Коллектив Авторов - Цифровой журнал «Компьютерра» № 87

Опубликовано23 сентября 2011 года

Интерес к беспилотным летательным аппаратам возник у людей давно. Ещё в 1910 году американский военный инженер Чарльз Кеттеринг построил и испыталнесколько устройств, управляемых часовым механизмом. С тех пор разработка и применение «беспилотников» как в мирных, так и в военных целях не прекращались. Но действительно массовым это направление стало только в наши дни с появлением доступных электронных компонентов и узлов. И любители, и серьёзные компании начали создавать подобные системы.

Среди всего этого многообразия, пожалуй, стоит выделить уникальный в своем роде проект — OpenPilot. В отличие от аналогов, жертвующих функциональностью ради быстрого получения прибыли, участники OpenPilot работают над законченной программно-аппаратной платформой, одинаково пригодной для любого типа «беспилотников» — самолётов, вертолётов и других аппаратов вертикального взлёта и посадки.

Уникальность проекта можно выразить всего несколькими словами: полная открытость схемотехники и программного кода, максимальное качество продукта, простота использования и, как ни странно это звучит в наше время, полное отсутствие финансовой заинтересованности. Одной из своих целей проект ставит спасение человеческих жизней. Давайте посмотрим, что же стоит за всем этим на самом деле...

Что получится, если объединить купленную в ближайшем магазине летающую модель, современный микроконтроллер и несколько увлечённых общим интересом людей? Система, которая способна управлять полётом самолёта или вертолёта без помощи пилота. Именно идея создания такой платформы и лежит в основе OpenPilot.

Проект OpenPilot основали в январе 2010 года три человека, познакомившиеся друг с другом через интернет и имевшие общие устремления. Все трое хотели создать универсальную платформу для управления беспилотными летательными аппаратами (БПЛА, или UAV — Unmanned Aerial Vehicle), предназначенную для серьёзных мирных применений — поисковых и спасательных работ, аэрофотовидеосъёмки и т.п.

Попыток создать аналогичную платформу, конечно же, предпринималось немало и до того. Но все они либо были примитивными и ориентированными на любительский сектор рынка, либо очень сложными в настройке и использовании, либо сильно ограниченными по своим функциональным возможностям. Существуют, конечно, и коммерческие варианты подобных систем — стоимостью в десятки и сотни тысяч долларов. Их сфера применения, однако, обычно достаточно узка.

Представьте себе лесника, наблюдающего за лесным пожаром, или сотрудника Рыбнадзора, разыскивающего браконьеров. Им бы пригодился беспилотник, и лучше не один. Но только не за 100 тысяч долларов. Такие суммы едва ли по карману бюджетным организациям, не говоря уж о любителях.

Занять эту нишу и нацелились основатели OpenPilot. Проект явился первой серьёзной попыткой создать нечто столь же качественное, как и дорогие коммерческие системы (стоимостью от 10 000 долларов и вдобавок с дорогими контрактами на техническую поддержку), но предельно простое для неопытных пользователей и доступное, в том числе и в финансовом плане. Чтобы понять уникальность проекта, следует сказать несколько слов о том, чем же в принципе можно управлять и что существовало ранее.

Можно выделить три принципиально различных класса, на которые делятся все летающие модели (не считая воздушных шаров и ракет). Первый из них – это традиционные самолёты, с ними всё ясно. Модель самолёта движется с помощью тянущего или толкающего воздушного винта, крылья создают подъёмную силу, а отклоняемые рулевые поверхности позволяют управлять направлением полёта. Висеть на месте самолёт не может.

Второй класс – это модели вертолётов. Подобно настоящим вертолётам, они держатся в воздухе с помощью несущего воздушного винта. Хвостовой винт используется в том числе и для разворота, а управление направлением полёта осуществляется с помощью автомата перекоса, позволяющего вертолёту как висеть на одном месте, так и двигаться в произвольном направлении, например боком или хвостом вперёд.

Ну и, наконец, третий класс, полноценных аналогов которого не существует на сегодня среди «взрослых» систем. Это многороторные летающие аппараты, имеющие несколько воздушных винтов по периметру (обычно от трёх до восьми), раскручиваемых электромоторами. Стабилизация и управление такими аппаратами производится за счёт различной скорости вращения винтов. Огромным преимуществом таких систем является простота их механики при почти всех достоинствах вертолёта. Всего лишь несколько моторов с винтами без сложного автомата перекоса — и можно как висеть на месте, так и двигаться в любую сторону.

Всё портит лишь один, но существенный недостаток: так как необходимо управлять каждым мотором в отдельности, эти системы фактически обречены летать на электрической тяге. Это удобно, экологически чисто, но, увы, мешает малая ёмкость батарей, так что время полёта редко превышает 10-20 минут. Этого хватает, чтобы, например, провести съёмку состояния архитектурного объекта перед началом реставрации камерой весом в 100 грамм, но явно мало для того, чтобы пролететь несколько километров и доставить полезный груз в пару килограммов для спасательных работ. Дальние миссии для многороторных аппаратов недоступны: нет возможности использовать двигатели внутреннего сгорания.

Принципы управления всеми этими типами летательных аппаратов совершенно различны, но функционально они дополняют друг друга, и в каждом конкретном случае выбор определяется поставленной задачей.

Вернёмся к автопилотам. Все они имеют свои недостатки: цена, возможности, сложность использования или дорогостоящая техническая поддержка. Дорогие коммерческие системы нельзя считать массовыми и доступными именно там, где они нужны для мирного применения. Ну а любительские проекты имеют свои проблемы, первая из которых — это привязка только лишь к определённым типам летательных аппаратов. Наиболее популярны проекты, управляющие мультироторными аппаратами. Да, они летают, и иногда совсем неплохо. Но, увы, только на мультироторах. Управлять самолётом или вертолётом они не могут, этого просто не было предусмотрено при их создании.