Как применять привязные дроны?
По принципу питания беспилотные летательные аппараты бывают 2 типов – оснащенные бортовыми аккумуляторами и привязные, получающие энергию по оптоволоконному кабелю от наземного источника. Каждый тип БПЛА имеет конкурентные преимущества, оптимальные условия работы и сферы наиболее эффективного использования. В данной статье мы рассмотрим, как работают, какими бывают, чем хороши и где применяются привязные беспилотники.
Принцип работы привязных дронов
В составе привязных систем квадрокоптеров (и других коптеров) есть наземная станция питания, которая решает проблему частой замены разрядившихся бортовых АКБ. Летательный аппарат соединяется специальным кабелем с мощной наземной батареей или блоком питания, соединенным с сетью промышленного тока. Одновременно кабель удерживает аппарат и используется для передачи сигнала. Соответственно, привязные дроны не рассчитаны на дальние полеты. Преимущественно они работают в режиме зависания над станцией питания. Зато по длительности непрерывного полета они ощутимо выигрывают у коптеров с бортовыми аккумуляторами.
Связь наземного пилота с привязным мультикоптером может осуществляться по оптоволоконному кабелю или беспроводному интернет-соединению. Кабель фактически становится нагрузкой, масса которой возрастает с каждым метром подъема. Поэтому его делают максимально легким. Например, в ИПУ РАН применяют трос, каждый метр которого весит порядка 50 г (т.е. 100 м – 5 кг). При этом он прочный благодаря использованию кевларовой нити, содержит оптоволокно для эффективной передачи сигнала (до 10 Гбит в любом направлении) и 2 медных жилы для передачи на борт беспилотника до 10 кВт мощности.
Для передачи такой большой мощности используется преобразователь напряжения, переводящий 380 В переменного тока в 1000 В постоянного. Наверху, чтобы обеспечить питание электромоторов БПЛА напряжением 48 В, выполняется обратное преобразование. Ученые доказали, что передавать мощность до 10–11 кВт с учетом диаметра и массы кабеля выгоднее при подаче высокого напряжения постоянным током. При еще большей мощности (к примеру, при поднятии большого веса) целесообразен переход на переменный ток.
Для выравнивания положения дрона используется система управления лебедкой. Она ослабляет или подтягивает трос, когда БПЛА отклоняется, например, при порывах ветра. Для позиционирования мультикоптеров традиционно применяются сигналы GPS или ГЛОНАСС. Чтобы не зависеть от ослабевания или глушения спутниковых сигналов, ученые разработали локальные системы навигации. Это наземные маяки, которые передают сведения системе управления и гарантируют точное позиционирование дрона.
Преимущества
Идея привязывать мультикоптеры к наземному источнику питания позволила решить сразу 3 проблемы:
- Облегчить летательный аппарат, убрав самую тяжелую его часть – бортовую аккумуляторную батарею.
- Многократно увеличить длительность непрерывного полета – до нескольких часов или суток. Максимальное время полета БПЛА без посадки зависит от того, как долго наземная станция сможет обеспечивать его питание, или как скоро исчерпается ресурс самого аппарата (его самых недолговечных компонентов).
- Обеспечить по тому же кабелю высокое качество передачи сигнала, без искажений и помех, независимо от турбулентности, ветра и других внешних факторов.
Беспилотные авиационные системы такого типа мобильны, быстро развертываются на местности и эффективно решают разноплановые задачи. К тому же, работа в режиме зависания или с незначительными передвижениями в воздухе снижает риск столкновения БПЛА с другими летательными аппаратами и препятствиями.
Управлять дроном, который удерживается в воздушном пространстве тросом, предельно просто, а время автономной работы такой системы теоретически может достигать нескольких недель. Для привязных беспилотников длительность пребывания в воздушном пространстве зависит уже не от емкости бортовой АКБ, а от функциональности винтов и работоспособности камер или коммуникационного оборудования.
Применение привязных дронов
Такие БПЛА выручают в ситуациях, когда нужно организовать длительное (в т. ч. круглосуточное) наблюдение над местностью, осмотр территории с охватом 360°, охрану и мониторинг объектов. Также они позволяют:
- оценивать ситуацию в труднодоступных местах;
- налаживать беспроводные коммуникации;
- передавать сигнал на удаленные территории;
- исследовать экосистемы, месторождения;
- собирать данные;
- патрулировать объекты и территории;
- проводить научные исследования;
- обнаруживать источники возгорания или пропавших людей;
- реализовывать спасательные операции;
- наблюдать за массовыми мероприятиями;
- опрыскивать поля или сады;
- выполнять аэрофотосъемку или картографирование на определенной местности.
Функционал беспилотника во многом зависит от его оснащения. В зависимости от поставленных задач, на борту могут размещаться датчики движения, тепловизор, камеры с опцией ночного видения, ретрансляторы связи, прожекторы, мегафоны, сканеры и другие устройства. В целом дроны с привязкой к наземной станции позволяют решать всевозможные задачи, если для этого не приходится улетать.
В продаже есть системы разных типов и уровней автономности, с различными значениями допустимой полезной нагрузки, высоты полета и времени зависания. Например, аппарат с питающим кабелем длиной 100 метров фактически становится универсальной стометровой вышкой для проведения исследований, организации видеонаблюдения или создания системы связи.
Виды БАС привязного типа
Беспилотные авиационные системы с привязкой к наземному источнику питания бывают:
- с автоматическим, операторским или дублируемым (гибридным) управлением;
- с разным количеством вращающихся в одной плоскости моторов (и пропеллеров) – у квадрокоптеров их 4, у трикоптеров – 3, у гексакоптеров – 6, а в целом бывает от 3 до 30 и даже больше;
- с разными значениями максимальной высоты зависания – 50 м, 100 м, 200 м;
- с различной грузоподъемностью (полезной нагрузкой) – привязные беспилотники 1 поколения передавали по кабелю 2 кВт энергии (полезной нагрузкой могла выступать только видеокамера), модели 2 поколения – 5–6 кВт, а современные системы 3 поколения рассчитаны на 15 кг нагрузки и более, не считая троса.
Кроме того, мультикоптеры различаются по другим техническим характеристикам и оснащению, размерам, допустимым условиям полета (осадки, скорость ветра), функционалу. В качестве бортового оборудования они могут оснащаться всевозможными устройствами для видеонаблюдения и коммуникации, научной аппаратурой, системами радиоэлектронной борьбы и т.д. Разнообразны и наземные блоки питания. Они различаются по мощности, интерфейсам питания, массе, особенностям исполнения.
Для удобства эксплуатации блоки питания оснащают телескопическими ручками для переноски, подшипниковыми роликами, системой автоматической намотки кабеля, простыми элементами управления, интерфейсом с ночной подсветкой и возможностью просмотра в реальном времени детальных сведений по оборудованию. В частности, на дисплее могут отображаться значения выходного тока, напряжения, мощности, температуры, входного напряжения, состояния питания и системы автоматической намотки троса.
Кроме крепления к блоку питания на земле, беспилотная платформа может взаимодействовать со станцией, установленной на небольшом грузовом автомобиле типа модифицированного УАЗ Профи. В таком случае автомобиль адаптируется под потребности беспилотной системы: снабжается электрогенератором, катушкой с тросом, механизмом управления лебедкой. Крыша автомобиля отодвигается, и вместо нее поднимается платформа с дроном.
Где купить привязной дрон и станцию питания?
Мультикоптеры всевозможных конфигураций с кабелями различной длины и наземными станциями для длительного автономного питания вы можете купить в интернет-магазине Shura-Master.ru. Доставка заказываемого у нас оборудования осуществляется по всей России.
Ранее в нашем блоге вышла статья о том, какие есть FPV комплектующие.
