Дроны. Открытие мира небесных технологий

Сборник, 2023

Данная книга освещает темы, связанные с созданием, развитием и применением дронов в современном обществе. В ней описываются различные типы дронов, их основные компоненты, включая системы управления и навигации. Кроме того, она предлагает обзор разных областей применения дронов, от промышленности до видеопроизводства, научных исследований и прочих сфер. Здесь вы узнаете о новаторских способах использования дронов и о новых возможностях, которые они нам открывают. В формате PDF A4 сохранен издательский макет книги.

© Оформление. ООО «Издательство АСТ». 2023

Глава 1

Введение в мир дронов

История развития дронов

Дрон — это передвижное устройство без пилота, способное выполнять различные задачи. Обычно под этим термином подразумевается летательный аппарат, который может быть заранее запрограммирован или управляем оператором с помощью дистанционного пульта.

Дроны являются важной частью жизни современного общества. Они используются в различных отраслях, таких как сельское хозяйство, строительство, транспорт и даже в военных целях. Но как развивались эти удивительные устройства и как они стали неотъемлемой частью мирового сообщества? Давайте узнаем больше об истории развития дронов.

Ранние предшественники дронов — воздушные шары и змеи. Эти аэростатические аппараты использовались для различных целей, включая развлечения и научные исследования.

Воздушные змеи были изобретены в Древнем Китае около 1000 года до н. э. Они использовались для развлечений, обучения и в военных целях.

Первоначально воздушные змеи были сделаны из дерева, бумаги и ткани. Они имели различные формы, такие как драконы, птицы и рыбы.

В средние века воздушные змеи стали популярными в Европе. Они использовались в военных играх и для обучения солдат. В Японии воздушные змеи стали символом культуры и искусства.

Воздушные шары были изобретены позднее в Европе благодаря работе братьев Монгольфье. Братья создали первый воздушный шар, наполненный горячим воздухом, в 1783 году. Этот шар назывался «Монгольфьер» и имел форму сферы. В том же году братья Монгольфье провели первый пилотируемый полет на воздушном шаре, открывая новые возможности для исследования атмосферы и транспортировки людей. Шар продержался в воздухе примерно 10 минут на высоте почти 300 метров и пролетел путь более километра.

Окрыленные успехом, братья начали думать о дальнейшем развитии проекта. Второй запуск стал еще более впечатляющим: к шару была прикреплена корзина, в которую поместили утку, барана и петуха в качестве первых пассажиров беспилотного аппарата.

В 1849 году произошло первое использование воздушных шаров в военных целях. С их помощью австрийские войска провели бомбежку Венецианской республики. Расположение Венеции не позволяло вести активные боевые действия, поэтому было решено начинить воздушные шары взрывчаткой с автоматической системой сбрасывания снарядов.

Во время Первой мировой войны воздушные шары использовались для разведки и наблюдения за вражескими позициями. Британский метеоролог Джеймс Глейшер также использовал воздушные шары для исследования большой высоты и сбора метеорологических данных.

Воздушные шары, позднее названные дирижаблями, сыграли значительную роль в истории авиации, но именно беспилотные аппараты стали настоящим открытием в военном деле.

Никола Тесла — известный изобретатель и инженер — внес значительный вклад в развитие радиоуправления и беспроводной связи. Одним из его наиболее известных устройств на радиоуправлении был «Автоматический дьявол», которое он продемонстрировал на выставке в Мэдисон-сквер-гарден в Нью-Йорке в 1898 году.

Система Теслы состояла из передатчика, который генерировал радиоволны, и приемника, который принимал эти волны и управлял движением механического судна в небольшом бассейне. Приемник был установлен на судне и включал в себя антенну, усилитель и исполнительный механизм.

Изобретение Теслы имело большое значение для развития радиоуправляемых устройств и систем. Оно стало основой для создания беспилотных моделей самолетов, кораблей и, в будущем, дронов.

Самые первые предпосылки создания дронов начались еще в XIX веке, когда братья Райт из США изобрели первый пилотируемый самолет. Братья Райт — Орвилл и Уилбер — изучали работы различных авиационных пионеров и проводили собственные эксперименты с моделями самолетов. Однако они столкнулись с проблемой, которую никто до них не смог решить — управление самолетом в воздухе.

Орвилл и Уилбер понимали, что для создания настоящего самолета им необходимо разработать новую систему управления. Они провели множество экспериментов с различными конструкциями и устройствами, чтобы найти оптимальное решение. Их исследования включали в себя изучение аэродинамики, управление рулевыми механизмами и разработку специальных двигателей.

В 1903 году братья Райт наконец-то достигли своей цели. Они создали первый самолет, который смог взлететь и быть управляемым в воздухе. Этот самолет, названный «Флайер», был небольшим двухместным аппаратом с деревянным каркасом и тканевыми крыльями. Он был оснащен двигателем внутреннего сгорания и рулевыми механизмами, которые позволяли пилоту контролировать направление полета.

Первый полет «Флайера» состоялся 17 декабря 1903 года в Северной Каролине. Орвилл Райт стал первым пилотом, который управлял самолетом в воздухе. Полет продолжался всего 12 секунд, но это был огромный шаг вперед для авиации. Братья Райт продолжили улучшать свое изобретение и уже через несколько лет создали самолет, способный выполнять длительные полеты.

Изобретение братьев Райт стало отправной точкой для развития авиации. Они показали, что полет человека возможен, и вдохновили многих других ученых и изобретателей продолжать исследования в этой области.

На основе работ братьев Райт и Николы Теслы в 1916 году был создан первый беспилотный летательный аппарат «Воздушная мишень» от компании Ruston Proctor.

«Воздушная мишень» представляет собой уникальное историческое достижение в области военной техники. Эта мишень использовалась в начале XX века для тренировки артиллеристов и пилотов.

Изобретение было разработано британским радиоинженером Арчибальдом Лоу в ответ на необходимость поражения воздушных целей, особенно цеппелинов. Противовоздушная оборона включала использование зенитных орудий и аэропланов для противодействия нападениям с воздуха. Одной из главных проблем было то, что цеппелины чаще всего атаковали Великобританию ночью. В связи с этим Арчибальдом Лоу была предложена идея использования радиоуправляемых снарядов для уничтожения цеппелинов.

Эта воздушная мишень представляла собой небольшой самолет, который мог летать на заданной высоте и скорости, имитируя движение вражеского самолета. «Мишень» была оснащена специальными механизмами, которые позволяли ей изменять свою траекторию и скорость, чтобы создать более реалистичные условия для тренировки. Устройство имело размах крыла около 4,2 метра и запускалось в воздух с помощью катапульты. Внутри «мишени» находилось около 40 килограммов взрывчатки, которая должна была пробить оболочку цеппелина и воспламенить водород внутри него. В случае промаха снаряд должен был быть направлен к земле и приземлен на ровную площадку для повторного использования.

Однако проект был закрыт осенью 1917 года, так как считалось, что снаряды обходятся слишком дорого, а угроза воздушных нападений сместилась с цеппелинов на другие виды воздушных судов. Ко всему прочему, ни одно из тренировочных испытаний «мишени» не окончилось успехом.

Сегодня «Воздушная мишень» является важным историческим артефактом, отражающим ступень в развитии военной беспилотной техники.

Год спустя американским инженером Чарльзом Кеттерингом была создана «воздушная торпеда Кеттеринга». Ее основная цель заключалась в том, чтобы атаковать вражеские цели, не подвергая пилота опасности. Это было особенно важно в условиях, когда воздушные сражения становились все более интенсивными и опасными. Воздушная торпеда Кеттеринга была еще одним из первых беспилотных летательных аппаратов, предназначенных для военных целей.

Торпеда Кеттеринга оснащалась автопилотом, который использовал гироскопические системы для управления полетом. Конструкция торпеды включала в себя крылья, удерживаемые стойками и расчалками. При запуске крылья отделялись от торпеды, после чего та падала вниз для поражения цели.

Первый полет торпеды Кеттеринга состоялся 2 октября 1918 года, но он был неудачным. Впрочем, торпеда все же взлетела с катапульты. Планировалось заказать большую партию таких торпед для использования против Германии в 1919 году, но затем война закончилась, и заказ не был выполнен.

1933 год стал прорывом для беспилотных летательных аппаратов, управляемых с помощью радио. DH.82B Queen Bee, разработанный инженерами Великобритании, успешно использовался армией в качестве мишеней с 1934 по 1943 год. Этот аппарат благодаря дистанционному управлению и простоте в использовании многократно становился прекрасным помощником для обучения будущих пилотов и зенитчиков.

С началом Второй мировой войны беспилотные аппараты стали массово производиться для нужд армии в СССР, США и Германии. Воюющие стороны видели преимущества беспилотной авиации перед пилотируемыми аппаратами и часто прибегали к использованию новых технологий. К примеру, в 1939 году США массово выпустили более 14 тысяч радиоуправляемых летательных аппаратов типа Target, а Германия разработала радиоуправляемые бомбы Henschel Hs 293 и Fritz X.

Во время «холодной» войны технология беспилотных летательных аппаратов продолжала развиваться, хотя они в основном считались ненадежными и дорогостоящими новинками. В США были разработаны беспилотные самолеты-разведчики: Lockheed D-21 и Ryan Firebee. В то же время в СССР были созданы беспилотные ракеты: «Ласточка» и «Ту-123».

«Ту-123» «Ястреб», также известный как «ДБР-1» (дальний беспилотный разведчик), был разработан в конструкторском бюро А. Н. Туполева. Этот самолет был создан на основе испытанного беспилотного ударного самолета-снаряда «Ту-121». Отличие «Ту-123» заключалось в его больших размерах и более мощном двигателе.

Беспилотник «Ту-123» имел особый ресурсный двигатель, который был специально разработан для выполнения сверхзвуковых полетов на большой высоте. Позже этот двигатель был модифицирован для использования в других военных истребителях.

У «Ту-123» был многоразовый приборный отсек, но остальная часть самолета была одноразовой. Беспилотный разведчик оснащался тормозным парашютом, который не спасал центральную и хвостовую часть самолета от разрушения.

Работы по «Ту-123» и другим подобным проектам были прекращены в 1980 году. К тому времени они уже считались бесперспективными, и большая часть наработок ушла в развитие ракет.

Известно, что как США, так и СССР в некоторой степени использовали беспилотные летательные аппараты для шпионажа во время «холодной» войны, но конкретные детали до сих пор являются секретными, а утечки информации часто противоречат друг другу.

После окончания Второй мировой войны США стали неоспоримыми лидерами в разработке и применении беспилотных летательных аппаратов. Беспилотники уже много лет находятся на вооружении американской армии наравне с пилотируемыми аппаратами.

С развитием технологий в 1970-х и 1980-х годах дроны стали более сложными и эффективными устройствами. Были разработаны первые беспилотные вертолеты, такие как американский MQ-1 Predator и советский «Ка-52». В это же время были созданы первые коммерческие дроны, которые использовались в сельском хозяйстве и для мониторинга окружающей среды.

Израиль сыграл важную роль в развитии тактики использования дронов в военных целях. Их способ применения беспилотных летательных аппаратов в 1982 году позволил военным Израиля эффективно атаковать сирийский флот с минимальными потерями. Это привлекло внимание международного сообщества и стимулировало развитие технологии беспилотных летательных аппаратов.

С тех пор современные военные дроны выполняют различные функции. Одна из них — боевая разведка, где дрон, управляемый пилотом с помощью радиоуправления, сканирует и маркирует позиции противника. Это позволяет получить ценную информацию о вражеских силах и помогает планировать тактику атаки.

Вторая функция — тактическая разведка. В этом случае мини-дрон летит на автопилоте к заранее определенным целям, делает фотографии и возвращается на базу. Это позволяет получить дополнительную информацию о местности, противнике и потенциальных угрозах.

В феврале 2001 года США проводили первые испытательные запуски противотанковых ракет Hellfireс борта беспилотного летательного аппарата Predator. Это был значимый момент в истории военной авиации, который показал возможности использования беспилотных летательных аппаратов для проведения тактических операций.

Военные фирмы США постоянно работают над новыми поколениями беспилотных самолетов класса Predator. С каждой новой моделью аппараты получают более высокие характеристики, такие как увеличение массы целевой нагрузки, максимальной высоты полета и повышение скорости до 400 километров в час с максимальной продолжительностью работы больше 24 часов.

В 2009 году общий налет беспилотных летательных аппаратов Predator, находящихся на вооружении ВВС США, достиг полумиллиона часов. Эти аппараты активно использовались в операциях в Ираке и Афганистане.

Современные беспилотные летательные аппараты стали неотъемлемой частью военных операций, обеспечивая преимущество в разведке и атаке. Их использование продолжает развиваться и привлекает все больший интерес со стороны различных стран и военных организаций.

В 2000-х появились первые мультикоптеры, которые стали популярны благодаря своей простоте, компактности и доступности.

Мультикоптеры, или квадрокоптеры, являются одним из самых удивительных достижений в области авиации. Это небольшие летающие аппараты, оснащенные несколькими горизонтально расположенными винтами, которые позволяют им маневрировать в воздухе с невероятной гибкостью и стабильностью.

История мультикоптеров начинается задолго до их широкого использования в наши дни. Впервые идея создания летающего аппарата с несколькими винтами была предложена в начале XX века. Первый квадрокоптер в мире, поднявшийся в воздух, был разработан Георгием Ботезатом в 1922 году. Однако технологический прогресс того времени не позволял реализовать эту идею в полной мере.

Переломным моментом в развитии мультикоптеров стало появление мощных и компактных электронных компонентов в конце XX века. Это позволило создать более легкие и управляемые летательные аппараты. В 1980-х годах появились первые прототипы мультикоптеров, которые использовались в военных целях для разведки и наблюдения.

История мультикоптеров претерпела значительные изменения в последние годы. Появление AR.Drone от компании Parrot в 2010 году и серии Phantom от разработчиков DJI в 2006 году сыграли важную роль в развитии этой индустрии.

AR.Drone от Parrot стал первым доступным для потребителей дроном, которым можно было управлять с помощью смартфона или планшета. Это открыло новые возможности для использования дронов в развлекательных целях и принесло данной технологии большую популярность.

Серия Phantom от DJI, в свою очередь, привнесла профессиональные возможности в мир дронов. Они стали популярными среди фотографов, кинематографистов и энтузиастов благодаря своей способности делать высококачественные аэрофото — и видеосъемки.

В целом квадрокоптеры и мультикоптеры изменили индустрию дронов, предоставив широкий спектр возможностей как профессионалам, так и любителям в различных сферах деятельности. Их уникальный дизайн и универсальное применение продолжают формировать рынок дронов сегодня, расширяя границы того, что можно достичь с помощью этой захватывающей технологии.

С появлением новых возможностей стали доступны новые способы развлечения с помощью мультикоптеров. К примеру, в 2015 году впервые провели гонки на дронах, что добавило новый аспект в их популярность. Лига гонок на дронах (DRL) стала платформой для соревнований и продвижения технических навыков пилотирования дронов.

Одним из главных достижений в области дронов стало создание автономных систем, которые позволяют дронам летать без прямого контроля со стороны оператора. Это открывает новые возможности для использования дронов в различных областях, включая автономные транспортные и разведывательные системы.

В результате мир дронов всегда был разнообразным и постоянно расширяющимся. От воздушных шаров и змеев до современных дистанционно управляемых летательных аппаратов и автономных дронов — история развития дронов представляет собой захватывающее путешествие, которое продолжает привлекать внимание и вдохновлять ученых на создание новых инновационных систем.

Основные применения дронов

Дроны имеют широкий спектр применений и играют все более значимую роль в различных сферах жизни человека. Вот некоторые из основных способов применения дронов:

Фото — и видеосъемка. С помощью дронов человек открыл новые горизонты для творчества и визуального искусства. Эти небольшие летательные аппараты, оснащенные камерами, позволяют пользователю увидеть мир совершенно иным образом, недоступным ранее.

Одним из главных преимуществ съемки с помощью дронов является возможность получать уникальные и захватывающие ракурсы. Дроны могут подняться в воздух и снять видео или сделать снимки с высоты, которую раньше фотографам было очень сложно достичь. Это позволяет создавать потрясающие панорамные фотографии, а также снимать с высоты различные события, пейзажи и архитектурные объекты. Некоторые дроны даже помогают исследовать и документировать на видео и фотографиях подводный мир.

Конец ознакомительного фрагмента.