Корабли без капитана

Что дальше?

Будущее дронов не ограничено лишь персональными моделями. После того, как стали популярны мультикоптеры, их возможности активно изучаются бизнесом:

Коптеры применяют и в медицине, например, для быстрой доставки необходимых медикаментов. На днях компания UPS объявила о запуске

. Правда, пока что сервис работает лишь в одном городе США — Роли (Северная Каролина). Дроны будут обеспечивать доставку по определенному маршруту между больницами и медицинскими центрами WakeMed.

Доставку грузов при помощи дронов опробовала компания DHL еще в 2023 году, сейчас эта практика постепенно получает все более широкое распространение.

Не отстает от DHL и Amazon — в том же 2023 году компания анонсировала сервис Prime Air (он работает в ограниченном количестве регионов), который позиционируется как самый быстрый способ доставки покупок. С его помощью покупки доставляются в течении получаса, это минимум в четыре раза быстрее самого быстрого наземного сервиса Amazon Prime Now.

В России в свое время тестировали сервис доставки грузов коптерами Коптер-Экспресс. 21 июня 2023 года «Додо Пицца» в рекламных целях начала доставлять пиццу дронами, причем доставили всего шесть коробок. После этого чиновники решили оштрафовать создателя компании, поставляющей дроны на 50 тысяч рублей. Но хотя штраф потом отменили, доставка грузов дронами в РФ особого распространения не получила.

Доставляют (вернее, планируют доставлять) при помощи дронов и людей. Так, некоторые компании, включая Uber и Lyft, разрабатывают аэротакси. Аналогичные работы ведут и другие компании, включая стартап из Саудовской Аравии.

Технологии ИИ постепенно развиваются, а емкости батарей растут, поэтому нет сомнений, что дроны станут умнее, маневреннее и функциональнее. Они станут неотъемлемой частью многих сфер нашей жизни: работы и учебы, включая транспорт, исследования, доставку грузов и все прочее, о чем я говорил выше.

Бортовой компьютер и сенсоры

Выбор полетных контроллеров для коптеров очень велик — начиная от простого и дешевого KapteinKUK и нескольких open source проектов под Arduino-совместимые контроллеры до дорогого коммерческого DJI Wookong. Если ты настоящий хакер, то закрытые контроллеры тебя не должны сильно интересовать, в то время как открытые проекты, да еще и основанные на популярной ардуинке, привлекут многих программистов. О возможностях любого полетного контроллера можно судить по используемым в нем датчикам:

• гироскоп позволяет удерживать коптер под определенным углом и стоит во всех контроллерах; • акселерометр помогает определить положение коптера относительно земли и выравнивает его параллельно горизонту (комфортный полет); • барометр дает возможность удерживать аппарат на определенной высоте.

На показания этого датчика очень сильно влияют потоки воздуха от пропеллеров, поэтому стоит прятать его под кусок поролона или губки; • компас и GPS вместе добавляют такие функции, как удержание курса, удержание позиции, возврат на точку старта и выполнение маршрутных заданий (автономный полет).

К установке компаса стоит подойти внимательно, так как на его показания сильно влияют расположенные рядом металлические объекты или силовые провода, из-за чего «мозги» не смогут определить верное направление движения; • сонар или УЗ-дальномер используется для более точного удержания высоты и автономной посадки; • оптический сенсор от мышки используется для удержания позиции на малых высотах; • датчики тока определяют оставшийся заряд аккумулятора и могут активировать функции возврата на точку старта или приземление.

Сейчас существует три основных открытых проекта: MultiWii, ArduCopter и его портированная версия MegaPirateNG. MultiWii самый простой из них, для запуска требует Arduino с процессором 328p, 32u4 или 1280/2560 и хотя бы одним датчиком-гироскопом. ArduCopter — проект, напичканный всевозможным функционалом от простого висения до выполнения сложных маршрутных заданий, но требует особого железа, основанного на двух чипах ATmega.

MegaPirateNG — это клон ArduCopter, который способен запускаться на обычной ардуине с чипом 2560 и минимальным набором датчиков из гироскопа, акселерометра, барометра и компаса. Поддерживает все те же возможности, что и оригинал, но всегда догоняет в развитии.

С железом для открытых проектов аналогичная ситуация, как и с рамами для коптера, то есть ты можешь купить готовый контроллер или собрать его самостоятельно с нуля или на основе Arduino. Перед покупкой стоит всегда обращать внимание на используемые в плате датчики, так как развитие технологий не стоит на месте, а старье китайцам как-то надо распродать, к тому же не все сенсоры могут поддерживаться открытыми прошивками.

Наконец, стоит упомянуть еще один компьютер — PX4, отличающийся от клонов Arduino тем, что у него есть UNIX-подобная операционная система реального времени, с шеллом, процессами и всеми делами. Но надо предупредить, что PX4 — платформа новая и довольно сырая. Сразу после сборки не полетит.

Настройка полетных параметров, как и программы настройки, очень индивидуальна для каждого проекта, а теория по ней могла бы занять еще одну статью, поэтому вкратце: почти все прошивки для мультикоптеров основаны на PID-регуляторе, и основной параметр, требующий вмешательства, — пропорциональная составляющая, обозначаемая как P или rateP.

Габариты коптеров

Самый маленький дрон весит около 15 грамм и летает на расстояние до 15 м. Тяжелыми квадрокоптерами считаются те, вес которых превышает 2,5 кг. Такие аппараты могут поднимать груз весом до 100 кг.

Микрокласс – квадрокоптеры размером со среднюю бабочку. DHD D1 – яркий представитель этого класса. Он может послужить тренировочной моделью или интересной игрушкой, поскольку не боится ударов о стены или мебель. Еще один представитель – Cheerson CX-10W уже оснащен видеокамерой и WI-FI, управляется через смартфон или планшет.

Обратитесь к специалистам компании KLONA для визуализации и моделирования вашего коптера. Это поможет оценить технические возможности дрона, а также усовершенствовать модель.

Маленький класс – дроны, которые стоит выгуливать дома, поскольку они меняют свое направления от легкого дуновения ветра. Дальность действия около 30 м и размером до 200 мм. Например, Eachine H8 Mini – один из ярких представителей данного класса. Дальность полета до 30 м и перевороты на 360° обеспечили ему популярность.

250 класс квадрокоптеров – это аппарат для улицы. Им не страшны порывы ветра, они способны поднять камеру для качественной аэросъемки. Также в эту категорию попадают гоночные аппараты, которые профессионалы укомплектовывают на свое усмотрение. Например, Walkera runner 250 создан специально для гонок и может лететь на расстояние до 1 км, зарядка держит около 60 минут.

Более тяжелый – 350 класс. Один из самых крутых представителей – DJI Phantom 3 Pro. Радиус действия такой игрушки – 2 км, высота полета –120 м. Аппарат поддерживает GPS. Коптер того же производителя Phantom 3 имеет практически аналогичные характеристики, только он не оснащен камерой. Конструкция предусматривает установку той камеры, которая есть у пользователя.

Следующий класс – 450. Один из самых ярких его представителей – шустрый и устойчивый IFLY-4 ARF. Оригинальный дизайн и у коптера Udi RC U842-1, оснащенного камерой и защитой лопастей.

550 класс и выше – это коптеры, которые стоят, как неплохой автомобиль. Но качество снимков и стабильность полета ценятся специалистами. Подобные аппараты чаще собираются умельцами в домашних условиях из-за высокой стоимости промышленных образцов. Оригинальным дизайном, по мнению автора, отличается дрон JXD 507W FPV – мощный, надежный, маневренный, похож на межпланетный корабль.

Квадрокоптеры, рамы которых выше 800 мм, предназначены для съемки тяжелыми зеркальными камерами.

Компания KLONA – специалист в области промышленного дизайна. Мы разработаем дизайн квадрокоптера, а также распечатаем его и подготовим схемы и платы, чтобы он правильно работал. Для уточнения стоимости заказа свяжитесь с нашим менеджером.

Гибридные роботы

Морские роботы, способные работать в нескольких средах, стали появляться относительно недавно. Считается, что благодаря таким аппаратам военные смогут сэкономить свои бюджеты, поскольку не нужно будет раскошеливаться на разных роботов, способных, скажем летать и плавать, а купить вместо них одного, умеющего делать и то, и другое.

Последние четыре года Школа повышения квалификации офицерских кадров ВМС США занимается разработкой квадрокоптера Aqua-Quad, способного садиться на воду и взлетать с нее. Аппарат работает на солнечной энергии и использует ее для подзарядки аккумуляторов. Дрона можно оснастить гидроакустической системой, способной обнаруживать подводные лодки.

Разработка Aqua-Quad пока еще не завершена. Первые пробные испытания аппарата состоялись осенью прошлого года. Дрон построен по четырехлучевой схеме с расположением на концах лучей электромоторов с воздушными винтами. Эти винты диаметром 360 миллиметров каждый забраны в обтекатели.

Кроме того, весь аппарат также заключен в тонкое кольцо диаметром один метр. Между лучами расположены 20 солнечных панелей. Масса аппарата составляет около трех килограммов. Беспилотник оснащен аккумулятором, используя энергию которого он и совершает полеты. Продолжительность полета Aqua-Quad составляет около 25 минут.

В свою очередь Научно-исследовательская лаборатория ВМС США занимается созданием двух типов беспилотников — Blackwing и Sea Robin. Аппараты проходят испытания с 2023 года. Эти беспилотники примечательны тем, что их можно запускать с подводных лодок. Они помещаются в специальные контейнеры для стандартного торпедного аппарата калибра 533 миллиметра.

После запуска и всплытия контейнер раскрывается, а беспилотник взлетает вертикально. После этого он может вести разведку морской поверхности, передавая данные в режиме реального времени, или выступать ретранслятором сигналов. Отработав, такие беспилотники будут садиться на воду или «отлавливаться» воздушными аэрофинишерами кораблей.

В феврале текущего года сингапурская компания ST Engineering показала беспилотный летательный аппарат самолетного типа, способный летать, садиться на воду и даже плавать под водой. Этот беспилотник, способный эффективно работать в двух средах, получил название UHV (Unmanned Hybrid Vehicle, беспилотный гибридный аппарат).

Масса UHV составляет 25 килограммов. Он может находиться в воздухе до 20-25 минут. UHV имеет один воздушный винт и два водяных гребных винта. При посадке на водную поверхность лопасти воздушного винта складываются и для движения беспилотника используются уже водяные движители.

В подводном режиме UHV может перемещаться со скоростью до четырех-пяти узлов. За перевод систем управления из одной среды в другую полностью отвечает бортовой компьютер беспилотника. Разработчики полагают, что аппарат пригодится военным для ведения разведки и поиска подводных мин.

Похожий проект в прошлом году реализовал Центр беспилотных систем Технологического института Джорджии. Он разработал двухсредный квадрокоптер GTQ-Cormorant. Дрон способен погружаться на заданную глубину и плавать под водой, используя в качестве движителей воздушные винты. Проект финансируется Научно-исследовательским управлением ВМС США.

А вот DARPA занимается разработкой особых гибридных роботов, которые будут использоваться военными в качестве схронов. Предполагается, что такие аппараты, разработка которых ведется с 2023 года, нагруженные топливом, боеприпасами или малыми разведывательными беспилотниками, будут выпускаться с корабля и уходить на дно.

Там они будут переключаться в спящий режим, в котором смогут функционировать несколько лет. При необходимости корабль сможет с поверхности послать на дно акустический сигнал, который разбудит робота и тот поднимется на поверхность, подплывет к кораблю и моряки смогут забрать с него свою заначку.

Подводные хранилища должны будут выдерживать давление более 40 мегапаскалей, поскольку устанавливать их военные планируют на больших глубинах, где они будут недоступны ни для дайверов-любителей, ни для подводных лодок потенциального противника. В частности, глубина установки хранилищ будет достигать четырех километров.

Для сравнения, стратегические подлодки могут погружаться на глубину 400-500 метров. Технические подробности о гибридных роботах-схронах засекречены. Как ожидается, первые такие аппараты американские военные получат на испытания во второй половине 2023 года.

Рассказать обо всех морских роботах, уже принятых на вооружение и еще только разрабатываемых, в рамках одного материала невозможно — каждый класс таких аппаратов уже насчитывает по меньше мере десяток разных названий. Помимо военных морских роботов активно развиваются и гражданские аппараты, которые разработчики намерены использовать в самых разных целях: от перевозки пассажиров и грузов до мониторинга погоды и изучения ураганов, от подводных исследований и контроля линий связи до ликвидации последствий техногенных катастроф и спасения пассажиров аварийных судов. На море роботам всегда найдется работа.

Василий Сычёв

Моторы и пропеллеры

Из-за вращения моторов в разные стороны приходится использовать разнонаправленные пропеллеры: прямого вращения (против часовой) и обратного вращения (по часовой). Обычно используются двухлопастные пропеллеры, их легче балансировать и найти магазинах, в то время как трехлопастные дадут больше тяги при меньшем диаметре винта, но доставят много головной боли при балансировке.

Плохой (дешевый и неотбалансированный) пропеллер может развалиться в полете или вызвать сильные вибрации, которые передадутся на датчики полетного контроллера. Это приведет к серьезным проблемам со стабилизацией и вызовет сильное смазывание и «желе» на видео, если ты снимаешь что-то с коптера или летаешь с видом от первого лица.

У любого пропеллера есть два основных параметра: диаметр и шаг. Их обозначают по-разному: 10 × 4.5, 10 × 45 или просто 1045. Это означает, что диаметр пропеллера 10 дюймов, а его шаг 4,5 дюйма. Чем длиннее пропеллер и больше шаг, тем большую тягу он сможет создавать, но при этом повысится нагрузка на мотор и увеличится потребление тока, в результате он может сильно перегреться и электроника выйдет из строя.

Поэтому винты подбираются под мотор. Ну или мотор под винты, тут как посмотреть. Обычно на сайтах продавцов моторов можно встретить информацию о рекомендуемых пропеллерах и аккумуляторах для выбранного мотора, а также тесты создаваемой тяги и эффективности.

Также чем больше винт, тем больше его инерция. Если нужна маневренность, лучше выбрать винты с большим шагом или трехлопастные. Они при том же размере создают тягу в 1,2–1,5 раза больше. Понятно, что винты и скорость их вращения нужно подбирать так, чтобы они смогли создать тягу большую, чем вес аппарата.

И наконец, бесколлекторные моторы. У моторов есть ключевой параметр — kV. Это количество оборотов в минуту, которые сделает мотор, на поданный вольт напряжения. Это не мощность мотора, это его, скажем так, «передаточное число». Чем меньше kV, тем меньше оборотов, но выше крутящий момент.

Чем больше kV при той же мощности, тем больше оборотов и ниже момент. При выборе мотора ориентируются на то, что в штатном режиме он будет работать при мощности 50% от максимальной. Не стоит думать, что чем kV больше — тем лучше, для коптеров с типичной 3S-батареей рекомендуемое число находится в диапазоне от 700 до 1000 kV.

Надводные роботы

В конце июля 2023 года американская компания Leidos совместно с Агентством перспективных оборонных разработок (DARPA) Пентагона завершила ходовые испытания робота — охотника за подлодками «Си Хантер». Его разработка ведется в рамках программы ACTUV.

Испытания признали успешными. Аппарат построен по схеме тримарана, то есть судна с тремя параллельными корпусами, соединенными друг с другом в верхней части. Длина дизель-электрического робота составляет 40 метров, а полное водоизмещение — 131,5 тонны. Тримаран может развивать скорость до 27 узлов, а дальность его хода составляет десять тысяч миль.

Испытания «Си Хантера» проводятся с весны прошлого года. Он оснащен различным навигационным оборудованием и сонарами. Основной задачей робота станет обнаружение и преследование подводных лодок, однако робот будет использоваться и для доставки провизии.

Кроме того, он будет периодически выводиться и на разведывательные задания. При этом аппарат будет действовать в полностью автономном режиме. Военные намерены использовать таких роботов в первую очередь для поиска «тихих» дизель-электрических подводных лодок. Кстати, по неподтвержденным данным, во время испытаний робот смог обнаружить подлодку на расстоянии полумили от себя.

Конструкция «Си Хантера» при полном водоизмещении предусматривает возможность надежной работы при волнении моря до пяти баллов (высота волны от 2,5 до 5 метров) и выживаемость аппарата при волнении моря до семи баллов (высота волны от шести до девяти метров).

Другие технические подробности о надводном роботе засекречены. Его испытания будут проводиться до конца текущего года, после чего робот поступит на вооружение ВМС США. Последние полагают, что роботы, подобные «Си Хантеру» существенно удешевят обнаружение субмарин противника, поскольку не нужно будет использовать дорогостоящие специальные корабли.

Между тем, надводный робот проекта ACTUV станет не первым аппаратом такого класса, используемым военными. На протяжении последних пяти лет на вооружении Израиля стоят роботы — патрульные катера, которые используются для контроля территориальных вод страны.

Это небольшие катера, оснащенные сонарами и радиолокационными станциями для обнаружения надводных кораблей и подводных лодок на небольших расстояниях. Катера также вооружены пулеметами калибра 7,62 и 12,7 миллиметра и системами радиоэлектронной борьбы. В 2023 году ВМС Израиля примут на вооружение новые более быстрые патрульные катера-роботы Shomer Hayam («Защитник»).

В начале февраля 2023 года израильская компания Elbit Systems представила прототип робота Seagull, который будет использоваться для поиска подводных лодок противника и мин. Робот оснащен набором сонаров, которые позволяют ему эффективно обнаруживать крупные и небольшие подводные объекты.

Seagull, выполненный в корпусе катера длиной 12 метров, способен автономно работать на протяжении четырех суток, а дальность его действия составляет около ста километров. Он оснащен двумя двигателями, которые позволяют ему развивать скорость до 32 узлов. Seagull может нести полезную нагрузку массой до 2,3 тонны.

При разработке системы поиска подводных лодок и мин Elbit Systems использовала данные о 135 атомных подводных лодках, 315 дизель-электрических подлодках и субмаринах с воздухонезависимыми энергетическими установками, а также нескольких сотнях минисубмарин и подводных аппаратов.

50 процентов кораблей и аппаратов, попавших в базу, не принадлежат странам — членам НАТО. Стоимость одного автономного комплекса оценивается в 220 миллионов долларов. По данным Elbit Systems, два автономных комплекса Seagull при выполнении противолодочных операций могут заменить в составе военно-морских сил один фрегат.

Помимо Израиля надводными роботами располагает и Германия. В середине февраля текущего года немецкие ВМС получили робота ARCIMS, предназначенного для поиска и обезвреживания мин, обнаружения подводных лодок, ведения радиоэлектронной борьбы и охраны морских баз.

Этот автономный катер, разработанный немецкой компанией Atlas ElektroniK имеет в длину 11 метров. Он может нести полезную нагрузку массой до четырех тонн. Катер имеет ударостойкий корпус и небольшую осадку. Благодаря двум двигателям роботизированный комплекс может развивать скорость до 40 узлов.

Отличия и особенности

В сравнении с привычными нам квадрокоптерами для личного использования, грузовые дроны имеют множество отличий. Среди них можно выделить следующие:

• Повышенная грузоподъемность. Самый очевидный критерий, по которому грузовой квадрокоптер должен отличаться от всех остальных. Если базовые дроны способны поднимать полезную нагрузку весом до 2-3 килограмм, то у современных грузовых беспилотников это значение увеличивается до 100-200 килограмм.
• Значительно увеличенная емкость аккумулятора. Это отличие следует из предыдущего, ведь для того, чтобы повысить грузоподъемность (в 100 раз и более в сравнении с обычным дроном), требуется увеличить количество несущих роторов и двигателей. Это, в свою очередь, влечет за собой большее энергопотребление и необходимость в большом источнике энергии для обеспечения хорошей длительности полета.
• Более громоздкая конструкция. Еще одна особенность, которая логически вытекает из предыдущей. Кроме того, что грузовым дронам банально нужно больше двигателей и винтов, так для увеличения грузоподъемности применяется еще и более сложная соосная схема построения беспилотника, а также он должен иметь специальные отсеки, крюки и прочие крепления для различных предметов.
• Больший радиус полета. Если любительские квадрокоптеры обладают малой дальностью приема сигнала и способны летать неподалеку от человека, то большинство грузовых дронов могут отдаляться на 5, 10 и даже 15 километров от источника управления (пульта), при условии, что емкость аккумулятора и стабильное соединение это позволяют.
• Парашют. Некоторые модели грузовых квадрокоптеров имеют на борту специальный парашют, который раскрывается в какой-либо экстренной ситуации (например, выход из строя двигателей или проблемы с аккумулятором).

А теперь о том, что нужно иметь ввиду, при использовании грузовых дронов:

• Больший вес – меньшее время полета. При увеличенных нагрузках квадрокоптеру требуется больше энергии, чтобы держаться в воздухе и как-то перемещаться. По этой причине аккумулятор будет разряжаться быстрее и маневренность будет ниже (двигатели труднее справляются с дополнительным весом).
• Выбирайте беспилотники с шифрованием данных. Благодаря этому будет вы сведете риск перехвата местоположения вашего дрона к минимуму, а значит и перевозимый груз, скорее всего, будет в безопасности.
• Соблюдайте температурный диапазон. Это касается не только хранения самих летательных аппаратов, но и аккумуляторов для них. Производители постоянно указывают допустимые границы значений, как для устройств, так и для источников питания. Не рекомендуется пренебрегать этим правилом, если вы не хотите преждевременного выхода из строя квадрокоптера или батареи.
• Будьте внимательны при выборе зоны для полета. При запуске дрона важно не попасть на частную территорию, на которой у ее владельца будет полное право сбить устройство. Все «вылазки» на участки, полет на которых может быть запрещен, нужно согласовывать.

Палубные беспилотники

С середины 2000-х годов американская компания Northrop Grumman по заказу ВМС США вела разработку демонстратора технологий палубного беспилотного летательного аппарата X-47B UCAS-D. На программу разработки, производства двух экспериментальных аппаратов и проведение их испытаний было потрачено чуть меньше двух миллиардов долларов.

Свой первый полет X-47B совершил в 2023 году, а первый взлет с палубы авианосца — в 2023-м. В том же году беспилотник совершил первую автономную посадку на авианосец. Аппарат также проверили на возможность взлетать в паре с пилотируемым самолетом, выполнять полеты в ночное время и дозаправлять другие самолеты.

В целом X-47B использовался военными для оценки потенциальной роли крупных беспилотников на флоте. В частности, речь шла о разведке, нанесении ударов по позициям противника, дозаправке других аппаратов и даже применении лазерного оружия. Длина реактивного X-47B составляет 11,63 метра, высота — 3,1 метра, а размах крыла — 18,93 метра.

Беспилотник может развивать скорость до 1035 километров в час и совершать полеты на расстояние до четырех тысяч километров. Он оборудован двумя внутренними бомбовыми отсеками для подвесного вооружения общей массой до двух тонн, хотя на применение ракет или бомб никогда не испытывался.

В начале февраля ВМС США объявили, что ударный палубный беспилотник им не нужен, поскольку с бомбардировкой наземных целей быстрее и качественнее справятся многофункциональные истребители. При этом палубный аппарат все же будет разработан, но заниматься он будет разведкой и дозаправкой истребителей в воздухе.

Создание беспилотника будет вестись в рамках проекта CBARS. На вооружении беспилотник получит обозначение MQ-25 Stingray. Победителя конкурса на разработку палубного беспилотника-заправщика назовут в середине 2023 года, а первый серийный аппарат военные рассчитывают получить уже к 2023 году.

При создании X-47B конструкторам пришлось решать несколько задач, самыми простыми из которых была защита аппарата от коррозии во влажном и соленом воздухе и разработка компактной, но прочной конструкции со складным крылом, прочным шасси и посадочным гаком.

К крайне сложным задачам относилось маневрирование беспилотника на загруженной палубе авианосца. Этот процесс отчасти автоматизировали, а отчасти перевели в ведение оператора взлета и посадки. Этот человек получил небольшой планшет на руку, при помощи которого, водя пальцем по экрану, он мог управлять перемещением X-47B по палубе до взлета и после посадки.

Для того, чтобы палубный беспилотник мог взлетать с авианосца и садиться на него, корабль нужно было модернизировать, установив на него системы инструментальной посадки. Пилотируемые самолеты садятся по голосовому наведению оператора воздушного движения авианосца, командам оператора посадки и визуальным данным, включая показания оптического курсо-глиссадного индикатора.

Для беспилотника все это не годится. Данные для посадки он должен получать в цифровом защищенном виде. Для возможности использования X-47B на авианосцы разработчикам пришлось совместить понятную «человеческую» систему посадки и непонятную «беспилотную».

Между тем, уже сегодня на американских кораблях активно используются беспилотники RQ-21A Blackjack. Они стоят на вооружении Морской пехоты США. Аппарат оснащен небольшой катапультой, не занимающей много места на палубе корабля. Беспилотник используется для разведки, рекогносцировки и наблюдения.

Blackjack имеет в длину 2,5 метра и размах крыла 4,9 метра. Аппарат способен развивать скорость до 138 километров в час и находиться в воздухе до 16 часов. Запуск беспилотника производится при помощи пневматической катапульты, а посадка — при помощи воздушного аэрофинишера. В данном случае — это штанга с тросом, за который аппарат цепляется крылом.

Питание и контроллеры питания

Капитан подсказывает: чем больше мощность мотора, тем больше батарейка ему нужна. Большая батарейка — это не только емкость (читай, время полета), но и максимальный ток, которая она отдает. Но чем больше батарейка, тем больше и ее вес, что вынуждает скорректировать наши прикидки относительно винтов и моторов.

На сегодняшний день все используют литий-полимерные батарейки (LiPo). Они легкие, емкие, с высоким током разрядки. Единственный минус — при отрицательных температурах работают плохо, но если их держать в кармане и подключать непосредственно перед полетом, то во время разряда они сами слегка разогреваются и не успевают замерзнуть. LiPo-элементы вырабатывают напряжение 3,7 В.

При выборе батареи стоит обращать внимание на три ее параметра: емкость, измеряемую в миллиампер-часах, максимальный ток разряда в емкостях аккумулятора (С) и число ячеек (S). Первые два параметра связаны между собой, и при их перемножении ты узнаешь, сколько тока сможет отдавать этот аккумулятор продолжительное время.

Например, твои моторы потребляют 10 А каждый и их четыре штуки, а батарея имеет параметры 2200 мА · ч 30/40C, таким образом, коптеру требуется 4 • 10 A = 40 A, а батарея может выдавать 2,2 A • 30 = 66 A или 2,2 А • 40 = 88 А в течение 5–10 секунд, что явно будет достаточно для питания аппарата.

Также эти коэффициенты напрямую влияют на вес аккумулятора. Внимание! Если тока будет не хватать, то в лучшем случае батарея надуется и выйдет из строя, а в худшем загорится или взорвется; это же может произойти при коротком замыкании, повреждении или неправильных условиях хранения и зарядки, поэтому используй специализированные зарядные устройства, аккумуляторы храни в специальных негорючих пакетах и летай с «пищалкой», которая предупредит о разрядке.

Число ячеек (S) указывает на количество LiPo-элементов в батарее, каждый элемент выдает 3,7 В, и, например, 3S-аккумулятор будет отдавать примерно 11,1 В. Стоит обращать внимание на этот параметр, так как от него зависят скорость оборотов моторов и тип используемых регуляторов.

Элементы батареи объединяют последовательно или параллельно. При последовательном включении увеличивается напряжение, при параллельном — емкость. Схему подключения элементов в батарее можно понять по ее маркировке. Например, 3S1P (или просто 3S) — это три последовательно подключенных элемента.

Однако моторы подключаются к батарее не напрямую, а через так называемые регуляторы скорости. Регуляторы скорости (они же «регули» или ESC) управляют скоростью вращения моторов, заставляя твой коптер балансировать на месте или лететь в нужном направлении.

Большинство регуляторов имеют встроенный стабилизатор тока на 5 В, от которого можно питать электронику (в частности, «мозг»), можно использовать отдельный стабилизатор тока (UBEC). Выбираются контроллеры скорости исходя из потребления мотором тока, а также возможности перепрошивки.

Обычные регули довольно медлительны в плане отклика на поступающий сигнал и имеют множество лишних настроек для коптеростроительства, поэтому их перепрошивают кастомными прошивками SimonK или BLHeli. Китайцы и тут подсуетились, и часто можно встретить регуляторы скорости с уже обновленной прошивкой.

Не забывай, что такие регули не следят за состоянием аккумулятора и могут разрядить его ниже 3,0 В на банку, что приведет к его порче. Но в то же время на обычных ESC стоит переключить тип используемого аккумулятора с LiPo на NiMH или отключить уменьшение оборотов при разрядке источника питания (согласно инструкции), чтобы под конец полета внезапно не отключился мотор и твой беспилотник не упал.

Моторы подключаются к регулятору скорости тремя проводами, последовательность не имеет значения, но если поменять любые два из трех проводов местами, то мотор будет вращаться в обратном направлении, что очень важно для коптеров.

Два силовых провода, идущих от регулятора, надо подключить к батарейке. НЕ ПЕРЕПУТАЙ ПОЛЯРНОСТЬ! Вообще, для удобства регуляторы подключают не к самой батарейке, а к так называемому Power Distribution Module — модулю распределения энергии. Это, в общем-то, просто плата, на которой припаяны силовые провода регуляторов, распаяны разветвления для них и припаян силовой кабель, идущий к батарее.

Подводные роботы

Подводные роботы появились на флоте первыми, практически сразу после начала их использования в исследовательских целях. В 1957 году ученые из Лаборатории прикладной физики Вашингтонского университета впервые использовали подводного робота SPURV для исследования распространения звуков под водой и записи шумов подводных лодок.

В 1960 годах в СССР подводных роботов стали использовать для исследования дна. В эти же годы автономные необитаемые подводные аппараты начали поступать на флот. Первые такие роботы имели несколько двигателей для перемещения под водой, простые манипуляторы и телевизионные камеры.

Сегодня подводные роботы используются военными в самых разнообразных операциях: для разведки, поиска и обезвреживания мин, поиска подводных лодок, проверки подводных конструкций, картографирования дна, обеспечения связи между кораблями и подводными лодками и доставки грузов.

В октябре 2023 года ВМФ России приняли на вооружение подводных роботов «Марлин-350», разработанных петербургской компанией «Тетис Про». Роботов военные будут использовать в поисково-спасательных операциях, включая осмотр аварийных подводных лодок, а также для установки гидроакустических маркеров и подъема со дна различных объектов.

Новый подводный робот предназначен для поиска различных объектов и осмотра дна на глубине до 350 метров. Робот оснащен шестью движителями. При длине 84 сантиметра, ширине 59 сантиметров и высоте 37 сантиметров масса «Марлина-350» составляет 50 килограммов.

На аппарат можно установить гидролокатор кругового обзора, многолучевой гидролокатор, альтиметр, видеокамеры и приборы освещения, а также различное коммуникационное оборудование. В интересах флота также проходит испытания разведывательный подводный робот «Концепт-М», способный погружаться на глубину до тысячи метров.

В середине марте текущего года Крыловский научный центр получил патент на новый способ патрулирования акваторий. Для этого планируется использовать подводных роботов, а для определения точных координат подводных объектов — реактивные гидроакустические буи.

Предполагается, что подводный робот будет вести патрулирование по заранее заданному маршруту. В случае, если он засечет какое-либо движение в своей зоне ответственности, он выйдет на связь с ближайшими кораблями или береговой базой. Те, в свою очередь, запустят по району патрулирования реактивные гидроакустические буи (запускаются как ракеты, а попав в воду излучают гидроакустический сигнал, по отражению которого и определяется местонахождение подлодки). Такие буи уже определят точное местоположение обнаруженного объекта.

Между тем, шведская компания Saab разработала новый автономный необитаемый подводный аппарат Sea Wasp, предназначенный для поиска, перемещения и обезвреживания самодельных взрывных устройств. Новый робот создан на базе Seaeye, линейки коммерческих подводных дистанционно управляемых аппаратов.

Теория полета

В теории полета (аэродинамике) принято выделять три угла (или три оси вращения), которые задают ориентацию и направление вектора движения летательного аппарата. Проще говоря, летательный аппарат куда-то «смотрит» и куда-то двигается. Причем двигаться он может не туда, куда «смотрит».

Три эти угла принято называть крен, тангаж и рыскание. Крен — это поворот аппарата вокруг его продольной оси (оси, которая проходит от носа до хвоста). Тангаж — это поворот вокруг его поперечной оси (клюет носом, задирает хвост). Рыскание — поворот вокруг вертикальной оси, больше всего похожий на поворот в «наземном» понимании.

В классической схеме вертолета основной винт при помощи автомата перекоса лопастей управляет креном и тангажем. Так как основной винт обладает ненулевым сопротивлением воздуха, у вертолета возникает вращающий момент, направленный в сторону, противоположную вращению винта, и, чтобы его скомпенсировать, у вертолета есть хвостовой винт.

Изменяя производительность хвостового винта (оборотами или шагом), классический вертолет управляет своим рысканием. В нашем же случае все сложнее. У нас есть четыре винта, два из них вращаются по часовой стрелке, два — против часовой. В большинстве конфигураций используются винты с неизменяемым шагом и управлять можно только их оборотами.

Если мы увеличим обороты одного винта, вращающегося по часовой стрелке, и уменьшим обороты другого винта, вращающегося по часовой стрелке, то мы сохраним общий момент вращения и рыскание по-прежнему будет нулевым, но крен или тангаж (в зависимости от того, где мы сделаем ему «нос») изменятся.

А если мы увеличим обороты на обоих винтах, вращающихся по часовой стрелке, а на винтах, вращающихся против часовой стрелки, уменьшим (чтобы сохранить общую подъемную силу), то возникнет вращающий момент, который изменит угол рыскания. Понятное дело, что все это будем делать не мы сами, а бортовой компьютер, который будет принимать сигнал с ручек управления, добавлять поправки с акселерометра и гироскопа и крутить винтами, как ему надо.

Для того чтобы спроектировать коптер, необходимо найти баланс между весом, временем полета, мощностью двигателей и другими характеристиками. Все это зависит от конкретных задач. Все хотят, чтобы коптер летал выше, быстрее и дольше, но в среднем время полета составляет от 10 до 20 минут в зависимости от емкости аккумулятора и общего полетного веса.

Стоит запомнить, что все характеристики связаны между собой и, к примеру, увеличение емкости аккумулятора приведет к увеличению веса и, как следствие, к уменьшению времени полета. Чтобы узнать, сколько примерно твоя конструкция будет висеть в воздухе и сможет ли вообще оторваться от земли, существует хороший онлайн-калькулятор ecalc.ch.

Но прежде чем вбивать в него данные, нужно сформулировать требования к будущему аппарату. Будешь ли ты устанавливать на аппарат камеру или другую технику? Насколько быстрым должен быть аппарат? Как далеко тебе нужно летать? Давай посмотрим на характеристики различных компонентов.

Эргономика

Ниже в статье вы увидите список с аппаратурой, после выбора которой у вас будут все необходимые и нужные функции, а также удобство. Эргономика — это широкая категория, описывающая внешний вид, ощущения и дизайн. Это подобно салону автомобиля, его коробке передач — в хорошей машине приятно находиться и управлять ей.

К сожалению, чтобы это понять, пульт нужно держать в руках. На вид они все похожи, от Taranis до TBS Tango или даже Turnigy Evolution. Но это только на вид. На самом деле все они отличаются по весу, форме и толщине стиков, а также из какого они материала, скользят или не скользят в руках.

Будет очень хорошо, если в вашем городе есть магазин авиамоделей, где вы сможете подержать в руках всю аппаратуру. Если нет, то не стесняйтесь подходить к пилотам, которые летают у вас на местности, скорее всего они с радостью покажут и расскажут вам о своей аппаратуре. 

Еще один важный момент по выбору аппаратуры — дизайн:

• Посмотрите каким способ крепится или как расположена антенна(ы), легко ли ее сломать?
• Есть ли крючок для ремешка, чтобы можно было держать пульт на шее?
• Есть ли у пульта переключатели, к которым можно легко дотянуться?
• Есть ли у пульта 2-х или 3-х позиционные переключатели? Для квадрокоптеров они нужны.

Этика и безопасность как часть истории

Появление камер и персональных дронов, которые способны отдаляться от оператора на многие километры, подняло ряд вопросов об этической стороне работы с «домашними» БПЛА. Ведь любой желающий теперь мог заглянуть в окно соседа, или окно соседней компании, направляя аудио- и видеопоток прямо на свой телефон или компьютер.

Дроны падали на головы зрителям на спортивных стадионах, создавали угрозу пассажирским самолетам и промышленным объектам. Дрон — практически идеальный инструмент для любителя подглядывать, шпиона (коммерческого или государственного), анархиста и т.п.

В итоге во многих странах законодатели стали спешно принимать новые законы, регулирующие продажи и эксплуатацию дронов. В каждой стране свои законы, но в большинстве случаев владельцам дронов запрещается снимать людей без явного их согласия, БПЛА нельзя использовать рядом с аэропортами, вокзалами, объектами военного и промышленного значения.

В России получение разрешение на съемку с мультикоптера обязательно. При нарушении правила на виновника может быть наложен штраф в размере 3–50 тыс. рублей. Да и для получения разрешения на полеты необходимо получать разрешение. Для этого требуется:

Пилотирование дронов в РФ регулируется такими документами:

В России разрешены такие модели БПЛА:

https://www.youtube.com/watch?v=WS-Tm27B1DM

Syma,