Какие сейчас есть микро-дроны и на что они способны

Дроны — одна из самых горячо обсуждаемых тем во всех странах. Правительства пытаются регулировать их использование частными лицами, но получается пока не очень. Несмотря на все препятствия рынок дронов продолжает расти не только количественно, но и качественно. В этом посте посмотрим на возможности современных микродронов и перспективы их применения для различных задач.

Классификация дронов

В мире выпускается такое бесконечное многообразие дронов, что прежде чем перейти к рассказу о конкретной разновидности стоит бросить взгляд на то, какие они бывают. 

Существует множество типов беспилотников, но все они в большей или меньшей степени относятся к одному из трёх классов: 

• дроны с винтами;

• дроны с неподвижным крылом;

• гибридные дроны вертикального взлёта и посадки с фиксированным крылом (СВВП).

Любители пилотирования дронов наверняка знакомы с квадрокоптерами, разновидностью дронов, оснащённых четырьмя винтами, а возможно, даже участвовали в соревнованиях гоночных дронов или снимали красивые видеоролики при помощи дрона с камерой.

Но устройство крыла — далеко не единственный фактор различия, беспилотники также различаются по скорости, дальности, топливу, массе полезной нагрузки, по способам применения (акробатика, картографирование, доставка).

Самый распространённые дроны — винтовые. Беспилотные летательные аппараты с фиксированным крылом и беспилотные летательные аппараты СВВП с фиксированным крылом по большей части используются в военных целях или для соревнований на скорость и фигуры высшего пилотажа. 

Винтовые дроны

Трикоптеры

Трикоптер Jupiter UAS

В трикоптерах, как следует из названия, имеется три несущих винта. В основном они используются в любительских целях, но имеются и более дорогие модели, которые используются для 

• наблюдения;

• добычи полезных ископаемых;

• разведывательных миссий.

Представители этого типа — беспилотники Edge-130 и трикоптеры Jupiter.

iframe>

У трикоптеров есть определённые достоинства:

• они весят меньше, поэтому стоят дешевле;

• они обеспечивают преимущество в акробатических стилях пилотирования, поэтому отлично подходят для трюковых полетов;

• благодаря более лёгкой конструкции у них больше время автономной работы.

Но в целом этот тип дронов быстро исчезает из поля зрения общественности из-за того, что три несущих винта не создают достаточной устойчивости. Это особенно раздражает при гонках или аэрофотосъёмке. Кроме того, управлять трикоптером сложнее. Им не хватает интуитивности, которая делает пилотирование приятным.

Квадрокоптеры

Квадрокоптер DJI Mavic 2 Pro

Квадрокоптер — это то, что представляет себе большинство людей, когда речь заходит о беспилотниках. 

Квадрокоптеры имеют четыре несущих винта и это самые массовые модели, которые выпускают все производители. Они отличаются фантастической управляемостью, лёгкостью в пилотировании и безумной универсальностью.

Квадрокоптеры применяются практически везде, например: 

• для фото-видеосъёмки;

• для гонок и трюков;

• для GPS-навигации;

• в качестве игрушки. 

Аварийно-спасательные работы, видеожурналистика, здравоохранение и сельское хозяйство — это лишь малая часть областей, в которых каждый день используются квадрокоптеры.

Гексакоптеры и Октокоптеры

Гексакоптер (слева) и октакоптер с камерой (справа)

Гексакоптер — это беспилотник с 6 несущими винтами, а октокоптеры — это дроны с 8.

Чем больше роторов у беспилотника, тем стабильнее его полёт и тем выше его грузоподъёмность. Из-за стоимости такие дроны сложно найти в массовой продаже. Обычно они перевозят тяжелые грузы и снимают самые современные видеоматериалы и фотографии. Примерная стоимость такого дрона — около 1000 долларов США.

При желании можно найти более дешевые варианты стоимостью около 200 долларов США, но в целом потребительский рынок всё-таки ориентирован на квадрокоптеры.

Дроны с неподвижным крылом

Дроны с неподвижным крылом являются следующими по популярности после дронов с вращающимися лопастями. У них неподвижные крылья и это делает их похожими на самолеты.

Неподвижные крылья и движитель в виде пропеллеров дают им возможность длительное время скользить по воздуху, затрачивая меньше энергии. Это делает их незаменимыми для военного наблюдения.

Пилотирование дронов этого типа сильно отличается от квадрокоптеров. И, разумеется, отличается процедура взлёта. 

iframe>

Дрон с фиксированным крылом Parrot Disco FPV, очки FPV и контроллер

Чаще всего беспилотники с фиксированным крылом применяются в военных целях, но можно найти и бытовые модели стоимостью 50-300 долларов США, например, беспилотник с фиксированным крылом Parrot Disco FPV.

Гибридные дроны вертикального взлета и посадки с фиксированным крылом

Гибридные дроны совмещают в себе возможности квадрокоптера и дрона с фиксированным крылом. Крылья позволяют им скользить по воздуху, экономя энергию, но им требуется меньше места для взлета, поскольку они могут вертикально взлетать, а затем переходить к горизонтальному полету благодаря специальной конструкции винтов.

Беспилотник с вертикальным взлётом DeltaQuad

Премиальные варианты таких дронов стоят более 100 тыс. долларов США, хотя есть и более дешевые варианты.

Различия по размеру

Наличие или отсутствие винта/крыла — важный, но не единственный признак, по которому различаются дроны. Не менее важным признаком является размер.

По размеру выделяют нано- и микродроны, малые, средние и большие дроны. 

К микродронам относят беспилотники весом менее 250 г. Они могут быть достаточно маленькими, чтобы поместиться в кармане, и, как правило, имеют «классическую» конструкцию с пропеллером. 

В основном они используются для наблюдения, а также для обучения новичков пилотированию беспилотных летательных аппаратов, в том числе с помощью очков FPV (First Person View — вид от первого лица).

Малые дроны имеют вес от 200 до 1000 г. Самым популярный представитель этой категории — DJI Mini 2. 

DJI MINI 2 удобно держать одной рукой

Дроны среднего размера весят от 1 кг до 600 кг и очень популярны на потребительском рынке, как и дроны указанных выше размеров. Для переноски некоторых из них может потребоваться участие нескольких человек.

Бытовой дрон среднего размера DJI Air 2S

Технически они подпадают под тактические военные беспилотники класса 2 (150-600 кг), используемые для наблюдения на средних расстояниях.

Watchkeeper — популярный военный дрон среднего размера.

Большие дроны весят более 600 кг и по размерам сравнимы с самолетом. Они используются военными для наблюдения и ведения боевых действий.

Различия по полезной нагрузке

По полезной нагрузке выделяют четыре категории, которые соответствуют размерам дрона. 

Полулегкий вес относится к нано-дронам или дронам весом всего 11 граммов. Они могут перевозить от 4 до 100 граммов.

Легкая полезная нагрузка — это микро- или малые беспилотники, то есть те, которые весят от 200 до 1000 г и могут перевозить 150-270 г. Типичный представитель этой категории DJI Mini 2, полезная нагрузка которого превышает его вес: полезная нагрузка 283 г, вес — 249 г.

Средняя полезная нагрузка характерна для дронов среднего размера. Потребительские и коммерческие дроны среднего веса перевозят от 400 до 1460 г, а дроны военного класса — от 40 до 150 кг.

Тяжеловесная полезная нагрузка относится к большим дронам, грузоподъемность которых составляет 550 кг и выше.

Различия по дальности действия

Дальность действия дрона показывает, как далеко он может улететь от контроллера без потери сигнала.

Внимание! Для полётов на дальние расстояния понадобится специальная лицензия. 

Классы дальности для беспилотных летательных аппаратов:

Различия по типу топлива

Существует несколько способов питания дронов, при этом большая часть потребительского рынка использует дроны с аккумуляторами. Но есть также дроны, работающие на газе и солнечной энергии.

Аккумуляторы являются основным источником питания и изготавливаются либо из литий-полимерных, либо из NiMH (никель-металлогидридных), либо из NiCd (никель-кадмиевых) аккумуляторов.

Время полета дронов с питанием от аккумулятора невелико, поскольку вес и производительность дрона разряжают аккумулятор, но он портативный и простой в использовании.

Большие дроны работают на бензине, потому что это позволяет  использовать беспилотник до тех пор, пока у вас есть возможность его заправлять.

Также встречаются беспилотники на солнечных батареях, например,  беспилотники с фиксированным крылом, на котором и размещаются солнечные панели.

Какие ещё бывают микродроны

Дрон-киборг

В прошлом году учёные из Японии и Сингапура разработали систему для дистанционного управления тараканами-киборгами. Она оснащена крошечным модулем беспроводного управления, который питается от солнечного фотоэлемента.

Для подключения высокотехнологичных устройств к таракану пришлось сделать специальный рюкзак, ультратонкие модули органических солнечных элементов и систему крепления, которая прочно удерживает механизмы на теле насекомого и не сковывает его движения. К верхней части грудного отдела таракана прикрепили беспроводной модуль управления ногами и литий-полимерную батарею.

Рюкзак из эластичного полимера напечатали на 3D-принтере. Он идеально соответствовал изгибам тела таракана. Насекомые могли носить такие рюкзаки в течение месяца и даже дольше.

Толщина солнечной батареи, также размещённой на спине таракана,  составляла всего 0,004 миллиметра при выходной мощности в 17,2 мВт 

Био-дроны

В Университете Вюрцбурга создали пикодроны весом около 2 пикограмм и размерами около 2 мкм, которые могут передвигаться под воздействием света. В качестве моторов в них используются плазмонные наноантенны из объединенных в группы золотых наностержней. Свет с определенной длиной волны и поляризацией, попадая на стержни, создаёт тягу за счет направленного рассеивания. 

Предполагается, что пикодроны размером около одной трети эритроцита человека пригодятся в научных экспериментах для манипуляции микрообъектами, доставки инструментов и полезной нагрузки.

Что умеют микродроны

Помогают на стройплощадках

iframe>

Системы прямой привязки к местности, такие как mdMapper1000 DG, позволяют точно наносить на карту дороги, каналы, трубопроводы и другие линейные объекты инфраструктуры. Микродроны могут эффективно контролировать ход работ, отслеживать объемы и запасы, а также создавать обзоры проектов в режиме реального времени для повышения безопасности, планирования и сотрудничества. Отслеживание работ снижает потери рабочей силы и материалов для строительных компаний.

Обнаруживают метан в инфраструктуре газопроводов и на свалках

iframe>

Методы обнаружения газообразных опасных веществ, в частности метана, за прошедшие годы претерпели значительные изменения. Комплекс для воздушной инспекции метана mdTector1000 CH4 компании Microdrones использует беспилотный дрон и газовый датчик Pergam для безопасного, надежного и экономически эффективного обнаружения метана. Оборудование управляется с планшета. ПО позволяет спланировать миссию, выполнить полет и визуализировать метановые пятна в режиме реального времени и после полета.

Снимают зоны затопления

Здесь тоже идёт прямая привязка аэрофотоснимков к их положению на Земле и их максимально точная компоновка. В результате значительно сокращается время, которое требуется геодезистам для картографических проектов. 

Следят за сельским хозяйством

iframe>

Недавно во Франции провели исследование активности кротов с помощью БПЛА Microdrones, оснащенного различными полезными нагрузками для получения данных (камера, мультиспектральная, тепловая и LiDAR).

Картографируют поля солнечных батарей

Используя БПЛА Microdrones md4-1000, оснащенный оптическими и инфракрасными датчиками, Институт солнечных исследований Немецкого аэрокосмического центра совершил первый полет над солнечной электростанцией в 2014 году. Сейчас они выполняют от 50 до 100 полетов в год.

Инспектируют загрязнённые, опасные или труднодоступные сооружения

Дроны много раз успешно использовались для картирования труднодоступных сооружений, например, плотины в Канаде, где требовалось проанализировать конструкцию. Через несколько часов полетов и обработки данных был получен картографический продукт в виде облака точек. Это было идеальное решение для данной работы.

Картируют дороги

iframe>

Картирование дорог часто используется коммунальными или транспортными компаниями для оценки территории, на которой необходимо построить новую инфраструктуру, например, линии электропередач или железнодорожные пути. Поскольку глобальный спрос на энергию растет, необходим быстрый и точный метод исследования старой инфраструктуры и планирования новой. Картографирование дорог позволяет сделать это гораздо быстрее и с меньшими трудозатратами, чем традиционные системы съемки.

Помогают прогнозировать лавины

iframe>

Беспилотники Microdrones из комплекса mdMapper, оснащённого лидаром, использовались в национальном парке в Квебеке для быстрого и точного измерения глубины снежного покрова с целью лучшего прогнозирования риска схода лавины.

Помогают спасателям

Четыре компании провели совместные полевые испытания в Хорнебурге под Гамбургом на берегу реки Эльбы. В ходе испытания было продемонстрировано, как можно спасти ребенка с помощью специально оборудованного самолета Microdrones md4-1000. Поскольку полет проходил вне зоны видимости оператора беспилотника, БПЛА Microdrones был оснащен тепловизионной камерой, а также специально разработанным модулем сотовой радиосвязи.

Популярные микродроны для дома

Популярность дронов — вещь непостоянная. Постоянно появляются новые модели, которые пытаются конкурировать с зарекомендовавшими себя брендами. Было бы скучно в очередной раз рассказывать о дронах DJI, поэтому давайте посмотрим на микродроны других производителей. 

EACHINE E61HW — отличный микродрон с камерой

Eachine E61Hw поставляется с камерой 720p, легко складывается и даже помещается в карман

Качество съёмки, хоть и не HD, но заметно лучше, чем у других дронов такого размера. Здесь нет GPS, время полёта всего 8 минут, а дальность 100 метров, но несмотря на это Eachine — отличный дрон как в помещении, так и на улице.

У него есть гироскопическая стабилизация и функция удержания высоты, поэтому им легко управлять.

Этот крошечный складной карманный дрон (11×11×3 см) с камерой стоит меньше 4 тыс. рублей, поэтому вряд ли стоит быть слишком придирчивым.

Makerfire Micro FPV Racing Drone с FPV-очками

Отличный FPV-микродрон для начинающих с хорошей комплектацией: очки 5,8ГГц, отличный передатчик и защита пропеллера. Последняя делает его безопасным при столкновении со стенами и даже с кошкой.

Makerfire Micro FPV помогает начать реальные полеты по FPV, поскольку имеет три режима полета, от начинающего до более продвинутого, которые позволяют регулировать скорость дрона в зависимости от вашего уровня.

Время полёта всего 5 минут, дальность 70 метров, но зато море удовольствия и эффект присутствия. 

Potensic A20 — микродрон для улицы и помещений

Этот дрон для начинающих может безопасно летать как в помещении, так и в парке. Убедитесь, что не летаете на нем в очень сильную погоду, так как сильный ветер может его унести. 

Он поставляется с двумя или тремя батареями в комплекте. Имеется также версия с камерой.

Умеет удерживать высоту, есть автопилот и взлет одной кнопкой. Время полёта 6 минут, расстояние — 60 метров. 

SNAPTAIN H823H — микродрон для котиков

Дрон Snaptain наверняка позволит получить массу удовольствия от наблюдения за своими кошками и в то же время защитит их лапы от вращающихся пропеллеров благодаря защитной решётке. Время его полёта — 6 минут, дальность 60 метров. 

Этот дрон может стать отличным вариантом для детей или новичков в управлении дронами, но на самом деле он просто идеален для игры с кошками.

Он может делать сальто и имеет три регулировки скорости, так что у вас есть большая свобода для выполнения трюков и трюков, когда вам это нужно, а также для медленного движения, если это необходимо.

Три батареи в комплекте позволяют ему летать в общей сложности почти 20 минут.

Cheerson CX10 — один из самых маленьких микродронов в мире

Cheerson CX10 — один из первых самых маленьких серийно выпускаемых квадрокоптеров, которые можно купить.

По сути, это скорее не микро, а нанодрон. Он отлично летает и очень прочный. К сожалению, у него нет функции удержания высоты, поэтому его сложнее удерживать в воздухе, но это позволяет улучшить навыки пилотирования.

Время полета — 6 минут, дальность 60 м. 

Заключение

Несмотря на небольшие размеры и невысокую грузоподъёмность микродроны позволяют делать много полезного. Именно поэтому выбор микродрона ничуть не проще, чем выбор его старшего собрата. 

Вот на что следует обратить внимание при выборе миниатюрного дрона:

• Прочность. Это важный фактор. Обычно такие дроны летают в помещениях, а поскольку у них нет GPS, часто падают. То, что они предназначены для новичков, делает этот фактор еще более важным. 

• Защита винтов — компонент, который защищает пропеллеры, что способствует как долговечности, так и безопасности вас и окружающих. Он позволяет ударяться о стены и продолжать полет. Если бы у дрона их не было, он бы просто падал при столкновении с объектом.

• Время полета — довольно простой, но очень важный параметр. Большинство микродронов не могут летать дольше 10 минут, поэтому наличие дополнительных батарей — обязательное условие.

• Режимы полета для начинающих. Функции удержания высоты, несколько скоростных режимов, автопилот, — всё это может сделать дрон более стабильным в воздухе и, следовательно, более легким в управлении.

Источник