Зрение роботов сегодня основано на тех же наивных механических аналогиях, что и сами роботы, и потому еще очень несовершенно. В первых двух главах упоминалось о частых авариях беспилотных летательных аппаратов, произведённых солидными фирмами и оснащенных современной электроникой – в том числе, видеокамерами. Это – нормально. Идёт эволюция авиароботов, и сегодняшние в этом смысле – неуклюжие доисторические птеродактили, на смену которым придут намного более гармоничные птицы. Ибо такова диалектика авиации. Изображенный на рисунке беспилотный самолёт Predator, имеющий длину 8,22 м и вес 512 кг, самим своим видом демонстрирует слабую функциональность подобных конструкций. Так же, как разнообразны птицы, авиароботы будут узкофункциональными – для воздушного боя одни, для разведки – другие, для кинотелевизионного бизнеса – третьи. Их зрение будет основано на принципиально новых технологиях – таких, например, как самофокусирующиеся линзы Varioptic, чей принцип работы в том, что через две жидкости (масло и воду), помещенные в прозрачную ёмкость диаметром 6 мм, пропускается напряжение, достаточное для образования оптических свойств при отсутствии механических элементов.

В книге «Радио: открытие и изобретение» её автор, известный специалист в области радиотехники и музейного дела В. И. Шапкин пишет: «Если глаз человека с физической стороны достаточно полно изучен, то так ли обстоит дело с физическим знанием глаза хотя бы у животных?»

Действительно: у животных предстоит учиться – но не столько людям, сколько роботам. Известен опыт с цыплятами, которые, словно простейшие роботы, безошибочно отличают силуэт летящей утки от силуэта ястреба, еще не повстречав тех в своей жизни. Но наследственная способность к «распознаванию образов», заложенная в цыплятах эволюцией, говорит им: длинная шея утки – против длинного хвоста ястреба, а короткий утиный хвост – против короткой ястребиной шеи. Главное для цыплёнка в том, что именно у «объекта» находится впереди: короткий выступ или длинный. И когда над птичьим двором на проволоке проводили модель ястреба, цыплята прятались, а если эту же модель пускали задом наперёд, не реагировали.

Мы тоже воспользуемся наследственной информацией. Это «Справочник по физике для инженеров и студентов вузов», дающий базовые определения.

 

Оптические приборы обычно дают двумерное (плоское) изображение трёхмерных (пространственных) предметов (объектов). Ограничение угла раскрытия пучков света от предмета, необходимое для получения достаточно четкого изображения, осуществляется с помощью апертурной диафрагмы, роль которой может играть либо круглое отверстие в непрозрачном экране, либо оправа одной из линз системы. Входным и, соответственно, выходным зрачками оптического прибора называются те из отверстий (или их изображений) в нём, которые сильнее всего ограничивают углы раскрытия входящих в прибор и выходящих из него пучков света. Если апертурная диафрагма находится внутри прибора, то её изображение в передней по отношению к предмету части прибора служит входным зрачком, а изображение в задней части прибора – выходным зрачком. Для ограничения поля зрения (в плоскости предмета), помимо апертурной диафрагмы, применяется диафрагма поля зрения, роль которой может также играть оправа одной из линз системы.

Отношение диаметра входного зрачка к фокусному расстоянию объектива называется относительным отверстием объектива. Квадрату величины относительного отверстия пропорциональна освещенность удалённого предмета.

Базовые определения нужно вспомнить вот почему. И в справочниках, и на страницах специальных журналов, и в каталогах фирм часто встречаются различные обозначения одних и тех же величин. Например, фокусное расстояние называют и F, и f, f’ и даже f’’. Мы в таких случаях, по возможности, оставляем обозначение первоисточника (так, в Ч. I приведены параметры системы Newscopter по версии фирмы), поскольку в документации фирмы оно может быть «сквозным» и, заменив его без крайней необходимости, можно еще больше запутать дело. Задача журнала в другом: научить ориентироваться в многообразии обозначений так, чтобы они больше не гипнотизировали читателя.

Учиться будем на примере, наиболее близком радиолюбителю: воздушном бое радиоуправляемых моделей. Воздушные бои авиамоделей были включены в единую спортивную классификацию СССР, а уж одну из многочисленных публиковавшихся в открытой печати схем радиоуправления мог собрать и школьник. Современные же технологии позволяют ставить минивидиокамеры на радиоуправляемые авиамодели. Что такое сражение авиамоделей с точки зрения видеокамеры? Быстрая смена кадров, сфокусированность на окружающей обстановке (одновременно различать и землю, и противника, и ленту его «хвоста»), защита от помех засветки. Желательно (как в игровых авиасимуляторах), наличие камеры заднего вида. Цвет, возможно, не обязателен, но если оператор привык к цветным мониторам в быту, он может просто не воспринять черно-белое изображение. Вообще, чтобы меньше утомлять оператора побольше операций управления возложим на бортовой микроконтроллер. Многими из нижеперечисленных функций можно либо управлять дистанционно, либо задать предустановки: например, при пикировании авиамодели – одна фоноцелевая обстановка, при фигуре «горка» – другая, и предустановки будут переключаться контроллером по команде соответствующих датчиков положения.

Для начала, определимся с окружающей обстановкой. Она обусловлена следующими факторами:

1) солнце (или, если ночь, о чем еще будет разговор, луна и звёзды);

2) небо и облака;

3) летающие объекты;

4) земная поверхность и объекты на ней, в том числе, бликующие – водоёмы и стёкла.

 

Коль скоро речь о воздушном бое, определяющий фактор - летающий объект. Определимся для начала (условно, конечно) с габаритами цели. Допустим, 2,0 х 1,5 х 0,15 м (размах крыльев, длина фюзеляжа, высота). Очевидно, при строчной структуре ТВ-растра заметность крыльев на встречных курсах будет мала и решающую роль будет играть заметность фюзеляжа. Цель маневрирует – значит, надо иметь запас поля зрения. Поле зрения оптической системы – это часть пространства (или плоскости), изображаемая этой системой. На рисунке, воспроизведённом из каталога фирмы «Безопасность», показано, как величина поля зрения влияет на выбор объектива для видеокамеры. Название фирмы говорит само за себя: здесь случай выбора техники для охраны объекта, чьи размеры того же порядка, что и поле зрения. В нашем случае, когда объект маневрирует в трёхмерном пространстве, поле зрения должно быть значительно больше его размеров. Возьмём за базовый параметр Н: высоту, которую надо выдерживать, чтобы, следя за противником, держать в поле зрения земную поверхность и объекты на ней и не врезаться в них.

С чем из «земной» практики соразмерить авиамодель? С автомобильными номерами, которые надо распознать также в сложных условиях. Из практики видеорегистрации автомобильных номеров известно, что, применяя типовую видеокамеру, для надёжного распознавания символов необходимо порядка 20-30 ТВ-строк, что составляет 3-5% кадра по вертикали. Возьмём тоже 5%, исходя из того, что, хотя нам и не надо распознавать бортовые номера авиамодели, но возможны проблемы (о которых ниже) с обнаружением контура цели. Это 5% размера кадра по вертикали, который и будет высотой поля зрения – то есть, 30 м. Ширина поля зрения, соответственно, 40 м. А начиная с какой дальности мы будем иметь такое поле зрения, в котором уверенно различим цель? Как видно из диаграмм, это зависит от фокусного расстояния камеры. В нашем случае конкретную камеру рекомендовать нет смысла – неизвестно, сможет ли приобрести её авиамоделист. Поэтому возьмём для пояснения процессов две давно известные камеры, удобные по размерам и характеристикам. 

 

В верхней части рисунка – цветная камера WAT-200D с разрешением 470 твл, имеющая вес 460 г. В нижней части – черно-белая WAT-300DН с разрешением 570 твл, имеющая вес 200 г. Камера WAT-200D работает при минимальной освещенности 1,0 лк при F1.2; объектив f4-9 мм, автодиафрагма. Камера WAT-300DH работает при минимальной освещенности 0,05 лк при F1.6; объектив f3,6 мм (5.0 мм, 7,5 мм), автодиафрагма. Камера 300DH интересна в первую очередь своим форматом – 1/2 дюйма против 1/3 дюйма у 200D. 

N. B. Характеристики камеры определяются по совокупности её составляющих. Так, вес и габариты могут даваться как в сборе с конкретным объективом, так и без объектива, учитывая, что объективы различаются между собой. Параметр фокусного расстояния, определяемый объективом, определяет и параметры самого объектива. Формат в дюймах относится к светочувствительной матрице, но может указываться и в паспортных данных объектива. Автоматические функции камеры определяются её электронными цепями. И уж кстати - а как правильно называть камеру: телевизионная (ТВ) или видеокамера?

Строго говоря, для рассматриваемого здесь случая в английском языке есть авиационный термин: forward-looking TV camera – телекамера переднего обзора. Изначально приставка «теле» (вдаль, далеко) применялась в вещательном телевидении, символизируя передачу видеосигнала на расстояние, причем, на основе электронно-лучевых трубок. Понятие «видео» вошло в обиход параллельно с CCD-матрицами и технологиями записи видеосигнала на магнитную ленту, а позже – на другие носители (появился камкордер: CAMera + reCORDER). И термин «видеокамера» привычнее употреблять в отношении камер, оснащенных блоком записи видеосигнала. Но, с другой стороны, телевизионная камера ассоциируется с широкой зрительской аудиторией, либо с производственным применением, а «видео» – больше с любительством, что ближе к авиамоделизму. К тому же, появился устоявшийся термин «минивидеокамера». Примем всё это пока к сведению.

 

Из диаграмм видно, что камера WAT-300D обеспечит нужное поле зрения с расстояний до цели, в зависимости от объектива, примерно 25, 35 и 55 м. Камера же WAT-200D, с перестраиваемым объективом, сможет «взять» цель в требуемом поле зрения с 70 м. Но это очень и очень прикидочные расчеты, дающие представление об общем порядке величин, которые зависят еще от множества факторов (и здесь было бы перспективной задачей построение математических моделей). Рассуждая «от противного» (то есть, когда цель полностью занимает собой пространство кадра), можно воспользоваться формулами определения размеров изображения из каталога систем видеонаблюдения фирмы Sanyo.

Разберёмся в обозначениях на рисунках, условившись, что в дальнейшем в редакционных текстах (то есть, основанных не на каталогах фирм, где корпоративные обозначения обусловлены своими причинами) будут фигурировать именно эти обозначения. По основным оптическим характеристикам объективы (согласно классификации фирмы Fujinon) делятся на:

- широкоугольные, у которых 2w больше 70 град;

- длиннофокусные, у которых f больше 180 мм;

- светосильные, у которых 1:F больше или равно 1:1.5;

Здесь:

1) 2w – угол поля зрения (угол, образованный крайними точками объекта и центром входного зрачка объектива). У камеры WAT-300D при объективе с f3,6 мм угол поля зрения равен 92 град., при объективе с f5,0 мм w = 68 град, при объективе с f7,5 мм w = 46 град.

2) f – фокусное расстояние. Чтобы понять суть этого параметра, можно исходить из того, что в простейшем случае он вычисляется по формуле, включающей радиусы кривизны передней и задней поверхностей тонкой линзы и абсолютные показатели преломления для материала линзы и окружающей среды. Для низколетящего авиаробота окружающая среда – воздух при нормальных условиях.

3) F – диафрагменное число, являющее собой знаменатель относительного отверстия (1:F). Для удобства, на практике значение диафрагмы дают не в виде дроби, а приводят только величину её знаменателя. Соответственно (по еще одной классификации), объективы со светосилой (или значением относительного отверстия) до 1.4 – сверхсветосильные, от 1.8 до 2.0 – светосильные, 2.8 – нормальные, от 2.8 – обычные.

Насколько нас интересует параметр «светосила»? Часто пишут, что «с очень светосильным объективом можно снимать в полной темноте под диваном». В ярком солнечном небе это, казалось бы, имеет мало значения. Но вот "Элементарный учебник физии" под редакцией академика Г. С. Ландсберга считает иначе:

«Освещенность изображения уменьшается при ограничении светового пучка, вступающего в линзу. Это относится ко всякому оптическому прибору. Но в то же время качество изображения при ограничении пучка улучшается.

Таким образом, хорошее качество изображения трудно сочетать с большой светосилой прибора.

Практически приходится идти на некоторый компромисс и допускать некоторую потерю в светосиле для получения надлежащего качества изображения, и, наоборот, мириться с ухудшением качества изображения для получения достаточной его освещенности».

Поэтому о светосиле чуть подробнее, тем более, это нам пригодится при анализе зрительных систем других типов роботов. В фотографии под светосилой объектива понимают его способность давать на фотоплёнке изображение большей или меньшей освещенности (или яркости). Чем больше светосила объектива, тем короче может быть выдержка при съёмке. Объектив с большей светосилой даёт возможность фотографировать при менее благоприятных световых условиях. «Справочник по физике» светосилой называет отношение площади входного зрачка к квадрату фокусного расстояния передней (по отношению к предмету) линзы объектива оптического прибора. Поскольку имеет место пропоIия, делают ряд допущений и для упрощения выражения светосилы пользуются отношением диаметра входного зрачка к фокусному расстоянию объектива, не возводя это отношение в квадрат – то есть, приравнивая к относительному отверстию объектива.

Фокусное расстояние определяет увеличительную мощность линз объектива. Чем больше фокусное расстояние, тем сильнее увеличение. Чем оно меньше, тем более широкоугольным является объектив. Выбор фокусного расстояния определяют два противоречивых параметра – масштаб изображения на экране и угол поля зрения. В нашем случае надо иметь в виду, что при маневрировании, чем более широкоугольным будет объектив, тем чаще в него будет попадать солнце.

 

Солнце - самое влиятельное, что есть в окружающей обстановке. И не только потому, что авиаробот на несколько десятков (либо сотен) метров к нему ближе, чем мы. Если другой авиаробот ближе еще на несколько десятков метров, он оказывается на линии прямой видимости между солнцем и своим противником. Попадание солнечных лучей на светочувствительный элемент – это, скорее, не из области видео, а из области солнечной электроэнергетики (в этом смысле слова «солнце» и «солярка» – родственные): солнце посылает на землю лучистую энергию, исчисляемую в ваттах цифрой с 17-ю нулями. Фронтовые лётчики говорили «отдать противнику солнце, значит, быть сбитым». В производственных условиях есть схожий пример – встречная засветка от автомобильных фар и других ламп. Он достаточно красноречив: на рисунке – примеры испытаний четырёх видеокамер, проведённых фирмой «Система» при засветке каждой из них галогенной 20-ваттной лампой с расстояния 1 м. Осуществлялась, как сказано в материале фирмы, проверка функций:

- «компенсация заднего света» (способность видеокамеры управлять АРУ и электронным затвором не по всей площади экрана, а по его центральной части, снижая тем самым влияние ярких участков на общее качество изображения);

- «антиблюминг» (компенсация расплывания заряда по поверхности матрицы при пересветке отдельных участков изображения, проявляющемся в виде «тянучки» ярких участков).

АРУ – это автоматическая регулировка усиления, которой парируется изменение освещенности, приводящее к изменению величины выходного сигнала в видеотракте телекамеры. Также, в целях стабилизации величины видеосигнала на выходе телекамеры при изменении освещенности в сторону увеличения от рабочей точки, предусмотрены средства управления чувствительностью в сторону её ослабления или же средства ослабления светового потока – в частности, диафрагма. 

Небо и облака. Здесь уже, скорее, не «встречная», а «фоновая» засветка. Понятия эти часто употребляются в практике видеонаблюдения (ВН), да и камеры мы рассматриваем из этой индустрии – как наиболее подходящие моделистам по совокупности показателей качества и весогабаритных характеристик. Однако, есть разница: если в ВН важнейший параметр – минимальная освещенность, при которой камера выполняет свои функции, то в дневном небе ситуация иная. В отличие от ВН, у нас перепады освещенности не «день-ночь» (то есть, от 0,00005 до 100000 лк), а «солнечно-облачно» (соотношение освещенностей на солнце и в тени может быть порядка 2000). Специалисты приводят следующие данные: в июньский полдень при ясном небе и метеорологической дальности видимости (МДВ) освещенность равна уже названному значению 100000 лк, средняя же дневная освещенность – где-то 1000-10000 лк, а ночью – порядка 0,02 лк. На восходе и закате солнца освещенность порядка 5-10 лк. (Источник информации – «Безопасность NEWS»)

Небо в нашем случае – понятие относительное и определяется оно набором высоты, в зависимости от которой цвет неба, как фона может быть разным, поскольку будет разным состав воздуха. Фоновая засветка от неба – это, в сущности, солнечный свет, рассеянный молекулами воздуха, содержащимися в воздухе микрочастицами загрязнений и, наконец, испарениями. Доминирующий в ясный солнечный день голубой цвет объяснил физик Джон Рэлей, который вывел закон, согласно которому интенсивность рассеянного света обратно пропорциональная четвёртой степени длины волны, если рассеивающие частицы малы по сравнению с длиной волны света – отсюда, фиолетовые лучи рассеиваются почти в 16 раз сильнее красных. Но что такое рассеяние, когда речь идёт о свете? Рассеянием света называют процесс преобразования света веществом, сопровождающийся изменением направления распространения света и проявляющийся как несобственное свечение вещества. Проще говоря, молекулы воздуха под воздействием света возбуждаются с частотой световой волны и начинают излучать собственный свет – в данном случае, голубой. Однако, наличие упомянутых микрочастиц, особенно, ближе к земной поверхности, добавляют к рассеянному голубому свету собственные отраженные составляющие и делают его белесоватым. При этом (за счет отраженных лучей) снижается контрастность между участками, напрямую освещенными солнцем, и участками, находящимися в тени различных предметов.

 

Вернёмся к камерам WAT. Согласно выводам из «Безопасность NEWS», формат 1/2 дюйма обеспечивает запас по динамическому диапазону исходных световых контрастов в солнечный день и позволяет камере воспроизводить чёткое контрастное изображение при больших перепадах по освещенности в рамках растра. В ПЗС, аналогичных по разрешению, но меньших по формату, динамический диапазон по контрасту будет меньше: для ПЗС 1/3 дюйма вдвое, для 1/4 дюйма – вчетверо. Например, камера LTC 0500, имея низкий уровень собственных шумов, обеспечивает динамический диапазон по контрасту (определяемый соотношением коэффициентов отражений объектов – максимального к минимальному) более 10000. При ведении воздушного боя имеет значение контраст объекта с фоном: вспомним, как военные самолёты сверху окрашиваются в зелёные цвета, а снизу – в небесные (на рисунке показано, как художник журнала «Моделист-конструктор», изображая истребитель «ЛА-5ФН», напомнил об этом). 

На снижение контраста влияет прозрачность атмосферы (дождь, туман). Как приём, повышающий разборчивость мелких неконтрастных деталей, применяют также «оконтуривание» (эта, и ряд других функций имеются у достаточно совершенных и дорогих камер, о чем мы будем рассказывать по мере необходимости). Виражи авиаробота означают для видеокамеры резкие перепады освещенности и в этом большом диапазоне яркостей контрастность также «скачет». Для ВН этот случай тоже не редок и в специальной литературе, рекомендуя режимы работы для подвижных камер, «схватывающих» блики в период обзора, описывают, как лучше произвести настройку системы автоматического диафрагмирования, чтобы предотвратить мелькания яркости изображения на мониторе. 

Вернёмся к диафрагме. Это механическая заслонка, которая регулирует количество света, попадающее на матрицу (есть еще определение: подвижное кольцо с отверстием переменного диаметра которое может открываться и закрываться как зрачок глаза). В ряде недорогих цифровых камер используется цифровой аналог диафрагмы – система, изменяющая время считывания информации с матрицы; при этом площадь отверстия остаётся постоянной; управляется системой экспозамера. Экспозамер – система замера световых показателей объекта съёмки; необходим для точного определения экспозиции сюжета. Бывает средневзвешенный, точечный, многоточеный и матричный. Точечный позволяет проводить замер экспозиции по одной точке сюжета. 

 

Фирмой Sony разработана функция CCD IRIS (диафрагма в ПЗС - верхняя часть рисунка), позволяющая осуществлять электронное автоматическое управление световым потоком путём выбора оптимальной скорости затвора. А функция Smart Control (интеллектуальное управление – нижняя часть рисунка) автоматической компенсации фоновой засветки обеспечивает интеллектуальное управление диафрагмой, усилением и балансом белого с помощью гибкой логики.

При изменении значения диафрагмы меняется глубина резкости - расстояние между резким передним планом и резким задним. Когда вы фокусируетесь на объекте съёмки, то есть, наводите аппарат на резкость, отдельные фоновые детали сюжета также будут в фокусе. В основе этого явления тот факт, что при нерезкой фокусировке каждая точка объекта съёмки отображается на светопринимающей матрице в виде кружка. Если диаметр этого кружка не более 0,25% от высоты кадра, наш глаз не ощутит потерю четкости. Для ведения воздушного боя между оснащенными видеокамерами авиамоделями глубина резкости имеет большое значение как средство, позволяющее видеть одновременно и земную поверхность, и объекты на ней, и цель.

 

Для наглядности - пример: объектив «Индустар 50-2» от фотоаппарата «Зенит-Е». Согласно паспортным данным, этот объектив имеет фокусное расстояние 50 мм, относительное отверстие 1:3,5, шкалу диафрагм – от 3,5 до 16. На объектив нанесена шкала глубины резкости – на рисунке она самая нижняя. Шкала представляет собой симметрично расположенные по обе стороны от цифры «3,5» деления, соответствующие значениям диафрагмы, установленным вручную фотографом на основании показаний экспонометра. После фокусировки аппарата, по цифрам на шкале дистанций (она рядом со шкалой глубины резкости), установившимся напротив равнозначных делений шкалы глубины резкости по обеим сторонам от центральной цифры «3,5», можно определить границы глубины резкости для выбранной диафрагмы. На рисунке объектив сфокусирован на расстояние «4 м» при диафрагме «8» – шкала показывает, что изображение будет резким в пределах от 2,5 до 10 м (видно, что цифра «4» установилась прямо над цифрой «3,5»). Шкалы объектива наглядно подтверждают правило: чем больше закрыта диафрагма, тем больше глубина резкости.

Большее закрытие диафрагмы затруднено по механическим причинам, а, кроме того, когда физические размеры диафрагме становятся соизмеримы с длинами световых волн на четкость изображения начинают отрицательно влиять дифракционные явления. Когда световой поток надо ослабить очень сильно и закрытия диафрагмы недостаточно, уменьшают прозрачность оптики объектива установкой спот-фильтра. Это нейтральный фильтр с переменной по диаметру плотностью. У него периферийная часть прозрачна, а ближе к центру светопропускание уменьшается до нуля – что незаметно при открытой диафрагме, но заметно при её закрытии, так что не приходится закрывать её чрезмерно. При этом объектив ослабляет световой поток примерно в 10000 раз.

Есть и другой путь компенсации засветки – интеллектуальное регулирование.

 

Рисунок из каталога систем ВН Sanyo – камера 1/3 дюйма VCC-5972/5974. Сверху вниз (изображение на иллюстрациях может отличаться от реального) 

- компенсация засветки для движущегося объекта (засветка движущегося объекта непрерывно измеряется и плавно регулируется);

- компенсация засветки для объекта находящегося вне центральной зоны кадра (можно задавать зоны фотометрии в любых местах на экране и присваивать конкретным зонам относительные “веса”);

- регулировка резкости контуров изображения

- компенсация засветки с установлением веса для каждой из зон фотометрии (можно изменять размер и положение центральной рамки.

А у камер VCC-9300P/9400P работают три варианта компенсации фоновой засветки:

- многооконная фотометрическая система (64 области);

- установка фотометрических весовых коэффициентов в 5 зонах;

- многооконное маскирование (48 областей).

Что еще о функциях видеокамер? Важную роль играет стабилизация изображения – но о ней подробнее в следующих главах.

 

И немного отвлечемся от науки: а чем вести воздушный бой? На выбор видеокамеры влияет и выбор оружия с точки зрения прицеливания и даже способность авиамодели «пойти на таран». Например, в пародийной комедии «Без вины виноватый» (режиссёр Прэт Проф) актёр Лесли Нильсен атакован радиоуправляемой моделью биплана: как в пародируемом фильме Хичкока, где героя атакует настоящий самолёт. 

На рисунке – детектор активности MultiScope II/AD фирмы Geutebruck GmbH. Система позволяет определять активность на отдельных участках видеоизображения. Каждое изображение покрыто сеткой из 28 х 18 ячеек одинакового размера. Каждая из этих ячеек может быть установлена в режиме обнаружения. Это позволяет учитывать направление движения цели и отсекать ложные срабатывания. То есть, использовать как электронную рамку прицеливания либо сделать с ёе помощью автоматический захват цели, подавая команды через радиоуправление.

 

На форумах авиамоделистах обсуждаются различные способы, вплоть до пушки, которая стреляет на ограниченную дальность, а потом заряд самоуничтожается – в целях безопасности тех, кто внизу. Как направление для конструкторского поиска приведём арбалет фирмы Umarex – данная модель пистолетного типа имеет силу растяжения 9 кг, стальной лук и стрелы с металлическим наконечником (возможность их самоуничтожения, видимо, можно предусмотреть).

Новой технологией для состязаний технических устройств стало даже обслуживание зрителей – то есть, обеспечение массовости. Зрителям уже не надо испытывать дискомфорт – всё увидеть в реальном времени позволяет видеопроекционная техника с большими экранами: трансляция может идти прямо с борта авиаробота. На III Международных состязаниях роботов, о которых рассказывал «РЛ» именно видеопроекторы обеспечивали бурную реакцию зрителей, так как лего-модели были маленькие и видеотехника давала необходимое увеличение. Как показывает опыт катастроф с многочисленными жертвами на воздушных праздниках, лучше всего наблюдать из укрытия посредством видеопроектора – это относится и к авиамоделям, которые будут стрелять и падать. А. Барсуков, журнал "Радиолюбитель" № 4 за 2005 год; эта статья легла в основу раздела "Чем обусловлен выбор видеокамеры?" 1-го выпуска справочника "Компоненты и решения для создания роботов и робототехнических систем" 

 

 

 

В дополнение к теме

 

15.08.2001. В Германии совершил полет пассажирский дирижабль. 12 человек, каждый из которых заплатил за билет 270 долларов, в течение часа летали на его борту над Боденским озером близ города Фридрихсхафен. 101 год назад над этим озером был запущен первый воздухоплавательный аппарат, построенный графом Фердинандом фон Цеппелином. По материалу радио "Свобода"

20.11.2004. Второй раз в этом году созданный американским космическим ведомством НАСА самолет побил мировой рекорд скорости, в десять раз превысив скорость звука во время испытательного полета над Тихим океаном. Спустя 57 лет после того, как американский летчик Чак Йегер впервые преодолел звуковой барьер, беспилотный самолет X-43A развил рекордную скорость 12 тысяч километров в час.

Летательный аппарат, длина которого чуть более трех с половиной метров, был запущен с помощью небольшой ракеты, закрепленной на крыле бомбардировщика B-52, которая вывела его в более высокие слои атмосферы и разогнала до гиперзвуковой скорости, необходимой для запуска двигателя. В течение десяти секунд беспилотный самолет, находясь на высоте 33 километра, летел на скорости, в десять раз превышающей скорость звука, установив тем самым новой мировой рекорд.

В отличие от существующих летательных аппаратов, которые несут с собой запас кислорода для работы двигателя, самолет X-43A использует кислород из атмосферы, что позволяет значительно снизить вес аппарата. Поэтому в перспективе такой самолет можно рассматривать как предшественника более скоростных военных самолетов, или же легких космических аппаратов, способных вместо большого запаса топлива нести на борту более тяжелый груз.

«Министерство обороны хочет создать ракеты и самолеты дальнего радиуса действия. НАСА много добилось в этом направлении, - говорит Винс Рауш. - Разработки двигателя, работающего на атмосферном воздухе, для первой ступени двухступенчатой системы в итоге позволит нам создать более гибкую, надежную. безопасную и дешевую пусковую систему».

В ходе подготовки полета инженеры нанесли на носовую часть самолета X-43A и переднюю кромку крыла особый углеродный термостойкий состав, похожий на тот, которыми покрывается наружная поверхность космических шаттлов. Это необходимо для защиты от высоких температур, достигающих в этих точках 2000 градусов по Цельсию - на 600 градусов выше, чем во время мартовских испытаний.

Целью запусков самолета X-43A являются испытания новой технологии, представляющей собой гиперзвуковую альтернативу турбореактивным двигателям. По мнению ученых, в перспективе гиперзвуковые самолеты смогут достигать любой точки земного шара за три-четыре часа. По материалу радиостанции "Голос Америки"

 

Беспилотный мини-«Боинг»

03.08.2007. В прошлом месяце совершил первый полет экспериментальный беспилотный минисамолет Х-48B, разработанный авиакосмической корпорацией «Боинг».

Новая машина весит 225 кг и управляется радиокомандами с земли. Главная особенность ее конструкции – особая геометрия крыла, которое плавно переходит в фюзеляж. Х-48B внешне похож на самолеты типа «летающее крыло», однако его фюзеляж сильно уплощен и не имеет хвостового оперения. Благодаря такой форме машина в полете испытывает меньшее сопротивление воздуха и потому экономит горючее. Она оснащена тремя турбореактивными двигателями, расположенными в хвостовой части.

Летные возможности самолета проверяются в Испытательном центре им. Драйдена, расположенном в калифорнийской пустыне Мохаве. Двадцатого июля он поднялся на 2250 м и провел в воздухе 31 минуту. Он должен совершить еще более двадцати полетов на высотах до трех километров, разгоняясь до 220 км/час. Если эта фаза летных испытаний пройдет нормально, самолет будут проверять на более высоких скоростях.

Х-48B представляет из себя двенадцатикратно уменьшенную модель будущего межконтинентального авиалайнера такой же формы с размахом крыла в 75 метров, рассчитанного на 450 пассажиров. Расчеты показывают, что такие машины смогут совершать беспосадочные околозвуковые полеты на расстояния свыше 10 тыс. км, потребляя на 20% меньше горючего по сравнению с сегодняшними авиалайнерами того же класса. Начавшиеся в пустыне Мохаве испытания позволят проверить летные возможности проектируемой машины, в особенности ее устойчивость при взлете и посадке. По материалу радиостанции "Голос Америки"

 

13 октября 2008 г. В США разрабатывают гибрид самолета и дирижабля. Шинная компания Goodyear до сих пор владеет старыми дирижаблями, которые отреставрированы и иногда даже летают. Гелий обеспечивает только половину подъемной силы, самолет взлетает и садится за счет аэродинамической тяги. Брайан Мартин и Роберт Рист создали компанию Ohio Airships с целью наладить производство и продажу необычных летательных аппаратов - они называют их Dynalifter. Это сочетание двух концепций: внешне этот аппарат напоминает гигантский грузовой самолет, с крыльями и подвешенными к ним двигателями. Но его обводы, похожие по форме на акулу или даже кита, заставляют вспомнить об аппаратах легче воздуха, то есть дирижаблях. Пока что изготовлен только прототип такого гибридного полусамолета-полудирижабля. Он успешно прошел испытания, и теперь авторы идеи и держатели патента собирают деньги на строительство целой серии "Дайналифтеров". Крупнейший из них будет стоить около 120 миллионов долларов и сможет поднимать и перевозить многотонный груз в контейнерах на расстояние до 9 тысяч километров. По материалу BBC

 

17 марта 2009 г. Министерство обороны Великобритании представило новейшие самолеты-беспилотники, которые будут стоять на вооружении армии будущего. Произошло это в рамках Недели науки и технологий - ежегодно проводимого мероприятия, в ходе которого производители могут похвастаться своими последними разработками.

МИНИ-БЕСПИЛОТНИК T-HAWK

На вооружении американской армии стоят 90 аппаратов T-Hawk

Модель, разработанная компанией Honeywell, весит всего 8 кг и обладает способностью неподвижно зависать в воздухе, неся на себе камеру наблюдения и прибор ночного видения. Таким образом, войска получают дополнительную точку для ведения наблюдения за противником.

Такие аппараты по цене 250 тыс. долларов каждый уже стоят на вооружении американских и британских войск и сейчас проходят апробацию в Ираке.

WATCHKEEPER

Самолеты Watchkeeper UAV уже опробованы в Ираке и Афганистане

Беспилотники производства компании Thales несут службу в Ираке и Афганистане. Этими разведсамолетами не нужно управлять с земли. Устройство полностью автоматизировано и может самостоятельно выбирать кратчайший маршрут до предварительно заданной цели.

По словам британского сержанта Дэвида Александра, который служит в 32 артиллерийском полку, Watchkeeper уже спас не одну жизнь.

"Им легко управлять. На самом деле легко. У нас в каждой команде по два человека, один из которых задает координаты цели, а второй анализирует информацию, поступающую от расположенных на беспилотнике наблюдательных устройств", - рассказывает он.

"В основном его используют для обнаружения самодельных взрывных устройств - он может зафиксировать подозрительно взрыхленную землю, поставленную растяжку или самих боевиков. Работа действительно приносит удовлетворение, когда ты понимаешь, что спасаешь жизни других людей", - говорит сержант.

MQ-9 REAPER

Беспилотник MQ-9 Reaper стоит на вооружении британской армии

Беспилотник Reaper, преемник широко известного Predator UAV, - это более крупный и быстрый аппарат, который способен нести груз весом в 1,3 тонн.

Reaper предназначен для ведения наблюдения с большой высоты, а также обстрела противника.

Predator может подниматься на высоту в 7,6 км и развивать скорость в 193 км/ч; Reaper может летать на скорости 400 км/ч и набирать высоту в 15 км.

Reaper уже стоит на вооружении ВВС США и Британии; инженеры работают над созданием новых модификаций.

DESERT HAWK III

Разведчик Desert Hawk III можно запустить с рук

Беспилотник Desert Hawk III значительно меньше Reaper. Он запускается с рук и помещается в солдатский рюкзак.

Эта модель создана компанией Lockheed Martin; радиус действия Desert Hawk III - 15 км.

В воздухе Desert Hawk III может находиться до полутора часов; управляется с помощью лэптопа и передатчика.

CASPER 250

Британская полиция использует Casper 250 в поисковых операциях

Британские фирмы также разрабатывают небольшие беспилотники, которые можно носить в рюкзаке.

Фирма Sonic Communications из Бирмингема создала модель Casper 250, который можно запустить через 20 минут после распаковки.

По словам инженеров фирмы, аппарат становится "бесшумным и невидимым", когда поднимается на высоту 100 метров. Он может оставаться в воздухе более 90 минут.

TARANIS и MANTIS

Компания BAE Systems работает над двумя моделями беспилотников.

Mantis - большой аппарат с размахом крыльев в 22 метра. Он может держаться в воздухе более суток и подниматься на высоту более 12 км.

По словам представителя BAE Адама Моррисона, Mantis способен действовать в автономном режиме - достаточно задать ему точку взлета и посадки.

Беспилотник-"невидимка" Taranis предназначен для нанесения ударов в глубоком тылу противника. Его первый полет запланирован на 2010 год. По материалу BBC

17 июля 2010 г., Аппарат на солнечных батареях летает 7 дней без посадки

Построенный в Великобритании летательный аппарат Zephyr на солнечных батареях далеко превысил существующий рекорд длительности полета, проведя в воздухе без посадки уже неделю.

Беспилотный аппарат поднялся в воздух с испытательного полигона американской армии в Юме (штат Аризона) в 13:40 по Гринвичу в прошлую пятницу. Прошла неделя, а он все еще летает.

Полет проходит без посадок и днем и ночью. По длительности он уже в пять раз превзошел рекорд для беспилотников по версии мировой федерации авиаспорта.

Аппарат создала британская оборонная и исследовательская компания Qinetiq.

Менеджер проекта Zephyr Джон Солтмарш говорит, что беспилотник продолжит летать еще неделю, а затем приземлится.

"Zephyr – это по сути первый "вечный" летательный аппарат", - говорит Солтмарш в интервью Би-би-си.

Днем пропеллеры аппарата питаются от солнечных панелей. В темное время суток пропеллеры работают от аккумуляторов, которые подзаряжаются опять-таки солнечной энергией днем.

Qinetiq разрабатывала Zephyr в течение нескольких лет. Как ожидается, в будущем высотные беспилотные летательные аппараты большой длительности полета будут применяться во многих областях.

Военным такие аппараты нужны для связи и разведки. Также они могут использоваться для наблюдения за поверхностью земли, для научных и иных гражданских целей.

Главное преимущество солнечных аппаратов – их способность надолго зависать над одним и тем же участком местности. Спутники на низкой орбите лишь пролетают мимо. А даже крупные беспилотные летательные аппараты, используемые военными, должны регулярно возвращаться на базу для дозаправки.

Zephyr доказывает, что он может висеть в небе неопределенно долгое время. В него встроен автопилот, позволяющий ему кружить над одной и той же точкой.

С размахом крыльев в 22,5 метра, Zephyr на 50% больше предыдущих моделей солнечных аппаратов. В нем усовершенствована конструкция хвоста и крыльев, что существенно улучшает аэродинамику.

Создатели аппарата также обновили бортовую электронику и системы управления электропитанием и увеличили объем фюзеляжа, что позволяет разместить больше оборудования.

"Запуск был прекрасен, он так гладко прошел, - говорит Солтмарш. – Пять человек подняли его над головой, запустили, и он полетел".

Официально признанный рекорд длительности полета беспилотного аппарата – 30 часов 24 минуты, его установил американский робот Global Hawk. Zephyr ранее провел в воздухе 83 часа, но при этом не присутствовали представители Международной федерации аэронавтики (FAI).

В этот раз они в Юму приехали и, если сочтут, что правила FAI соблюдены, то зафиксируют новый рекорд.

Полет Zephyr – это уже второе заметное событие в мире солнечной авиации с начала нынешнего года. Ранее летчик Андре Боршберг успешно провел первый пилотируемый полет на солнечном самолете ночью. По материалу BBC

 

 

 

Возможная причина, почему на Западе разрабатывают беспилотные пассажирские самолёты