Многороторные летательные аппараты (мультикоптеры), которые первоначально использовались только в военных целях, в последнее время мигрировали в любительский сегмент. И оказалось, что их можно применять не только как развлечение, но и как профессиональное устройство для видеосъёмки и наблюдения.
Первые мультироторные винтовые вертолёты появились ещё около 100 лет назад, на самом начальном этапе вертолётостроения, а первый квадрокоптер, который реально оторвался от земли и мог держаться в воздухе, был испытан в 1922 году. Но поскольку в этих аппаратах использовался всего один двигатель, инженерам пришлось применить сложную трансмиссию для передачи крутящего момента от мотора на несколько винтов. В результате изобретение не прижилось. Новые исследования начались в 1950-е годы, но дальше прототипов дело не продвинулось.
Второе рождение мультикоптеры получили в XXI веке, но уже как беспилотные аппараты на электротяге. Благодаря применению отдельного электродвигателя на каждый ротор и компьютеризированному управлению пилотировать мультикоптер легко и просто. Кроме любительского моделирования, мультикоптеры удобны для недорогой аэрофото- и киносъёмки. Об особенностях пилотирования и преимуществах многороторных аппаратов производства DJI — технологического лидера в этом рыночном сегменте — рассказали представители компании «Игротехника», поставщика таких продуктов на украинский рынок.
Первый в мире квадрокоптер Георгия Ботезата поднялся в воздух в 1922 году
Что могут мультикоптеры
В современных многороторных аппаратах применяют бесколлекторные электродвигатели и литий-полимерные аккумуляторы в качестве источника энергии, которые обеспечивают от 10 до 30 минут полёта. Типичная масса мультикоптера составляет от 1 до 4 кг, скорость полёта — от нуля (то есть зависание на одной точке в воздухе) до 80 км/ч.
Мультикоптеры способны поднимать полезный груз — от 500 г до 11 кг, что позволяет нести на подвесе небольшую камеру (обычно GoPro в недорогих моделях), либо зеркальные камеры в профессиональных моделях. Отдельные разработки (производства не DJI) способны нести до 20 кг на подвесе, кроме того, была информация, что интернет-компания Amazon тестировала способ доставки товаров с помощью мультикоптеров. Но пока такое использование дронов пребывает на стадии тестирования.
Особенности управления
Мультикоптеры обычно оснащены чётным (от 4 до 12) числом роторов. Каждый винт приводится в движение собственным двигателем. Для предотвращения кручения устройства в воздухе вокруг своей оси половина винтов вращается по часовой стрелке, половина — против. Например, у квадрокоптера 1-й и 3-й винт вращаются по часовой стрелке, 2-й и 4-й — против часовой. Маневрируют мультикоптеры путём изменения скорости вращения винтов. При подъёме все винты начинаются вращаться быстрее, при снижении — медленнее. Движение вперёд или назад осуществляется за счёт ускорения винтов с одной стороны и замедления с другой. При повороте в воздухе ускоряются винты, вращающиеся по часовой стрелке, и замедляются — вращающиеся против (либо наоборот).
В теории всё просто, но в реальности добиться стабильного и управляемого полёта для летательного аппарата не так то легко. Дело в том, что в атмосфере всегда есть различные потоки воздуха: восходящие, нисходящие, боковой ветер и т. д. Кроме того, двигатели должны обеспечивать одинаковую подъёмную силу, иначе возникнет перекос. Всё это приводит к тому, что за стабилизацией полёта в воздухе следит полноценная микропроцессорная система с множеством дополнительных датчиков и устройств. Чтобы обеспечить стабильное зависание мультикоптеры в обязательном порядке снабжают тремя гироскопами, фиксирующими крен аппарата. Иногда также используется акселерометр и бародатчик, который позволяет фиксировать аппарат на нужной высоте. В некоторых моделях применяют и сонар для автоматической посадки и удержания небольшой высоты, а также для облёта препятствий. Обязательный элемент хорошего мультикоптера — GPS-приёмник, позволяющий запоминать точку старта, чтобы автоматически возвращать аппарат обратно в случае потери управляющего радиосигнала или прокладывать заранее маршрут для полёта в полностью автоматическом режиме.
На октакоптер DJI S1000+, способный поднимать в воздухе до 11 кг полезной нагрузки, можно подвешивать собственную камеру. Подвес даёт возможность крутить её в любой плоскости на 360°
Следует отметить, что мультикоптер не способен переходить в так называемый режим ротации, поэтому в случае отказа двигателей или отключения питания они просто камнем падают вниз. Это необходимо учитывать во время пилотирования.
Пилотирование аппарата DJI S1000+: первый пульт ДУ служит для управления самим октакоптером, второй — для управления камерой во время съёмки
В устройствах DJI для управления обязательно понадобится смартфон, он подключается к пульту ДУ по беспроводной сети Wi-Fi и служит как бы сенсорным дисплеем. Соответствующее приложение для управления мультикоптером можно скачать в App Store и Google Play. В программе можно сделать базовые настройки летательного устройства и проверить его статус.
Во время полёта на смартфоне отображается вся телеметрия: высота и скорость передвижения, дальность от домашней точки, координаты, число найденных спутников GPS, ёмкость батареи. Кроме того, на экран смартфона непрерывно транслируется изображение с камеры мультикоптера. В некоторых моделях именно через смартфон осуществляется управление камерой: наклон, поворот, включение видеозаписи и фотосъёмка.
На экран смартфона непрерывно транслируется изображение с камеры мультикоптера, а также выводится вся телеметрия: высота, скорость, остаточный заряд батареи, число захваченных спутников и другое
Ошибки начинающих пилотов
Эксперты «Игротехники» назвали основные ошибки начинающих. Самая ключевая — пользователи пытаются запускать мультикоптер, даже не прочитав предварительно инструкцию. Хотя обучиться управлению коптером, на первый взгляд, довольно просто, есть несколько вещей, которые надо знать. Например, нельзя резко передвигать рычаги управления. При определённом положении рычагов двигатели выключаются, в результате устройство просто падает. Для каждого полёта необходимо калибровать компас и дождаться, пока GPS-модуль подключится к минимально необходимому числу спутников и сможет зафиксировать координаты точки старта — в этом случае при потере сигнала он вернётся обратно. Стоит отметить, что вылет аппарата за радиус действия пульта при отсутствии режима GPS-возврата является одной из самых распространённых причин утери мультикоптера.
На взлёте квадрокоптер создаёт мощный воздушный поток и поднимает тучи пыли, которые могут запылить объектив камеры. Запуск аппарата лучше осуществлять, застелив землю, например, брезентом
Конечно, профессионал может рискнуть управлять мультикоптером и в полностью ручном режиме. Но даже для профи это нежелательно, поскольку в случае ошибки пилота именно электроника сохранит дорогостоящее оборудование от повреждения.
Бесколлекторные электродвигатели, которые используются в мультикоптерах, не боятся влаги и могут работать даже под дождём. Однако, влаги боится остальная электроника. В любом случае, в дождливую погоду вряд ли получится достигнуть хорошего качества видеосъёмки. Хотя даже падение в воду (в случае полётов над озером или речкой) не является «смертельными» для аппаратов. То есть, частичный ремонт потребуется, но не полная замена аппарата.
Вопреки распространённому мнению, что съёмка Евромайдана в 2013 году велась с вертолёта или даже спутника, на самом деле её реализовали при помощи самодельного квадрокоптера. Полёт БПЛА над скоплением людей категорически не рекомендуется, однако тогда всё обошлось без приключений – 99% присутствующих вообще не заметили что-либо у себя над головой
Чаще всего в мультикоптерах ломаются винты — при падениях, ударах, неправильном приземлении. Винты — это практически расходный материал, потому несколько запасных штук обычно поставляется в комплекте. Новички могут воспользоваться специальной защитой винта от ударов, однако специалисты не рекомендуют её ставить, поскольку она уменьшает подъёмную силу устройства и значительно увеличивает парусность.
Необходимо обращать внимание на скорость ветра. Если она больше, чем максимальная скорость движения мультикоптера, лучше воздержаться от полётов. Например, скорость DJI Phantom II — до 15 м в секунду. Это означает, что аппаратом можно управлять только в ту погоду, когда скорость ветра не превышает 15 м/с. А вот Inspire способен развивать скорость до 75 км/ч, то есть он может лететь против довольно сильного ветра.
Получить уникальные кадры из горячей точки (в данном случае — горящей) проще и безопаснее всего именно с помощью мультикоптера
Мультикоптеры можно запускать и зимой, в мороз. Самое главное — держать перед полётом батарею в тепле. Дело в том, что литиево-полимерные батареи во время разрядки нагреваются, поэтому их ёмкость почти не падает в холодную погоду. Ресурса батареи хватает на 200 циклов зарядов, после чего ёмкость начинает уменьшаться. Для более частых полётов рекомендуется приобрести запасной аккумулятор и не забыть его зарядить перед запуском летательного аппарата.
Каких-либо юридических преград для использования мультикоптеров в Украине пока нет. Учитывая тот факт, что аппарат имеет немалую массу, жёсткий корпус и быстро вращающиеся пропеллеры, его падение на людей или автотранспорт может привести к негативным последствиям. Поэтому полёты над людьми или автодорогами очень не рекомендуются. Крайне желательно планировать траекторию полёта так, чтобы в случае форс-мажорных обстоятельств под летательным аппаратом было место для безопасной посадки.
Как правильно выбрать аппарат для аэровидеосъёмки
При выборе продукта от DJI следует понимать, что каждой ценовой категории отвечает свое качество видео. Например, модель Phantom II обеспечивает видео любительского качества, в то время как новейшая Phantom III выдаёт более качественный результат. А на некоторые модели, например, DJI S1000+, можно подвешивать собственную камеру, причём подвес даёт возможность крутить её в любой плоскости на 360°.
[youtube http://www.youtube.com/watch?v=c-9sN4x71mU?rel=0&controls=0]
На сегодня, по словам специалистов компании DJI, самые ходовые модели квадрокоптеров в Украине — это DJI Phantom II и Phantom II Vision+. Первая продаётся под камеры GoPro, вторая поставляется уже со встроенной видеокамерой. Второй продукт полностью готов к полётам уже из коробки.
Принтскрин съёмки участников конференции DJI New Pilot Experience с помощью Phantom II Vision+
Ключевой особенностью нового квадрокоптера DJI Phantom II Vision+ является точный трёхосевой подвес с превосходной стабилизацией камеры. Он сглаживает все рывки и наклоны коптера, позволяет наклонять камеру вертикально вниз и полностью убирает рывки при панорамировании вправо и влево.
DJI Phantom II Vision+: компактный, относительно недорогой, лёгкий в управлении и полностью готовый к использованию из коробки. Зелёные и красные габаритные огни указывают, в какую сторону обращена “носовая” часть
Полётный радар определяет положение Phantom 2 Vision+ относительно положения пилота. При вылете из зоны устойчивого приёма радиосигнала, определяемой мощностью передатчика, Phantom 2 Vision+ самостоятельно возвращается в домашнюю точку взлёта и автоматически приземляется.
У модели Phantom II радиус действия ДУ составляет 600 м, у Phantom III этот параметр увеличен до 2,5 км. Кроме того, в Phantom III есть система позиционирования Vision для полётов внутри помещений и функции онлайн-трансляции HD-видео в интернет. Для профессиональной съёмки специалисты рекомендуют брать модели подороже, поскольку с их помощью можно получить более качественное видео.