Для нас они появились всего лет десять назад, и при слове мультикоптер перед нашим внутренним взором возникают парящие в воздухе аппараты современных очертаний, сильно или слабо жужжащие, способные на очень многое.
Но на самом деле мультикоптеры зародились намного раньше! Какими же они были?
В ОПИСАНИИ ИСТОРИИ мультикоптеров есть существенные сложности. Мультикоптер, он же беспилотник или дистанционно управляемый летающий механизм, – это составное устройство из различных конструкций – радиоуправления, аэродинамической части, двигателя и оборудования. Все эти части появились и развивались независимо друг от друга, к тому же в разное время, поэтому написать единую историю мультикоптера невозможно. Так что поговорим о каждой конструкции отдельно.
«Радиоуправляемой лодкой» управлял автор – сам Никола Тесла
ИСТОРИЯ РАДИОУПРАВЛЕНИЯ начиналась, что интересно, совсем не в той среде, где сегодня обитают мультикоптеры. Самый первый работоспособный беспилотник не взлетел в воздух, а отчалил от борта бассейна в Мэдисон-Сквер-Гарден (Нью-Йорк) во время выставки электротехники в 1898 году. Он напоминал высокую ванну с крышкой, сплюснутую с боков. На закрытом показе перед потенциальными инвесторами «радиоуправляемой лодкой» управлял автор – сам Никола Тесла.
С партнерами тогда у Теслы не задалось, его проект по дальнейшему исследованию радиоуправления заглох. Но такое направление оказалось очень привлекательным для военных, и в разных странах начались экспериментальные работы. Весомый вклад в разработку радиоуправления внесли немцы. Осенью 1917 года германская компания Mannesmann-Mulag, которая с 1914 года работала над проектами управляемых по радио и проводам малых кораблей для ВМС, перешла к разработке (совместно с Siemens-Schuckert) беспилотного планера с торпедой внутри фюзеляжа, а затем к проектированию легкого одномоторного беспилотного бомбардировщика Fledermaus («Летучая мышь»), вооруженного 100-килограммовой бомбой.
ПО НЕКОТОРЫМ СВЕДЕНИЯМ, немцы сконструировали два работающих прототипа и три прототипа различной степени готовности, но после революции 1918 года все объекты были разобраны и спрятаны, а их дальнейшая судьба осталась неизвестна. Что интересно, немцы в работах по радиоуправлению продвинулись существенно дальше противников. К примеру, в США в это же время был разработан Kettering Bug («Жук» Кеттеринга) – беспилотная воздушная торпеда, которой, в отличие от Fledermaus, во время полета нельзя было управлять – она могла только прямолинейно лететь и падать при приземлении.
А Fledermaus немецких конструкторов имел практически полноценное радиокомандное управление, более того, разработчики предусмотрели возвращение беспилотника к месту старта и его мягкую посадку с помощью большого парашюта.
Накопленный опыт в Германии не забыли, и во Второй мировой войне он отозвался для союзников печальным колоколом на просторах Средиземноморья и Атлантики. Всего было зафиксировано более 36 случаев успешного применения германской авиацией авиабомб FX-1400 (Fritz-X) и Henschel Hs293, управляемых по проводам и радио, причем половина пораженных ими судов союзников затонула.
После 1945-го военная электроника стала очень бурно развиваться, и к третьей четверти XX века размеры компонентов кардинально уменьшились, что позволило применять их в миниатюрных аппаратах.
ТЕПЕРЬ ОБ АЭРОДИНАМИКЕ. За всю историю человечества было придумано бесчисленное множество летательных аппаратов. Но применительно к мультикоптерам всегда работало основное требование – они должны взлетать и садиться вертикально, без разбега. Речь идет о вертолетной схеме, когда подъемная и движущая сила аппарата создается только несущими винтами. Один из первых образцов вертолета создан российским ученым молдавского происхождения Георгием Ботезатом в 1922 году в США. Это был первый в мире прототип вертолета, сумевший оторваться от земли и уверенно держаться в воздухе. И был он очень необычен: ажурный восьмиметровой крест, на концах которого находились шестилопастные винты, приводимые во вращение одним двигателем.
КАК ВЕРТОЛЕТ конструкция Ботезата в то время была не очень удачна – при всей устойчивости планирования и возможности подъема солидного груза этот аппарат обладал большим недостатком – его было очень трудно заставить куда-нибудь лететь. Недостаток напрямую вытекал из самой конструкции: чтобы направить вертолет в горизонтальный полет, надо было перекашивать все устройство целиком, а механическая трансмиссия, которая передавала крутящий момент от одного двигателя к нескольким винтам (и позволяла регулировать их обороты), получалась архисложной. Поэтому военное ведомство США прекратило эксперименты с этим типом вертолета и сделало упор на разработку других летательных аппаратов: с рулевым винтом, а также с одним несущим винтом, снабженным автоматом перекоса.
Но то, что невозможно сделать в век механический, можно сделать в век электронный! Когда появились электродвигатели с так называемой «силовой электроникой» (примерно в 2000 году), конструкция летательного аппарата с несколькими несущими винтами стала основной. Именно электроника позволяет регулировать обороты каждого двигателя независимо и очень точно, и сейчас вертолет может совершать такие пируэты, что Ботезату и всему военному ведомству США тогда и не снились.
ПОЧЕМУ МУЛЬТИКОПТЕРЫ не появились вместе с радиоуправляемыми вертолетами? Потому что им необходим курсовой компьютер-контроллер. Без него они не смогут не то что лететь – даже висеть в воздухе. Нужно постоянно контролировать скорость вращения и тягу каждой лопасти, для постоянной синхронизации используются датчики гироскопа, акселерометра, навигации и датчика ветра. Чтобы делать все это вручную, пилоту пришлось бы непрерывно рулить. Но благодаря современным контроллерам, которые представляют собой практически полноценный компьютер, и сбалансированным алгоритмам управления, производящим сотни расчетов в секунду, пилоту приходится только направлять коптер в нужную сторону. А с появлением датчиков навигации мультикоптеры научились выполнять часть полета самостоятельно – в режиме «возврат домой» или на заданных маршрутах. (Но все-таки совсем без пилотов мультикоптерам пока не обойтись – поэтому называть их дронами сейчас ошибочно.)
Называть их дронами сейчас ошибочно
ИТАК, ОДНАЖДЫ в одной точке пространства и времени сошлись различные ветки развития электроники, машинерии и компьютерной техники, и родилось нечто, именуемое мультикоптером. Это было совсем недавно, и мы точно знаем, когда и где. Первый полет полукустарного мультикоптера состоялся в 2006 году в Мормерланде (Германия), а запустила его компания MikroKopter, филиал HiSystems GmbH. На Youtube можно найти ролик, где люди из компании наблюдают этот полет, радуются и даже не представляют, какая счастливая судьба ждет их «игрушку»: она стала родоначальником всех современных мультикоптеров.
Тогда же, в 2006 году, студент Гонконгского университета науки и технологий Ван Тао, который с детства мечтал создать «авиафею», основал фирму Dajiang Innovation Technology (DJI). Его поддержал друг семьи, вложив в компанию $90 тыс., и лучший университетский друг – он вообще продал ради этого свою квартиру. Сейчас капитализация SZ DJI Technology, производящей мультикоптеры, видеооборудование и микроконтроллеры, составляет $10 млрд. А глава крупнейшего в мире онлайн-ритейлера Amazon.com Джефф Безос обещает в скором времени доставку посылок мультикоптерами прямо к порогу дома заказчика. Объем производства мультикоптеров будет просто гигантский. История только начинается. Хотите в нее попасть? Присоединяйтесь.
Это новость от журнала ММ «Машины и механизмы». Не знаете такого? Приглашаем прямо сейчас познакомиться с этим удивительным журналом.
