От винтов

Что нужно знать о дронах и коптерах. Мир переживает бум беспилотных летательных аппаратов. Это в равной степени относится ко всевозможным разновидностям этих механизмов: военным, научным, профессиональным. Ведь эти жужжащие штуки с воздуха могут легко делать то, что раньше и представить было нельзя.

Текст: Руслан Тарасов

От винтов


Какой мальчишка не мечтал о небе? Если не о большом, то хотя бы о малом? В ту недалекую эпоху, когда пионеры-авиамоделисты накручивали жгуты резиномоторных самолетиков, сбивали в кровь пальцы о винты компрессионных моторчиков и соревновались в умении пилотировать кордовые и радиоуправляемые модельки, все выглядело лишь забавой. Правда, для отдельных энтузиастов оно становилось увлечением на всю жизнь. Ему отдавали все свободное время, силы и средства. Постройка серьезной модели могла занять годы и стоить целого автомобиля. Сегодня достаточно зайти в интернет-магазин радиомоделей и в несколько кликов купить готовый летательный аппарат, а также все, что требуется для его немедленного запуска. Маленькие недорогие коптеры продаются и вовсе как горячие пирожки, потому что пилотаж такого дрона можно освоить буквально за пару часов, избежав при этом крайне обидных «дров» по причине собственной неопытности. Спрос высок и на более крупные дорогие коптеры для прикладных задач — для профессиональной кино и видеосъемки, например, для наблюдения за строительством и угодьями, для проектов курьерской доставки мелких грузов. Вы можете скептически смотреть на летающие беспилотники, но они все равно прямо или косвенно уже вошли и еще больше войдут в нашу жизнь. Потому что способны взять на себя очень широкие и серьезные функции: следить за правопорядком, контролировать исправность высоковольтных линий и плотин, бороться с вредителями на полях, фиксировать в реальном времени изменения погодных условий и трафика на дорогах, прокладывать для судов путь во льдах, срочно доставлять лекарственные препараты или спасательные средства. Наконец, нельзя исключать и того, что крупные мультикоптеры в скором времени возьмут на себя и функции воздушного такси. И тогда мечта летать точно снизойдет до обыкновенной потребности. Совместная разработка Airbus и Audi, наверное, самый смелый и яркий проект в этой области. Пассажиру даже не придется пересаживаться из наземного в воздушный транспорт, поскольку система комбинирует преимущества каждого. Легкая кабина с системой управления на основе искусственного интеллекта перемещается по городу как автомобиль. А там, где путь целесообразно срезать по воздуху, она оставляет свою автономную электрическую тележку на земле и поднимается мультикоптером. Идея со сменными колесными и роторными приводами не такая и фантастическая, как кажется. Прототип уже был показан широкой публике на автомобильном шоу в Женеве.

etron

Развитие многороторных схем идёт параллельно с беспилотными технологиями.

Подъём без переворота

Пилотируемая авиация, как известно, сначала продвинулась в области самолетов, и лишь затем начался прогресс в вертолетном деле. Не нова и идея использовать для передвижения в воздухе множество разнесенных роторов, создающих подъемную силу. Еще в 20-х годах прошлого века французский инженер Этьен Эмишен создал весьма странный с виду летательный аппарат, который можно рассматривать как прообраз мультикоптера. В 1923 году в воздух поднялась разработка русско-американского инженера Георгия Ботезата, удивительно похожая на современные четырехроторные дроны. В середине столетия военное ведомство США заказало создание перспективных летательных аппаратов с четырьмя винтами, от которых позже само и отказалось. Однако предложенный компанией Curtiss-Wright прототип VZ-7 доказал, что компактная квадрокоптерная схема способна обладать неплохими летными данными. Причем разработке Кёртиса Райта весьма достойную конкуренцию составляла и двухроторная платформа Piasecki VZ-8. Ни одно из начинаний, увы, не нашло применения. Первые квадрокоптеры имели сложную трансмиссию, несовершенное управление и были довольно опасны для пилотируемых полетов. Но мысль использовать многороторные схемы для перемещения человека в воздухе сегодня актуальна как никогда. Среди многочисленных проектов «летающих мотоциклов» и пассажирских дронов уже есть и вполне состоявшиеся: британский Malloy Aeronautic, например, или немецкий Volocopter.

etron

Ясли для дронов

Что касается первых летающих беспилотников, то датой рождения «трутней» (так переводится drone с английского) считается 1935 год, когда биплан De Havilland DH82B Queen Bee, оборудованный сервоприводами и радиоуправлением вместо пилота, стали запускать в качестве летающей мишени. Да, именно армия взрастила дроны как класс. Стараниями военных тема БПЛА получила мощнейший импульс. За последние пять десятилетий беспилотникам стал доступен широкий диапазон скоростей полета, они научились подниматься в высоту на десятки километров, вести патрулирование, электронную и фоторазведку, осуществлять корректировку огня, подавлять средства связи и радиолокации. Само собой, были сделаны ударные и комбинированные боевые дроны, способные самостоятельно выискивать цель и уничтожать ее (зачастую собой же). В подавляющем большинстве БПЛА для военных нужд строятся по самолетной схеме. Они настолько многочисленны и разнообразны, что уже не подлежат простой классификации. Есть настоящие монстры, сравнимые в скорости полета с ракетами. А есть и совсем игрушечные с виду: крылатый дрон Black Widow, разработанный AeroVironment и сравнимый по размерам с бумажным самолетиком из тетрадного листа, может вести видеонаблюдение на протяжении 30 минут, бесшумно перемещаясь со скоростью около 50 км/ч. Однако в случаях, когда выполнение боевой задачи требует зависания в воздухе на некоторое время, необходимы вертолетные или гибридные конструкции. И такие тоже существуют. Американский RQ-8A Fair Scout, разработанный в Northrop Grumman почти 20 лет тому назад, заменяет целый корабль береговой охраны. Австрийский Camcopter S100, аппарат длиной всего 3 м, может находиться в воздухе более 6 часов, неся нагрузку в 35 кг, и выполнять множество функций как в условиях полярного холода, так и в воздухе раскаленных пустынь. А примером совсем фантастического гибрида является экспериментальный беспилотный конвертоплан American Dynamics AD-150, способный вертикально взлететь, затем разогнаться до 555 км/ч и после этого встать в определенной точке на боевую позицию. Примеряют «погоны» и многороторные дроны. Рассматриваются проекты использования квадрокоптеров в полиции для идентификации и преследования преступников. Уже имеется опыт борьбы с хакерами при помощи электронных дронов, перехватывающих трафик в мобильных и сетях Wi-Fi. Наконец, созданы и первые модели-перехватчики, которые охотятся за дронами — нарушителями воздушного пространства. Ведь право на небо дается далеко не везде и не каждому. Это, между прочим, один из самых актуальных вопросов как для регуляторов воздушного движения, так и для владельцев «мирных» БПЛА. Развитие микропроцессорных систем управления и навигации, прогресс в области аккумуляторов, электромоторов и композитных материалов дал некоторым любительским коптерам такие летные данные, что они могут представлять реальную угрозу обществу, стратегическим объектам, гражданской и специальной (в том числе военной) авиации. Полет даже безобидного дрона возле того же Кремля точно не останется без внимания со стороны спецслужб, да и вряд ли будет успешным из-за работы определенных средств электронного перехвата, которые в состоянии увести и посадить беспилотник в специально отведенное место.

От винтов

Разрешение на вылет

Так что вот первый совет, если вас уже потянуло к покупке коптера: прежде всего ознакомьтесь с правовой стороной вопроса. В России четких норм для стремительно растущего флота гражданских беспилотников, увы, пока нет, а правила носят скорее рекомендательный характер. Например, из соображений безопасности не рекомендуется поднимать коптер в воздух над скоплением людей и вблизи автодорог. Траекторию полета следует выбирать из возможности совершения безопасной посадки. Необходимо тщательно проверять оборудование, не допускать выхода дрона из зоны управляемого полета, исключать любые запуски вблизи аэропортов и вертолетных площадок и т. д. Этими послаблениями и пользуются некоторые предприимчивые пилоты дронов, предлагающие даже на Арбате 10-минутную съемку с воздуха тысяч за 5 рублей. Но весьма вероятно, что уже совсем скоро мы увидим специальные знаки бесполетных зон, запрещающие запуск любых коптеров. Единственным на сегодня железным ограничением в Воздушном кодексе РФ, вступившем в силу 5 июля 2017 года, является вес квадрокоптера. Модель массой от 250 г до 30 кг уже требует обязательного учета. Это значит, что продавец обязан взять с покупателя паспортные данные и внести их в специальный реестр. В других странах, впрочем, свобод у коптеров и их пилотов еще меньше. В США, например, весовые ограничения не такие жесткие, но двусмысленные: дроны до 9 кг, с одной стороны, приравнены к радиоуправляемым моделям, а с другой — относятся к сверхмалым самолетам, требующим отдельной лицензии. В Австрии полетные зоны разбиты на четыре категории, но квадрокоптерам разрешено пользоваться только двумя из них: на неосвоенных территориях и в необитаемой местности. В Бельгии нельзя летать в общественных местах и подниматься выше 30 м (90 м для коптеров с коммерческой лицензией). В Германии на коптерах весом до 2 кг достаточно идентификационной таблички, по которой можно установить владельца, но категорически запрещается поднимать любые дроны с целью видеосъемки или аудиозаписи. Так что, если вы планировали приобрести коптер, чтобы взять его в заграничный отпуск ради эффектного аэроселфи, обязательно поинтересуйтесь, не штрафуют ли там за это или, не дай бог, не сажают ли сразу в тюрьму.

E-tron formula E


По цене мультикоптеры различаются в сотни раз. Но и возможности у них совершенно разные.

И завертелось...

Перед выбором не помешает разобраться с некоторыми базовыми понятиями и принципами. У любой модели непременно есть система приема команд управления (обычно работает в той же полосе частот, что и Wi-Fi), литий-ионная батарея, запасающая энергию, легкая жесткая рама, электродвигатели (обычно бесколлекторные — они дороже, но мощнее и надежнее) и, конечно, пропеллеры. Ускорение вращения всех роторов создает дополнительную подъемную силу для набора высоты, а уменьшение, понятно, противоположный эффект. Уменьшение тяги с одной стороны и увеличение с другой вызывает движение вбок. Аналогично создается импульс движения вперед или назад. Чтобы раскрученные роторы в сумме не создавали разворачивающего момента вокруг вертикальной оси, половина винтов всегда вращается в другую сторону и имеет, соответственно, противоположную закрутку лопастей. Вызывая разницу в скорости пропеллеров, вращающихся по часовой стрелке, относительно тех, что крутятся против, мы получаем поворот коптера в горизонтальной плоскости. По этой причине подавляющее число коптеров имеет четное количество роторов — четыре, шесть или восемь. Но встречаются модели с тремя или пятью винтами (один из них помещается на отклоняемый подвес, чтобы регулировать тяговый вектор). Три и пентакоптеры менее стабильны, зато гораздо более маневренны, что важно для аппаратов соревновательного класса. Естественно, пилоту не надо контролировать вращение каждого ротора. За этим следит микроконтроллер, обрабатывающий поступающие команды и управляемый программой, отлаженной под применяемые двигатели и винты. С микроконтроллером также связаны различные датчики положения, гироскопы и барометр. Они позволяют беспилотнику самостоятельно выдерживать заданное направление полета, скорость, высоту, траекторию и т. д. Подобная автоматизация позволила вывести управление на интуитивно понятный уровень даже в тех случаях, когда оно выполняется со смартфона. Наиболее распространены модели квадрокоптеров с четырьмя пропеллерами. Схема содержит минимум частей, обеспечивает достаточную стабильность, относительно проста в калибровке. Минус лишь в том, что при отказе одного из двигателей (или поломке одного из движителей) шансы на мягкое безопасное приземление резко снижаются. В этом плане гексакоптеры с шестью роторами более надежны. Если же на подвес беспилотника ставится какое-то хрупкое оборудование или дорогостоящие профессиональные камеры, то оправданы и восьмивинтовые дроны — октокоптеры. Заодно они обеспечивают максимальную плавность движения, могут стабильно зависать в заданной точке и успешно сопротивляться даже чувствительным порывам ветра. Еще большее число пропеллеров встречается на уникальных аппаратах, предназначенных для подъема грузов весом 20–30 кг — движители, как правило, ставят соосно, один под другим. А на легких микромоделях винтов иногда вообще нет, их заменяют многолопастными импеллерами. Наконец, на коптерах с самыми высокими пилотажными и летными характеристиками можно встретить винты с механизмом изменения шага лопастей, хотя это заметно усложняет конструкцию приводов и стоимость всего дрона.

От винтов

Тонкости выбора

Мир коптеров необычайно разнообразен: некоторые модели выглядят как яркие красивые игрушки, другие — как фантастические корабли из будущего или как очень солидные аппараты, но первоначальному покупательскому запалу лучше не поддаваться. Прежде всего надо принять в расчет комплектацию, которая бывает трех типов: Ready to Run — коптер полностью готов к полету; Ready to Fly — все то же самое, за вычетом элементов питания или зарядного устройства; Bind and Fly — сам дрон имеет все необходимое, но требуется совместимый пульт управления. Далее следует уточнить, необходима ли какая-то дополнительная сборка (такие комплекты обычно маркируются аббревиатурой ARF — Almost Ready to Flу), нередко они нуждаются в доукомплектации двигателями или другими частями на усмотрение покупателя. Ну а для аппаратов стоимостью более 20–30 тыс. рублей весьма актуален выбор запчастей, расходных материалов и деталей тюнинга. В качестве начальной модели лучше выбрать коптер с защитой лопастей. Для полетов в замкнутых пространствах это вообще едва ли не первое требование. Как и для коптеров-игрушек для детских развлечений. Совсем дешевые модели выбирать особого смысла нет: их летные недостатки могут перечеркнуть все удовольствие от знакомства с новой техникой. Это же касается и миниатюрных летающих машин, которые не отличаются большой автономностью и стабильностью полета. Некоторые модели для начинающих нередко оснащаются простенькой камерой, изображение с которой транслируется на монитор пульта или экран смартфона (планшета). Но далеко не лишней будет функция удержания высоты или направления. Если хочется и то, и другое, да еще с GPS-приемником, чтобы модель не дрейфовала в полете, с автоматикой возврата / посадки / следования, то в бюджетных рамках удержаться уже не получится. И в таком случае имеет смысл смотреть не на модели с интегрированной камерой, а на дроны, пригодные для установки дополнительного оборудования. Позже, когда вы освоите нюансы управления, натренируете чувство пространства, на аппарат можно будет водрузить и качественную экшнкамеру, и хороший стабилизирующий подвес для нее, и телеметрию... Особый класс — гоночные дроны. Они бывают как относительно простыми, сделанными на базе универсальных моделей, так и продвинутыми. Позволяют себя почувствовать пилотом настоящего летательного аппарата, передавая изображение с камер непосредственно в шлем виртуальной реальности. Учитывая специфику этого класса, давать советы здесь бессмысленно: если увлечет, сами разберетесь. В любом случае в соревновательных моделях на первый план выходят возможности для апгрейда приводов и тонкой настройки софта. Каста профессиональных съемочных коптеров занимает высшее положение. Дронов стоимостью менее 75–100 тыс. рублей здесь мало, а все, что стоит еще дешевле, к pro-категории может быть отнесено лишь с натяжкой. Дело в том, что помимо съемочных функций эти коптеры должны удовлетворять еще целому ряду требований: иметь увеличенную продолжительность полета (не менее 30 минут), поднимать приличный вес (до 2–3 кг), достигать высоких скоростей (до 100 км/ч), не терять связь на удалении 5–10 км, работать в широком диапазоне высот, температур и т. д. Это означает, что их физически нельзя сделать достаточно компактными. Вот почему многие модели имеют сложную складную конструкцию, требуют специальной предполетной подготовки, операторских программ и даже порой управления в четыре руки. В полной комплектации такие аппараты по цене легко выходят на автомобиль среднего класса. Зато и снятые кадры получаются такими, что могут претендовать на «Оскар». //

От винтов

Пять лучших квадрокоптеров весом до 250 г*

1. WINGSLAND S6 — компактный и функциональный селфидрон с 4К-камерой и множеством полетных режимов. $400.
2. HOVER PASSPORT CAMERA DRONE — селфи-дрон высокого класса для новичков. Готов к полету «из коробки». $500.
3. ZEROTECH DOBBY — складной коптер с камерой, позиционированием по сигналам GPS и режимом «следуй за мной». $300.
4. YOUBI XV-130 — уже собранный клон одного из самых популярных любительских дронов Atom V2 RotorX. $170.
5. WALKERA RODEO 150 — динамичный гоночный квадрокоптер, требующий для полета только наличия FPV очков. $150.

Пять лучших квадрокоптеров для качественной съемки*

1. DJI INSPIRE. Время полета / скорость: до 25 мин. / 93 км/ч. Дальность управления: 7 км. $3000.
2. DJI PHANTOM 4 PRO. Время полета / скорость: до 30 мин. / 72 км/ч. Дальность управления: 7 км. $1500.
3. DJI MAVIC AIR. Время полета / скорость: до 21 мин. / 68 км/ч. Дальность управления: 4 км. $800.
4. DJI MAVIC PRO. Время полета / скорость: до 27 мин. / 65 км/ч. Дальность управления: 7 км. $1000.
5. YUNEEC TYPHOON H. Время полета / скорость: до 25 мин. / 70 км/ч. Дальность управления: 1,6 км. $1750.

*
По рейтингам портала Dronomania.ru.