Радиоуправление (часто сокращенно RC ) — это использование сигналов управления, передаваемых по радио , для дистанционного управления устройством. Примерами простых систем радиоуправления являются устройства открывания гаражных ворот и системы доступа без ключа для транспортных средств, в которых небольшой портативный радиопередатчик отпирает или открывает двери. Радиоуправление также используется для управления моделями транспортных средств с помощью ручного радиопередатчика . Промышленные , военные и научно-исследовательские организации также используют радиоуправляемые транспортные средства. Быстро растущим применением является управление беспилотными летательными аппаратами (БПЛА или дронами) как для гражданского, так и для военного использования, хотя они имеют более сложные системы управления, чем традиционные приложения.
Идея управления беспилотными аппаратами (по большей части в попытке повысить точность торпед военного назначения) возникла еще до изобретения радио. Во второй половине 1800-х годов было разработано множество таких устройств, подключаемых к оператору по проводам, включая первое практическое применение, изобретенное немецким инженером Вернером фон Сименсом в 1870 году . [1]
Избавление от проводов с помощью новой беспроводной технологии — радио — появилось в конце 1890-х годов. В 1897 году британский инженер Эрнест Уилсон и Си Джей Эванс запатентовали радиоуправляемую торпеду или продемонстрировали радиоуправляемые лодки на Темзе ( сведения о том, что именно они действительно делали, различаются). [2] [3] На выставке 1898 года в Мэдисон-Сквер-Гарден Никола Тесла продемонстрировал небольшую лодку, в которой использовалось радиоуправление на основе когерера . [4] С целью продать идею правительству США в виде торпеды, патент Теслы 1898 года включал в себя часовой преобразователь частоты, чтобы враг не мог взять под контроль устройство. [5]
В 1903 году испанский инженер Леонардо Торрес Кеведо представил в Парижской академии наук радиоуправляемую систему под названием « Телекино » [6] . В том же году он подал заявки на несколько патентов в других странах. [7] Это было задумано как способ испытания дирижабля его собственной конструкции без риска для человеческих жизней. [8] В отличие от предыдущих механизмов, осуществлявших действия типа «включение/выключение», Торрес разработал систему управления любым механическим или электрическим устройством с различными состояниями работы. Для этого метода требовался передатчик, способный отправлять семейство различных кодовых слов посредством двоичного телеграфного сигнала, и приемник, который мог устанавливать различное состояние работы используемого устройства в зависимости от кодового слова. Он мог независимо выбирать разные положения рулевого двигателя и разные скорости маршевого двигателя , а также управлять другими механизмами, такими как свет для его включения или выключения и флажок для его поднятия или опускания одновременно. время, [9] и так до 19 различных действий. [10] В 1904 году Торрес решил провести первое испытание на трехколесном наземном транспортном средстве с дальностью полета от 20 до 30 метров. [11] В 1906 году в присутствии аудитории, среди которой был король Испании, Торрес продемонстрировал изобретение в порту Бильбао , управляя с берега электрическим катером «Вискайя» с людьми на борту, которым управляли на расстоянии более 2 км. [12]
В 1904 году «Бэт» , паровой катер «Уиндермир », управлялся с помощью экспериментального радиоуправления его изобретателем [Джеком Китченом]. В 1909 году французский изобретатель Габе продемонстрировал то, что он назвал своей « Torpille Radio-Automatique », радиоуправляемую торпеду. [13]
В 1917 году Арчибальд Лоу , возглавлявший секретные экспериментальные работы Королевского летного корпуса (RFC) в Фелтеме , был первым человеком, успешно применившим радиоуправление на самолете, «воздушной цели» . Его «пилотировал» с земли будущий рекордсмен мира по скорости в воздухе Генри Сегрейв . [14] Системы Лоу кодировали передаваемые команды в качестве контрмеры по предотвращению вмешательства противника. [15] К 1918 году секретная секция DCB Школы связи Королевского военно-морского флота в Портсмуте под командованием Эрика Робинсона В.К. использовала вариант системы радиоуправления Aerial Target для управления с «материнского» самолета различными типами военно-морских судов, включая подводную лодку. [16]
Во время Первой мировой войны американский изобретатель Джон Хейс Хаммонд-младший разработал множество методов, используемых в последующем радиоуправлении, включая разработку торпед с дистанционным управлением, кораблей, систем защиты от помех и даже системы, позволяющей его кораблю с дистанционным управлением нацеливаться на прожекторы вражеского корабля. [17] В 1922 году он установил аппаратуру радиоуправления на устаревший линкор ВМС США « Айова » , чтобы его можно было использовать в качестве корабля-мишени [18] (затонул во время артиллерийских учений в марте 1923 года).
Советская Красная Армия использовала телетанки с дистанционным управлением в 1930-е годы в Зимней войне против Финляндии и выставила на вооружение как минимум два телетанковых батальона в начале Великой Отечественной войны . Телетанк управляется по радио из танка управления на расстоянии 500–1500 м, оба составляют телемеханическую группу . Были в Красной Армии и телеуправляемые катера, и экспериментальные дистанционно управляемые самолеты.
Разработка в Великобритании в годы Первой мировой войны радиоуправляемой «Воздушной мишени» (AT) 1917 года и «Катера дистанционного управления» (DCB) 1918 года с использованием систем управления Лоу в конечном итоге привела к созданию в 1930-х годах флота «Queen Bee» . Это была дистанционно управляемая беспилотная версия самолета De Havilland « Tiger Moth » для тренировок по артиллерийским стрельбам ВМФ . На смену «Queen Bee» пришел самолет с аналогичным названием Queen Wasp , специально созданный самолет-мишень с более высокими характеристиками.
Радиоуправление получило дальнейшее развитие во время Второй мировой войны, прежде всего немцами , которые использовали его в ряде ракетных проектов. Их основными усилиями была разработка радиоуправляемых ракет и планирующих бомб для использования против кораблей, целей, которые в противном случае было бы трудно и опасно атаковать. Однако к концу войны Люфтваффе столкнулись с аналогичными проблемами при атаке бомбардировщиков союзников и разработали ряд зенитных ракет с радиоуправляемым управлением , ни одна из которых не поступила на вооружение.
Эффективность систем Люфтваффе , в первую очередь состоящих из серии двухосных передатчиков Telefunken Funk-Gerät (или FuG) 203 Kehl с одним джойстиком, установленных на развертывающемся самолете, и приемника-компаньона Telefunken FuG 230 Straßburg , размещенного в боекомплекте. количество управляемых во время развертывания и используемых как безмоторной бронированной противокорабельной бомбы Fritz X , так и управляемой бомбы Henschel Hs 293 с приводом, было значительно сокращено из-за попыток британцев заглушить их радиосигналы, в конечном итоге с американской помощью. После первоначальных успехов британцы предприняли ряд рейдов коммандос для сбора ракетных радиостанций. На британские корабли тогда установили постановщики помех, и вооружение практически «перестало работать». Затем немецкие группы разработчиков обратились к проводному наведению, как только поняли, что происходит, но системы не были готовы к развертыванию до тех пор, пока война уже не перешла во Францию .
Немецкая Кригсмарине с 1944 года использовала FL-Boote ( ferngelenkte Sprengboote ) — радиоуправляемые моторные лодки , начиненные взрывчаткой, для нападения на корабли противника.
И британцы, и США также разработали системы радиоуправления для аналогичных задач, чтобы избежать огромных зенитных батарей, установленных вокруг немецких целей. Однако на практике ни одна система не оказалась пригодной для использования, а крупнейшая операция США, операция «Афродита» , оказалась гораздо более опасной для ее пользователей, чем для цели. Однако американские управляемые боеприпасы свободного падения Azon оказались полезными как на европейском , так и на театре военных действий CBI во время Второй мировой войны.
Системы радиоуправления той эпохи, как правило, были электромеханическими по своей природе, в них использовались небольшие металлические «пальцы» или « трости » с разными резонансными частотами, каждый из которых приводил в действие одно из множества различных реле при приеме определенной частоты. Реле, в свою очередь, затем активируют различные исполнительные механизмы , действующие на поверхности управления ракеты. Радиопередатчик контроллера будет передавать разные частоты в ответ на движения ручки управления; обычно это были сигналы включения/выключения. Однако радиоаппаратура, используемая для управления функцией руля направления управляемого артиллерийского вооружения Azon американской разработки , представляла собой полностью пропорциональное управление, при этом «элероны» находились исключительно под контролем бортового гироскопа и служили лишь для предотвращения попадания снаряда в цель. катание.
Эти системы широко использовались до 1960-х годов, когда растущее использование твердотельных систем значительно упростило радиоуправление. Электромеханические системы, использующие герконовые реле , были заменены аналогичными электронными, а продолжающаяся миниатюризация электроники позволила упаковать больше сигналов, называемых каналами управления , в один и тот же корпус. В то время как ранние системы управления могли иметь два или три канала с использованием амплитудной модуляции , современные системы включают двадцать или более каналов с использованием частотной модуляции .
Первое повсеместное использование систем радиоуправления в моделях началось в начале 1950-х годов с одноканального оборудования собственного изготовления; коммерческое оборудование появилось позже. Появление транзисторов значительно снизило требования к батареям, поскольку требования к току при низком напряжении были значительно снижены, а батареи высокого напряжения были исключены. Как в ламповых, так и в ранних транзисторных комплектах поверхности управления модели обычно приводились в действие электромагнитным « спусковым механизмом», управляющим запасенной энергией в резиновой петле, что позволяло просто включать и выключать руль направления (правый, левый и нейтральный), а иногда и другие функции. например, скорость двигателя. [19]
Супергетеродинные приемники с кварцевым управлением, обладающие лучшей избирательностью и стабильностью, сделали аппаратуру управления более функциональной и менее затратной. Многоканальные разработки были особенно полезны для самолетов, которым действительно требовалось как минимум три управляющих измерения (рыскание, тангаж и скорость двигателя), в отличие от лодок, которым требовалось только два или одно.
С началом революции в электронике проектирование одноканальных схем стало излишним, и вместо этого радиоприемники обеспечивали потоки сигналов с пропорциональным кодированием, которые сервомеханизм мог интерпретировать с использованием широтно-импульсной модуляции (ШИМ).
Совсем недавно на рынке появились высококачественные любительские системы, использующие функции импульсно-кодовой модуляции (PCM), которые передают на приемное устройство компьютеризированный цифровой поток битов вместо более раннего типа кодирования PWM. Однако даже при таком кодировании потеря передачи во время полета стала более распространенной , отчасти из-за все более беспроводного общества . Некоторые более современные приемники FM-сигнала, которые вместо этого до сих пор используют кодировку «ШИМ», могут, благодаря использованию в них более совершенных компьютерных микросхем, фиксироваться и использовать только индивидуальные характеристики сигнала излучений конкретного RC-передатчика ШИМ-типа. , без необходимости передачи специального «кода» вместе с управляющей информацией, как всегда требовалось кодирование PCM.
В начале 21 века радиоуправляемые системы управления с расширенным спектром 2,4 гигагерца стали все чаще использоваться для управления моделями транспортных средств и самолетов. Сейчас эти системы 2,4 ГГц производятся большинством производителей радиоприемников. Цена этих радиосистем варьируется от пары тысяч долларов , а некоторые доходят до менее чем 30 долларов США. Некоторые производители даже предлагают комплекты для переоборудования старых цифровых приемников и радиостанций 72 МГц или 35 МГц. Поскольку появляющееся множество радиоуправляемых систем с расширенным спектром диапазона 2,4 ГГц обычно использует режим работы с «перестройкой частоты» , такой как FHSS , который больше не остается на одной установленной частоте во время использования, старые положения «исключительного использования» при полетах моделей площадки, необходимые для управления частотой систем управления радиоуправлением в диапазоне УКВ, для систем радиоуправления в диапазоне УКВ, которые использовали только одну заданную частоту, если не было обслуживания для ее изменения, не являются такими обязательными, как раньше.
Военные приложения дистанционного управления обычно не представляют собой радиоуправление в прямом смысле этого слова, непосредственно управляющее поверхностями управления полетом и настройками мощности двигательной установки, а вместо этого принимают форму инструкций, отправляемых полностью автономному компьютеризированному автопилоту . Вместо сигнала «поворот налево», который подается до тех пор, пока самолет не полетит в правильном направлении, система отправляет одну команду «лететь в эту точку».
Одними из наиболее выдающихся примеров дистанционного радиоуправления транспортным средством являются марсоходы для исследования Марса , такие как Sojourner .
Сегодня радиоуправление применяется в промышленности для таких устройств, как мостовые краны и локомотивы сортировочных станций . Радиоуправляемые телеоператоры используются для таких целей, как досмотры, а специальные машины — для обезвреживания бомб . Некоторые устройства с дистанционным управлением условно называют роботами , но правильнее отнести их к категории телеоператоров, поскольку они работают не автономно, а только под контролем человека-оператора.
Промышленным радиодистанционным управлением может управлять человек или компьютерная система управления в межмашинном режиме (M2M). Например, автоматизированный склад может использовать радиоуправляемый кран, управляемый компьютером, для извлечения определенного предмета. Во многих юрисдикциях промышленное радиоуправление для некоторых применений, например подъемных механизмов, должно иметь отказоустойчивую конструкцию. [20]
Промышленные пульты дистанционного управления работают иначе, чем большинство потребительских товаров. Когда приемник получает радиосигнал, отправленный передатчиком, он проверяет его на правильную частоту и соответствие всех кодов безопасности. После завершения проверки приемник отправляет команду реле, которое активируется. Реле активирует в приложении функцию, соответствующую кнопке передатчиков. Это может быть включение электродвигателя мостового крана . В приемнике обычно имеется несколько реле, а в таком сложном устройстве, как мостовой кран, для управления всеми направлениями может потребоваться до двенадцати и более реле. В приемнике, открывающем ворота, часто бывает достаточно двух реле. [21]
Промышленные пульты дистанционного управления предъявляют все более высокие требования к безопасности. Например: пульт дистанционного управления не может потерять функциональность безопасности в случае неисправности. [22] Этого можно избежать, используя резервные реле с принудительным контактом.
