Кіріспе

Радиосигналдарды құрылғыны, көлікті немесе дронды қашықтан басқару үшін пайдалану.

Радиобақылау (көбінесе RC деп қысқартылады) – құрылғыны қашықтан басқару үшін радио арқылы берілетін басқару сигналдарын пайдалану. Гараж есіктерін ашатын құрылғылар және көліктерге кілтсіз кіру жүйелері – қарапайым радиобақылау жүйелерінің мысалдары, онда шағын қолға ұсталатын радио хабар таратушы есіктерді ашады немесе жабады. Радиобақылау қолға ұсталатын радио хабар таратушыдан модельдік көліктерді басқару үшін де қолданылады. Өнеркәсіптік, әскери және ғылыми-зерттеу ұйымдары да радиобақылаумен басқарылатын көліктерді пайдаланады. Қазіргі таңдағы қарқынды өсіп келе жатқан қолданыс – азаматтық және әскери мақсаттар үшін ұшқышсыз әуе көліктерін (ҰАК немесе дрондарды) басқару, бірақ олар дәстүрлі қолданыстарға қарағанда күрделірек басқару жүйелерімен жабдықталған.

Тарих

Адамсыз ұшу аппаратын басқару идеясы (көбінесе әскери мақсаттар үшін торпедалардың дәлдігін арттыруға бағытталған тыраштандыру) радионың өнертабысына дейін туындаған. 19 ғасырдың екінші жартысында операторға сымдар арқылы қосылған мұндай көптеген құрылғылар жасалды, соның ішінде 1870 жылы неміс инженері Вернер фон Сименс жасаған алғашқы практикалық қолданыс. 1890 жылдардың соңында радио – жаңа сымсыз технологияны пайдалану арқылы сымдардан құтылу мүмкіндігі пайда болды. 1897 жылы британдық инженерлер Эрнест Уилсон мен С.Дж. Эванс радиомен басқарылатын торпедаға патент алды немесе Темза өзенінде радиомен басқарылатын қайықтарды көрсетті (олардың не істегені туралы мәліметтер әртүрлі). 1898 жылы Мэдисон Сквер Гардендегі көрмеде Никола Тесла радиомен басқарылатын шағын қайықты көрсетті. Тесла 1898 жылғы патентінде, АҚШ үкіметіне торпеда ретінде сату мақсатымен, сағаттық жиілікті өзгертуге арналған құрылғыны қосты, осылайша жау құрылғыны басып алмауға мүмкіндік берді. 1903 жылы испан инженері Леонардо Торрес Кеведо Париж Ғылым академиясында "Телекино" деп аталатын радиомен басқару жүйесін ұсынды. Сол жылы ол басқа елдерде бірнеше патент алуға өтініш берді. Бұл оның өзі жасаған "Астра Торрес" дирижаблін адам өміріне қауіп тудырмастан сынап көрудің бір жолы болды. Бұрынғы механизмдерден айырмашылығы, олар "қосу/өшіру" түріндегі әрекеттерді орындаған, Торрес әртүрлі жұмыс күйлері бар кез келген механикалық немесе электр құрылғысын басқару жүйесін жасады. Бұл әдіс үшін екілік телеграфтық кілт сигналы арқылы әртүрлі кодты сөздерді жібере алатын таратушы және қолданылатын құрылғыда кодты сөзге байланысты әртүрлі жұмыс күйін орната алатын қабылдағыш қажет болды. Ол рульдік механизм үшін әртүрлі позицияларды және итергіш механизм үшін әртүрлі жылдамдықтарды таңдауға қабілетті болды, сондай-ақ электр шамды қосу немесе өшіру үшін, ал туды көтеру немесе түсіру үшін және басқа да 19 түрлі әрекеттерді орындауға мүмкіндік берді. 1904 жылы Торрес 20-30 метрлік қашықтықта үш дөңгелекті жер көлігінде алғашқы сынақты жүргізді. 1906 жылы Испания королі Альфонсо XIII-нің қатысуымен Торрес бұл өнертабысты Бильбао портында көрсетті, 2 км-ден астам қашықтықта жағалаудан басқарылатын электр қуатымен жүретін "Vizcaya" кемесін адамдармен бірге жүргізіп отырды. 1904 жылы "Бэт" атты Виндермир пароходының авторы [Джек Китчен] оны эксперименталды радиомен басқару арқылы басқарды. 1909 жылы француз өнертапқышы өзінің "Торпиль Радио Автоматик" деп атаған радиомен басқарылатын торпедасын көрсетті. 1917 жылы Арчибальд Лоу Фелтемдегі құпия Корольдік әуе корпусының (RFC) эксперименталды жұмыстарының басшысы ретінде әуе кемесін радиомен басқаруды сәтті қолданған алғашқы адам болды. Оны болашақ әлемдік әуе жылдамдығы бойынша рекордты иеленуші Генри Сегрев жерден "ұшқарды". Лоудың жүйелері командалық хабарларды кодтап, жаудың араласуын болдырмау үшін қолданды. 1918 жылы құпия Д.С.Б. Портсмуттегі Корольдік теңіз күштерінің Сигналдар мектебінің бөлімі Эрик Робинсон В.К. басшылығымен "Әуе нысанасының" радиобақылау жүйесінің нұсқасын "аналық" ұшақтан түрлі әскери кемелерді, соның ішінде су асты кемелерін басқару үшін пайдаланды. Бірінші дүниежүзілік соғыс кезінде американдық өнертапқыш Джон Хейс Хаммонд кіші радиомен басқаруда қолданылатын көптеген әдістерді, соның ішінде қашықтан басқарылатын торпедаларды, кемелерді, кедергіге қарсы жүйелерді және тіпті оның қашықтан басқарылатын кемесінің қарсыластың кемелерінің жарық шамдарын нысанаға алуға мүмкіндік беретін жүйені жасады. 1922 жылы ол ескірген АҚШ теңіз күштерінің "USS Iowa" кемесіне радио басқару құрылғысын орнатты, осылайша оны нысана ретінде пайдалануға болады (март айында 1923 жылы оқ-дәрі жаттығуларында батып кеткен). Кеңес Қызыл Армиясы 1930 жылдары Финляндияға қарсы Қысқы соғыста қашықтан басқарылатын телетанктерді қолданды және Ұлы Отан соғысының басында кем дегенде екі телетанк батальонын пайдаланды. Телетанк 500-1500 м қашықтықтағы басқару резервуарынан радио арқылы басқарылады, екеуі телемеханикалық топты құрайды. Қызыл Армияда қашықтан басқарылатын кескіштер мен эксперименталды қашықтан басқарылатын ұшақтар да болды. Бірінші дүниежүзілік соғыста Ұлыбританияның радиомен басқарылатын 1917 жылғы "Әуе нысанасы" (AT) және 1918 жылғы "Дистанциялық басқару қайығы" (DCB) Лоудың басқару жүйелерін пайдалану нәтижесінде 1930 жылдары "Queen Bee" паркіне әкелді. Бұл "de Havilland" ұшағының адамсыз, қашықтан басқарылатын нұсқасы, теңіз күштерінің артиллериялық оқуларында қолданылды. "Queen Bee" ұшағы "Airspeed Queen Wasp" ұшағымен алмастырылды, ол арнайы жобаланған, жоғары өнімділікке ие нысана ұшағы болды.

Екінші дүниежүзілік соғыс

Радио басқару екінші дүниежүзілік соғыс кезінде, негізінен, оны ракеталық жобаларда қолданған немістер тарапынан одан әрі дамытылды. Олардың басты күші – кемелерге қарсы қолданылатын радиомен басқарылатын зымырандар мен жүзуші бомбаларды жасау болды, мұндай нысандарға әдетте шабуыл жасау қиын және қауіпті болатын. Алайда, соғыс аяқталар кезде Люфтваффе одақтас бомбалаушыларына шабуыл жасауда ұқсас қиындықтарға тап болды және радио командалық басқарумен басқарылатын жер-әуеге қарсы зымырандарды жасады, бірақ олардың ешқайсысы қолданысқа енбеді. Луфтваффе жүйелерінің тиімділігі, негізінен, Telefunken Funk Gerät (немесе FuG) 203 Kehl – екі осі, ұшақта орнатылған бір джойстикпен жабдықталған хабар таратушылар, сондай-ақ орналастыру кезінде басқаруға алынатын және Fritz X қуатсыз, бронеленген кемеге қарсы бомба мен қуатты Henschel Hs 293 басқарылатын бомбамен қолданылатын Telefunken-нің серігі FuG 230 Страсбург қабылдағышы, британдықтардың радиосигналдарын кедергілеу арқылы, соңында американдық көмекпен айтарлықтай төмендеді. Бастапқы табыстардан кейін британдықтар зымырандардың радио жабдықтарын жинау үшін бірнеше коммандолық шабуылдар ұйымдастырды. Содан кейін британдық кемелерге кедергі жасайтын құрылғылар орнатылды, нәтижесінде қарулар іс жүзінде «тоқтады». Неміс әзірлеушілері не болып жатқанын түсінгеннен кейін сыммен басқарылатын зымырандарға көшті, бірақ жүйелер соғыс Францияға ауысқанға дейін қолданысқа енгізілмеді. Неміс Kriegsmarine 1944 жылдан бастап жау кемелеріне шабуыл жасау үшін радиомен басқарылатын, жарылғыш заттармен толтырылған FL Boote (ferngelenkte Sprengboote) моторлық қайықтарын пайдаланды. Британдықтар мен американдықтар да осыған ұқсас міндеттерді орындау үшін радиобақылау жүйелерін жасады, неміс нысаналарының айналасына орнатылған ауқымды зениттік артиллерияны болдырмау мақсатында. Алайда, ешбір жүйе практикада қолданыла алмады, ал американдық «Афродита» операциясы нысанаға қарағанда пайдаланушылар үшін әлдеқайда қауіпті болып шықты. Американдық Azon басқарылатын еркін құлау бомбасы екінші дүниежүзілік соғыстың Еуропа және КБИ театрларында тиімді болды. Бұл дәуірдегі радиобақылау жүйелері көбінесе электрмеханикалық болды, әрқайсысы әртүрлі резонанстық жиіліктері бар кішкентай металл «тілшелер» немесе «қамыстарды» пайдаланды, олардың әрқайсысы белгілі бір жиілік алынған кезде әртүрлі релелердің біреуін қосатын болды. Релелер өз кезегінде зымыранның басқару беттерінде әрекет ететін әртүрлі атқарушы механизмдерді іске қосатын. Басқарушының радио хабар таратушысы басқару таяғының қозғалысына жауап ретінде әртүрлі жиіліктерді жіберді, бұл көбінесе қосу/өшіру сигналдары болды. Алайда, американдықтар жасаған Azon басқарылатын қару-жарақтың рульді басқаруға арналған радио жабдығы толық пропорционалды басқару жүйесі болды, ал «айлерон» тек борттағы гироскоптың бақылауында болды, ол қару-жарақты аударып алудан сақтады. Бұл жүйелер 1960 жылға дейін кеңінен қолданылды, содан кейін қатты күйдегі жүйелердің пайда болуы радиобақылауды жеңілдетті. Қамысты релелерді пайдаланатын электромеханикалық жүйелер ұқсас электрондық жүйелермен ауыстырылды, ал электрониканың шағындануы басқару арналары деп аталатын көптеген сигналдарды бір құрылғыға сыйыстыруға мүмкіндік берді. Алғашқы басқару жүйелерінде амплитудалық модуляцияны пайдаланатын екі немесе үш арна болуы мүмкін, ал қазіргі заманғы жүйелерде жиіліктік модуляцияны пайдаланатын жиырма немесе одан да көп арна бар.

Радиомен басқарылатын модельдер

Модельдерде радиобақылау жүйелерін алғашқы жалпы қолданысы 1950 жылдардың басында бір арналы, өздігінен құрастырылған жабдықтармен басталды; коммерциялық жабдықтар кейінірек пайда болды. Транзисторлардың енгізілуі батареяға деген қажеттілікті күрт төмендетті, себебі төмен кернеудегі ток тұтынымы айтарлықтай азайды және жоғары кернеулі батарея қажет болмай қалды. Түтіктермен және алғашқы транзисторлық жиынтықтарда модельдің басқару беттері көбінесе электромагниттік "бекіткіш" арқылы басқарылды, ол резеңке таспаның ішінде сақталған энергияны реттеді, қарапайым рульді қосу/өшіруге (оңға, солға және орталыққа) және кейде қозғалтқыш жылдамдығы сияқты басқа функцияларды қамтамасыз етті. Кристаллмен басқарылатын супергетеродинді қабылдағыштардың жақсы таңдау қабілеті мен тұрақтылығы басқару жабдығын тиімдірек және қолжетімдірек етті. Көп арналы даму әсіресе ұшақтар үшін пайдалы болды, оларға кемінде үш басқару өлшемі (көлбеу, бағдар және қозғалтқыш жылдамдығы) қажет болды, ал қайықтарға тек екі немесе бір ғана қажет болды. Электроникалық революция басталғанда, бір сигналдық арналық схеманы жобау қажетсіз болды, соның орнына радиолар сервомеханизмдер түсіне алатын пропорционалды кодталған сигналдар ағынын қамтамасыз етті, импульстік енінің модуляциясын (PWM) пайдалана отырып. Соңғы кезде импульстік кодты модуляциялау (PCM) мүмкіндіктерін пайдаланатын жоғары деңгейдегі хобби жүйелері нарыққа шықты, олар бұрынғы PWM кодтау түрінің орнына қабылдағыш құрылғыға компьютерлік цифрлық деректер ағынын жібереді. Дегенмен, тіпті осы кодтаумен де, ұшу кезінде байланыс үзілуі жиірек кездеседі, бұл әсіресе сымсыз қоғамның дамуымен байланысты. Кейбір заманауи FM сигнал қабылдағыштары әлі де "PWM" кодтауын қолданады, бірақ олардағы жаңартқыш компьютерлік микросхемалардың арқасында, олар белгілі бір PWM типті RC таратушының ерекше сигнал сипаттамаларын ғана тани алады, PCM кодтаудың әрдайым қажет еткен басқару ақпаратымен бірге берілетін арнайы "кодты" қажет етпейді. 21-ші ғасырдың басында 2,4 гигагерцтің кең спектрлі RC басқару жүйелері модельдік көліктер мен ұшақтарды басқаруда кеңінен қолданыла бастады. Қазір осы 2,4 ГГц жүйелерін көптеген радио өндірушілер шығарып жатыр. Бұл радио жүйелерінің бағасы бірнеше мың доллардан басталып, кейбіреулері үшін 30 доллардан төмен. Кейбір өндірушілер тіпті ескі 72 МГц немесе 35 МГц цифрлық қабылдағыштар мен радиоларды жаңарту жиынтықтарын ұсынады. 2,4 ГГц кең спектрлі RC жүйелері көбінесе FHSS сияқты "жиілікті ауыстыру" режимін қолданғандықтан, пайдалану кезінде бір жиілікте тұрақтап қалмайды, VHF жолағындағы RC басқару жүйелерінің жиілікті басқару үшін қажетті, модельдік ұшу алаңдарындағы "ексклюзивті пайдалану" ережелері, егер оны өзгерту үшін қызмет көрсетілмесе, тек бір жиілікті пайдаланған VHF жолағындағы RC жүйелері үшін бұрынғыдай міндетті емес.

Қазіргі заманғы әскери және аэроғарыштық қолдану

Қашықтан басқарудың әскери қолданыстары көбінесе тікелей радио басқару емес, ұшуды басқару беттерін және қозғалтқыш қуатын тікелей басқарудың орнына, толыққанды автономды, компьютерлендірілген автопилотқа жіберілетін нұсқаулар түрінде болады. Ұшақ қажетті бағытқа келгенше "солға бұрыл" сияқты сигнал жібермей, жүйе "осы нүктеге ұш" деген бір ғана нұсқауды жібереді. Көлікті радиоарна арқылы қашықтан басқарудың ең танымал мысалдары – Соджорнер сияқты Марс зерттеу машиналары.

Өнеркәсіптік радио қашықтан басқару

Бүгінде радиобақылау өнеркәсіпте жоғары көтергіш крандар және локомотивтер сияқты құрылғыларда қолданылады. Радиобақылаумен басқарылатын телеоператорлар инспекциялау және бомбаларды залалсыздандыруға арналған арнайы көліктер үшін қолданылады. Кейбір қашықтан басқарылатын құрылғылар роботтар деп аталады, бірақ олар автономды түрде жұмыс істемейтіндіктен, адам операторының бақылауында ғана жұмыс істейтін телеоператорлар ретінде дұрыс саналады. Өнеркәсіптік радиобақылауды адам немесе машинадан машинаға (M2M) режимінде компьютерлік басқару жүйесі басқара алады. Мысалы, автоматтандырылған қоймада белгілі бір затты алу үшін компьютермен басқарылатын радиобақылаулы кран қолданылуы мүмкін. Көтеру машиналары сияқты кейбір қолданбалар үшін өнеркәсіптік радиобақылау құрылғылары көптеген елдерде қауіпсіздік талаптарына сәйкес келуі керек. Өнеркәсіптік қашықтан басқару құрылғылары тұтынушылық өнімдерден өзгеше жұмыс істейді. Қабылдағыш беріліс құрылғысынан радиосигналды алғанда, оның дұрыс жиілікте екенін және барлық қауіпсіздік кодтары сәйкес келетінін тексереді. Тексеру аяқталғаннан кейін қабылдағыш релеге нұсқау жібереді, ол қосылады. Реле бағдарламадағы функцияны іске қосады, бұл беріліс құрылғысының батырмасына сәйкес келеді. Мысалы, бұл жоғары көтергіш крандағы электрлік бағыттаушы қозғалтқышты қосуға мүмкіндік береді. Қабылдағышта әдетте бірнеше реле болады, ал жоғары көтергіш кран сияқты күрделі құрылымда барлық бағыттарды басқару үшін он екі немесе одан да көп реле қажет болуы мүмкін. Есікті ашатын қабылдағышта екі реле жеткілікті. Өнеркәсіптік қашықтан басқару құрылғыларына қатысты қауіпсіздік талаптары күшейіп келеді. Мысалы, қашықтан басқару құрылғысы істен шыққан жағдайда қауіпсіздік функцияларын жоғалтпауы керек. Бұған мәжбүрлі контактілері бар қосымша релелерді пайдалану арқылы қол жеткізілуі мүмкін.