Drónok működése: mindent, az alapoktól!
Habár a dróntechnológia rengeteget fejlődött az elmúlt évek során, a különböző készülékek zöme egy szabványos elv alapján működik. Az elkövetkezendő esztendőkben kétségtelen, hogy számos izgalmas újítást láthatunk majd a drónipartól, azonban addig is nézzük meg, hogy mégis hogyan működnek ezek a különleges szerkezetek.
Az UAV-ok áttekintése
Az UAV az angol „unmanned aerial vehicle”, vagyis „pilótanélküli repülő jármű” kifejezés rövidítése. A drónok mind az UAV-ok kategóriájába tartoznak, hiszen habár pilóta irányítja őket, ez a személy nem a szerkezet fedélzetén helyezkedik el.
Fontos figyelembe venni, hogy nem csak a fogyasztói, általában kvadkopter típusú készülékeket tekintjük drónoknak, hanem a katonaság által általában felderítésre vagy támadásra használ pilóta nélküli repülő járműveket is.
Egy hétköznapi UAV könnyű kompozit anyagokból készül a súlycsökkentés és a könnyű manőverezhetőség érdekében. A katonasági drónok ennek köszönhetően rendkívül magasan képesek biztonságosan repkedni. Ezek az anyagok továbbá segítenek elnyelni a rázkódásokat is a csendesebb működés érdekében.
A drónokat különféle korszerű technológiákkal szokás felszerelni, például a legújabb GPS és lézeres navigációs rendszerekkel, illetve infravörös, vagy hagyományos, fogyasztói kamerákkal.
Egy UAV-nak két fő része van: a drón maga, illetve az irányítási rendszere. A navigációs rendszer és a legtöbb érzékelő egység általában a drón orrában helyezkedik el, míg a készülék többi részében további a dróntechnológiák eszközei kapnak helyet. Természetesen a fogyasztói drónoknak (például a DJI Phantom 4 Pro modellnek) nem mindig van „orruk”, de ezek persze más felhasználásra is készülnek, mint a katonai járművek.
A drónok típusai és méretei
Nagyméretű drónok
A drónokat számtalan különféle méretben gyártják. A legnagyobb ilyen készülékeket a katonaság használja megfigyelésre illetve támadó hadműveletek kivitelezésére. Léteznek persze kisebb pilótanélküli repülő járművek is, amelyeknek – a nagyobb drónokhoz hasonlóan – kifutóra van szükségük a fel- és leszálláshoz. Ezeket általában földrajzi adatgyűjtésre, vagy éppen orvvadászok lebuktatására szokás alkalmazni.
VTOL drónok
A VTOL az angol „vertical take-off and landing” kifejezés rövidítése, ami lényegében „függőleges fel- és leszállást” jelent. Ide tartozik az összes multirotoros drón, amelyek egy helyben képesek fel- és leszállni – ilyen a fogyasztói készülékek zöme is, úgymint a DJI Mavic vagy Phantom drónok.
Amennyiben ilyen eszköz beszerzésén gondolkodsz, ez a cikk segítségedre lehet: Drónok összehasonlítása
Drónnavigáció
A legtöbb modern drón kettős globális navigációs műholdrendszerrel rendelkezik (Global Navigational Satellite System, röviden GNSS) is kerül – ezek általában a GPS és GLONASS.
Habár a drónok képesek e műholdas rendszerek segítsége nélkül is repülni, a GNSS helymeghatározás elengedhetetlen az olyan alkalmazási esetekben, ahol a precíz pozicionálás kritikus (például 3D-s térképek készítésekor, vagy életmentéskor).
Amikor egy drónt először bekapcsolnak, a készülék megkeresi az elérhető GNSS műholdakat. A fejlettebb GNSS rendszerek úgynevezett Satellite Constellation („műholdas csillagkép”) technológiát alkalmaznak, ami lényegében azt jelenti, hogy egyszerre több műhold működik együtt, hogy maximális lefedettséget biztosítsanak az őket használó készülékek számára.
Amellett, hogy lehetővé teszik a készülékek pontos, valós idejű nyomon követését, a GNSS rendszerek számos kényelmi és biztonsági funkciót is kínálnak a pilótáknak. Az egyik ilyen például a „Return To Home” funkció, amely segítségével a drón képes lényegében bárhonnan visszatérni eredeti felszállási pontjára, a pilóta beavatkozása nélkül.
Akadály- és ütközéselkerülő technológia
Egyre több újonnan bemutatott drónt „szerelnek fel” korszerű akadály- és ütközéskerülő rendszerekkel. Ezeket a rendszereket több úgynevezett szenzor (érzékelő) alkotja, amelyek folyamatosan pásztázzák a drón közvetlen környezetét a lehetséges ütközési pontok után kutatva.
Mindeközben a drón „agyában” működő algoritmusok értelmezik a szenzorok által gyűjtött adatokat, és amennyiben veszélyforrást észlelnek, rögtön értesítik a pilótát, vagy szimplán lefékezik a készüléket.
E technológia egyik kiemelkedő úttörője a DJI, amelynek legújabb drónjai már egész biztonságosan képesek önállóan repülni anélkül, hogy nekiütköznének valaminek. Egyes DJI drónok – mint például a Mavic 2 Pro és a Mavic 2 Zoom – hat szenzorral rendelkeznek, tehát lényegében minden irányból (plusz alulról és felülről) is képesek érzékelni a közelgő akadályokat. Némelyik drón automatikusan úgy korrigálja a röppályáját, hogy az elkerülje az ütközést.
A speciális szenzorokkal felszerelt drónok akár 3 dimenziós térképet is képesek készíteni egy területről, amihez kamerájukat is felhasználják.
Giroszkópos stabilizáció, IMU, és repülésvezérlők
A drónok repülés közbeni stabilitásáért egy vagy több úgynevezett giroszkóp felel. A giroszkóp egy olyan eszköz, amely alapvető navigációs információkat biztosít a drón központi repülésvezérlő egysége számára, hogy a készülék egyenletesen, stabilan repülhessen.
A giroszkóp az IMU (inertial measurement unit, vagyis inerciális/tehetetlenségi mérőegység) része. Ez az egység észleli, hogy a drón éppen melyik irányba milyen jellegű és sebességű mozgást végez.
A giroszkóp tehát az IMU része, az IMU pedig a drón repülésvezérlőjének egyik komponense.
FPV videó
Az FPV az angol „first person view”, vagyis „(b)első nézetes” kifejezés rövidítése. A legtöbb drón rendelkezik valamilyen gyárilag beszerelt kamerával (vagy külön rögzíthető rájuk), ami képes élő videóadást közvetíteni a pilóta számára. Ez lehetővé teszi a pilóta számára, hogy pontosan azt lássa maga előtt (általában a távirányító képernyőjén), amit a drón kamerája is. Ez nem csak a navigációt teszi egyszerűbbé, hanem a megfelelő kompozíció beállítását is felvételek készítésekor.
Bizonyos készülékek, mint például a DJI Goggles lehetővé teszik a pilóta számára, hogy egy digitális szemüvegen keresztül lássa azt a videóképet, amit a drón közvetít a kamerájából.
Az FPV technológia rádióhullámokkal közvetíti a videóadatokat a drón és a pilóta között. A drónokban többsávos, vezeték nélküli jeladó egység működik, amihez egy beépített antenna is tartozik. A dróntól függően a vevőegység lehet egy távirányító, egy okostelefon, egy táblagép, vagy akár egy számítógép is.
Az évek előrehaladtával ez a technológia is sokat fejlődött és kétségtelen, hogy tovább is fejlődik majd. A DJI Mavic 2 drónok például már akár 8km távolságból is képesek 1080p-s felbontású, valós idejű videóképet küldeni a pilótának.
Az FPV technológiának köszönhetően alakulhatott ki egy ízig-vérig modern sportág, a drónversenyzés is.
Drónkamerák
Számos fogyasztói drónon gyárilag szerepel egy kamera, vagy lehetőséget kínálnak arra, hogy egy harmadik féltől származó készüléket rögzítsenek rájuk.
Ezek többféle célt szolgálhatnak – például magánterületek megfigyelését, termőföldek vagy állatállományok ellenőrzését, és így tovább, persze a legelterjedtebb felhasználási területük egyértelműen a fényképezés és a videózás művészeti vagy szórakoztatási célokból.
A drónkamerák és paramétereik külön ismeretanyagot követelnének meg (a linkre kattintva olvashatsz róluk) , de nagyvonalakban érdemes annyit tudni róluk, hogy a modernebb készülékek már 4K-s videók, illetve nyers (RAW) fényképek készítésére is képesek, illetve vannak olyan kamerák, amelyekben optikai zoom funkció is került az általánosságban megszokott digitális zoom helyett.
A kamerák stabilitásáról általában egy mechanikus elven működő gimbal gondoskodik, habár vannak olyan készülékek is, amelyek ezt elektronikus rendszerrel helyettesítik.
A drónokat működtető operációs rendszerek
A legtöbb UAV Linux rendszert használ, habár van néhány, amelyekben MS Windows működik. A Linux Foundation 2014-ben indított be egy projektet Dronecode néven.
A Dronecode Project egy nyílt forráskódú, együttműködésre alapuló kezdeményezés, amely a meglévő és jövendőbeli nyílt forráskódú UAV projekteket igyekszik egyesíteni egy nonprofit szerkezetben, amelyért a Linux Foundation felel.
