Історія та хронологія знімальних дронів. Від квадрокоптера Георгія Ботезата до мультіроторов DJI, FreeFly та 3D Robotics

Дрони, квадрокоптери, мультіротори. Трохи термінології

Коли в нашу школу пілотів операторів дронів приходять нові учні, ми приділяємо трохи часу історії повітряної зйомки. Статтю про появу та розвиток дронів призначених для аерозйомки я хочу почати з визначення того, що ж власне ми будемо вивчати? Своє походження слово «дрон» бере від англійського слова “Drone”, що перекладається як комаха, самець бджоли – трутень.

У широкому сенсі, це якийсь механізм який дзижчить як жук. Слово «дрон» вперше було вжито для опису літального апарату без людини на борту, в середині тридцятих років. Використовувані в якості мішеней для льотчиків, літаки – біплани в польоті звучали, ніби рій бджіл. Це відбувалося через те, що дротові розчалювання які скріплювали крила біпланів, гули на вітрі як струни, нагадуючи звук рою бджіл. До недавнього часу слово «дрон» вживалося тільки для позначення безпілотних літаків – мішеней. У сучасному світі поняття «дрон» дуже розмите. У різному контексті дроном можуть називати крім автономного літального апарату і човен, і автомобіль який рухається без безпосереднього керування людиною. Компанія Boston Dinamix розробляє цілком антропоморфних та зооморфних роботів-дронів.

Таким чином, можна сказати, що сьогодні, «дрон» – це будь-який автономний самоврядний механізм. Виходячи з цього, керовані по радіо літаки та вертольоти назвати дронамі в повному розумінні не можна. Це дистанційно пілотовані літальні апарати (ДПЛА). Відмітна особливість дрона в сучасному сенсі – його самоврядність, тобто можливість виконувати завдання на автопілоті, без безпосередньої участі людини. У цьому сенсі, сучасні квадрокоптери застосовуються для повітряної зйомки, все ж є дронамі, хоча і частково. У всякому разі це справедливо тоді, коли вони виконують політ в автоматичному режимі – наприклад, повернення до місця старту при обриві зв’язку з пультом керування або політ навколо «точки інтересу» (Point of Interest). В інший час, коли ними дистанційно управляє людина оператор – це ДПЛА.

Сьогодні, дронамі в побуті в основному називають мультіроторние літальні апарати – квадрокоптери. В нашій школі пілотів операторів дронів ми навчаємо працювати саме з ними. З цієї причини, подальша розповідь про історію знімальних дронів ми поведемо про мультіроторні системи, зокрема про квадрокоптери.

Виды современных дронов
Зовнішній вигляд сучасних дронів

Наступне, з чим нам потрібно визначитися, це що таке «мультіротор», «мультикоптер» або «квадрокоптер». Мультіротором називають літальний апарат вертолітного типу з декількома (2, 4, 6, 8 або більше) несучими гвинтами. 2-х гвинтовий вертоліт називається бікоптер, 4-х гвинтовий – квадрокоптер, 6-ти гвинтовий – гексакоптер, та 8-ми гвинтовий – октокоптер. Таким чином, для позначення літальних апаратів подібного типу цілком вірно вживати назви «вертоліт», «мультіротор», «мультикоптер». Якщо ми хочемо позначити кількість несучих гвинтів-пропелерів, ми можемо казати «квадрокоптер», «гексакоптер» і т.д.

Перший квадрокоптер

Вперше, вертоліт з чотирма несучими гвинтами (квадрокоптер) був розроблений, побудований та випробуваний ще в 1922 році Георгієм Ботезатом. Георгій Олександрович Ботезат був американцем українського походження, винахідником, професором Петроградського технологічного інституту. Також він закінчив два інститути, в Харкові і у Бельже (Бельгія), був інженером-електриком. Його квадрокоптер був забезпечений лише одним двигуном який передавали обертання чотирьом пропелерам. Ідея була дуже прогресивною – побудувати аеродинамічно симетричний, здатний однаково добре рухатися будь-якою стороною вперед, літальний апарат. Мало того, ще й з вертикальним зльотом та посадкою. На жаль, технології початку ХХ століття не дозволяли побудувати конкурентоспроможну машину такого типу. Через нестійкості в повітрі, малій швидкості та складності в управлінні, мультіротори були витіснені більш простими та швидкими літаками з несучим крилом. Після проекту Ботезата, ідея квадрокоптера була надовго забута.

Випробувальні польоти квадрокоптера Георгія Ботазата 1922 рік

Безпілотна аерозйомка. Перші успіхи

Новий розвиток мультіротори отримали вже зовсім недавно, і відразу з’явилися в якості дронів. До початку 2000-х, майже одночасно стали комерційно доступні асинхронні безколекторні електродвигуни, мікропроцесори, мікроелектромеханічні (МЕМС) гіроскопи та акселерометри, і нарешті, літій-полімерні батареї. Всі разом, ці технології зробили можливим появу малогабаритного, та не дуже коштовного мультіроторного вертольота. Поява мультіроторов стало проривом в області безпілотної аерозйомки. До цього моменту, основним засобом для отримання фото та відео з висоти, крім великої авіації, були повітряні змії, а так само авіамоделі літакового та класичного вертолітного типу. Моделі для повітряної зйомки будували здебільш технічно просунуті ентузіасти – аматори. Літаки були досить прості, але не дозволяли точно вибудувати кадр, бо не могли зависати у повітрі. Вертольоти, хоча ї могли зависати, були дуже ненадійні, небезпечні, дуже вібрували та вимагали від дистанційного оператора серйозних навичок пілотування. Фактично цими літаючими моделями можна було гарно зняти тільки фото. Камера або жорстко закріплювалася на літак, або встановлювалася на погано працюючий стабілізуючий підвіс моделі вертольота. Надійного стабілізованого підвісу для відеокамер не було. Після зйомки відео вимагало великих зусиль по стабілізації на комп’ютері.

Аэросъемка с воздушного змея (KAP - Kite Aerial Photography)
Аерозйомка з повітряного змія (KAP – Kite Aerial Photography)
Модель самолета для воздушной съемки
Модель літака для повітряної зйомки
Модель вертолета Predator Gasser переделанная для воздушной съемки
Модель вертольота Predator Gasser переробленого для аеро зйомки

Відродження мультіроторов. Дрони для аерозйомки

Однією з перших компаній яки почали розвивати ринок квадрокоптера була німецька компанія Mikrokopter. Компанія була заснована в 2006 році. Вона виробляла набори друкованих плат та основних компонентів для самостійної збірки мультіроторних вертольотів. Відтепер, просунутий ентузіаст – авіамоделіст міг з цих вузлів хоч і не без зусиль, зібрати, згуртувати та налаштувати літаючий мультіроторний апарат. Автопілот вскладався з трьох окремих плат збираючихся на стійці у вигляді етажерки одна над іншою. Пайка вимагала неабияких навичок радиомонтажника. Налаштування автопілота була складна та дуже погано документована. Відомий вислів про «танці з бубном» дуже добре пасував до опису процесу. Треба сказати, що в той час найбільш популярними були не квадрокоптери а гексакоптери. Причина в тому, що перші мультіротори були не надто надійними, частенько траплялися відмови контролерів двигунів. В середньому, час напрацювання на відмову становив всього кілька годин. Вважалося, що гексакоптери більш надійні у випадку відмови одного двигуна. У разі відмови одного з 6-ти двигунів, залишався шанс посадити апарат на 5-ти що залишилися. Квадрокоптер в такій ситуації неминуче розбивався. Не рідко в якості корпусу що закривав електронні компоненти дронів в ті часи застосовували пластиковий посуд та інші підручні засоби.

Полетный контроллер фирмы Mikrokopter. Разработка 2006 года
Польотний контролер фірми Mikrokopter. Розробка 2006 року
Гексакоптер на контроллере Mikrokopter
Гексакоптер на контролері Mikrokopter з корпусом з пластикового посуду

У 2011 році американська компанія Freefly Systems випустила свій перший повністю готовий октокоптер. Продукт отримав назву CineStar 8 MultiRotor і призначався для професійної кінозйомки на малих висотах. Паралельно з розробкою власної літаючої платформи, Freefly Systems розробляла підвіс для стабілізації легкого професійного кіно обладнання. Підивіс – стабілізатор вийшов на ринок в 2013 році під назвою MōVI® M10. Цей підвіс вже міг стабілізувати камери типу RED Dragon.

Октокоптер Cinestar компании Freefly Systems
Октокоптер Cinestar компанії Freefly Systems
Стабилизированный  подвес MŎVI M10 от компании Freefly Systems
Стабілізований підвіс MŎVI M10 від компанії Freefly Systems

Початок масового виробництва дронів. Компанія DJI

Справжній комерційний бум мультіроторних дронів призначених для аерозйомки почався завдяки китайської компанії DJI (Dajiang Innovation Technology Co). По-перше, компанія випустила на ринок повністю готовий до установки автопілот з навігаційним блоком на базі GPS, для класичного вертольота. До цього, подібну продукцію для цивільного ринку робила тільки британська фірма Carvec. Система від DJI отримала назву XP3.1 WayPoint, та вартість близько 10000 доларів США.

Автопилот для вертолета от DJI. XP3.1 WayPoint
Автопілот для вертольота від DJI. XP3.1 WayPoint

Наступною розробкою компанії DJI став автопілот вже для мультіроторного вертольота, теж з навігаційною системою на базі GPS. Продукт отримав назву Wookong. Ціна автопілота склала 1200 доларів США. Назва “Wookong” переводилося як «Король мавп». Перевага перед автопілотом від Multikopter була очевидною – відсутня необхідність в пайці взагалі, все було зібрано і налаштований на заводі. Підстроювання автопілота під конкретний дрон було не складніше настройки новенького телефону. Кроки з налаштування робилися через додаток з інтуїтивно зрозумілим інтерфейсом.

Автопилот Wookong от DJI для мультироторных дронов.
Автопілот Wookong від DJI для мультіроторних дронів.

Потім, DJI робить революційний крок – випуск на ринок в 2013 році повністю готового до польоту прямо «з коробки» квадрокоптера Phantom. Ціна в Америці складала 700 $. З цього моменту мультіротори перестають бути екзотичним літальним апаратом для технічних гиків. Купити квадрокоптер та почати літати міг кожен охочий, без особливих технічних навичок. Налаштування дрона перед польотом було ще простіше. Фактично, воно зводилося до калібрування компаса. Квадрокоптер “Phantom 1” мав жорстке кріплення для камери GoPro. Стабілізуючого підвісу у камери не було взагалі, з цього для якісних відео зйомок “Phantom 1” підходив не дуже. Проте, кількість людей які почали займатися повітряної зйомкою зросла багаторазово.

Дрон DJI "Phantom 1"
Дрон DJI “Phantom 1”

Після випуску в 2013 році квадрокоптера “Phantom 1”, компанія DJI в тому ж році випустила більш досконалу версію дрона – “Phantom 2”.

У 2014 дрони “Phantom 2” почали оснащувати 3-х осьовим підвісами “Zenmuse H3-3D” для камери GoPro. Якість електро-механічної стабілізації було така, що отримане з квадрокоптера “Phantom 2” відео взагалі не потребувало додаткової стабілізації на комп’ютері. Це був справжній технологічний прорив! З цього часу, повітряна зйомка міцно з’єдналася в свідомості людей з технічними досягненнями компанією DJI.

Зараз квадрокоптер “Phantom 2” із підвісом “Zenmuse H3-3D” вже є колекційним об’єктом, та служить почесним експонатом в технічному музеї нашої школи пілотів операторів дронів.

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

Революційний дрон DJI “Inspire 1”

В тому ж 2014 році, DJI знову випустила по справжньому революційний продукт. Це був квадрокоптер “Inspire 1” – дрон, незвичайної конструкції – перший серійний мультіроторний вертоліт із змінною геометрією, та змінними камерами. “Inspire1” так само був першим серійним мультіротором, який комплектувався двома пультами керування. Один пульт для пілота, інший – для оператора камери. І знову вперше, DJI оснастила цей дрон змінними камерами власного виробництва.

До цього часу, домінуючою тенденцією в конструюванні знімальних дронів була ідея побудови підвісу та дрона навколо традиційних камер для наземної зйомки. Доводилося возити по небу непотрібні в польоті деталі знімального обладнання. Всі ці рукоятки, кнопки, екрани та інші елементи для взаємодії камери і наземного оператора. Недоліки були очевидні – важка громіздка та дорога конструкція, складна в налаштуванні та обслуговуванні. Льотні якості всієї системи в зв’язку з цим теж залишали бажати кращого.

На мою думку, геніальність інженерів DJI проявилася в тому, що вони інтегрували знімальну частину камери в єдину конструкцію з підвісом. В результаті вийшов легкий пристрій з відмінною стабілізацією та знімальними якостями. Навіть сьогодні, “Inspire 1” є рекордсменом за різноманітністю камер, які на нього можна встановити.

Дрон DJI Inspire 1
Дрон DJI Inspire 1

По-істині, 2014 рік став для компанії DJI найбільш урожайним за різноманітністю випущених моделей дронів. В цьому році, компанія DJI додала в свою лінійку сімейство “Spreading Wings” – гексакоптер “S900” і октакоптер “S1000”. До них були випущені підвіси “Zenmuse” для камер “Sony NEX7”, “Sony A7”, “Panasonic GH4” і “Black Magic”.

Октакоптер DJI "Spreading Wings" S900 с подвесом "Zenmuse" для камеры "Panasonic GH4"
Октакоптер DJI “Spreading Wings” S900 з підвісом “Zenmuse” до камеры “Panasonic GH4”

2015 – DJI випустила третє покоління “фантомів”

У 2016 році DJI випускає “Inspire 2”, який із підвісом “Zenmuse X7s” (2017 рік) став найкращим дроном для кінозйомки за всю історію компанії.

DJI "Inspire 2" с камерой "Zenmuse X5S"
DJI “Inspire 2” з камерою “Zenmuse X5S”

Розвиток родини DJI “Phantom”

Сьогодні останнім поколінням “Фантомів” є 4 версія, що з’явилася в 2016 році. На її базі було випущено кілька модифікацій:

  • У 2016 році – “Phantom 4 PRO”
  • У 2017 році – “Phantom 4 Advanced”
  • У 2017 році – “Phantom 4 Absidian”
  • У 2017 році дрон для аерогеодезії – “Phantom 4 RTK”
  • У 2019 – “Phantom 4 Multispectral” для сільського господарства.
Представители семейства DJI Phantom. "Phantom 4 PRO", "Phantom 4 RTK", "Phantom 4 Multispectral"
Представники сімейства DJI Phantom. “Phantom 4 PRO”, “Phantom 4 RTK”, “Phantom 4 Multispectral”

Розвиток лінійки DJI Mavic

Хоча компанія DJI не любить ділитися своїми планами, ходять чутки, що лінійка «Фантомів» далі розвиватися не буде. Їм на зміну прийшло сімейство “Mavic”. Перший з цього сімейства – “DJI Mavic Pro” з’явився в продажу у 2016 році. Mavic-і увібрали в себе кращі якості техніки DJI – компактні, складні дрони, з ще більш вражаючими льотними та знімальними характеристиками і дальністю польоту. Сьогодні сімейство “Mavic” складається з декількох схожих зовні, але маючих різний розмір дронів.

  • 2017 рік – DJI “Mavic Pro Platinum”
  • 2018 рік – DJI “Mavic Air”
  • 2018 рік – DJI “Mavic 2 Pro”
  • 2018 рік – DJI “Mavic 2 Zoom”
  • 2018 рік – DJI “Mavic 2 Enterprise” зі звичайною та тепловізійної камерою
  • 2019 рік – DJI “Mavic Mini”
  • 2019 рік – DJI “Mavic 2 Enterprise Advanced” так само зі звичайною та тепловізійної камерою
DJI "Mavic 2 ZOOM" и DJI "Mavic 2 PRO"
DJI “Mavic 2 ZOOM” та DJI “Mavic 2 PRO”
DJI "Mavic MINI" и DJI "Mavic MINI 2"
DJI “Mavic MINI” та DJI “Mavic MINI 2”
DJI "Mavic AIR" и DJI "Mavic AIR 2"
DJI “Mavic AIR” та DJI “Mavic AIR 2”
DJI "Mavic 2 ENTERPRISEADVANCED"
DJI “Mavic 2 ENTERPRISEADVANCED”

У 2017 році був випущений DJI “Spark”. Через простоту, кишеньковий розмір, невисоку ціну та функцію керування жестами, “Spark” отримав назву «Селфі-дрон».

У 2018 році спільно з компаніями Ryze та Intel, DJI випускає маленький і найдешевший дрон початкового рівня – “Ryze Tello”

Селфи-дрон DJI "Spark"
Селфі-дрон DJI “Spark”

Війни дронів

У читачів цієї статті може скластися враження, що крім DJI сьогодні ніхто взагалі в Світі не займається випуском дронів. А що ж інші виробники? Конкуренти у DJI все ж є. Хоча, треба сказати, що їх відставання за всіма параметрами дуже велике. Ніхто з конкурентів DJI не може похвалитися такою різноманітністю моделей дронів та швидкістю оновлення їх парку. Ні у кого з них немає розвиненої сервісної мережі по всьому світу як у DJI. Компанія DJI єдина, для дронів якої пишеться так багато сервісних програм сторонніми розробниками.

Натхненна комерційними успіхами дронів DJI, всесвітньо відома компанія GoPro вирішила випустити на ринок власний квадрокоптер “Karma”. У GoPro вийшла вельми незвичайна конструкція. По суті, дрон був побудований навколо ручного стабілізатора для камер GoPro. З точки зору льотних якостей, конструкція була м’яко кажучи не ідеальна. В результаті комерційного провалу цього проекту, GoPro відзвітувала про величезні збитки, її акції впали в ціні. Сама компанія опинилася на межі закриття.

Квадракоптер "Karma" от компании GoPro
Квадракоптер “Karma” від компанії GoPro

Не набагато краща ситуація і у інших конкурентів. Не дивлячись на те, що багато відомих китайських бренди намагаються налагодити випуск власної продукції, їх частка на ринку цивільних дронів не велика, та ї особливим комерційним успіхом їх техніка не користується. На жаль для споживачів, повноцінної конкуренції на ринки цивільних дронів сьогодні немає.

Квадрокоптер от компании Xiaomi
Квадрокоптер від компанії Xiaomi

Серед щодо успішних конкурентів потрібно відзначити американську компанію “3D Robotics”.

У 2015 році вони випустили квадрокоптер “Solo” власної розробки.
В 2019 – У партнерстві “3D Robotics” з “Yuneec” вийшов квадрокоптер “3DR H520-G”

Квадрокоптер "Solo"  и гексакоптер "3DR H520-G"
Квадрокоптер “Solo” nf гексакоптер “3DR H520-G”

Нова FPV техніка для відеовиробництва

Паралельної гілкою в виробництві знімальних дронів і раніше залишається американська компанія “FreeFly Systems” випускає дуже якісну та коштовну літаючу платформу “Alta”, та стабілізатори камер для кіно індустрії сімейства “MŎVI”.

2015 FreeFly дрон “ALTA 6” з можливістю верхнього та нижнього кріплення камери.
2019 – FreeFly Systems випускає “ALTA Pro” – дрон на польотному контролері PX4

Октакоптер "Alta 8" компании FreeFly Systems с верхним креплением съемочной камеры
Октакоптер “Alta 8” компанії FreeFly Systems з верхнім кріпленням знімальної камери

Не обійшлося і без судових розглядів, у 2014 році DJI подала в суд на компанію “Yuneec”, звинувативши її в порушенні двох патентів. Згідно з матеріалами новинних стрічок, ця подія ознаменувала початок нової епохи – «воєн серед дронів».

Чималу роль для зростання популярності продукції компанії зіграли кілька курйозних подій з дрона DJI.

У січні 2015 року DJI Phantom злетів від свого недбайливого господаря (нетверезого співробітника американської розвідки) та розбився на галявині біля Білого дому, що викликало широке висвітлення цього випадку в пресі по всьому світу.

Ще більш небезпечний випадок стався в квітні 2015 року, коли дрон зі знаком радіації (і з вантажем радіоактивної землі з місця аварії на АЕС «Фукусіма-1») приземлився на дах резиденції прем’єр-міністра Японії Сіндзо Абе .

«Не думаю, що варто надавати цим історіям значення. Вони навіть допомагають нам », – каже про це власник компанії DJI, Ван Тао.
Після цих випадків програмне забезпечення коптеров DJI було модифіковано так, що дрони не можуть літати в спеціальних «Зонах заборонених для польотів» біля аеродромів, урядових установ (не у всіх країнах, Україна це поки немкоснулось) і деяких стадіонів.

Инциндент 215 года, посадка DJI "Phantom" на лужайку Белого Дома
Фантом біля галявини Білого Дому у Вашингтоні

Трохи особисто розвивається напрямок знімальних квадрокоптерів керованих по картинці з камери від першої особи FPV (First Person View). Ці квадрокоптера стали розвитком лінії спортивних гоночних мультіроторов. Називати їх «дронами» не зовсім вірно тому що в своїй більшості вони не мають засобів навігації та автономного польоту. У більшості це скоріше спортивні радіокеровані авіамоделі з закріпленими на них без стабілізуючих підвісів камерами. Такі квадрокоптера знаходять все більше прихильників в середовищі пілотів-екстремалів, так як можуть розвивати швидкість понад 200 км / год. Сьогодні гоночні FPV-квадракоптери почали використовувати і в кінозйомках для незвичайних ракурсів та в якості «краш-камер» в небезпечний екшен сценах. Нещодавно, ми розробили новий курс в школі пілотів операторів дронів, спрямований на безпечне та безаварійне навчання пілотів FPV-дронів для кіно.