無人航空機

エルビット・システムズのヘルメス450が離陸
ノースロップ・グラマン社のバットはEO/IRおよびSARセンサー、レーザー距離計、レーザー指示装置、赤外線カメラを搭載している。
商業およびレクリエーションの空中写真撮影用のDJI PhantomクワッドコプターUAV
ゼネラル・アトミックス社のMQ-9リーパー、ハンターキラー監視UAV
大型の軍用無人航空機のほとんどは固定翼航空機ですが、このSchiebel Camcopter S-100のような回転翼航空機設計 (つまり RUAV)も使用されています。

無人航空機（UAV）または無人航空機システム（UAS）は、一般にドローンと呼ばれ、人間の操縦士、乗組員、または乗客を搭乗させず、遠隔操作または自律飛行する航空機です。 [ 1 ] [ 2 ] UAVはもともと20世紀を通して、人間には「退屈、汚い、または危険」すぎる軍事任務[ 3 ]のために開発され、21世紀までにはほとんどの軍隊にとって不可欠な資産となりました。制御技術の向上とコストの低下に伴い、その使用は軍事以外の多くの用途に拡大しました。[ 4 ]これらには、航空写真撮影、エリアカバレッジ、[ 5 ]精密農業、森林火災監視、[ 6 ]河川監視、[ 7 ] [ 8 ]環境監視、[ 9 ] [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ]気象観測、警察活動と監視、インフラ検査、密輸、[ 13 ]製品配達、エンターテイメント、ドローンレースなどが含まれます。

用語

人が乗っていない状態で飛行する航空機には、さまざまな用語が使われます。

無人航空機（UAV）は、「人間の操縦者を乗せず、空気力を利用して揚力を発生させ、自律飛行または遠隔操縦が可能で、使い捨てまたは回収可能であり、致死性または非致死性のペイロードを搭載できる動力付き航空機」と定義されています。[ 14 ] UAVは軍事用途でよく使用される用語です。[ 15 ]弾頭付きミサイルは、その車両自体が軍需品であるため、通常はUAVとは見なされませんが、プロペラ駆動のミサイルの中には、一般の人々やメディアから「神風ドローン」と呼ばれるものもあります。また、一部の管轄区域では、UAVと遠隔操縦模型飛行機の関係が不明確です。米国連邦航空局（FAA）は現在、重量に関わらず、あらゆる無人飛行体をUAVと定義しています。[ 16 ]同様の用語に、遠隔操縦航空機（RPA）や遠隔操縦航空機（RPAV）があります。

UAV または RPAV は、地上コントローラーと航空機との通信システムも含まれる無人航空機システム( UAS )のコンポーネントと見なすこともできます。 [ 6 ] UAS という用語は、米国国防総省(DoD) と米国連邦航空局(FAA) によって、無人航空機システム ロードマップ 2005-2030 に従って 2005 年に採用されました。[ 17 ]国際民間航空機関(ICAO) と英国民間航空局がこの用語を採用し、2020 年に向けた欧州連合のSingle European Sky (SES) 航空交通管理 (ATM) 研究(SESAR 共同事業) ロードマップでも使用されています。[ 18 ]この用語は、航空機以外の要素の重要性を強調しています。これには、地上管制ステーション、データリンク、その他の支援機器などの要素が含まれます。同様の用語に、無人航空機車両システム( UAVS ) や遠隔操縦航空機システム( RPAS )があります。[ 19 ]類似の用語は数多く使用されています。2019年6月1日に発効した新しい規制では、カナダ政府はRPASという用語を「遠隔操縦航空機、その管制ステーション、指揮統制リンク、および飛行操作中に必要なその他のシステム要素からなる構成可能な要素のセット」という意味で採用しました。[ 20 ]

一般的な用法では、「ドローン」は軍用および民間用のUAVの両方に適用されることが多いが、技術文書や規制文書ではUAV、UAS、RPAS、または無人航空機などの用語が好まれる場合がある。ドローンという用語は航空の黎明期から使用されており、 1920年代のフェアリー・クイーン複葉水上機や1930年代のデ・ハビランド・クイーン・ビー複葉機など、戦艦の砲撃訓練に使用された遠隔操縦標的機にも適用されていた。その後の例としては、エアスピード・クイーン・ワスプやマイルズ・クイーン・マルティネットが挙げられ、最終的にはGAFジンディヴィクに置き換えられた。[ 21 ]この用語は今でも一般的に使用されている。自律型ドローンは、ソフトウェアに加えて、クラウドコンピューティング、コンピュータービジョン、人工知能、機械学習、ディープラーニング、熱センサーなど、人間の介入なしにミッションを遂行することを可能にする多くの先進技術も採用している。[ 22 ]娯楽用途では、航空写真撮影用ドローンは一人称視点のビデオ撮影機能、自律機能、またはその両方を備えた航空機です。[ 23 ]

UAVを指す場合には、「無人」ではなく「無人」という用語が使われることがある。 [ 24 ] [ 25 ] [ 26 ]

分類の種類

無人航空機は、他の航空機と同様に、重量やエンジンの種類、最大飛行高度、運用の自律性の程度、運用上の役割などの設計構成に応じて分類できます。米国国防総省によると、無人航空機は以下の5つのカテゴリに分類されます。[ 27 ] [ 28 ]

グループ： グループ1 グループ2 グループ3 グループ4 グループ5
サイズ 小さい 中くらい 大きい 大きい 最大
最大離陸重量 20ポンド（9.1kg） 未満20歳以上55歳未満 55歳以上1320歳未満 > 1,320ポンド（600 kg） > 1,320ポンド（600 kg）
動作高度 < 1,200 フィート(370 メートル) < 3,500 フィート(1,100 メートル) 18,000フィート（5,500メートル） 未満18,000フィート（5,500メートル） 未満> 18,000フィート(5,500メートル)
スピード < 100 ノット(190 km/h) < 250 ノット(460 km/h) < 250 ノット(460 km/h) あらゆる速度 あらゆる速度

無人航空機の他の分類には以下のものがある: [ 27 ]

航続距離と耐久性

無人航空機は航続距離と航続時間によって通常5つのカテゴリーに分類されます。[ 27 ]

範囲カテゴリ とても近い 近い 短い 中くらい 長さ
航続距離（km） : 5歳未満 5歳以上50歳未満 50以上150未満 150以上650未満 > 650
持久力（時間） : 0.5～0.75 1～6 8～12歳 12～36または48 > 36または48

サイズ

無人航空機は大きさによって分類される場合、通常4つのカテゴリーがあり、少なくとも1つの寸法（長さまたは翼幅）が以下のそれぞれの制限を満たしている：[ 27 ]

カテゴリ マイクロ/非常に小さい ミニ/スモール 中くらい 大きい
長さ/翼幅: 50cm未満 50cm以上2m未満 5～10メートル 10メートル以上

重さ

ドローンは重量に基づいて 5 つのカテゴリに分類できます。

ドローンのカテゴリー[ 29 ]
カテゴリ ナノ マイクロ（MAV） 小型または小型（SUAV） 中くらい 大きい
重さ： 250グラム未満 250グラム以上、2キログラム未満 ≥ 02 kg & < 25 kg 25 kg以上150 kg未満 150kg以上

NATOは以下に示すような同様の分類を使用している。[ 1 ]

無人航空機のNATO分類

自律性の程度

ドローンは、飛行操作における自律性の度合いに基づいて分類することもできます。ICAOは、無人航空機を遠隔操縦航空機と完全自律航空機に分類しています。[ 30 ]一部のUAVは中間の自律性を備えています。たとえば、車両はほとんどの状況で遠隔操縦できますが、自律的な帰還操作が可能です。一部の航空機タイプは、オプションで有人またはUAVとして飛行でき、これには有人航空機を有人またはオプション操縦UAV（OPV）に改造したものが含まれます。UAVの飛行は、人間のオペレーターによる遠隔操作、遠隔操縦航空機（RPA ）、または自動操縦支援などのさまざまな自律性、さらには人間の介入が不要な完全自律航空機として動作します。[ 31 ] [ 32 ]

高度

高度に基づいて、ParcAberporth無人システム フォーラムなどの業界イベントでは次の UAV 分類が使用されています。

  • 手持ち式高度2,000フィート（600メートル）、範囲約2キロメートル
  • 高度5,000フィート（1,500メートル）付近、最大10キロメートルの範囲
  • NATO型 高度10,000フィート（3,000メートル）、射程最大50キロメートル
  • 戦術高度18,000フィート（5,500メートル）、射程距離約160キロメートル
  • MALE（中高度、長時間飛行）最大高度30,000フィート（9,000メートル）、航続距離200キロメートル以上
  • HALE（高高度、長時間滞空） 30,000フィート（9,100メートル）以上、航続距離無制限
  • 極超音速高速、超音速（マッハ1～5）または極超音速（マッハ5以上）50,000フィート（15,200メートル）または弾道高度、射程200キロメートル以上
  • 低地球軌道（マッハ25以上）
  • CIS月の地球と月の移行
  • 無人航空機用コンピュータ支援空母誘導システム（CACGS）

複合基準

複合基準に基づく分類の一例として、米国軍の無人航空システム(UAS) による、UAV コンポーネントの重量、最大高度、速度に基づく UAV の分類が挙げられます。

リフトタイプ

FFLO

前方飛行揚力はICAOによって 航空機型式指定FFLOでのみ分類される - UAVは飛行機のようなドローンを指す

VFHC

ICAOによって分類された 垂直飛行/ホバリング能力は、航空機の型式指定VFHCで表されます。UAVは、回転翼を使用して揚力と運動を行うドローンを指します。

電源

無人航空機（UAV）は、飛行時間、航続距離、環境への影響に大きく影響する電力またはエネルギー源に基づいて分類されます。主なカテゴリーは以下のとおりです。

  • バッテリー駆動（電気式）：これらの無人航空機は充電式バッテリーを使用し、静かな動作と低メンテナンス性を実現しますが、飛行時間は限られる可能性があります。騒音レベルが低いため、都市環境や機密性の高い運用に適しています。[ 33 ]
  • 燃料駆動型（内燃機関）：ガソリンやディーゼルなどの従来の燃料を使用するこれらの無人航空機は、飛行時間が長くなる傾向がありますが、騒音が大きく、メンテナンスが必要になる場合があります。通常、長時間の飛行や大きな積載量を必要とする用途に使用されます。[ 34 ]
  • ハイブリッド：電気と燃料の動力源を組み合わせたハイブリッドUAVは、両方のシステムの利点をバランスよく取り入れ、性能と効率性を向上させることを目指しています。この構成により、ミッションプロファイルの汎用性と様々な運用要件への適応性が向上します。[ 35 ]
  • 水素燃料電池：水素燃料電池は、バッテリーよりも長い飛行時間を実現しながら、燃焼エンジンよりもステルス性（熱の痕跡がない）に優れています。[ 36 ]水素の高エネルギー密度は、将来の無人航空機推進システムにとって有望な選択肢となります。[ 37 ]
  • 太陽光発電：ソーラーパネルを搭載したこれらの無人航空機は、特に高高度において太陽エネルギーを利用することで飛行時間を延長できる可能性があります。太陽光発電式無人航空機は、長時間滞空ミッションや環境モニタリング用途に特に適している可能性があります。[ 38 ]
  • 原子力発電：原子力は大型航空機への応用が検討されているものの、無人航空機への応用は安全性への懸念と規制上の課題から、依然として理論的な段階にとどまっている。この分野の研究は現在も進行中だが、実用化には大きなハードルが待ち受けている。[ 39 ]

歴史

ウィンストン・チャーチルらがデ・ハビランド・クイーンビー標的無人機の発射を見守る様子、1941年6月6日
ライアン・ファイアビー。1951年に初飛行した一連の標的ドローン/無人航空機の1つ。イスラエル空軍博物館、ハツェリム空軍基地、イスラエル、2006年
スエズ運河を横断する初の戦術無人機ミッション前の最終準備（1969年）。立っているのは、戦術無人機の発明者、イスラエル情報部隊のシャブタイ・ブリル少佐。
1975年に初飛行したイスラエルのタディラン・マスティフは、データリンクシステム、長時間滞空、ライブビデオストリーミングなどの機能を備えていることから、多くの人から最初の近代的な戦場用無人機と見なされています。[ 40 ]

1800年代

初期のドローン

無人航空機が戦闘に使用された最も古い記録は1849年7月で、[ 41 ]気球運搬船（航空母艦の前身）[ 42 ]と共に使用され、海軍航空隊による航空戦力の初めての攻撃的使用となった。[ 43 ] [ 44 ] [ 45 ]ヴェネツィアを包囲していたオーストリア軍は、包囲された都市に約200個の焼夷気球を発射しようとした。気球は主に陸上から発射されたが、オーストリアの艦艇SMS ヴルカーノからもいくつか発射された。少なくとも1発の爆弾がヴェネツィアに落下したが、発射後に風向きが変わったため、ほとんどの気球は目標を外し、いくつかはオーストリアの戦線と発射艦ヴルカーノの上空に漂流した。[ 46 ] [ 47 ] [ 48 ]

スペインの技術者レオナルド・トーレス・ケベドは、1903年にパリ科学アカデミーでテレキノと呼ばれる無線ベースの制御システムを導入しました。[ 49 ]これは、人命を危険にさらすことなく飛行船をテストする方法です。 [ 50 ] [ 51 ] [ 52 ]

1900年代

無人機の本格的な開発は1900年代に始まり、当初は軍人の訓練用の標的を提供することに重点を置いていました。動力付き無人航空機の最古の試みは、1916年のA.M.ローの「空中標的」でした。 [ 53 ]ローは、1917年3月21日に制御下で飛行したのはジェフリー・デ・ハビランドの単葉機であったことを自身の無線システムで確認しました。[ 54 ] 1917年春のこの成功したデモンストレーションの後、ローは1918年にイギリス海軍と共に船舶や港湾施設を攻撃することを目的とした航空機制御の高速モーター発射DCBの開発に異動し、ゼーブルッヘ襲撃の準備でブロック空軍中佐を支援しました。イギリスでは他の無人機開発も続き、1935年には400機を超えるデ・ハビランド82クイーンビー空中標的機が就役しました。

ニコラ・テスラは1915年に無人航空戦闘機群について記述しました。[ 55 ]これらの開発は、オハイオ州デイトンのチャールズ・ケタリングによるケタリング・バグや、ヒューイット・スペリー・オートマチック・エアプレーンの開発にも影響を与えました。当初は、爆発物を所定の目標に運ぶ無人機として設計されました。開発は第一次世界大戦中も続けられ、デイトン・ライト・エアプレーン社は、所定の時間に爆発する無人航空魚雷を発明しました。 [ 56 ]

映画スターであり模型飛行機愛好家でもあったレジナルド・デニーは、 1935年に世界初のスケールの遠隔操縦車両を開発した。[ 53 ]

ソ連の研究者は1930年代後半にツポレフTB-1爆撃機を遠隔操作する実験を行った。 [ 57 ]

第二次世界大戦

1940年、デニーはラジオプレーン社を設立し、第二次世界大戦中にはさらに多くのモデルが登場しました 。これらは対空砲手の訓練と攻撃任務の両方に使用されました。ナチス・ドイツは、アルグスAs 292やジェットエンジン搭載のV-1飛行爆弾など、様々な無人航空機を戦時中に製造・使用しました。ファシスト政権下のイタリアは、サヴォイア・マルケッティSM.79の遠隔操縦による特殊無人機版を開発しましたが、実戦配備前にイタリアとの休戦協定が締結されました。[ 58 ]

戦後

第二次世界大戦後も、アメリカのJB-4（テレビ/無線コマンド誘導を使用）、オーストラリアのGAFジンディヴィク、1951年のテレダイン・ライアン・ファイアービーIなどの機体の開発が続けられ、ビーチクラフトなどの企業は1955年にモデル1001をアメリカ海軍に提供した。 [ 53 ]しかし、ベトナム戦争までは、それらは遠隔操縦飛行機に過ぎなかった。1959年、アメリカ空軍は敵地でパイロットを失うことを懸念し、無人機の使用を計画し始めた。[ 59 ] 1960年にソ連がU-2を撃墜した後、計画は激化した。数日のうちに、極秘のUAVプログラムが「レッド・ワゴン」というコード名で開始された。[ 60 ] 1964年8月のトンキン湾におけるアメリカ海軍と北ベトナム海軍の衝突をきっかけに、アメリカの極秘無人機（ライアン・モデル147、ライアンAQM-91ファイアフライ、ロッキードD-21 ）がベトナム戦争で初の戦闘任務に投入された。[ 61 ]中国政府[ 62 ]がワイドワールドフォトを通じて撃墜されたアメリカの無人機の写真を公開した際[ 63 ]、アメリカの公式な反応は「ノーコメント」だった。

中東消耗戦争（1967～1970年）の間、イスラエルの情報機関は偵察カメラを搭載した最初の戦術無人機を試験し、スエズ運河の向こう側から写真の送信に成功した。これは、（より大型のジェット機ベースの無人機とは異なり）短い滑走路であればどこでも発着可能な戦術無人機が開発され、実戦で試験された初めての事例であった。[ 64 ]

1973年のヨムキプール戦争では、イスラエルは敵軍に高価な対空ミサイルを無駄にさせるためにUAVを囮として使用しました。[ 65 ] 1973年のヨムキプール戦争の後、この初期のUAVを開発したチームの主要人物数名が、UAVを商用製品に開発することを目指した小さな新興企業に加わり、最終的にタディランに買収され、最初のイスラエルUAVの開発につながりました。[ 66 ]

1973年、米軍は東南アジア（ベトナム）で無人航空機（UAV）を使用していたことを公式に認めた。[ 67 ] 5,000人以上の米軍兵士が死亡し、1,000人以上が行方不明または捕虜となった。米空軍第100戦略偵察航空団は戦争中に約3,435回のUAVミッションを遂行したが[ 68 ]、約554機のUAVが何らかの理由で失われた。 1972年、空軍システム司令官のジョージ・S・ブラウン米空軍大将 は「我々が（UAVを）必要とする唯一の理由は、コックピットの人員を不必要に浪費したくないからだ」と述べた。[ 69 ]その年の後半、戦略航空軍のジョン・C・マイヤー司令官は、「我々は無人機に高リスクの飛行をさせている…損失率は高いが、我々はより多くのリスクを負っても構わないと思っている…無人機は人命を救うのだ！」と述べた。[ 69 ]

1973年のヨム・キプール戦争では、エジプトとシリアにソ連から供給された地対空ミサイル砲台がイスラエルの戦闘機に大きな損害を与えた。その結果、イスラエルはリアルタイム監視機能を備えた初の無人航空機（UAV）としてIAIスカウトを開発した。 [ 70 ] [ 71 ] [ 72 ]これらのUAVによって提供された画像とレーダーデコイは、 1982年のレバノン戦争の開始時にイスラエルがシリアの防空網を完全に無力化するのに役立ち、パイロットの撃墜はなかった。[ 73 ]イスラエルでは1987年に、無尾翼、ステルス技術に基づく3次元推力偏向飛行制御、ジェット操縦を含む戦闘飛行シミュレーションにおいて、超敏捷性、失速後制御飛行の概念実証としてUAVが初めて使用された。[ 74 ]

冷戦後の無人航空機

トルコのSTMカルグは、戦争で敵の戦闘員を攻撃する最初の致死性自律型兵器でした。

1980年代から1990年代にかけて、応用可能な技術が成熟し小型化すると、米軍の上層部で無人航空機（UAV）への関心が高まった。米国はCIA内のテロ対策センター（CTC）に資金を提供し、近代化されたドローン技術の助けを借りてテロと戦おうとした。[ 75 ] 1990年代に、米国国防総省はイスラエルの企業Malatと共にAAI Corporationに契約を交付した。米海軍はAAIとMalatが共同開発したAAI Pioneer UAVを購入した。これらのUAVの多くは1991年の湾岸戦争で使用された。UAVは、搭乗員にリスクを与えることなく展開できる、より安価で高性能な戦闘機械の可能性を示した。初期の世代は主に偵察機であったが、AGM-114ヘルファイア空対地ミサイルを発射したゼネラル・アトミックスMQ-1プレデターのように武装を搭載したものもあった。

2000年代

CAPECONは、無人航空機を開発するための欧州連合のプロジェクトであり、[ 76 ] 2002年5月1日から2005年12月31日まで実行されました。[ 77 ]

2012年時点で、アメリカ空軍（USAF）は7,494機の無人航空機（UAV）を運用しており、これはUSAFの航空機のほぼ3機に1機に相当します。[ 78 ] [ 79 ]中央情報局（CIA）もUAVを運用していました。[ 80 ] 2013年までに少なくとも50か国がUAVを使用しました。中国、イラン、イスラエル、パキスタン、トルコなどの国々は、独自のUAVを設計・製造しました。ドローンの利用は増加し続けています。[ 81 ] UAVシステムの広範な普及により、包括的なリストは存在しません。[ 79 ] [ 82 ]

2006年、米国連邦航空局（FAA）は、特定の規制の下で民間空域内での無人航空機の使用を許可し、米国内での消費者によるドローンの使用のための法的基盤を築きました。[ 83 ]

2013年、DJIはPhantomドローンの最初のモデルをリリースしました。これはDJIの完全組み立て式ドローンモデルです。629ドルで販売されたPhantomはエントリーレベルのドローンで、当時市場に出回っていた他のドローンよりもはるかにユーザーフレンドリーな体験を提供していました。DJI Phantomは、これまでに作られた中で最も影響力のある消費者向けドローン製品の一つと考えられていました。手頃な価格、入手しやすさ、そしてユーザーフレンドリーなソフトウェアにより、Phantomはすぐに愛好家やプロから消費者向けドローン市場を獲得し、現代の空撮ドローンのフォームファクターを一般大衆に紹介しました。[ 84 ] [ 85 ] 2017年までに、DJIは単独で世界の消費者向けドローン市場の75%以上を占めました。[ 86 ]

2021年3月に発表された国連安全保障理事会のリビア専門家パネルの報告書によると、 2020年にはカルグ2ドローンがリビアで人間を追跡し攻撃した。これは殺傷兵器を搭載した自律型殺人ロボットが人間を攻撃した初めてのケースだった可能性がある。 [ 87 ]

優れたドローン技術、特にトルコのバイラクタルTB2は、 2020年のナゴルノ・カラバフ戦争におけるアルメニアとの戦争でアゼルバイジャンの勝利に貢献した。[ 88 ]

インジェニュイティの火星着陸の想像図

無人航空機（UAV）はNASAのミッションにも使用されています。インジェニュイティ・ヘリコプターは、2021年から2024年まで火星で運用された自律型無人航空機（UAV）です。2024年現在、ドラゴンフライ宇宙船が開発中で、土星の衛星タイタンへの到達と調査を目指しています。その主な目的は、地表を移動し、これまで着陸機で観測されていた調査領域を拡大することです。無人航空機であるドラゴンフライは、潜在的に多様な種類の土壌の調査を可能にします。この無人航空機は2027年に打ち上げられる予定で、土星系に到達するまでにはさらに7年かかると推定されています。

小型化は小型無人機の開発にも役立っており、小型無人機は単独システムとしても、あるいは機体群としても使用することができ、比較的短時間で広い範囲を調査することが可能となっている。[ 89 ]

2024年4月のイランによるイスラエルへの攻撃は、 2024年4月13日に発生し、イラン革命防衛隊と抵抗軸の他のグループが約300機のドローンをイスラエルに向けて発射し、距離は約1,500キロメートルでした。[ 90 ] [ 91 ] [ 92 ] [ 93 ] [ 94 ]

GlobalDataのデータによると、無人航空機（UAV）産業の重要な部分を占める世界の軍用無人航空機システム（UAS）市場は、今後10年間で年平均成長率4.8%を達成すると予測されています。これは、市場規模が2024年の125億ドルから2034年には推定200億ドルへとほぼ倍増することを意味します。[ 95 ]

ロシア・ウクライナ戦争

DJI Mavicドローンを操作するウクライナのドローンオペレーター

2022年のロシアによるウクライナ侵攻は、軍事現場での商用・民生用無人航空機（UAV）、特にクワッドコプターや一人称視点（FPV）ドローンが大規模に使用された初の本格的な戦争として広く認識されました。これらの無人航空機は、様々な任務や戦術的用途のためにセンサーや爆発物を搭載して改造されていました。安価で広く入手可能な民生用ドローンや小型UAVは、現代の戦争を劇的に変え、新たな攻撃・防御戦略を生み出しました。[ 96 ] [ 97 ]

ウクライナとロシアは戦争中、小型の民生用ドローンを広範に使用しており、これは戦術的な監視、攻撃、および宣伝ツールとして機能した。[ 98 ]民生用ドローンは、戦場でそれぞれの側を支援するために、政府、愛好家、ウクライナとロシアへの国際的な寄付によって調達され、軍隊によって募集されたドローン愛好家によって飛ばされることが多かった。[ 99 ]民生用ドローンは手頃な価格、高性能、信頼性がその人気に貢献した。[ 100 ] [ 99 ]民生用ドローンは商業的に入手可能なことも好まれた。[ 101 ]企業は民生用製品の軍事利用を制限しようとしたが、効果は限られていた。[ 102 ] [ 103 ] [ 104 ]寄付者と購入者が仲介者を介して国境を越えてドローンを出荷し、制限を回避するためにソフトウェアを修正したためである。[ 105 ] [ 106 ]ウクライナでは、小型商用UAVとFPVドローンが戦争のいたるところで重要な役割を果たしていた。[ 107 ]

デザイン

UAVの一般的な物理的構造

同種の有人航空機と無人航空機は、一般的に物理的構成部品が類似していることが認識できます。主な例外は、コックピットと環境制御システム、あるいは生命維持システムです。一部の無人航空機は、カメラなどのペイロードを搭載しており、その重量は成人の体重よりもかなり軽いため、機体サイズもかなり小さくなっています。軍用武装無人航空機は、搭載ペイロードは重いものの、同等の武装を備えた有人航空機よりも軽量です。

小型の民間用無人航空機（UAV）には生命維持に不可欠なシステムがないため、軽量ながら強度の低い材料や形状で製造でき、堅牢性試験の不十分な電子制御システムも使用できます。小型UAVではクワッドコプター型が主流となっていますが、有人航空機ではほとんど採用されていません。小型化により、小型電気モーターやバッテリーなど、有人航空機では実現不可能な低出力の推進技術を活用できるようになります。

無人航空機（UAV）の制御システムは、有人航空機とは多くの場合異なります。遠隔操縦では、ほとんどの場合、コックピットの窓の代わりにカメラとビデオリンクが使用され、物理的なコックピット操作の代わりに無線伝送によるデジタルコマンドが使用されます。自動操縦ソフトウェアは、有人航空機と無人航空機の両方で使用されており、機能セットはそれぞれ異なります。[ 108 ] [ 109 ] [ 110 ]

航空機の構成

無人航空機（UAV）は、コックピットや窓が不要であること、そして人間の快適性を最適化する必要がないことから、有人航空機とは異なる構成で設計できます。ただし、一部のUAVは有人航空機を改造したものや、任意操縦モード向けに設計されています。また、無人航空機では空中安全性もそれほど重要ではないため、設計者はより自由に実験を行うことができます。UAVは通常、搭載ペイロードと地上設備を中心に設計されます。これらの要因により、UAVの機体とモーターの構成は多種多様になっています。

通常飛行においては、全翼機とブレンデッド・ウィング・ボディは軽量で低抗力とステルス性を兼ね備えており、多くの用途で人気の構成です。搭載量が変動する大型機は、安定性、操縦性、トリム性を確保するために尾翼を備えた独立した胴体構造となる傾向がありますが、使用される主翼構成は多岐にわたります。

垂直飛行やホバリングを必要とする用途では、無尾翼クワッドコプターは比較的シンプルな制御システムを必要とし、小型UAVで一般的に採用されています。6つ以上のローターを備えたマルチローター設計は、冗長性が重視される大型UAVでより一般的です。[ 111 ]

推進

長距離飛行が求められるドローンには、従来の内燃機関やジェットエンジンが依然として使用されています。しかし、短距離ミッションでは、ほぼ完全に電力が主流となっています。バルサ材とマイラー製の外板で作られた無人航空機（UAV）の北大西洋横断距離記録は、ガソリン駆動の模型飛行機、つまりUAVによって保持されています。マナード・ヒルは「2003年に、彼の作品の一つが1ガロン未満の燃料で大西洋を1,882マイル横断飛行した」ことで、この記録を保持しています。[ 112 ]

従来のピストンエンジンに加え、一部のドローンではヴァンケルロータリーエンジンが採用されています。このエンジンは軽量でありながら高出力を誇り、静粛性と振動の少ない動作を実現します。また、信頼性の向上と航続距離の延長も謳われています。

小型ドローンでは主にリチウムポリマー電池（Li-Po）が使用されています[ 113 ]が、一部の大型車両では水素燃料電池が採用されています[ 114 ] [ 115 ] [ 116 ]。UAV 用の水素燃料プロトン交換膜燃料電池は、充電式リチウムイオン電池よりも飛行時間が長く、一次リチウム金属電池よりも総所有コストが低く、熱エンジンよりもステルス性に優れているなどの利点があります[ 36 ]。

現代のリチウムポリマーバッテリーのエネルギー密度は、ガソリンや水素よりもはるかに低いです。しかし、電気モーターはより安価で軽量、そして静かです。空力効率と推進効率の向上を目指し、複雑な多発エンジン・多発プロペラの設備が開発されています。このような複雑な動力設備では、マイクロコントローラユニット（MCU）の制御下でバッテリーエリミネーション回路（BEC）を使用することで、電力分配を集中化し、発熱を最小限に抑えることができます。

羽ばたき飛行機 – 翼による推進

鳥や昆虫を模倣した羽ばたき翼を持つオーニソプターは、小型無人機として飛行させられてきました。そのステルス性から、スパイ任務に適しています。

ハエにヒントを得た1G未満のマイクロUAVは、電力テザーを使用しているにもかかわらず、垂直面に「着陸」することができました。[ 117 ]他のプロジェクトでは、甲虫やその他の昆虫の飛行を模倣しています。[ 118 ]

コンピュータ制御システム

マルチローターUAV用のCleanFlightまたはBaseFlightファームウェアで実行されるフライトコントローラ

UAV のコンピューティング機能は、コンピューティング テクノロジの進歩に合わせて進化しており、アナログ制御から始まり、マイクロ コントローラ、システム オン チップ(SOC)、シングル ボード コンピュータ(SBC) へと進化してきました。

現代のUAV制御システムハードウェアは、フライトコントローラー（FC）、フライトコントローラーボード（FCB）、またはオートパイロットと呼ばれることがよくあります。一般的なUAVシステムの制御ハードウェアは、通常、プライマリマイクロプロセッサ、セカンダリまたはフェイルセーフプロセッサ、そして加速度計、ジャイロスコープ、磁力計、気圧計などのセンサーを1つのモジュールに統合しています。

2024年、EASAは、Embention社の自動操縦装置向けに、ETSO-C198に準拠したUAV飛行制御装置の認証基準を初めて取得することに合意しました。UAV飛行制御システムの認証は、空域におけるUAVの統合と重要地域におけるドローンの運用を促進することを目的としています。[ 119 ]

建築

センサー

位置センサーと運動センサーは航空機の状態に関する情報を提供します。外受容センサーは距離測定などの外部情報を扱い、固有受容センサーは内部状態と外部状態を相関させます。[ 120 ]

非協力型センサーは自律的にターゲットを検知できるため、分離保証や衝突回避に使用されます。[ 121 ]

自由度（DOF）は、搭載センサーの量と質の両方を指します。6 DOFは3軸ジャイロスコープと加速度計（典型的な慣性計測装置 -IMU）を意味し、9 DOFはIMUとコンパスを指し、10 DOFは気圧計を追加し、11 DOFは通常GPS受信機を追加します。[ 122 ]

ナビゲーションセンサーに加えて、UAV（またはUAS）には、RGB、マルチスペクトル、ハイパースペクトルカメラ、LiDARなどの監視装置も装備されており、特定の測定や観察を提供することができます。[ 123 ]

アクチュエータ

UAVアクチュエータには、モーター/エンジンおよびプロペラにリンクされたデジタル電子速度コントローラ(モーターのRPMを制御) 、サーボモーター(主に飛行機およびヘリコプター用)、武器、ペイロード アクチュエータ、LED、スピーカーが含まれます。

ソフトウェア

現代の無人航空機（UAV）は、アクチュエータを直接制御する低レベルのファームウェアから、高レベルの飛行計画まで、幅広いソフトウェアスタックで動作します。最下層では、ファームウェアがIMU [ 124 ]などのセンサーからの読み取りを直接制御し、モーターなどのアクチュエータに指示を送ります。制御ソフトウェア（オートパイロットと呼ばれることが多い）は、所望の機体速度に基づいてアクチュエータの速度を計算する役割を担っています。ハードウェアと直接やり取りするため、このソフトウェアは時間的制約が厳しく、マイクロコントローラ上で実行される場合があります。自律型ではないUAVの場合、このソフトウェアは無線通信も処理する場合があります。代表的な例として、PX4オートパイロットが挙げられます。

次のレベルでは、自律アルゴリズムが、より高次の目標を与えられた場合に所望の速度を計算します。例えば、軌道最適化[ 125 ]は、所望の目標地点を与えられた場合に飛行軌道を計算するために使用できます。このソフトウェアは必ずしも時間的にクリティカルではなく、 Linuxなどのオペレーティングシステムを搭載したシングルボードコンピュータ上で、時間制約が緩い場合に実行できる場合が多いです。

深層強化学習はUAVの飛行制御、特に連続した3次元環境のナビゲーションや自律的な意思決定の改善にも研究されてきた。[ 126 ]同様に、AI駆動型自動化は対UAS（C-UAS）システムにますます適用され、電子ドローン検出データと物理追跡カメラを自動的にリンクして「ハンズフリー」のターゲット追跡を実現することで、オペレーターの認知負荷を軽減している。[ 127 ]

ループの原則

マルチローターの典型的な飛行制御ループ

UAV は、オープンループ、クローズドループ、またはハイブリッド制御アーキテクチャを採用しています。

  • オープン ループ - このタイプは、センサー データからのフィードバックを組み込まずに、正の制御信号 (より速く、より遅く、左、右、上、下) を提供します。
  • 閉ループ – このタイプは、センサーからのフィードバックに基づいて動作を調整します（追い風を考慮して減速、高度300フィートへの移動など）。PID制御が一般的です。フィードフォワード制御が用いられる場合もあり、これにより閉ループの必要性がさらに高まります。[ 128 ]

コミュニケーション

無人航空機（UAV）は、制御や映像データなどのデータの交換に無線を使用します。初期のUAVは狭帯域のアップリンクのみを搭載していましたが、ダウンリンクは後から導入されました。これらの双方向の狭帯域無線リンクは、航空機システムの状態に関するコマンド＆コントロール（C&C）データとテレメトリデータを遠隔地のオペレーターに送信しました。

現代のUAVアプリケーションのほとんどでは、動画伝送が必須です。そのため、C&C、テレメトリ、動画トラフィックにそれぞれ別々のリンクを用意する代わりに、ブロードバンドリンクを使用してあらゆる種類のデータを伝送します。これらのブロードバンドリンクは、 QoS（Quality of Service）技術を活用し、インターネット経由でルーティング可能な TCP/IPトラフィックを伝送できます。

オペレータ側からの無線信号は、次のいずれかから発行できます。

  • 地上管制 –無線送信機/受信機、スマートフォン、タブレット、コンピューターを操作する人間、または軍事地上管制ステーション (GCS)の本来の意味。
  • 一部の軍事力向けの衛星双方向データリンクなどの遠隔ネットワークシステム。モバイルネットワークを介したダウンストリームデジタルビデオも消費者市場に参入しており、セルラーメッシュとLTEを介した直接UAV制御アップリンクは実証済みで、試験段階にある。[ 129 ]
  • 中継機または移動管制局として機能する別の航空機 - 軍用有人無人機チーム（MUM-T）。[ 130 ]

現代のネットワーク規格はドローンを明確に考慮しており、最適化が盛り込まれています。5G規格では、超信頼性・低遅延通信を実現しながら、ユーザープレーンの遅延を1ミリ秒に短縮することが義務付けられています。[ 131 ]

UAV間の連携はリモートID通信技術によってサポートされています。リモートIDメッセージ（UAV座標を含む）はブロードキャストされ、衝突のない航行に利用できます。[ 132 ]

自律性

無人航空機の自律性の度合い

無人航空機の自律性のレベルは大きく異なります。無人航空機メーカーは、次のような特定の自律操作を組み込むことがよくあります。[ 133 ]

  • セルフレベル: ピッチ軸とロール軸の姿勢安定化。
  • 高度維持: 航空機は気圧や GPS データを使用して高度を維持します。
  • ホバリング/位置保持: GNSSまたは慣性センサーを使用して位置を維持しながら、水平ピッチとロール、安定したヨー方向と高度を維持します。
  • ヘッドレス モード: 車両の軸ではなく、パイロットの位置を基準にしたピッチ制御。
  • 心配無用：水平移動中のロールとヨーの自動制御
  • 離陸と着陸（さまざまな航空機または地上のセンサーとシステムを使用。「自動着陸」も参照）
  • フェイルセーフ: 制御信号の喪失時に自動的に着陸または帰還する
  • 帰還: 離陸地点まで飛行して戻ります (多くの場合、木や建物などの障害物を回避するために最初に高度を上げます)。
  • フォローミー: GNSS、画像認識、またはホーミングビーコンを使用して、移動中のパイロットまたはその他の物体に対する相対位置を維持します。
  • GPS ウェイポイント ナビゲーション: GNSS を使用して移動経路上の中間地点までナビゲートします。
  • オブジェクトの周りを周回します。Follow-me に似ていますが、ターゲットの周りを継続的に周回します。
  • 事前にプログラムされた曲技飛行（ロールやループなど）
  • 事前プログラムされた配達（配達ドローン）

自律能力を定量化する一つのアプローチは、2002年の米国空軍研究所の報告書で示唆され、右の表で使用されているOODA用語に基づいています。 [ 134 ]

アメリカ海軍のノースロップ・グラマン X-47B 無人戦闘機実証機が飛行中に空中給油機から燃料補給を行っている。

空中給油[ 135 ]や地上バッテリー交換 などの特定のタスクでは完全な自律性が利用可能である。

他に利用可能または開発中の機能としては、集団飛行、リアルタイム衝突回避、壁面追従、通路中心維持、同時位置推定・地図作成、群集飛行、[ 136 ]コグニティブ無線、機械学習などが挙げられます。この文脈において、コンピュータービジョンは飛行の安全性を自動的に確保する上で重要な役割を果たすことができます。

パフォーマンスに関する考慮事項

飛行範囲

無人航空機は、積極的な操縦や傾斜面での着陸/停止を行うようにプログラムすることができ、[ 137 ]その後、より良い通信地点に向かって上昇することができます。[ 138 ]一部の無人航空機は、 VTOL設計などの さまざまな飛行モデル化で飛行を制御できます。 [ 139 ] [ 140 ]

無人航空機は平らな垂直面に止まることもできる。[ 141 ]

持久力

UEL UAV-741 ヴァンケルエンジン（UAV運用用、AAI RQ-7 シャドウに搭載）
小型（1kg未満）ドローンの質量に対する飛行時間[ 120 ]

UAV の耐久性は人間のパイロットの生理学的能力によって制限されません。

ヴァンケル型ロータリーエンジンは、小型、軽量、低振動、そして高い出力対重量比という特長から、多くの大型無人航空機に採用されています。ローターの焼き付きがなく、降下中の衝撃冷却の影響を受けにくく、高出力時の冷却に高濃度燃料混合気を必要としません。これらの特性により燃料消費量を削減し、航続距離やペイロードの増大につながります。

ドローンの長期的な耐久性には、適切な冷却が不可欠です。過熱とそれに続くエンジン故障は、ドローンの故障の最も一般的な原因です。[ 142 ]

水素燃料電池は水素エネルギーを利用し、小型無人機の飛行時間を最大数時間延長できる可能性がある。[ 143 ] [ 144 ]

マイクロ航空機の耐久性は、今のところ羽ばたき翼を持つUAVが最も優れており、レイノルズ数が低いため、飛行機とマルチローターが最下位となっている。[ 120 ]

太陽光発電式無人航空機は、1974年にアストロフライト・サンライズ社が最初に提唱したコンセプトであり、数週間の飛行時間を実現している。

高度20km（12マイル、6万フィート）を超える高度で最長5年間運用するように設計された太陽光発電式大気圏衛星（「アトモサット」）は、低軌道衛星よりも経済的かつ多用途に任務を遂行できる可能性があります。気象監視、災害復旧、地球画像撮影、通信の ための気象ドローンなどがその用途として考えられます。

マイクロ波電力伝送やレーザー電力ビームで駆動する電動UAVも、飛行継続のための潜在的な解決策である。[ 145 ]

耐久性の高い UAV のもう 1 つの用途は、長い間隔で戦場を「凝視」し (ARGUS-IS、Gorgon Stare、Integrated Sensor Is Structure)、イベントを記録して、それを逆再生して戦場での活動を追跡することです。

長時間の耐久飛行
無人航空機飛行時間時間:分日付注記
ボーイング・コンドル58:111989この飛行機は現在ヒラー航空博物館に展示されている。

[ 146 ]

ジェネラル・アトミックス・グナット40:001992[ 147 ] [ 148 ]
TAM-538:522003年8月11日大西洋を横断した最小の無人航空機

[ 149 ]

QinetiQ Zephyrソーラーエレクトリック54:002007年9月[ 150 ] [ 151 ]
RQ-4 グローバルホーク33:062008年3月22日実物大の運用可能な無人航空機の耐久記録を樹立した。[ 152 ]
QinetiQ Zephyrソーラーエレクトリック82:372008年7月28日～31日[ 153 ]
キネティック ゼファー 7336:222010年7月9日～23日太陽光発電。14日間飛行した。FAI高度記録（70,740フィート（21,561メートル））も申請中[ 154 ]

英国のPHASA-35軍用無人機（開発後期段階）は、その繊細さゆえに、最初の12マイル（約20キロメートル）の乱気流を越えるのは危険な作業です。しかしながら、同機は高度65,000フィート（約20,000メートル）で24時間飛行しました。エアバスのゼファーは2023年に高度70,000フィート（約21,000メートル）に到達し、64日間飛行しました。これは目標飛行日数200日です。これは近宇宙に十分近いため、運用能力の観点からは「疑似衛星」とみなされるに十分です。[ 155 ]

信頼性

信頼性の向上は、レジリエンスエンジニアリングとフォールトトレランス技術 を使用して、UAV システムのあらゆる側面を対象としています。

個々の信頼性は、飛行制御装置の堅牢性をカバーし、過剰な冗長性なしに安全性を確保してコストと重量を最小限に抑えます。[ 156 ]さらに、飛行エンベロープの動的評価により、アドホックに設計されたループやニューラルネットワークを使用した非線形解析を使用して、損傷に強いUAVが可能になります。[ 157 ] UAVソフトウェアの責任は、有人航空電子機器ソフトウェアの設計と認証に向けられています。[ 158 ]

群集の回復力には、ユニットの故障を考慮して運用能力を維持し、タスクを再構成することが含まれる。[ 159 ]

アプリケーション

近年、自律型ドローンは、目視外飛行（BVLOS）[ 160 ]が可能であり、生産性を最大化し、コストとリスクを削減し、現場の安全性、セキュリティ、規制遵守を確保し、[ 161 ]パンデミック時に人間の労働力を保護できるため、さまざまな応用分野に変革をもたらし始めています。[ 162 ]また、 Amazon Prime Airで実証されているように、荷物の配達や医療用品の重要な配達など、消費者関連のミッションにも使用できます。

無人航空機（UAV）の用途は、民間、商業、軍事、航空宇宙と多岐にわたります。[ 4 ]これらには以下が含まれます。

一般的な
レクリエーション、災害救助、考古学、生物多様性と生息地の保全、[ 163 ]法執行、犯罪、テロリズム。
コマーシャル
航空監視、映画製作、[ 164 ]ジャーナリズム、科学研究、測量、貨物輸送、鉱業、製造業、林業、太陽光発電、熱エネルギー、港湾、農業。

戦争

2022年のロシアによるウクライナ侵攻では、ロシアの無人航空機の使用は2024年初頭から2025年夏にかけて約10倍に増加した。[ 165 ]
MAM-Lを装備したウクライナ空軍のバイカル・バイラクタルTB2 。背景には地上管制所が2つある。

2020年現在、17か国が武装UAVを保有しており、100か国以上が軍事目的でUAVを使用している。[ 166 ]国産UAV設計を製造している最初の5か国は、トルコ、米国、中国、イスラエル、イランである。[ 167 ] [ 168 ] [ 169 ] [ 170 ] [ 171 ]軍用UAVのトップメーカーには、バイカール、[ 167 ] [ 172 ] [ 169 ]ゼネラル・アトミックス、エルビット・システムズ、ラファエル・アドバンスト・ディフェンス・システムズ、ロッキード・マーティン、ノースロップ・グラマン、ボーイング、トルコ航空宇宙産業、IAIO、CASC、CAIGがある。[ 171 ]中国は2010年以降、軍用無人機市場での存在感を確立し、拡大してきました[ 171 ] 。 2020年代初頭には、トルコも軍用無人機市場での存在感を確立し、拡大しました[ 168 ] [ 171 ] [ 169 ] [ 172 ]

2010年代初頭、イスラエル企業は主に小型の監視用UAVシステムに注力しており、ドローンの数で見ると、イスラエルは市場に出回っているUAVの60.7％（2014年）を輸出し、米国は23.9％（2014年）を輸出していた。[ 173 ] 2010年から2014年の間に439台のドローンが交換されたが、その前の5年間は322台だった。これらは全体の取引のわずかな一部で、439台のうち武装ドローンはわずか11台（2.5％）である。[ 173 ]米国だけで2014年に9,000台以上の軍用UAVを運用しており、そのうち7,000台以上がRQ-11レイヴン小型UAVである。[ 174 ] 2010年以来、中国のドローン企業は世界の軍事市場に向けて大量のドローンを輸出し始めている。 2010年から2019年の間に軍用ドローンを受け取ったことが知られている18カ国のうち、上位12カ国はすべて中国からドローンを購入している。[ 171 ] [ 175 ] 2020年代には、中国のドローン技術と製造の進歩と、ロシアのウクライナ侵攻とイスラエル・ガザ紛争による市場需要の高まりにより、このシフトが加速した。[ 176 ] [ 177 ] [ 178 ]

情報収集や偵察の任務においては、鳥や昆虫を模倣した超小型無人機の羽ばたき式オーニソプターは、その固有のステルス性により、秘密裏に監視を行うことが可能となり、撃墜するのが困難な標的となる。

無人偵察機は偵察、攻撃、地雷除去、射撃訓練などに利用される。[ 179 ]

2022年のロシアによるウクライナ侵攻後、無人航空機（UAV）開発が劇的に増加し、ウクライナは革新的なシステムの急速な開発を促進するためにBrave1プラットフォームを開発しました。2025年までに、ウクライナとロシアはそれぞれ独自のUAV専用軍事司令部を設立し、無人システム部隊と名付けました。[ 180 ]ロシアとは異なり、ウクライナは戦闘から負傷した兵士を避難させるための柔軟な医療用ストレッチャーや電動自転車などの機器を輸送するためにUAVを革新的に活用することができました。[ 181 ] [ 182 ]

民事申請

ジップラインの航空機がルワンダの基地から血液製剤を配達するために出発する

民間（商業用および一般用）ドローン市場は中国企業が独占している。2018年には中国メーカーのDJIが単独で民間市場の74％のシェアを占め、[ 183 ]​​ 5％以上を占める企業は他になかった。[ 184 ]米国による監視と制裁が強化されているにもかかわらず、これらの企業は2023年までに世界市場シェアの70％以上を保持し続けるだろう。[ 185 ]米国内務省は2020年にDJI製ドローンの飛行停止処分とし、司法省は連邦資金をDJIや他の外国製UAVの購入に使用することを禁止した。[ 186 ] [ 187 ] DJIに続いて、米国企業の3D Robotics、中国企業のYuneec、Autel Robotics、フランス企業のParrotが続いている。[ 184 ] [ 188 ] 2025年には中国のドローン企業が世界のUAV市場シェアの90％を占め、DJIは世界市場の80％を占める。[ 189 ] [ 190 ]

2021年5月現在、873,576機のUAVが米国FAAに登録されており、そのうち42％が商用、58％がレクリエーション用に分類されている。[ 191 ] 2018年のNPDは、500ドル以上と1000ドル以上の市場セグメントの両方で33％の成長を示し、より高度な機能を備えたドローンを購入する消費者が増えていると指摘している。[ 192 ]

民間向け無人航空機市場は、軍事市場に比べると比較的新しい市場です。先進国と発展途上国の両方で同時に企業が台頭しています。多くの初期段階のスタートアップ企業は、米国のように投資家からの支援や資金提供を受けており、インドのように政府機関からの支援も受けています。[ 193 ]一部の大学では、研究・研修プログラムや学位を提供しています。[ 194 ]民間企業も、レクリエーション用と商用の両方の無人航空機利用のためのオンラインおよび対面式の研修プログラムを提供しています。[ 195 ]

消費者向けドローンは、コスト効率に優れているため、世界中の警察や軍事組織で広く使用されています。 2018年以来、イスラエル軍は軽偵察任務にDJI UAVを使用しています。[ 196 ] [ 197 ] [ 177 ] DJIドローンは、 2017年以来、新疆ウイグル自治区で中国警察によって使用されており[ 198 ] [ 199 ]、2018年以来、全米のアメリカ警察によって使用されています。 [ 200 ] [ 201 ]ウクライナとロシアの両国は、ロシアのウクライナ侵攻中に商用DJIドローンを広範に使用しました。[ 98 ]これらの民間のDJIドローンは、戦場でそれぞれの側を支援するために、政府、愛好家、ウクライナとロシアへの国際寄付によって調達され、多くの場合、軍隊によって採用されたドローン愛好家によって飛行されていました。 DJIドローンの普及は、その市場優位性、手頃な価格、高性能、信頼性によるものでした。[ 99 ] [ 202 ]

エンターテインメント

ドローンは夜間の花火大会でも芸術や広告目的で利用されており、花火よりも安全で静かで環境にも優しいという利点があります。花火大会の代替として、あるいは花火大会の補助として活用することで、祭りの財政負担を軽減することができます。さらに、ドローンは花火を運ぶことができるため、花火を補完し、新たな芸術作品を生み出すことも可能です。[ 203 ] [ 204 ] [ 205 ]

ドローンは、VR 機能の有無にかかわらず、レースにも使用できます。

航空写真

ドローンは写真撮影や映画撮影における空中撮影に最適であり、この目的で広く利用されている。[ 164 ]小型ドローンでは操縦者とカメラマンの綿密な連携が不要で、同じ人が両方の役割を担う。プロ仕様のシネマカメラを搭載した大型ドローンには通常、ドローン操縦者とカメラアングルやレンズを操作するカメラオペレーターが搭乗する。例えば、映画制作で使用されるAERIGONシネマドローンは2人で操縦される。[ 206 ]ドローンは危険な場所、遠隔地、あるいは通常はアクセスできない場所へのアクセスを可能にする。

環境モニタリング

UAS（無人航空機）は、空間的にも時間的にも超高解像度または超高解像度の次世代調査を可能にするという、環境モニタリングにおける大きな利点を提供します。 [ 207 ]これにより、衛星データと現場モニタリングの間に存在するギャップを埋める機会が生まれます。これは、自然生態系および農業生態系の記述を向上させるための、数多くの活動を促進してきました。最も一般的な用途は以下のとおりです。

  • オルソモザイク、数値地表モデル、3Dモデルの作成のための地形調査[ 208 ]
  • 生物多様性モニタリングのための自然生態系のモニタリング、[ 209 ]生息地マッピング[ 210 ] 、侵入的外来種の検出[ 211 ]、および侵入種または撹乱による生態系の劣化の研究。
  • 精密農業[ 212 ]は、UAVを含む利用可能なすべての技術を活用して、少ない労力でより多くの生産を実現します（例：肥料、農薬、灌漑の最適化）。
  • 河川モニタリングでは、2次元流速場を適切に記述できる画像流速測定法を用いた流量モニタリングを行うためのいくつかの方法が開発されている。[ 213 ]
  • ダム、鉄道、その他の危険な場所、アクセスできない場所、または建物を監視するための大規模な場所など、あらゆる種類の構造物の構造的完全性。[ 214 ]
  • 無人航空機とハイパースペクトルカメラを用いた酸性鉱山排水中の鉱物検出では、自然環境、採掘現場、採掘後の環境（修復現場など）における特定のpH値における代理鉱物（例えば、ゲーサイト、ジャロサイト）の詳細なマップを作成することができる。[ 215 ] [ 216 ]
  • 火山の噴煙のような潜在的に危険な場所でのガスの現場測定。[ 217 ]

これらのアクティビティは、写真測量、サーモグラフィー、マルチスペクトル画像、3D フィールド スキャン、ガス検出器、正規化差分植生指数マップなどのさまざまな測定を使用して実行できます。

地質学的災害

無人航空機（UAV）は、地すべりなどの地質災害の調査に広く利用されている。[ 218 ]レーダー、光学、熱など様々なセンサーをUAVに搭載し、様々な特性を監視することができる。UAVは、地すべりのアクセスできない領域であっても、横断方向、放射状、縦方向の亀裂、尾根、崖、破壊面など、様々な地すべりの特徴の画像を撮影することができる。 [ 219 ] [ 220 ]さらに、UAVで撮影した光学画像を処理することで、点群や3Dモデルを作成し、そこからこれらの特性を導き出すことも可能である。[ 221 ]異なる時間に取得された点群を比較することで、地すべりの変形による変化を検出することができる。[ 222 ] [ 223 ]

鉱物探査

無人航空機（UAV）は、重要な原料金属（コバルト、ニッケルなど）、希土類元素、電池用鉱物などの原材料の需要を満たすために、新規鉱床の発見や既存の鉱床の再評価に役立つ可能性があります。環境モニタリングで使用されるセンサーと同様のセンサー（スペクトルイメージング、ライダー、磁気、ガンマ線分光法など）[ 224 ] [ 225 ]を使用することで、UAVベースのデータから地質学的地表および地表下の地図を作成することができ、より効率的で的を絞った鉱物探査に貢献します。[ 226 ] [ 227 ]

農学、林学、環境学

トレーラーに搭載された農業用ドローン

世界的な食糧生産の需要が急増し、資源が枯渇し、農地が縮小し、農業労働力がますます不足する中、従来の方法よりも便利でスマートな農業ソリューションが緊急に必要とされており、農業用ドローンとロボット産業の進歩が期待されています。[ 228 ]農業用ドローンは、世界中で持続可能な農業の構築に役立ち、新世代の農業につながります。[ 229 ]このような状況で、植生の状態を正確に記述し、畑全体に栄養素、農薬、種子を正確に散布するのに役立つツールと方法論の両方で革新が急増しています。[ 7 ]

無人航空機（UAV）の使用は、観測を通じて、あるいは逆火を起こすための花火装置の発射を通じて、山火事の検知と消火を支援するためにも研究されている。[ 230 ]

無人航空機は現在、海鳥の営巣、アザラシ、さらにはウォンバットの巣穴などの野生生物の調査にも広く利用されている。[ 231 ]

法執行機関

警察は捜索救助や交通監視などの用途にドローンを使用することができます。[ 232 ]

人道援助

ドローンは人道支援や災害救助の分野でますますその活用が進んでおり、食料や医薬品、生活必需品を遠隔地に届けたり、災害前後の画像マッピングなど、幅広い用途に利用されている。[ 233 ]

安全とセキュリティ

米国農務省が山火事の近くで無人航空機を飛行させる危険性を警告するポスター

脅威

迷惑行為

無人航空機は、他の航空機との意図しない衝突やその他の妨害、意図的な攻撃、パイロットや管制官の注意をそらすことなど、様々な方法で空域の安全を脅かす可能性があります。ドローンと航空機の衝突の最初の事例は、2017年10月中旬にカナダのケベック市で発生しました。[ 234 ]ドローンと熱気球の衝突の最初の事例は、2018年8月10日に米国アイダホ州ドリッグスで発生しました。熱気球に大きな損傷はなく、乗員3名にも負傷者はいませんでしたが、気球のパイロットは国家運輸安全委員会にこの事件を報告し、「この事件が自然、空域、そして規則や規制の尊重についての議論のきっかけとなることを願っています」と述べました。[ 235 ]主要空港への無許可の無人航空機の飛行は、商業航空便の長期にわたる運航停止を引き起こしました。[ 236 ]

2018年12月、ドローンがガトウィック空港で大きな混乱を引き起こし、イギリス軍の派遣が必要となった。[ 237 ] [ 238 ]

アメリカ合衆国では、山火事の近くを飛行すると、最高25,000ドルの罰金が科せられます。しかしながら、2014年と2015年には、カリフォルニア州の消防航空支援がレイク山火事[ 239 ]やノース山火事[ 240 ]など、幾度となく妨害されました。[ 241 ]これを受けて、カリフォルニア州議会は、制限空域に侵入した無人航空機（UAV）を消防隊員が無力化できるようにする法案を提出しました。[ 242 ]その後、FAA（連邦航空局）はほとんどのUAVの登録を義務付けました。

セキュリティの脆弱性

2017年までに、ドローンは刑務所に密輸品を投下するために使用されました。[ 243 ]

無人航空機（UAV）のサイバーセキュリティへの関心は、2009年に発生したプレデター無人航空機（UAV）のビデオストリームハイジャック事件[ 244 ]以降、大幅に高まっている。この事件ではイスラム過激派が安価な市販の機器を使ってUAVからビデオフィードをストリーミング配信した。もう一つのリスクは、飛行中のUAVをハイジャックしたり妨害したりする可能性があることである。複数のセキュリティ研究者が商用UAVの脆弱性を公開しており、中には攻撃を再現するための完全なソースコードやツールを提供しているものもある[ 245 ] 。 2016年10月に開催されたUAVとプライバシーに関するワークショップで、連邦取引委員会の研究者は、3種類の異なる消費者向けクワッドコプターをハッキングできたことを示しており、UAVメーカーはWi-Fi信号の暗号化やパスワード保護といった基本的なセキュリティ対策を講じることで、UAVのセキュリティを強化できると指摘した[ 246 ] 。

侵略

多くの無人航空機（UAV）が危険なペイロードを搭載し、標的に衝突する事例が報告されています。ペイロードには爆発物、化学物質、放射線、生物兵器などが含まれていた、あるいは含まれている可能性があります。一般的に非致死性のペイロードを搭載したUAVは、ハッキングされ、悪意のある目的で使用される可能性があります。この脅威に対抗するため、探知から電子戦、そして他のUAVを破壊するために設計されたUAVに至るまで、対UAVシステム（C-UAS）が開発され、各国で配備されています。

こうした開発は困難にもかかわらず実現した。J・ロジャーズ氏は2017年のA&Tのインタビューで、「現在、これらの小型無人機に対抗する最善の方法について、大きな議論が交わされている。趣味人がちょっとした迷惑行為として利用するのか、それともテロリストがもっと悪質な方法で利用するのか、その点について議論が続いている」と述べた。[ 247 ]

対策

無人航空機対策システム

ローマで携帯型ドローン妨害装置を装備したイタリア陸軍第17高射砲兵連隊「スフォルツェスカ」の兵士たち
キャノン対ドローンシステム

UAVの悪用は、対無人航空システム（C-UAS）技術の開発につながっています。ディープラーニングベースの機械学習アルゴリズムの開発により、市販カメラによるUAVの自動追跡・検知の精度が向上しました。[ 248 ]また、視点やハードウェア仕様が異なる複数のカメラ間でも、再識別手法を用いることでUAVを自動的に識別することが可能です。[ 249 ] Aaronia AARTOSなどの市販システムは、主要な国際空港に設置されています。[ 250 ] [ 251 ] UAVが検出されると、運動エネルギー（ミサイル、発射体、または他のUAV）または非運動エネルギー（レーザー、マイクロ波、通信妨害）によって対抗することができます。[ 252 ]アイアンドームなどの対空ミサイルシステムもC-UAS技術によって強化されています。1機または複数機の敵対UAVに対抗するために、スマートUAV群を活用することも提案されています。[ 253 ]

小型・戦術的無人航空機（UAV）の脅威の増大に対処するため、世界中で様々な対UAS（C-UAS）システムが開発されている。これらには、レーダー、電気光学センサー、無線周波数検知、妨害技術を組み合わせた多層アプローチが含まれる。その中には、エルビット・システムズが開発したReDrone™スイート[ 254 ] [ 255 ]などがある。このスイートは、固定式と可搬式の両方の構成を備え、民間および軍事環境におけるドローンの検知と被害軽減を目的としている。同じくエルビットが開発したRed Sky 2システムは、複数のセンサーとエフェクターを統合し、低高度の空中脅威から戦略拠点を守るように設計されている[ 256 ]。AirSightなどの他の開発企業は、C-UASのソフトウェアおよびシステム統合層に特化しており、AIと機械学習を活用してセンサーデータを分析することで、複雑な環境におけるドローンの検知と脅威評価を行っており、AirGuard V3.18システムのリリースがその好例である。[ 127 ]

規制

世界中の規制当局は、UAVを空域にうまく統合するための無人航空機システムの交通管理ソリューションを開発しています。 [ 257 ]

無人航空機の使用は、各国の民間航空当局による規制がますます厳しくなってきています。規制体制は、ドローンのサイズと用途によって大きく異なる場合があります。国際民間航空機関（ICAO）は、 2005年からドローン技術の使用を検討し始め、2011年に報告書を発表しました。[ 258 ]フランスはこの報告書に基づいて国家枠組みを設定した最初の国の一つであり、FAAやEASAなどの大規模な航空機関もすぐに追随しました。[ 259 ] 2021年、FAAは、商業的に使用されるすべてのUAVと、目的に関係なく重量が250g以上のすべてのUAVに、離陸からシャットダウンまでドローンの位置、管制官の位置、その他の情報を公開するリモートIDへの参加を義務付ける規則を発表しました。この規則はその後、係争中の連邦訴訟RaceDayQuads対FAAで争われています。[ 260 ] [ 261 ]

EUドローン認証 – クラス識別ラベル

クラス識別ラベルの導入は、ドローンの規制と運用において非常に重要な目的を果たします。[ 262 ]このラベルは、特定のクラスのドローンが、設計および製造に関して行政が定めた厳格な基準を満たしていることを確認するために設計された検証メカニズムです。[ 263 ]これらの基準は、様々な業界や用途におけるドローンの安全性と信頼性を確保するために必要です。

クラス識別ラベルは、お客様にこの保証を提供することで、ドローン技術への信頼を高め、業界全体でのドローンの普及を促進します。これは、ドローン業界の成長と発展に貢献し、ドローンの社会への統合を後押しします。

輸出規制

500kgのペイロードを300km以上運ぶことができる無人航空機または技術の輸出は、ミサイル技術管理レジームによって多くの国で制限されています。

参照

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出典

さらに読む

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  • ビル・ケイヒル（2022年4月）「ホタルとバッファローハンター：ベトナムにおけるライアン・モデル147ドローン」『航空史家』（39）：18～ 27ページ。
  • ヒル、ジョン、ロジャース、アン (2014). 「ドローンの台頭：第一次世界大戦からガザまで」. 芸術・人文科学コロキウムシリーズ. バンクーバー島大学. hdl : 10613/2480 .
  • ガルシア＝ベルナルド、ハビエル；ドッズ、ピーター・シェリダン；ジョンソン、ニール・F.（2016年2月）「ドローン戦争における定量的パターン」『Physica A：統計力学とその応用』443 : 380–384 . Bibcode : 2016PhyA..443..380G . doi : 10.1016/j.physa.2015.09.055 .
  • ロジャース、アン、ヒル（2014年）『無人機：ドローン戦争とグローバル安全保障』Between the Lines. ISBN 978-1-77113-154-4。
ウィキメディア・コモンズには、無人航空機に関連するメディアがあります。
Wikiquoteにはドローンに関する引用があります。
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