Дрон на оптоволокні: як він працює та де застосовується

Дрон на оптоволокні – це новий вид безпілотних літальних апаратів, які керуються не за радіосигналом, а через тонкий оптоволоконний кабель. У міру руху апарата кабель розмотується з котушки. Це дозволяє повністю виключити вплив РЕБ на політ і робить його більш стабільним перед цією загрозою. А також таке управління ефективне в багатьох інших випадках, де звичайні радіочастотні апарати не впораються. 

Розглянемо переваги оптоволоконних дронів, їх недоліки, обмеження, а також області застосування. 

Що таке дрон на оптоволокні

Дрон на оптоволокні – це безпілотний літальний апарат, який має фізичне з'єднання зі своїм оператором через оптоволоконний кабель. По цьому кабелю здійснюється передача сигналів управління на БПЛА, а також відеотрансляції до оператора. Спосіб управління відрізняє такий вид літальних апаратів від класичних FPV дронів, у яких немає фізичного з'єднання з оператором і всі сигнали передаються по радіочастотному каналу.

Спосіб управління – це перевага оптоволоконного БПЛА. Якщо немає радіосигналу, то РЕБ не зможе його заглушити – глушити просто нічого. Завдяки цьому дрон стає стабільним під час роботи РЕБ, не може бути посаджений або перехоплений. Радіочастотні FPV дрони мають цю вразливість. 

Оптоволоконні БПЛА застосовуються не тільки в середовищі з пригніченим зв'язком на полі бою. Вони підходять в будь-яких місцях, де радіосигнал не може нормально пройти. Наприклад, такі апарати застосовуються в умовах щільної міської забудови, для польотів всередині тунелів, укриттів і подібних споруд. Це використовується в певних бойових місіях. 

БПЛА з оптоволоконним управлінням зазвичай виконують такі види операцій: 

• розвідка на ближній дистанції;

• підтримка і супровід штурмових місій;

• завдання в замкнутих просторах, в тому числі тих, що знаходяться нижче рівня землі;

• доставка, скид, підрив заряду в точній локації.

Як працює дрон на оптоволокні

Щоб розібратися, як працює дрон на оптоволокні, потрібно зрозуміти, з чого він складається. Він має простий принцип, який набагато простіший, ніж у будь-якого БПЛА з радіочастотним керуванням. Але є й особливості. Вся система складається з трьох компонентів:

• самого дрона, оснащеного відповідно до місії;

• котушки з оптоволоконним кабелем, яка розміщується зазвичай на БПЛА;

• наземного пульта з елементами управління та екраном для перегляду відеотрансляції. Оператор бачить картинку з дрона через FPV окуляри або монітор, отримуючи відео по оптоволокну без затримок.

Сигнали управління від оператора через пульт FPV, а також відеосигнали від дрона передаються в цифровому вигляді через оптоволоконний кабель без використання радіочастотного каналу. Це забезпечує мінімальну затримку і відмінну якість відео. Провідна передача сигналів дозволяє працювати в умовах щільних перешкод і активної роботи ворожої РЕБ.

Передача сигналу по оптоволокну відбувається практично зі швидкістю світла, що можна вважати миттєвою передачею. На кожен рух елемента управління пульта дрон реагує негайно. Це дозволяє досягти більш стабільного управління, ніж у класичних радіочастотних БПЛА. 

Дальність польоту дрона обмежується довжиною оптоволоконного кабелю. Його довжину вибирають залежно від наявних умов операції. На практиці використовуються кабелі від декількох сотень метрів до декількох кілометрів. 

Основна перевага оптоволоконного дрона полягає в стійкості до РЕБ. Дрон і пульт не випромінюють радіосигналів, тому їх неможливо придушити або перехопити. Єдиним способом порушити політ такого БПЛА є фізичне пошкодження кабелю. Зробити це набагато складніше, ніж використовувати РЕБ, тому такий хід з боку ворога малоймовірний. 

Попри всі переваги, дрон з дротовим управлінням має і недоліки, які з'явилися саме через наявність оптоволоконного кабелю. Під час польоту існує ризик зачеплення кабелю за перешкоди. Це ускладнює роботу в умовах складної місцевості або всередині будівель – саме в тих місцях, для яких цей апарат і створений. На відкритому місці кабель може заплутатися, тому швидкі польоти, різкі маневри та розвороти виконувати на такому БПЛА потрібно з обережністю. 

Різновиди дронів на оптоволокні

Залежно від конструкції та оснащення БПЛА на оптоволокні, вони поділяються на кілька основних категорій. До них відносяться: 

1. FPV дрон на оптоволокні. Невеликий і легкий БПЛА з котушкою, на яку намотаний оптоволоконний провід довжиною кілька сотень метрів. Розрахований на завдання точкових ударів, підтримку штурмових місій, ближню розвідку. На відміну від звичайного FPV дрона має обмеження по швидкості та маневреності, але абсолютно не схильний до придушення за допомогою РЕБ.

2. Інженерні розвідувальні дрони. Великі апарати з хорошою тягою, які оснащуються котушкою з оптоволоконним кабелем довжиною в кілька кілометрів. Використовуються для далекої розвідки, відеозйомки, роботи в зонах з пригніченим зв'язком, всередині укріплень, позицій, деякі моделі можуть нести та скидати корисний вантаж. Здатні літати на далекі відстані, ніж оптоволоконні FPV, але ще менш маневрені. 

3. БПЛА з комбінованим управлінням. Гібридне управління дозволяє вибирати відповідний в тих чи інших умовах спосіб польоту. Наприклад, на початку польоту, біля своїх позицій можна використовувати радіоканал, а при наближенні до зони придушення РЕБ переключитися на оптоволокно. Такі здібності вимагають складніший конструкції. 

4. Дрони для місій всередині приміщень. Відрізняються меншим розміром, оснащуються котушкою з коротким оптоволоконним проводом. Максимально маневрені, наскільки це дозволяє даний спосіб управління, з точним управлінням і розраховані для роботи в тісних просторах. Від пілота буде потрібен високий рівень кваліфікації, щоб уникнути зачепів. 

Для кращого розуміння відмінностей між основними типами оптоволоконних дронів, ми зібрали їх властивості в таблиці:

Переваги дронів на оптоволокні

Дрони на оптоволокні отримали широке застосування в умовах війни, а також в певних цивільних галузях. У деяких умовах вони можуть робити те, на що не здатні класичні радіочастотні БПЛА. 

До переваг таких апаратів належать наступні:

1. Абсолютна стійкість перед РЕБ. Якщо немає радіосигналу, то його не можна перехопити. Сигнали управління і відео йдуть виключно по фізичному провіднику і перехопити, придушити його абсолютно неможливо. Це робить дрони на оптоволоконному управлінні незамінними в умовах активної роботи РЕБ.

2. Захищена передача відео. Відеосигнал передається також по оптоволокну. Тому його неможливо перехопити, підмінити, підслухати. Це відіграє важливу роль при виконанні чутливих розвідувальних операцій. А також важливо в тих випадках, коли ворог розуміє, що за ним зараз можуть спостерігати. 

3. Стабільний зв'язок в умовах перешкод. FPV-дрон на оптоволокні стабільно керується і передає відео навіть в тунелях, в місцевості з щільною забудовою, підвалах, всередині будівель. Там, де звичайний FPV дрон втратить зв'язок, оптоволоконний впорається відмінно. 

4. Точне наведення в штурмових операціях. Майже повна відсутність затримок, гранична реакція дрона на управління, відмінна якість передачі відео дозволяють оператору максимально точно виконати наведення на ціль в останні миті польоту. Це важливо під час ударних місій. 

5. Безпека оператора. На відміну від радіочастотного дрона, де оператор для стабільного зв'язку з апаратом повинен перебувати на відкритій ділянці, оптоволоконний БПЛА не має таких вимог. Оператор може бути всередині укриття і звідти керувати польотом. Він може перебувати в безпечному місці, навіть перебуваючи поруч з позицією ворога. 

Обмеження та слабкі сторони

Оптоволоконний дрон має також і недоліки, про які варто знати перед плануванням місії та вибором такого обладнання. До них відносяться: 

1. На відміну від радіочастотних БПЛА, де дальність польоту визначається потужністю радіосигналу і ємністю акумулятора, в оптоволоконних дронів вона задається довжиною кабелю. І вона майже завжди менше, ніж міг би дозволити летіти акумулятор або дальність радіосигналу. Дальність польоту цього апарату сильно обмежена довжиною кабелю. 

2. Додаткова вага та інерція. Від того, що котушка з кабелем встановлюється на самому БПЛА, він стає важчим і більш інертним. Це знижує динаміку та маневреність апарата. 

3. У міру віддалення дрона від оператора, кабель розмотується і натягується. Ступінь натягу впливає на поведінку дрона. Оператор повинен враховувати це під час польотів і не забувати про це явище, коли він виконує зліт, розворот або інший маневр. 

4. Наявність кабелю обмежує рухливість дрона, різкі маневри з ним неможливі, це може призвести до обриву кабелю і втрати контролю. Цей БПЛА не розрахований на акробатику та агресивний стиль польоту. Якщо БПЛА намагаються збити вогнепальними засобами, то тут цей недолік буде значним – ухилитися від снаряда буде майже неможливо. Повільний, спокійний політ також може стати причиною легкого візуального виявлення дрона. 

5. Якщо політ здійснюється в закритому просторі, то пілот повинен бути особливо уважним, оскільки в таких умовах існує ризик заплутування оптоволоконного кабелю. Це призведе до неминучої втрати дрона. 

Що врахувати перед використанням таких дронів

Ми дізналися, що таке дрон на оптоволокні, які у нього переваги та недоліки. Тепер необхідно розібратися в тому, що потрібно враховувати перед початком польоту:

1. Додаткове навчання. Управління оптоволоконним дроном складніше, ніж звичайним радіочастотним. Оператору знадобиться звикнути до іншої поведінки БПЛА, впливу кабелю, враховувати інтенсивність розмотування котушки, брати до уваги ймовірність зачепів за перешкоди. Рекомендується провести деякий час в симуляторі польоту з таким дроном. 

2. Навички чистого пілотування. Переходити на оптоволоконний дрон варто тільки після того, як пілот отримав години польоту в реальних умовах на радіочастотному БПЛА. Від нього вимагається чистий, рівний політ без зайвих коливань, вміння тримати стабільну траєкторію, в тому числі та під час маневру, можливість управління дроном на малих швидкостях, що іноді буває складніше, ніж на високих. Це дозволить уникнути сильного впливу кабелю, зачепів, заплутування. 

3. Вибір довжини кабелю. Для польоту всередині будівлі потрібен короткий кабель. Для місій на відкритому просторі та для далекого польоту – довгий. При цьому важливо розуміти, що чим довший кабель, тим більше навантаження на дрон і інерція – не завжди вигідно використовувати занадто довгий. 

4. Вибір акумулятора і відеосистеми. Якщо в агресивному FPV акумулятори вибираються з упором на високий струм, різкі маневри, то в оптоволокні потрібна стабільність польоту. До відеосистеми вимоги полягають у мінімальних затримках. Це одна з основних переваг такого літального апарату. Правильний вибір FPV-камери з мінімальною затримкою критично важливий для оптоволоконних дронів.

5. Особливості при підготовці до польоту. Підготовка до польоту вимагатиме більше часу та уваги. Необхідно перевірити стан кабелю, переконатися в його цілісності, правильному намотуванні на котушку. Також контролюється надійність роз'ємів. В іншому випадку можливі втрати сигналу або самого БПЛА під час польоту. Тривала підготовка компенсується більш стабільним і захищеним польотом.