Радиоуправление (часто сокращенно RC ) — это использование сигналов управления, передаваемых по радио, для удаленного управления устройством. Примерами простых систем радиоуправления являются открыватели гаражных ворот и системы бесключевого доступа для транспортных средств, в которых небольшой портативный радиопередатчик отпирает или открывает двери. Радиоуправление также используется для управления моделями транспортных средств с портативного радиопередатчика . Промышленные , военные и научно-исследовательские организации также используют радиоуправляемые транспортные средства. Быстро растущим применением является управление беспилотными летательными аппаратами (БПЛА или дроны) как для гражданского, так и для военного использования, хотя они имеют более сложные системы управления, чем традиционные приложения.
Идея управления беспилотными аппаратами (в основном в попытке улучшить точность торпед в военных целях) предшествовала изобретению радио. Во второй половине 1800-х годов было разработано множество таких устройств, соединенных с оператором проводами, включая первое практическое применение, изобретенное немецким инженером Вернером фон Сименсом в 1870 году. [1]
Избавление от проводов с помощью использования новой беспроводной технологии, радио, появилось в конце 1890-х годов. В 1897 году британские инженеры Эрнест Уилсон и К. Дж. Эванс запатентовали радиоуправляемую торпеду или продемонстрировали радиоуправляемые лодки на реке Темзе (отчеты о том, что они сделали, разнятся). [2] [3] На выставке 1898 года в Мэдисон-сквер-гарден Никола Тесла продемонстрировал небольшую лодку, которая использовала радиоуправление на основе когерера . [4] С целью продажи идеи правительству США в качестве торпеды, патент Теслы 1898 года включал в себя часовой преобразователь частоты, чтобы враг не мог взять устройство под контроль. [5]
В 1903 году испанский инженер Леонардо Торрес Кеведо представил радиоуправляемую систему под названием « Телекино » [6] в Парижской академии наук . В том же году он подал заявки на несколько патентов в других странах. [7] [8] Она была задумана как способ испытания дирижабля Астра-Торрес , дирижабля его собственной конструкции, без риска для человеческих жизней. [9] В отличие от предыдущих механизмов, которые выполняли действия типа «вкл/выкл», Торрес создал систему для управления любым механическим или электрическим устройством с различными состояниями работы. Этот метод требовал передатчика, способного отправлять семейство различных кодовых слов с помощью двоичного телеграфного ключевого сигнала, и приемника, который мог устанавливать различные состояния работы в используемом устройстве в зависимости от кодового слова. Он мог выбирать различные положения для рулевого двигателя и различные скорости для тягового двигателя независимо, а также воздействовать на другие механизмы, такие как электрический свет , для его переключения, и флаг , для его поднятия или опускания, в одно и то же время, [10] и так до 19 различных действий. [11] В 1904 году Торрес решил провести первое испытание на трехколесном наземном транспортном средстве с дальностью действия от 20 до 30 метров. [12] В 1906 году в присутствии аудитории, среди которой был король Испании Альфонсо XIII , Торрес продемонстрировал изобретение в порту Бильбао , управляя электрическим катером Vizcaya с берега с людьми на борту, который управлялся на расстоянии более 2 км. [13]
В 1904 году Bat , паровой катер Windermere , управлялся с помощью экспериментального радиоуправления его изобретателем [Джеком Китченом]. В 1909 году французский изобретатель [Габет] продемонстрировал то, что он назвал своей « Torpille Radio-Automatique », радиоуправляемой торпедой. [14]
В 1917 году Арчибальд Лоу , будучи руководителем секретных экспериментальных работ Королевского летного корпуса (RFC) в Фелтеме , был первым человеком, успешно использовавшим радиоуправление на самолете, Aerial Target 1917 года . Его «пилотировал» с земли будущий обладатель мирового рекорда скорости полета Генри Сигрейв . [15] Системы Лоу кодировали передачи команд в качестве контрмеры для предотвращения вмешательства противника. [16] К 1918 году секретный отдел DCB Школы связи Королевского флота в Портсмуте под командованием Эрика Робинсона VC использовал вариант системы радиоуправления Aerial Target для управления с «материнских» самолетов различными типами военных судов, включая подводную лодку. [17]
Во время Первой мировой войны американский изобретатель Джон Хейс Хэммонд-младший разработал множество технологий, использовавшихся в последующем радиоуправлении, включая разработку дистанционно управляемых торпед, кораблей, систем защиты от помех и даже системы, позволяющей его дистанционно управляемому кораблю нацеливаться на прожекторы вражеского корабля. [18] В 1922 году он установил радиоуправляемую аппаратуру на устаревшем линкоре ВМС США USS Iowa, чтобы его можно было использовать в качестве корабля-мишени [19] (затоплен во время артиллерийских учений в марте 1923 года).
Советская Красная Армия использовала дистанционно управляемые телетанки в 1930-х годах в Зимней войне против Финляндии и выставила по крайней мере два батальона телетанков в начале Великой Отечественной войны . Телетанк управляется по радио из танка управления на расстоянии 500–1500 м, и эти два танка составляли телемеханическую группу . В Красной Армии также были дистанционно управляемые катера и экспериментальные дистанционно управляемые самолеты.
Развитие Соединенным Королевством во время Первой мировой войны их радиоуправляемых 'Aerial Target' (AT) 1917 года и 'Distant Control Boat' (DCB) 1918 года с использованием систем управления Лоу в конечном итоге привело к появлению в 1930-х годах флота "Queen Bee" . Это была дистанционно управляемая беспилотная версия самолета de Havilland " Tiger Moth " для учебных стрельб ВМС . "Queen Bee" был заменен на самолет-мишень с похожим названием Airspeed Queen Wasp , специально созданный самолет-мишень с более высокими характеристиками.
Радиоуправление получило дальнейшее развитие во время Второй мировой войны, в первую очередь немцами, которые использовали его в ряде ракетных проектов. Их основные усилия были направлены на разработку радиоуправляемых ракет и планирующих бомб для использования против кораблей, цели, которую в противном случае было бы трудно и опасно атаковать. Однако к концу войны у Люфтваффе возникли похожие проблемы с атаками бомбардировщиков союзников , и они разработали ряд радиоуправляемых зенитных ракет класса «земля-воздух» , ни одна из которых не была принята на вооружение.
Эффективность систем Люфтваффе , в первую очередь включавших серию двухкоординатных передатчиков Telefunken Funk-Gerät (или FuG) 203 Kehl с одним джойстиком, установленных на развертываемом самолете, и сопутствующего Telefunken приемника FuG 230 Straßburg, размещенного в боеприпасах для управления во время развертывания и используемого как безмоторной бронированной противокорабельной бомбой Fritz X, так и моторизованной управляемой бомбой Henschel Hs 293 , была значительно снижена британскими усилиями по глушению их радиосигналов, в конечном итоге с американской помощью. После первоначальных успехов британцы предприняли ряд рейдов коммандос , чтобы собрать радиостанции ракет. Затем на британских кораблях были установлены глушители, и оружие в основном «перестало работать». Затем немецкие группы разработчиков обратились к управляемым по проводам ракетам, как только поняли, что происходит, но системы не были готовы к развертыванию, пока война уже не переместилась во Францию.
С 1944 года в составе немецкого Кригсмарине использовались FL-Boote ( ferngelenkte Sprengboote ), представлявшие собой радиоуправляемые моторные лодки , начиненные взрывчаткой, для атак на вражеские суда.
И британцы, и американцы также разработали системы радиоуправления для аналогичных задач, чтобы избегать огромных зенитных батарей, установленных вокруг немецких целей. Однако ни одна система не оказалась пригодной для использования на практике, и одна крупная попытка США, Operation Aphrodite , оказалась гораздо более опасной для ее пользователей, чем для цели. Однако американские управляемые свободнопадающие боеприпасы Azon оказались полезными как на европейском , так и на CBI-театре Второй мировой войны.
Системы радиоуправления этой эпохи были, как правило, электромеханическими по своей природе, с использованием небольших металлических «пальцев» или « язычков » с различными резонансными частотами, каждый из которых управлял одним из нескольких различных реле при получении определенной частоты. Реле, в свою очередь, затем активировали различные приводы, действующие на поверхности управления ракеты. Радиопередатчик контроллера передавал различные частоты в ответ на движения ручки управления; это были, как правило, сигналы включения/выключения. Однако радиопередача, используемая для управления функцией руля на разработанном в Америке управляемом орудии Azon , была полностью пропорциональным управлением, с «элеронами», находящимися исключительно под управлением бортового гироскопа, служащего просто для удержания орудия от качения.
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 пакет. В то время как ранние системы управления могли иметь два или три канала, использующих амплитудную модуляцию , современные системы включают двадцать или более каналов, использующих частотную модуляцию .
Первое общее использование систем радиоуправления в моделях началось в начале 1950-х годов с одноканальным самодельным оборудованием; коммерческое оборудование появилось позже. Появление транзисторов значительно снизило требования к батареям, поскольку требования к току при низком напряжении были значительно снижены, а батарея высокого напряжения была устранена. Как в ламповых, так и в ранних транзисторных наборах поверхности управления модели обычно управлялись электромагнитным « спусковым механизмом », управляющим накопленной энергией в резиновой петле, что позволяло простое управление включением/выключением руля направления (вправо, влево и нейтрально), а иногда и другими функциями, такими как скорость двигателя. [20]
Супергетеродинные приемники с кристаллическим управлением , обладающие лучшей избирательностью и стабильностью, сделали контрольное оборудование более эффективным и менее затратным. Многоканальные разработки были особенно полезны для самолетов, которым действительно требовалось минимум три контрольных измерения (рыскание, тангаж и скорость двигателя), в отличие от лодок, которым требовалось только два или одно.
С началом революции в электронике схемы с одним сигнальным каналом стали излишними, и вместо этого радиоприемники передавали пропорционально закодированные потоки сигналов, которые сервомеханизм мог интерпретировать с помощью широтно-импульсной модуляции (ШИМ).
Совсем недавно на рынке появились высококлассные любительские системы, использующие функции импульсно-кодовой модуляции (PCM), которые передают на приемное устройство компьютеризированный цифровой поток данных вместо более раннего типа кодирования PWM. Однако даже при таком кодировании потеря передачи во время полета стала более распространенной [ требуется цитата ] , отчасти из-за все более беспроводного общества. Некоторые более современные приемники FM-сигнала, которые все еще используют кодирование "PWM" вместо этого, могут, благодаря использованию в них более совершенных компьютерных чипов, фиксироваться и использовать индивидуальные характеристики сигнала только определенных излучений RC-передатчика PWM-типа, без необходимости передачи специального "кода" вместе с управляющей информацией, как всегда требовало кодирование PCM.
В начале 21-го века системы управления RC с расширенным спектром 2,4 гигагерца стали все чаще использоваться для управления моделями транспортных средств и самолетов. Теперь эти системы 2,4 ГГц производятся большинством производителей радиостанций. Цены на эти радиосистемы варьируются от пары тысяч долларов , вплоть до менее 30 долларов США для некоторых. Некоторые производители даже предлагают комплекты для преобразования старых цифровых приемников и радиостанций 72 МГц или 35 МГц. Поскольку появляющееся множество систем RC с расширенным спектром диапазона 2,4 ГГц обычно используют режим работы с «быстрой перестройкой частоты» , такой как FHSS , которые больше не остаются на одной установленной частоте во время использования, старые положения об «исключительном использовании» на летных площадках моделей, необходимые для управления частотой систем управления RC диапазона VHF, для систем RC диапазона VHF, которые использовали только одну установленную частоту, если не обслуживались для ее изменения, не являются такими обязательными, как раньше.
Военные приложения дистанционного управления обычно не являются радиоуправлением в прямом смысле, напрямую управляя поверхностями управления полетом и настройками мощности двигателя, а вместо этого принимают форму инструкций, отправляемых полностью автономному, компьютеризированному автопилоту . Вместо сигнала «повернуть налево», который применяется до тех пор, пока самолет не полетит в правильном направлении, система отправляет одну инструкцию, которая гласит «лететь в эту точку».
Одними из самых ярких примеров дистанционного радиоуправления транспортным средством являются марсоходы, такие как Sojourner .
Сегодня радиоуправление используется в промышленности для таких устройств, как мостовые краны и локомотивы сортировочной станции . Радиоуправляемые телеоператоры используются для таких целей, как инспекции, а также специальные транспортные средства для обезвреживания бомб . Некоторые дистанционно управляемые устройства условно называют роботами , но их правильнее отнести к категории телеоператоров, поскольку они не работают автономно, а только под управлением человека-оператора.
Промышленный пульт дистанционного радиоуправления может управляться человеком или компьютерной системой управления в режиме «машина-машина » (M2M). Например, автоматизированный склад может использовать радиоуправляемый кран, которым управляет компьютер, чтобы извлечь определенный предмет. Промышленные радиоуправления для некоторых приложений, таких как подъемное оборудование, должны иметь отказоустойчивую конструкцию во многих юрисдикциях. [21]
Промышленные пульты дистанционного управления работают иначе, чем большинство потребительских товаров. Когда приемник получает радиосигнал, отправленный передатчиком, он проверяет его на правильную частоту и соответствие любым кодам безопасности. После завершения проверки приемник посылает команду реле , которое активируется. Реле активирует функцию в приложении, соответствующую кнопке передатчика. Это может быть включение электрического двигателя направления в мостовом кране . В приемнике обычно есть несколько реле, и в чем-то столь сложном, как мостовой кран, возможно, требуется до двенадцати или более реле для управления всеми направлениями. В приемнике, который открывает ворота, часто достаточно двух реле. [22]
Промышленные пульты дистанционного управления получают все более высокие требования безопасности. Например: пульт дистанционного управления не может потерять функциональность безопасности в случае неисправности. [23] Этого можно избежать, используя резервные реле с принудительными контактами.
