến tàu. Tuy nhiên, không ai có thể giải quyết một cách hiệu quả những thách thức gia tăng mà các phi công trực thăng phải đối mặt khi thiên nhiên mang đến những cơn gió giật mạnh, đặc biệt là khi có sự xuất hiện của một con tàu, tầm nhìn hạn chế và các môi trường đầy thử thách khác.
Hải quân Hoa Kỳ đang theo đuổi một giải pháp có khả năng thích ứng với những điều kiện khó khăn này và đang chuyển sang hợp tác với các nhà nghiên cứu của Đại học Texas A&M để phát triển thế hệ máy bay cất cánh và hạ cánh thẳng đứng hoàn toàn tự động (VTOL) tiếp theo. Bằng cách kết hợp thiết kế máy bay tối ưu với tỷ lệ bóng đá anh toán học máy mạnh mẽ, các nhà nghiên cứu đang đề xuất một phương pháp tiếp cận mới giúp tàu bay tự động hạ cánh khi biển động.
“Khi một phi công trực thăng cố gắng hạ cánh trên boong tàu, họ thực sự không nhìn vào sàn tàu đang chuyển động,” Tiến sĩ Moble Benedict, phó giáo sư tại Khoa Kỹ tỷ lệ bóng đá anh Hàng không Vũ trụ tại Texas A&M và là nhà nghiên cứu chính của dự án (PI) cho biết. “Nếu họ nhìn vào boong chuyển động, nó sẽ làm phi công mất phương hướng, vì vậy họ được huấn luyện để quan sát một thiết bị chuyên dụng trên tàu gọi là thanh chân trời, là một dải màu xanh lá cây, được chiếu sáng, ổn định bằng con quay hồi chuyển, cung cấp cho phi công một đường chân trời nhân tạo.”
Các nghiên cứu gần đây tập trung vào việc theo dõi boong tàu thay vì thanh chân trời bằng cách sử dụng camera, GPS và lidar để theo dõi con tàu đang di chuyển và điều chỉnh máy bay cho phù hợp với chuyển động của nó. Thay vào đó, Benedict và Tiến sĩ Dileep Kalathil, trợ lý giáo sư tại Khoa Kỹ tỷ lệ bóng đá anh Điện và Máy tính và đồng PI của dự án, đang tự động hóa quá trình hạ cánh bằng cách bắt chước hành vi của phi công trong khi theo dõi thanh chân trời.
“Học tăng cường là một lớp học máy để phát triển tỷ lệ bóng đá anh toán điều khiển cho các hệ thống tự trị,” Kalathil cho biết. “Chúng tôi đang phát triển một tỷ lệ bóng đá anh toán điều khiển học tăng cường chính xác đến mức ngay cả khi một phương tiện đang thay đổi lộ trình hoặc gặp gió lớn, nó vẫn có thể theo dõi thanh chân trời.”
Benedict và Kalathil đã chứng minh được thành công trong việc sử dụng công nghệ học tăng cường để theo dõi và hạ cánh an toàn hệ thống máy bay không người lái (UAS) trong nhiều điều kiện khác nhau, bao gồm gió ngang vừa phải, tầm nhìn có sương mù cũng như những thay đổi về đường đi và tốc độ. Hiện tại, họ đang hợp nhất các ngành kỹ tỷ lệ bóng đá anh hàng không vũ trụ và kỹ tỷ lệ bóng đá anh điện và máy tính tương ứng để phát triển dựa trên những tiến bộ này.
“Trọng tâm của tôi sẽ là thiết kế một thế hệ UAS mới để hoạt động mạnh mẽ trên tỷ lệ bóng đá anh và đạt hiệu quả cao đồng thời hiểu được động lực bay của chúng,” Benedict nói. “Và trọng tâm của Tiến sĩ Kalathil là sử dụng phương pháp học tăng cường để làm cho quá trình tự chủ này trở nên mạnh mẽ hơn trong những môi trường có tính bất ổn cao.”
Cuối cùng, Hải quân quan tâm đến ba yếu tố: một chiếc máy bay độc lập với đường băng, nghĩa là nó có thể cất tỷ lệ bóng đá anh và hạ tỷ lệ bóng đá anh thẳng đứng; hiệu quả hành trình để máy bay có thể bay trong thời gian dài cùng một lúc; và cuối cùng là khả năng hạ tỷ lệ bóng đá anh trên boong tàu đang di chuyển một cách an toàn và thành công.
Benedict đang áp dụng kiến thức chuyên môn của mình về tàu tỷ lệ bóng đá anh quạt để thiết kế các ý tưởng máy bay VTOL có khả năng chịu gió giật và hiệu quả, có thể bao gồm các tỷ lệ bóng đá anh có thể gập lại khi chuyển từ chế độ bay thẳng đứng sang hành trình có tỷ lệ bóng đá anh cố định. Bằng cách sử dụng các mô phỏng, thử nghiệm trong hầm gió và thử nghiệm chuyến bay, anh ấy sẽ phân tích hiệu suất và động lực học của những ý tưởng này để xây dựng một mô hình quy mô nhỏ bổ sung cho các hệ thống điều khiển do Kalathil phát triển.
Sử dụng kiến thức chuyên môn về học tăng cường, Kalathil đang phát triển một tỷ lệ bóng đá anh toán đủ mạnh để xử lý các điều kiện khắc nghiệt và được tối ưu hóa để sử dụng dữ liệu thời gian thực nhằm thích ứng nhanh chóng, phản ứng tương tự như một phi công.
“Một trong những thách thức chính đối với việc hạ tỷ lệ bóng đá anh tàu tự hành là tính chất khó lường của biển động,” Kalathil cho biết. “Nhưng nếu chúng ta có cảm biến gió trong tổ hợp UAS để đo tốc độ và hướng gió thì chúng ta có thể sử dụng thông tin đó để chống lại tình trạng cụ thể đó.”
Khả năng thích ứng này giải quyết khoảng cách giữa mô phỏng và thực tế mà các hoạt động phát triển khác gặp phải. Kalathil cũng đang xem xét sử dụng bảng điều khiển cộng tác để kiểm soát nhiều UAS.
Hải quân đang tài trợ cho dự án kéo dài ba năm này để phát triển một giải pháp mạnh mẽ cho việc hạ tỷ lệ bóng đá anh tự động của tàu bay VTOL. Benedict và Kalathil mong muốn tiếp tục hợp tác liên ngành tại Texas A&M để hướng tới giải pháp này.