От квадрокоптера Ботезата до дронов DJI

История и хронология съемочных дронов. От квадрокоптера Георгия Ботезата до мультироторов DJI, FreeFly и 3D Robotics

Дроны, квадрокоптеры, мультироторы. Немного терминологии

Когда в нашу школу пилотов операторов дронов приходят новые учащиеся, мы уделяем немного времени истории воздушной съемки. Статью о появлении и развитии дронов предназначенных для аэросъемки я хочу начать с определения того, что же собственно мы будем изучать? Свое происхождение слово «дрон» берет от английского слова «Drone», что переводится как насекомое, самец пчелы — трутень.

В широком смысле, это некий механизм жужжащий как жук. Слово «дрон» впервые было употреблено для описания летательного аппарата без человека на борту, в середине тридцатых годов Используемые в качестве мишеней для летчиков самолеты-бипланы в полете звучали, будто рой пчёл. Это происходило из за того, что проволочные расчалки которые скрепляли крылья бипланов, гудели на ветру как струны, напоминая звук роя пчел. До недавнего времени слово «дрон» употреблялось только для обозначения беспилотных самолётов — мишеней. В современном Мире понятие «дрон» очень размыто. В различном контексте дроном могут называть помимо автономного летательного аппарата и лодку, и автомобиль движущийся без непосредственного управления человеком. Компания Boston Dinamix разрабатывает вполне антропоморфных и зооморфных роботов-дронов.

Таким образом, можно сказать, что сегодня, «дрон» — это любой автономный самоуправляемый механизм. Исходя из этого, управляемые по радио самолеты и вертолеты назвать дронами в полном смысле нельзя. Это дистанционно пилотируемые летательные аппараты (ДПЛА). Отличительная особенность дрона в современном смысле — его самоуправляемость, то есть возможность выполнять задачу на автопилоте, без непосредственного участия человека. В этом смысле, современные квадрокоптеры применяемые для воздушной съемки, все же являются дронами, хотя и отчасти. Во всяком случае это справедливо тогда, когда они выполняют полет в автоматическом режиме — например, возврат к месту старта при обрыве связи с пультом управления или полет вокруг точки интереса. В остальное время, когда ими дистанционно управляет человек оператор — это ДПЛА.

Сегодня, дронами в обиходе в основном называют мультироторные летательные аппараты — квадрокоптеры. В нашей школе пилотов операторов дронов мы обучаем работе именно на них. По этой причине, дальнейший рассказ об истории съемочных дронов мы поведем о мультироторных системах, в частности о квадрокоптерах.

Виды современных дронов
Виды современных дронов

Следующее, с чем нам нужно определиться, что такое «мультиротор», «мультикоптер» или «квадрокоптер». Мультиротором называют летательный аппарат вертолетного типа с несколькими (2, 4, 6, 8 или больше) несущими винтами. 2-х винтовой вертолет называется бикоптер, 4-х винтовой — квадрокоптер, 6-ти винтовой — гексакоптер, и 8-ми винтовой — октокоптер. Таким образом, для обозначения летательных аппаратов подобного типа вполне правильно употребять названия «вертолет», «мультиротор», «мультикоптер». Если мы хоти обозначить количество несущих винтов-пропеллеров, можно говорить «квадрокоптер», «гексакоптер» и т.д.

Первый квадрокоптер

Впервые, вертолет с четырьмя несущими винтами (квадрокоптер) был разработан, построен и испытан еще в 1922 году Георгием Ботезатом. Георгий Александрович Ботезат был американцем украинского происхождения, изобретателем, профессором Петроградского технологического института. Также он окончил два института, в Харькове и Бельже (Бельгия), был инженером-электриком. Его квадрокоптер был снабжен всего одним двигателем передававшим вращение четырем пропеллерам. Идея была очень прогрессивной — построить аэродинамически симметричный, а значит способный одинаково хорошо двигаться любой стороной вперед, летательный аппарат. Мало того, еще и с вертикальным взлетом и посадкой. К сожалению, технологии начала ХХ века не позволили построить конкурентоспособную машину такого типа. Из за неустойчивости в воздухе, малой скорости и сложности в управлении, мультироторы были вытеснены более простыми и быстрыми самолетами с несущим крылом. После проекта Ботезата, идея квадрокоптера была надолго забыта.

Испытательные полеты квадрокоптера Георгия Ботазата 1922 год

Беспилотная аэросъемка. Первые успехи

Новое развитие мультироторы получили уже совсем недавно, и сразу появились в качестве дронов. К началу 2000-х, почти одновременно стали коммерчески доступны асинхронные бесколлекторные электродвигатели, микропроцессоры,  микроэлектромеханические (МЭМС) гироскопы  и акселерометры, и наконец, литий-полимерные батареи. Все вместе, эти технологии сделали возможным появление малогабаритного, относительно недорогого мультироторного вертолета. Появление мультироторов стало прорывом в области беспилотной аэросъемки. До этого момента, основным средством для получения фото и видео с высоты, помимо большой авиации, были воздушные змеи, а так же авиамодели самолетного и классического вертолетного типа. Модели для воздушной съемки строили в основном технически продвинутые энтузиасты — любители. Самолеты были довольно просты, но не позволяли точно выстроить кадр, так как не могли зависать  воздухе. Вертолеты, хоть и могли зависать, были очень ненадежны, опасны, сильно вибрировали и требовали от дистанционного оператора серьезных навыков пилотирования. Фактически этими летающими моделями приемлимо можно было снять только фото. Камера либо жестко крепилась на самолет, либо устанавливалась на плохо работающий стабилизирующий подвес модели вертолета. Надежного стабилизированного подвеса для видеокамер не было. После съемки видео требовало больших усилий по стабилизации на компьютере.

Аэросъемка с воздушного змея (KAP - Kite Aerial Photography)
Аэросъемка с воздушного змея (KAP — Kite Aerial Photography)
Модель самолета для воздушной съемки
Модель самолета для воздушной съемки
Модель вертолета Predator Gasser переделанная для воздушной съемки
Модель вертолета Predator Gasser для аэро съемки

Возрождение мультироторов. Дроны для аэросъемки

Одной из первых компаний начавших развивать рынок квадрокоптеров была немецкая компания Mikrokopter. Компания была основана в 2006 году. Она производила наборы печатных плат и основных компонентов для самостоятельной сборки мультироторных вертолетов. Теперь, продвинутый энтузиаст — авиамоделист мог из этих узлов хоть и не без труда, собрать, спаять и настроить летающий мультироторный аппарат. Автопилот состаял из трех отдельных плат собирающихся на стойке в виде этажерки одна над другой. Пайка требовала недюжинных навыков радиомонтажника. Настройка автопилота была сложна и плохо документирована. Известное выражение про «танцы с бубном» очень хорошо подходило для описания процесса. Надо сказать, что в то время наиболее популярными были не квадрокоптеры а гексакоптеры. Причина в том, первые мультироторы были не слишком надежными, частенько случались отказаы контроллеров двигателей. В среднем, наработка на отказ составляла всего несколько часов. Считалось, что гексакоптеры более надежны. В случае отказа одного из 6-ти двигателей, оставался шанс посадить аппарат на 5-ти оставшихся. Квадрокоптер в такой ситуации неминуемо разбивался. Не редко в качестве корпуса закрывавшего электронные компоненты дронов на базе Mikrokopter применяли пластиковую посуду и другие подручные средства.

Полетный контроллер фирмы Mikrokopter. Разработка 2006 года
Полетный контроллер фирмы Mikrokopter. Разработка 2006 года
Гексакоптер на контроллере Mikrokopter
Гексакоптер на контроллере Mikrokopter с корпусом из пластиковой посуды

В 2011 году американская компания Freefly Systems выпустила свой первый полностью готовый октокоптер. Продукт получил название CineStar 8 MultiRotor и предназначался для профессиональной киносъемки на малых высотах. Параллельно с разработкой собственной летающей платформы, Freefly Systems разрабатывала подвес для стабилизации легкого профессионального кино оборудования. Подвес — стабилизатор вышел на рынок в 2013 году под названием MōVI® M10. Этот подвес мог стабилизировать камеры типа RED Dragon.

Октокоптер Cinestar компании Freefly Systems
Октокоптер Cinestar компании Freefly Systems
Стабилизированный подвес MŎVI M10 от компании Freefly Systems
Стабилизированный подвес MŎVI M10 от компании Freefly Systems

Начало массового производства дронов DJI

Настоящий коммерческий бум мультироторных дронов предназначенных для аэросъемки начался благодаря китайской компании DJI (Dajiang Innovation Technology Co). Сперва, компания выпустила на рынок полностью готовый к установке автопилот с навигационным блоком на базе GPS, для классического вертолета. До этого, подобную продукцию для гражданского рынка делала только британская фирма Carvec. Система от DJI получила название XP3.1 WayPoint, и цену около 10000 долларов США.

Автопилот для вертолета от DJI. XP3.1 WayPoint
Автопилот для вертолета от DJI. XP3.1 WayPoint

Следующей разработкой компании DJI стал автопилот уже для мультироторного вертолета, тоже с навигационной системой на базе GPS. Продукт получил название Wookong. Цена автопилота составила 1200 долларов США. Название «Wookong» переводилось как «Король обезьян». Преимущество перед автопилотом от Multikopter было очевидно — отсутствовала необходимость в пайке вообще, все было собрано и предварительно настроено на заводе. Подстройка автопилота под конкретный дрон была не сложнее настройки новенького телефона. Шаги по настройке делались через приложение с интуитивно понятным интерфейсом.

Автопилот Wookong от DJI для мультироторных дронов.
Автопилот Wookong от DJI для мультироторных дронов.

После этого, DJI делает революционный шаг — выпуск на рынок в 2013 году полностью готового к полету прямо «из коробки» квадрокоптера Phantom. Цена в Америке составляла 700$. С этого момента мультироторы перестают быть экзотическим летательным аппаратом для технических гиков. Купить квадрокоптер и начать летать мог любой желающий, без особых технических навыков. Настройка дрона перед полетом была еще проще. Фактически, она сводилась к калибровке компаса. Квадрокоптер «Phantom 1» имел жесткое крепление для камеры GoPro. Стабилизирующего подвеса у камеры не было вообще, по этому для качественных видео съемок «Phantom 1» подходил слабо. Тем не менее, количество людей начавших заниматься воздушной съемкой возросло многократно.

Дрон DJI "Phantom 1"
Дрон DJI «Phantom 1»

После выпуска в 2013 году квадрокоптера «Phantom 1», компания DJI в том же году выпустила более совершенную версию дрона — «Phantom 2».

В 2014 дроны «Phantom 2» начали оснащать 3-х осевым подвесами «Zenmuse H3-3D» для камеры GoPro. Качество электро-механической стабилизации было такое, что полученное с квадрокоптера «Phantom 2» видео вообще не нуждалось в дополнительной стабилизации на компьютере. Это был настоящий технологический прорыв! С этих пор, воздушная съемка прочно соединилась в сознании людей с техническими достижениями компанией DJI.

Сейчас квадрокоптер «Phantom 2» с подвесом «Zenmuse H3-3D» уже является коллекционным объектом, и служит почетным экспонатом в техническом музее нашей школы пилотов операторов дронов.

DJI Phantom с камерой GoPro и подвесом H3-3D
DJI Phantom с камерой GoPro и подвесом H3-3D

Революционный дрон DJI «Inspire 1»

Все в том же 2014 году, DJI снова выпустила по истине революционный продукт. Это был квадрокоптер «Inspire 1» — дрон, необычной конструкции — первый серийный мультироторный вертолет с изменяемой геометрией, и сменными камерами. «Inspire1» так же был первым серийным мультиротором, который комплектовался двумя пультами управления. Один пульт для пилота, другой — для оператора камеры. И снова впервые, DJI оснастила этот дрон сменными камерами собственного производства.

До этого времени, доминирующей тенденцией в конструировании съемочных дронов была идея построения подвеса и дрона вокруг традиционных камер для наземной съемки. Приходилось возить по небу ненужные в полете детали съемочного оборудования. Все эти рукоятки, кнопки, экраны и прочие элементы для взаимодействия камеры и наземного оператора. Недостатки были очевидны — тяжелая громоздкая и дорогая конструкция, сложная в настройке и обслуживании. Летные качества всей системы в связи с этим тоже оставляли желать лучшего.

По моему мнению, гениальность инженеров DJI проявилась в том, что они интегрировали съемочную часть камеры в одну конструкцию с подвесом. В результате получилось легкое устройство с отличной стабилизацией и съемочными характеристиками. Даже сегодня, «Inspire 1» является рекордсменом по разнообразию камер, которые на него можно установить.

Дрон DJI Inspire 1
Дрон DJI Inspire 1

По-истине, 2014 год стал для компании DJI самым урожайным по разнообразию выпущенных моделей дронов. В этом году, компания DJI добавила в свою линейку семейство «Spreading Wings» — гексакоптер «S900» и октакоптер «S1000». К ним были выпущены подвесы «Zenmuse» для камер «Sony NEX7», «Sony A7», «Panasonic GH4» и «Black Magic».

Октакоптер DJI "Spreading Wings" S900 с подвесом "Zenmuse" для камеры "Panasonic GH4"
Октакоптер DJI «Spreading Wings» S900 с подвесом «Zenmuse» для камеры «Panasonic GH4»

2015 — DJI выпустила третье поколения «Фантомов»

В 2016 году DJI выпускает «Inspire 2», который с подвесом «Zenmuse X7s» (2017 год) стал лучшим дроном для киносъемки за всю историю компании.

DJI "Inspire 2" с камерой "Zenmuse X5S"
DJI «Inspire 2» с камерой «Zenmuse X5S»

Развитие линейки DJI Phantom

Сегодня последним поколением «Фантомов» является 4 версия, появившаяся в 2016 году. На её базе было выпущено несколько модификаций:

  • В 2016 году — «Phantom 4 PRO»
  • В 2017 году — «Phantom 4 Advanced»
  • В 2017 году — «Phantom 4 Absidian»
  • В 2017 году дрон для аэрогеодезии — «Phantom 4 RTK»
  • В 2019 году — «Phantom 4 Multispectral» для сельского хозяйства.
Представители семейства DJI Phantom. "Phantom 4 PRO", "Phantom 4 RTK", "Phantom 4 Multispectral"
Представители семейства DJI Phantom. «Phantom 4 PRO», «Phantom 4 RTK», «Phantom 4 Multispectral»

Развитие линейки DJI Mavic

Хотя компания DJI не любит делиться своими планами, ходят слухи, что линейка «Фантомов» дальше развиваться не будет. Им на смену пришло семейство «Mavic». Первый из этого семейства — «DJI Mavic Pro» появился в продаже в 2016 году. Мавики вобрали в себя лучшие качества техники DJI — компактные, складные дроны, с еще более впечатляющими летными и съемочными характеристиками и дальностью полета. Сегодня семейство «Mavic» состоит из нескольких похожих внешне, но имеющих разный размер дронов.

  • 2017 год — DJI «Mavic Pro Platinum»
  • 2018 год — DJI «Mavic Air»
  • 2018 год — DJI «Mavic 2 Pro»
  • 2018 год — DJI «Mavic 2 Zoom»
  • 2018 год — DJI «Mavic 2 Enterprise» с обычной и тепловизионной камерой
  • 2019 год — DJI «Mavic Mini»
  • 2019 год — DJI «Mavic 2 Enterprise Advanced» так же с обычной и тепловизионной камерой
DJI "Mavic 2 ZOOM" и DJI "Mavic 2 PRO"
DJI «Mavic 2 ZOOM» и DJI «Mavic 2 PRO»
DJI "Mavic MINI" и DJI "Mavic MINI 2"
DJI «Mavic MINI» и DJI «Mavic MINI 2»
DJI "Mavic AIR" и DJI "Mavic AIR 2"
DJI «Mavic AIR» и DJI «Mavic AIR 2»
DJI "Mavic 2 ENTERPRISEADVANCED"
DJI «Mavic 2 ENTERPRISEADVANCED»

В 2017 году был выпущен DJI «Spark». Из-за простоты, буквально карманного размера, невысокой цены и функции управления жестами, «Spark» получил название «Селфи-дрон».

В 2018 году совместно с компаниями Ryze и Intel, DJI выпускает маленький и самый недорогой дрон начального уровня — «Ryze Tello»

Селфи-дрон DJI "Spark"
Селфи-дрон DJI «Spark»

Войны дронов

У читателей этой статьи может сложиться впечатление, что кроме DJI сегодня никто вообще в Мире не занимается выпуском дронов. А что же другие производители? Конкуренты у DJI все же есть. Хотя, надо сказать, что их отставание по всем параметрам очень велико. Никто из конкурентов DJI не может похвастаться таким разнообразием моделей дронов и скоростью обновления их парка. Ни у кого из них нет развитой сервисной сети по всему миру как у DJI. Компания DJI единственная, для дронов которой пишется так много сервисных программ сторонними разработчиками.

Вдохновленная коммерческими успехами дронов DJI, всемирно известная компания GoPro решила выпустить на рынок собственный квадрокоптер «Karma». У GoPro получилась весьма необычная конструкция. По сути, дрон был построен вокруг ручного стабилизатора для камер GoPro. С точки зрения летных качеств, конструкция была мягко говоря не идеальная. В результате коммерческого провала этого проекта, GoPro отчиталась об огромных убытках, ее акции упали в цене. Сама компания оказалась на грани закрытия.

Квадракоптер "Karma" от компании GoPro
Квадракоптер «Karma» от компании GoPro

Не намного лучше обстоят дела и у других конкурентов. Не смотря на то, что многие известные китайские бренды пытаются наладить выпуск собственной продукции, их доля на рынке гражданских дронов не велика, и особым коммерческим успехом их техника не пользуется. К сожалению для потребителей, полноценной конкуренции на рынки гражданских дронов сегодня нет.

Квадрокоптер от компании Xiaomi
Квадрокоптер от компании Xiaomi

Среди относительно успешных конкурентов нужно отметить американскую компанию 3D Robotics.

В 2015 году они выпустили квадрокоптер “Solo” собственной разработки.
В 2019 — В партнерстве «3D Robotics» с «Yuneec» вышел квадрокоптер «3DR H520-G»

Квадрокоптер "Solo" и гексакоптер "3DR H520-G"
Квадрокоптер «Solo» и гексакоптер «3DR H520-G»

Новая FPV техника для видеопроизводства

Параллельной ветвью в производстве съемочных дронов по-прежнему остается американская компания «FreeFly Systems» выпускающая очень качественную и дорогую летающую платформу «Alta», и стабилизаторы камер для кино индустрии семейства MŎVI.

2015 FreeFly дрон «ALTA 6» с возможностью верхнего и нижнего крепления камеры.
2019 — FreeFly Systems выпускает «ALTA Pro» — дрон на полетном контроллере PX4

Октакоптер "Alta 8" компании FreeFly Systems с верхним креплением съемочной камеры
Октакоптер «Alta 8» компании FreeFly Systems с верхним креплением съемочной камеры

Не обошлось и без судебных разбирательств, в 2014 году DJI подала в суд на компанию «Yuneec», обвинив ее в нарушение двух патентов. Согласно материалам новостных лент, это событие ознаменовало начало новой эпохи — «войн среди дронов».

Немалую роль для роста популярности продукции компании сыграли несколько курьёзных происшествий с дронами DJI.

В январе 2015 года DJI Phantom улетел от своего нерадивого хозяина (нетрезвого сотрудника американской разведки) и разбился на лужайке у Белого дома, что вызвало широкое освещение этого случая в прессе по всему миру.

Еще более опасный случай произошёл в апреле 2015 года, когда дрон со знаком радиации (и с грузом радиоактивной земли с места аварии на АЭС «Фукусима-1») приземлился на крышу резиденции премьер-министра Японии Синдзо Абэ.

«Не думаю, что стоит придавать этим историям значение. Они даже помогают нам», — говорит об этом владелец компании DJI, Ван Тао.
После этих случаев программное обеспечение коптеров DJI было модифицировано так, что дроны не могут летать в специальных «Зонах запрещенных для полетов» возле аэродромов, правительственных учреждений (не во всех странах, Украину это пока немкоснулось) и некоторых стадионов.

Инциндент 215 года, посадка DJI "Phantom" на лужайку Белого Дома
Октакоптер «Alta 8» компании FreeFly Systems с верхним креплением съемочной камеры

Немного особняком развивается направление съемочных квадрокоптеров управляемых по картинке с камеры от первого лица FPV (First Person View). Эти квадрокоптеры стали развитием линии спортивных гоночных мультироторов. Называть их «дронами» не совсем правильно, так как в своем большинстве они не оснащены средствами навигации и автономного полета. В основном это скорее спортивные радиоуправляемые авиамодели с закрепленными на них без стабилизирующих подвесов камерами. Такие квадрокоптеры находят все больше поклонников в среде пилотов—экстремалов, так как могут развивать скорость более 200 км/час. Сегодня гоночные FPV-квадракоптеры начали использовать и в киносъемках для необычных ракурсов и в качестве «краш-камер» в опасный экшен сценах. Недавно, мы разработали новый курс в школе пилотов операторов дронов, направленный на безопасное и безаварийное обучение пилотов FPV-дронов для кино.