Rafał Puchała

Drony — praktyczna nauka latania

Lataj bezpiecznie

© Rafał Puchała, 2019

„Drony — praktyczna nauka latania” to książka, która jest skierowana do tych osób, które chcą rozpocząć swoją przygodę z dronami oraz do tych, które już posiadają drony i potrzebują wskazań do tego, aby nauczyć się nimi latać oraz poznać meandry dronowej rzeczywistości, takie jak historia, prawo czy zasada działania.

ISBN 978-83-8155-984-3

Książka powstała w inteligentnym systemie wydawniczym Ridero

Spis treści

1. Drony — praktyczna nauka latania

2. Wstęp

3. 1. HISTORIA

1. 1.1. Etymologia nazwy „dron”

2. 1.2. Zarys historii wielowirnikowców

4. 2. PRAWO

1. 2.1. Znajomość prawa lotniczego — warunek konieczny

2. 2.2. Wybrane aspekty prawa w Niemczech

3. 2.3. Wybrane aspekty prawa w Polsce

4. 2.4. Podsumowanie, hipotezy, wskazania

5. 3. BUDOWA I ZASADA DZIAŁANIA DRONÓW MR

1. 3.1. Budowa MR

2. 3.2. Elektroniczny kontroler lotu

3. 3.3. ESC — Elektroniczne regulatory prędkości

4. 3.4. Silniki i śmigła

5. 3.5. Nadajnik i odbiornik RC

6. 3.6. Akumulatory litowo — polimerowe

7. 3.7. Zasada działania quadcopterów

6. 4. BEZPIECZEŃSTWO

1. 4.1. Fale radiowe a drony

2. 4.2. Termika, prądy, wiatr, wilgotność i temperatura

3. 4.3. Pierwszeństwo statków powietrznych

4. 4.4. Aktywność słoneczna i GPS

7. 5. PRAKTYCZNA NAUKA LATANIA

1. 5.1. Nadajnik — istota sterowania dronem

2. 5.2. Start

3. 5.3. Lądowanie

4. 5.4. Do przodu i do tyłu

5. 5.5. W lewo i w prawo

6. 5.6. Orientowanie drona w punkcie

7. 5.7. Kwadrat w pionie, poziomie, w różnych ustawieniach

8. 5.8. Okrąg poziomy i pionowy

1. 5.8.1. Lot poziomy — metoda 1

2. 5.8.2. Lot poziomy — metoda 2

3. 5.8.3. Lot pionowy

9. 5.9. Trójkąt poziomy i pionowy

1. 5.9.1. Trójkąt pionowy

2. 5.9.2. Trójkąt poziomy

10. 5.10. „S”

11. 5.11. Sinusoida przodem i bokiem w pionie

12. 5.12. „Zorro” w pionie i poziomie

13. 5.13. Ósemka

14. 5.14. Spirala

15. 5.15. Bramki, drzewa… tor przeszkód

16. 5.16. Wstęp do latania dronami sportowymi

8. 6. LOTY METODĄ ARROW

1. 6.1. Rozplanowanie

2. 6.2. Wywiad

3. 6.3. Obserwacja

4. 6.4. Analiza

5. 6.5. Raport

9. 7. EGZAMIN NA VLOS

1. 7.1. Egzamin pisemny na VLOS

2. 7.2. Egzamin praktyczny na VLOS

Wstęp

„Drony — praktyczna nauka latania”, to książka przeznaczona dla wszystkich osób, które chcą nauczyć się latać dronem wielowirnikowym. Przeznaczona jest zarówno dla amatorów, jak i osób które już latają dronami. Została napisana jednak z myślą o tych, którzy nie mają na co dzień żadnego wsparcia merytorycznego, praktycznego, żadnych informacji jak sterować swoim dronem i na co zwrócić uwagę. Osoby takie po kilku tygodniach, miesiącach nabierają nie tylko złych nawyków, ale dochodzą w większości do błędnego przekonania, że już panują nad swoim wielowirnikowcem.

Niektórzy operatorzy, aby podnieść swoje kwalifikacje idą na kurs nauki latania dronami, a po zdaniu egzaminu uzyskują Świadectwo Kwalifikacji. Jednak i wśród tej grupy znajduje się wiele osób, które chętnie skorzystałyby z doświadczeń innych operatorów dronów, w różnych kwestiach min. w tym jak poprawnie wykonywać figury swoim dronem, jak latać precyzyjnie, jak zoptymalizować swoje loty itd. Po skończonym kursie tak naprawdę nie mają zbyt wielu możliwości, aby uzyskać więcej informacji. W jeszcze trudniejszej sytuacji znajdują się osoby, które nigdy na takim kursie na „licencję” na drony się nie znajdą, z różnych przyczyn — nie jest im ŚK do niczego potrzebne, kurs jest zbyt drogi itp. Tacy operatorzy są „skazani” na meandry internetu, portali społecznościowych, szum informacyjny, wielość informacji, które ciągle są ze sobą sprzeczne, kolejna internetowa porada, kolejne wskazanie wyklucza następne. Ta książka powstała właśnie z myślą o takich osobach, z myślą o Większości. Warto postawić pytanie, dlaczego obecnie jest tak mało informacji na temat tego, jak latać dronem wielowirnikowym typu Phantom, Syma, JJRC, Hubsan itp? Dlaczego nie ma praktycznie na ten temat żadnych książek na polskim rynku?

Odpowiedzią może być wskazanie, że pierwszy Phantom pojawił się komercyjnie na świecie w 2013 roku, temat szeroko rozumianych dronów jest bardzo świeży, choć dynamicznie się rozwija. Mało jest w Polsce dostępnej literatury na ten temat, prawo dot. dronów dopiero się kształtuje. Operatorzy dronów w Polsce, ci nowi i ci którzy już latają, cierpią na chroniczny brak literatury dot. dronów, szczególnie takiej, z której mogliby się czegoś nowego nauczyć. A i z samą literaturą jest problem. Przykładem mogą być dwa popularne tytuły na polskim rynku, autorzy nie pochodzą z Polski. Dostępne w nich tzw. chcecklisty — w punkcie „po lądowaniu” — nakazują albo wyłączyć nadajnik a później drona albo wyłączyć drona a później nadajnik? Może są tam błędy w tłumaczeniu, a może w innych państwach różnie się to praktykuje? Trudno powiedzieć. To na pewno nie ułatwia Czytelnikowi wybrania pożądanego algorytmu. Oczywiście w tej książce jest odpowiedź na to pytanie, która jest tą właściwą na egzaminie UAVO. Ta książka ma być cegiełką, wkładem w kształtującą się w Polsce dronową rzeczywistość, ma być pomocą i odpowiedzią na wiele pytań dotyczących dronów. Powinna być traktowana jako wskazanie do tego, aby móc ciągle doskonalić swoje umiejętności jako operator drona wielowirnikowego. Celem jej jest również zachęcenie Czytelnika do jeszcze większego zgłębienia zagadnień dotyczących dronów, które zostały tu jedynie nakreślone. Po pierwsze cel i objętość książki nie pozwalały na szersze opisy, po drugie, co ważniejsze — zabieg ten został wykonany celowo, aby szczególnie osoby zaczynające przygodę z dronami, mogły w sposób nie tylko usystematyzowany, ale w sposób przede wszystkim prosty i krótki przyswoić jak najważniejsze informacje. Zapewne po przeczytaniu tego opracowania i po kliku godzinach spędzonych na treningach, Czytelnik nie tylko będzie dysponował wiedzą większą niż przeciętny operator, ale też na pewno będzie miał solidne podstawy do przystąpienia do egzaminu na „licencję” na VLOS. Celowo również starano się unikać tzw. języka fachowego, intersubiektywnego, unikano szczegółowych opisów technicznych, ponieważ taka wiedza jest dostępna w niemal każdym innym dostępnym opracowaniu. Zatem główny cel książki, to nauczyć Czytelnika latać dronem, aby był świadomy tego jak lata i aby umiał nad nim panować i przewidywać różne sytuacje. Dobrze również, jeśli będzie znał choć podstawy historii dronów, co pozwoli mu w sposób krytyczny popatrzeć na współczesną dronową rzeczywistość. „Drony — praktyczna nauka latania” można czytać wyrywkowo, jednak książka ta stanowi spójne opowiadanie, które najlepsze efekty przyniesie, jeśli zostanie przeczytana od początku do końca. Powodzenia w przyswajaniu wiedzy i w czasie ćwiczeń, pamiętając o tym, że bezpieczeństwo powinno być na pierwszym miejscu.

1. HISTORIA

1.1. Etymologia nazwy „dron”

„Drone” z angielskiego oznacza trutnia, warkot, buczenie. Patrząc się na drony amatorskie czy też profesjonalne, na ich kształt, wydawane dźwięki można zauważyć analogię do angielskiego odpowiednika tego słowa. Samo określenie „drone” czyli, po polsku dron przyjęło się w terminologii potocznej, jak również naukowej. Ale dlaczego akurat właśnie taka nazwa? Odpowiedź znajduje się na kartach historii dronów i w cale nie jest taka jednoznaczna.

Choć na początku należy zaznaczyć, że współcześnie myśląc o dronach, ma się na myśli wielowirnikowce (MR — Multirotor) typu DJI Phantom, to jednak drony pierwotnie były przeznaczone do celów militarnych, z założenia były bezzałogowe i nie były to MR, a raczej były to bezzałogowe samoloty.

Październik 1918r. Jedną z pierwszych, najbardziej znanych i wczesnych, napędzanych i bezzałogowych maszyn latających był Kettering Bug — pierwotna nazwa to „Orzeł Wolności”, „Liberty Eagle”, ale potocznie przyjęło się „robak, pluskwa, insekt Ketteringa”, mała dwupłatowa latająca „torpeda”, która leciała w ustalonym kierunku, do 120 kilometrów od punktu startowego. Produkowana na potrzeby armii amerykańskiej. Kettering Bug był zaprojektowany w celu dostarczenia mieszanki gazu fosforowego i materiałów wybuchowych, miał wiele wad konstrukcyjnych i do czasu, gdy broń osiągnęła choć odrobinę sukcesu, wojna się skończyła i produkcja nigdy się nie rozpoczęła. Jako ciekawostkę można wskazać, że Kettering to miasto w USA w stanie Ohio. Nazwa nadana na cześć Charlesa Ketteringa, piastującego przez 27 lat stanowisko wiceprezydenta General Motors — wynalazcy min. rozrusznika samochodowego czy wcześniej już wskazanego „Liberty Eagle”. Wnioski wyciągnięte z testów „Robala” doprowadziły do opracowania pierwszych pocisków kierowanych, a także sterowanych radiowo dronów.

Krok milowy w rozwoju bezzałogowców wykonała Brytyjska Królewska Marynarka Wojenna i Królewskie Siły Powietrzne, doprowadziły tą technologię do pierwszych prawdziwych sukcesów. W 1925 roku wyprodukowano i przetestowano pierwszy na świecie „pocisk samosterujący”, znany jako Larynx RAE (skrócenie słów „Long Range Gun with Lynx Engine”). Maszyna wyglądająca bardzo nowocześnie i groźnie, została wystrzelona dwa lata później z katapulty na pokładzie niszczycieli Royal Navy HMS Stronghold i Thanet. Stworzona jako broń dalekiego zasięgu. Przeciwpancerna Larynx była zasilana silnikiem Armstrong Siddeley Lynx o mocy 200 KM osiągając prędkość 200 mil na godzinę.

W 1932 r. Royal Navy dostrzegła potrzebę stworzenia realistycznego celu przeciwlotniczego do szkolenia ochrony powietrznej — takiego, który mógłby wystartować, latać tam i z powrotem przed kanonierami, który następnie można byłoby odzyskać i ponownie wykorzystać, jeśli nie zostałby zniszczony. W tym czasie latające cele były zwykle holowane przez załogowe samoloty. Należało uważać w czasie holowania takiego samolotu, aby nie doszło do wypadku — działały przecież siły bezwładności. Zbyt gwałtowny manewr pilota holującego cel, mógł się skończyć różnie. Dodatkowo, należało uważać aby w czasie strzelania, nie trafić w samolot załogowy. Dlatego samolot bezzałogowy, przedstawiałby znacznie bardziej realistyczny cel i byłby zdecydowanie bezpieczniejszym rozwiązaniem, w czasie wykonywania strzelań.

Pierwszą próbą stworzenia przez Royal Navy sterowanego radiem samolotu bez pilota, zdolnego do startu, latania i lądowania, była Fairey Queen — przerobiony model IIIF (królowa wróżek — fonetycznie), zdecydowanie niemilitarna nazwa. Fairey Queen, wariant dwupłatowca rozpoznawczego Fairey III, miał być wykorzystywany przez okręty Royal Navy jako figura bojowa w czasie strzelań. „Królowe” zostały zbudowane w ilości 3szt. i wszystkie zostały uruchomione z HMS Valiant. Pierwsze dwie były wystrzelone z rufy Valianta w kwietniu 1932 r. Niestety zostały stracone, gdyż uderzyły od razu w morze (ich loty trwały odpowiednio 18 i 25 sekund). Trzeci był udany i został odzyskany, wyłowiony z morza. Został on wciągnięty na pokład Valiant i wystrzelony ponownie w styczniu 1933 roku na Gibraltarze.

Doświadczenie z Fairey Queen doprowadziło do zapotrzebowania na samolot do treningu artylerii przeciwlotniczej, a ostatecznie do opracowania de Havilland DH-82B Queen Bee. Była to pierwsza pełna produkcja, pełnowymiarowego oraz wielokrotnego użytku, samolotu bez pilota. Dla przypadkowego obserwatora, Queen Bee wyglądała niemal jak de Havilland DH-82A Tiger Moth, ale tak naprawdę była to hybryda samolotu wykorzystującego lżejszą, bardziej pływającą konstrukcję drewnianego kadłuba z DH-60 Moth, w połączeniu z wyższym dwuściennym skrzydłem Motyla Tygrysiego. Samolot mógł być obsługiwany zdalnie przez innego pilota lub kontrolera siedzącego w innym samolocie, na okręcie wojennym lub z panelu sterowania na lądzie. Mógł działać z pasów startowych lub zostać wystrzelony z katapult. Jako ciekawostkę można wskazać, że przygotowania do wystrzelenia latającego celu DH — 82B Queen Bee, 6 czerwca 1941 r. obserwował osobiście Winston Churchill.

Królowa Pszczoła to projekt, który był cezurą dla rozwoju nowoczesnych technologii wykorzystujących systemy kontroli radiowej. Ujawnił on braki w umiejętnościach i skuteczności systemów artylerii przeciwlotniczej Royal Navy. Odnotowano  zdarzenie, kiedy podczas ćwiczeń, Królowa Pszczoła manewrowała przed całą eskadrą okrętu przez ponad godzinę, a strzelcy nie mogli jej trafić. Warto przy okazji tej historycznej wzmianki, zwrócić uwagę na rolę samego operatora tego bezzałogowca. Nie ma prawdopodobnie badań w tym zakresie, ale z dużym prawdopodobieństwem można założyć, że ówczesny wprawny operator tego pierwszego zdalnie sterowanego bezzałogowca, potrafił wykonywać manewry o dużym stopniu trudności, które już dla pilota mogłyby być bardzo niebezpieczne. Można postawić hipotezę, że trudno byłoby obarczać całą winą za brak skuteczności artylerii próbujących trafić cel żołnierzy. Na potwierdzenie tej hipotezy i wskazanie jak już wtedy istotną rolę odgrywał dobrze wyszkolony operator, należy przytoczyć historię pewnego pokazu.

Podczas demonstracji umiejętności posługiwania się DH 82B Queen Bee przez Królewską Marynarkę Wojenną, w czasie której strzelcy nie mogli jej zestrzelić, pewien wysoki rangą oficer widząc to, zareagował zwracając się do swojego podwładnego: „Na litość boską, powiedz operatorowi, by wybrał SPIN(korkociąg)”, w którym to momencie Królowa Pszczoła zanurkowała w morze, pozornie padając ofiarą strzelców. Królewska Marynarka Wojenna, Brytyjska Armia i Królewskie Siły Powietrzne wykorzystały w dużym stopniu Królową do poprawy wyników strzeleckich.

Jest całkiem prawdopodobne, że de Havilland DH-82B Queen Bee otrzymała swoją nazwę częściowo od swojego protoplasty, Fairey Queen, ponieważ ich rozwój był połączony. Geoffrey de Havilland był pasjonatem, amatorem entomologii i lubił nazywać wszystkie swoje wczesne samoloty po latających owadach (Tiger Moth, Fox Moth, Mosquito i Dragonfly), to było prawdopodobnie motywem takiej, a nie innej nazwy Królowej Pszczoły.

Królowa była z pewnością pierwszym naprawdę udanym samolotem bez pilota, którego wyprodukowano około 400 sztuk w ciągu kilku lat. Zdolność Królowej Pszczoły do latania bez pilota była w istocie bardzo zaawansowaną technologią i wielokrotnie była demonstrowana dla dygnitarzy. W 1936 r. Admirał William Harrison Standley, jeden z sygnatariuszy ówczesnego traktatu, przedstawiciel Marynarki Wojennej USA podczas Second London Naval Treaty — Drugi Londyński Traktat Morski, był świadkiem demonstracji Królowej Pszczoły podczas ćwiczeń na żywo. Po powrocie do Stanów Zjednoczonych uruchomił zrewitalizowane amerykańskie badania nad zdalnie sterowanymi samolotami, takimi właśnie jak Queen Bee, które mogłyby być wykorzystywane jako urządzenia treningowe w ten sam sposób.

Wkrótce potem Biuro Aeronautyki Marynarki Wojennej USA zleciło komendantowi porucznikowi Delmarowi Fahrneyowi poprowadzenie projektu opracowania systemu. W ciągu kilku miesięcy dwa Curtiss N2C-2 Adwent i dwa biplany szkoleniowe Stearmana zostały wyposażone w podobny sprzęt do Queen Bee. Wkrótce słowo „dron” zaczęło pojawiać się w dokumentach związanych z amerykańskim projektem. Według relacji, sam Fahrney ukuł termin „dron” odnosząc je do De Havilland Queen Bee.

Można przypuszczać, że nazwa dron — truteń, użyta przez Fahrneya miała wskazywać na historię tego typu bezzałogowego samolotu i jego nazwy, ukazując armię amerykańską i amerykański samolot Kettering Bug — pluskwa, insekt Ketteringa, jako protoplastę obecnie rozwijanych maszyn, wskazując niejako na zapożyczenie nazwy przez Anglików. Można założyć hipotezę, że przekaz mógł mieć taki sens:” ta wasza Królowa Pszczoła nazwana przeze mnie Dron to przecież nasz stary Robal Ketteringa, znany jako Liberty Eagle. Słowo dron w omawianym kontekście, jakkolwiek by na to nie patrzeć i tak nawiązuje do amerykańskiej myśli dot. bezzałogowców. Amerykański oficer zajmujący się tym tematem musiał być świetnie zorientowany w temacie historii ówczesnych bezzałogowców, gdyż to właśnie jego armia stworzyła Insekta Ketteringa. Bug z założenia jest czymś bezużytecznym, szkodliwym z takiego potocznego punktu widzenia. Truteń to przeciwieństwo królowej pszczoły i bezpośrednie do niej nawiązanie i świetna kontynuacja amerykańskiego robala. Więc to tak jakby powiedzieć: Return off the Bug, teraz nazywa się Drone.

1.2. Zarys historii wielowirnikowców

Historia zaczyna się w 1843r., kiedy to Sir George Cayley, powrócił do koncepcji Leonarda da Vinci, polegającej na użyciu trzepoczących skrzydeł jako środka napędowego. W rezultacie w 1843r. powstał model „Aerial Carriage”. Cayley w swojej karierze kilkakrotnie powracał do pionowych koncepcji lotu.

W 1907 r. powstaje słynny „Helikopter Cornu”. Statek Cornu, był eksperymentalnym śmigłowcem zbudowanym we Francji i jest powszechnie uznawany za pierwszy samolot z obrotowym skrzydłem. Samolot wzniósł się w powietrze 13 listopada 1907 roku. Zbudowany przez rowerzystę Paula Cornu, był szkieletem skonstruowanym wokół zakrzywionej stalowej rury z wirnikiem na każdym końcu, a silnik oraz pilot znajdował się w środku statku powietrznego. Moc przenoszona była na wirniki za pomocą pasa napędowego, który łączył oba wirniki i obracał je w przeciwnych kierunkach. Śmigłowiec Cornu odnotował kilka krótkich skoków, wznoszących się na 1,5 lub 2 metry (5—7 stóp) w powietrze, utrzymując się w nim przez mniej niż minutę. Cornu porzucił swój pomysł, uznając go za nieefektywny. Jak można wnioskować z wielu analiz, sama maszyna nie byłaby zdolna do wykonywania lotów, ponieważ jej konstrukcja i zastosowane rozwiązania były nietrafione. Kolejny argument dziś oczywisty, to brak urządzenia zwanego współcześnie kontrolerem lotu (FC), nie mówiąc już o ESC (Electronic Speed Control). Wszystkim musiał sterować jeden człowiek, koordynując jednocześnie pracę poszczególnych „silników”, prędkość, wysokość, kierunek itd. coś, za co współcześnie odpowiadają podzespoły elektroniczne. Jeden człowiek nie jest w stanie z taką prędkością, jak komputer dokonywać tysięcy obliczeń w ciągu jednej sekundy. To tak naprawdę, przez cały czas było powodem, że technologia wielowirnikowców nie mogła ewoluować w takim tempie, jak to się dzieje współcześnie.

W 1907 roku powstał The Gyroplane No. I. To pierwsza próba stworzenia samolotu z obrotowym skrzydłem. Został zaprojektowany przez braci Breguet przy pomocy profesora Charlesa Richet. Samolot miał odkrytą otwartą stalową ramę z siedzeniem dla pilota i elektrownią pośrodku. Z centrum struktury promieniowały cztery stalowe ramiona z rurowymi usztywnieniami.

W dniu 11 listopada 1922 r. lot wykonał „Oehmichen nr 2”, ulepszony śmigłowiec z małymi pionowo zamontowanymi wirnikami, obracającymi się w przeciwnym kierunku niż duże wirniki podnoszące. Było to prawdopodobnie pierwszy helikopter zdolny do przewozu ludzi. Jego twórcą był Étienne Oehmichen, francuski inżynier, projektant śmigłowców. Aby wyeliminować efekt momentu obrotowego, dwa zestawy wirników były napędzane zgodnie z ruchem wskazówek zegara i dwa przeciwnie do ruchu wskazówek zegara.

W 1922 roku powstał śmigłowiec de Bothezat, znany również jako „latająca ośmiornica” –„ Jerome-de Bothezat Flying Octopus”. Był eksperymentalnym quadrotorem zbudowanym na potrzeby armii Stanów Zjednoczonych we wczesnych latach dwudziestych. Cztery masywne wirniki pozwoliły jednostce z powodzeniem latać, co było już dużym postępem w stosunku do „Helikoptera Cornu” z 1907r., który takiej zdolności nie posiadał. Nadal jednak niewykonalne było skuteczne sterowanie tym statkiem. Armia anulowała program w 1924 roku, a samoloty zostały wyzłomowane.

W latach pięćdziesiątych dwudziestego wieku skonstruowano wojskowy wielowirnikowiec „Convertawings Model A Quadrotor”. Ten model stanowił prawdziwy przełom w historii wilowirnikowców. Poprzez zastosowanie odpowiednich rozwiązań konstrukcyjnych, udało się osiągnąć taki efekt, że statek ten dosyć łatwo się sterował. Można go było przechylać na boki, pochylać i obracać wokół własnej osi, dzięki odpowiedniemu zwiększaniu i zmniejszaniu mocy na danym wirniku. Ze względu na ograniczone możliwości redakcyjne, zainteresowanych odsyła się do wielu publikacji w tym zakresie, które szczegółowo opisują zasadę działania tego quadkoptera i jego losy.

Curtiss-Wright VZ-7 był helikopterem zaprojektowanym przez firmę Curtiss-Wright dla armii amerykańskiej. Podobnie jak Chrysler VZ-6 i VZ-8 Airgeep miał to być „latający jeep”. — powstały dwa modele w 1958 roku. Zasada działania podobna była do tej w „Convertawings”, również łatwo się nim sterowało. Ogólnie dobrze spisywał się na testach, jednak i w tym przypadku, armia amerykańska stwierdziła, że nie jest nim zainteresowana. VZ 7 latał do 51km/h, latał nisko, był zdolny do zawisu. I pomimo tego, że współcześnie może to robić wrażenie, że już wtedy skonstruowano coś na wzór dzisiejszych dronów MR, to jednak było to dla armii amerykańskiej zdecydowanie za mało. Wojskowi szukali takich statków powietrznych, które będą zdolne rozwijać dużo większe prędkości i wysokości oraz będą oczywiście niewidoczne dla radarów.

Robiąc małą dygresją, należałoby by wskazać na statek powietrzny skonstruowany w tym samym okresie co VZ- 7, a mianowicie na Avro Canada VZ-9 Avrocar. Patrząc na stawiane wymagania, łatwo zrozumieć motywy rezygnacji amerykanów z „siódemki”. Z założenia „VZ-9” latać miał z prędkością zbliżoną do 500 km/h przy osiągnięciu pułapu 3km. Testy skończyły się na osiągnięciu niecałych 60km/h i osiągnięcia pułapu 1m nad ziemią. Jako ciekawostkę można wspomnieć, że zastosowano w nim 3 silniki turboodrzutowe. Wyglądał jak UFO.

Keyence Gyrosaucer II E-570 to już rok 1990. Produkt japoński. Była to czterordzeniowa, stabilizowana mechanicznym żyroskopem platforma latająca. Żyroskop bodajże 2 osiowy, 3 minuty lotu, waga 90g. Dostępny tylko w Japonii, Ówczesna cena około 450 dolarów. Jest to pierwszy mały komercyjny dron sprzedawany jako zabawka. Właśnie w tym miejscu historii wielowirnikowce zaczynają być dostępne dla każdego, głównie dzięki postępującej miniaturyzacji.

Quadrocopter Draganflyer RC to kolejny dron wprowadzony do masowej sprzedaży w 1999 roku.

W 2003 roku niemieccy uczniowie Daniel Gurdan i Klaus M. Doth wzięli udział w ogólnokrajowym konkursie Jugend Forscht („Młodzi Naukowcy”), przedstawiając sterowany radiowo, samopoziomujący się quadkopter, który opracowali nazwany „Jufo-Ufo”), i zakończyli na 4 miejsce w dziale technologii. Firma Silverlit dowiedziała się o tym przez lokalną gazetę i zakontraktowała wynalazców. X-UFO opracowano następnie jako zabawkową, niedrogą „interpretację” oryginalnego projektu, z mniej wyrafinowanym i tańszym sprzętem sensorycznym, i rozpoczęto produkcję w fabryce Silverlit w Chinach pod koniec 2004 roku.

2012 rok AR Parrot sterowany wi-fii, przeznaczony do kontrolowania przez systemy mobilne, tablety.

2013 DJI Phantom 1 — bateria 10 minut, zdjęcia aplikacje — kamera, GPS, IOC — inteligentna kontrola położenia. Stabilny, dostępny cenowo, rewelacyjny. W porównaniu do Parrota mógł nieporównywalnie lepiej wytrzymywać wiatr, był mocniejszy, lepiej wykonany. Po prostu najwyższa jakość.

Reasumując można zauważyć, obserwując dzisiejszy rynek dronów, że prawdziwej rewolucji dokonała firma DJI. I to stosunkowo niedawno. Od momentu, kiedy każdy może pozwolić sobie na zakup dronów chińskiego potentata dronowego, oraz od kiedy te drony i serwis z nimi związany dostępne są już na całym świecie, wielowirnikowe — drony, już na dobre zadomawiają się jak nigdy dotąd, w niemal każdym zakątku świata, stając się integralną częścią rzeczywistości społeczno-gospodarczej.

2. PRAWO

2.1. Znajomość prawa lotniczego — warunek konieczny

Bez względu na to, czy chodzi o latanie rekreacyjne, sportowe czy zarobkowe, bez względu na to czy dron waży 50 g czy 20 kg oraz czy loty wykonywane są w „szczerym” polu czy w centrum aglomeracji miejskiej, do lotów dronami niezbędna jest znajomość prawa. W innym wypadku operator nie jest w stanie wykonać choćby najprostszego lotu dronem zabawkowym, nawet w obrębie własnej ulicy na której mieszka. Co ważne, w każdym kraju na świecie przepisy prawa lotniczego dot. dronów są inne, choć w wielu wypadkach bardzo zbliżone. W jednym prawodawstwie ustawodawcy kładą nacisk na ograniczenia związane z wagą drona, w innym na ograniczenia związane z pułapem wysokości lotu, dotyczące tego czy lot ma charakter zarobkowy, czy dron wyposażony jest w kamerę, czy lata w dzień czy w nocy, czy w mieście lub na ograniczenia wynikające z minimalnej odległości jaka powinna być zachowana od granic lotnisk, czy spełniania obowiązku oznakowania drona tabliczką znamionową, czy musi mieć spadochron, światła, czy musi być zarejestrowany, czy występują ograniczenia wiekowe i wiele innych zmiennych. Należy również zwrócić uwagę na to, że prawodawstwo dotyczące dronów, szczególnie tych wielowirnikowych, które latają w miastach, dopiero jest w fazie kształtowania. Przepisy na przykład na terenie krajów Unii Europejskiej, zmieniają się bardzo dynamicznie. Zmiany nie rzadko są wywołane zdarzeniami, w których drony przeważnie powodowały jakieś sytuacje zagrożenia. Choć zazwyczaj to nie drony są „winne”, a głównie nieodpowiedzialni, niedoświadczeni lub nie znający przepisów operatorzy tych dronów, rzadziej chodzi o awarie sprzętu. Ta dynamika zmian w prawie jest dodatkowym utrudnieniem dla współczesnego operatora, gdyż wymaga od niego ciągłej nauki i konieczności śledzenia nowych rozporządzeń, ustaw, w których jest coraz więcej nowych regulacji. Biorąc pod uwagę duże kary finansowe, możliwość odpowiadania za przestępstwa określone w kodeksie karnym czy możliwość spowodowania katastrofy, wypadku będącego efektem braku znajomości przepisów, ich znajomość jest szalenie ważna i tak naprawdę, bez niej nauka latania dronami jest bezcelowa, jak również niebezpieczna tak dla operatora, jak i dla otoczenia w którym wykonuje on swoje loty. Wiadomo, że brak znajomości prawa nie zwalnia nikogo, z odpowiedzialności za jego łamanie. Dlatego w tym rozdziale w sposób szczególny, omówione zostaną zasady dotyczące lotów dronami. Jest to bardzo istotne również z tego względu, iż drony obecnie przez większość społeczeństw, traktowane są w kategoriach zabawek, rozrywki, hobby polegającego na robieniu ładnych zdjęć czy filmów, a przecież to są statki powietrzne i na pewno nie powinny być traktowane jak zabawki. Do tego dochodzi „raczkujące” prawo nie nadążające za tą technologiczną rewolucją, w którym często brak jest jednoznacznych wskazań. Wymienione czynniki określają poziom świadomości współczesnego mieszkańca na przykład Polski, Niemiec czy Anglii dotyczącą prawa lotniczego w zakresie dronów, nie mówiąc już o tym, że do czasów współczesnych znajomość prawa lotniczego, potrzebna była naprawdę wąskiej grupie społecznej, nawet w skali globalnej. Obecnie sytuacja zmieniła się diametralnie i za tym gigantycznym postępem technologicznym nie tylko nie nadąża prawo, ale przede wszystkim ludzka świadomość. Minie zapewne sporo czasu, zanim to się zmieni.

2.2. Wybrane aspekty prawa w Niemczech

Można by zadać pytanie po co znać prawo w Niemczech dotyczące dronów? Niemieckie prawo zostało tu przedstawione w sposób celowy. Próba omówienia choćby w sposób wyrywkowy prawa dot. dronów z kilku czy kilkunastu innych państw jest zadaniem karkołomnym. Prawo, które dzisiaj obowiązuje w Niemczech, jest bardzo zbliżone do „średniej europejskiej” w tym zakresie, a Niemcy to państwo, które ciągle nadaje ton na wielu płaszczyznach prawa, często implementowanego w prawodawstwie pozostałych państw w Unii Europejskiej. Warto podkreślić, że omawiane poniżej przepisy dotyczą w głównej mierze lotów rekreacyjnych i sportowych.

Podobnie jak w polskim prawie, drony wykonujące loty rekreacyjne i sportowe określane są jako modele latające, a te wykorzystywane do innych celów jako bezzałogowe statki powietrzne. Punktem granicznym do omawianych przepisów jest waga drona i wynosi ona 250 gram, jednak dron poniżej tej wagi, w świetle niemieckiego prawa również traktowany jest jak statek powietrzny.

Modele statków powietrznych, niezależnie od ich konstrukcji i masy, podlegają obowiązkowemu ubezpieczeniu „OC”. Każdy posiadacz statku powietrznego, a tym samym modelowego statku powietrznego, jest zobowiązany do wykupienia specjalnego ubezpieczenia odpowiedzialności cywilnej z tytułu lotnictwa za eksploatację modelu samolotu. Posiadane ubezpieczenie odnosi się do osoby fizycznej lub prawnej, która ma prawo dysponować danym modelem. Zwykle będzie to właściciel.

Wymagane jest, aby start i lądowanie drona były w miejscu, w którym właściciel danego terenu wyraził na to zgodę. Podczas lotów w obszarach mieszkalnych, wymagana jest również zgoda właściciela nieruchomości, na przelot nad jego nieruchomością — co w świetle polskich przepisów wydaje się szalenie rygorystyczne.

Loty w nocy są możliwe tylko po uzyskaniu pozwolenia na start. W terenach zurbanizowanych, każdy dron który posiada kamerę nie ma prawa do lotu, chyba że za zgodą właściciela nieruchomości. Zatem swobodny lot w mieście Phantomem, Sparkiem, Maviciem, jest prawie niemożliwy. Filmowanie lub fotografowanie życia osobistego mieszkańców bez ich zgody jest w Niemczech przestępstwem zagrożonym karą do 2 lat pozbawienia wolności.

Maksymalna wysokość lotów dronami w Niemczech to 100m.

Drony o masie powyżej 250 gram, muszą być oznakowane imieniem i nazwiskiem oraz adresem właściciela. Oznakowanie to musi być widoczne, trwałe i ognioodporne.

Aby użytkować model lotniczy o masie niższej niż 5 kg nie jest wymagana żadna zgoda niezależnie od tego, czy statek użytkowany jest prywatnie czy w celach komercyjnych. Powyżej 5 kg pozwolenie na start. Powyżej 2 kg wymagana jest licencja tzw. „dowód wiedzy” — Kenntnisnachweis.

Ponadto granica przestrzeni niekontrolowanej (przestrzeń powietrzna E) wynosi 762 m (2500 stóp) nad ziemią, a w pobliżu portów lotniczych to około 304,80 m (1000 stóp).

2.3. Wybrane aspekty prawa w Polsce

W tym rozdziale w zarysie zostaną przedstawione zasady lotów dronami obowiązujące w Polsce. Wszystko po to, aby porównać je z tymi w Niemczech i postawić pewne hipotezy. Szczegółowe opisy nie mają sensu, ponieważ te obowiązujące trzeba po prostu znać, a prawo dotyczące dronów w Polsce czy w Europie, zmienia się średnio co rok lub co dwa lata, często z powodu kolejnego incydentu lotniczego. Dlatego to, co opisane zostanie tutaj w skrócie, już za rok będzie częściowo nieaktualne. Szkoda zatem, aby przyszły czytelnik był wprowadzany w błąd.

Najważniejsze rzeczy o których trzeba wiedzieć to, że loty dronów w Polsce dzieli się na rekreacyjne i sportowe (modele latające) oraz na tzw: „komercyjne” (bezzałogowe statki powietrzne). Do tych drugich konieczne jest Świadectwo Kwalifikacji, potocznie określane „licencją na drona”.

Przestrzeń niekontrolowana wynosi do 2895m wysokości i nie jest liczona od powierzchni ziemi a od poziomu zerowego, w którym ciśnienie wynosi 1013,25hPa. Wysokość czy odległość od operatora powinna być do zasięgu jego wzroku lub w granicach określonych przez przepisy.

Wszystkimi dronami ważącymi poniżej 600 gram można latać w mieście, jednak tylko rekreacyjnie i sportowo. Jeżeli ktoś chciałby na takim dronie zarabiać wtedy cel jest komercyjny i bez względu na masę drona musi posiadać Świadectwo Kwalifikacji operatora bezzałogowych statków powietrznych. Dronami ważącymi poniżej 600 gram również bez względu na to czy to lot komercyjny czy nie, można latać w odległości większej niż 1 km od granicy lotniska lub 500 m od terenu obiektu chronionego przez strefę P do wysokości nie większej niż 30m lub do wysokości najwyższej przeszkody, w tym drzew lub obiektów budowlanych, znajdującej się w promieniu do 100m od operatora. Zatem przepisy dotyczące modeli latających i bezzałogowych statków powietrznych, w tym zakresie są identyczne.

Tak samo jest w kwestii zapisów, gdzie drony powyżej 600 gram i o masie nie większej niż 25 kg mogą latać w odległości większej niż 6km od granicy lotniska i do wysokości nie większej niż 100 m nad poziomem terenu. Tyczy się to zarówno tych wykorzystywanych do celów komercyjnych, jak i do celów rekreacyjnych i sportowych.

Jeżeli lot ma być wykonany dronem powyżej 600 gram, to w przypadku kiedy posiada się Świadectwo Kwalifikacji sprawa jest prosta. W każdej fazie lotu należy zachować bezpieczną odległość od osób pojazdów lub innych użytkowników przestrzeni powietrznej. Natomiast w przypadku, kiedy nie posiada się „licencji” na drona, należy zachować odległość poziomą nie mniejszą niż 100m od zabudowy miejscowości, miast, osiedli lub od zgromadzeń osób na wolnym powietrzu. Należy również zachować odległość poziomą nie mniejszą niż 30m od osób, pojazdów, obiektów budowlanych niebędących w dyspozycji lub pod kontrolą operatora. Potocznie się przyjęło, że jeżeli nie ma się Świadectwa Kwalifikacji to loty w mieście są zakazane, niemożliwe. Wynika to ze złej interpretacji przepisów poprzedniego rozporządzenia, w którym użyty był termin „od granic” zabudowy miejscowości. Problemem było określenie samej granicy zabudowy, zatem w nowym rozporządzeniu jest już tylko sformułowanie „od zabudowy miejscowości”. Zatem nie oznacza to, że nie można latać w mieście, ale że należy znaleźć się we wskazanej odległości 100m od wskazanych elementów materialnych, na przykład budynków, hali, sklepów.

W kwestii lotów FPV przepisy są bardziej rygorystyczne. Tu Świadectwo Kwalifikacji nie ma żadnej „mocy”. Z licencją czy bez przepisy dotyczące takich lotów są identyczne, choć różnią się formą i mogłoby się wydawać, że osoby bez „licencji” paradoksalnie mogą latać dronem swobodnie w mieście, ale to nie jest prawda. Odległości muszą być zachowane jak w przypadku nie posiadania licencji. Dla wszystkich operatorów dronów w Polsce dla lotów FPV do 2kg, są takie same zasady:

— Zachować bezwzględnie odległość 100m od zabudowy miejscowości, miast, osiedli lub od zgromadzeń osób na wolnym powietrzu.

— Latać nie wyżej niż 50m nad poziomem terenu

— Zachować odległość poziomą nie większą niż 200m od operatora.

Loty nad rurociągami paliwowymi, liniami energetycznymi i liniami telekomunikacyjnymi, zaporami wodnymi, śluzami oraz innymi urządzeniami znajdującymi się w otwartym terenie, których zniszczenie lub uszkodzenie może stanowić zagrożenie dla życia lub zdrowia ludzi, środowiska albo spowodować poważne straty materialne, wykonuje się z zachowaniem szczególnej ostrożności. Należy również pamiętać o strefach, gdzie obowiązują bezwzględne zakazy lotów, które wskazane są w załączniku 6 cytowanego Rozporządzenia Ministra Infrastruktury z dnia 20 grudnia 2018 r. zmieniającego rozporządzenie w sprawie wyłączenia zastosowania niektórych przepisów ustawy — Prawo lotnicze do niektórych rodzajów statków powietrznych oraz określenia warunków i wymagań dotyczących używania tych statków.

W kwestii konieczności rejestracji dronów w Polsce, to nie ma takiego obowiązku. Nie ma również obowiązkowego ubezpieczenia OC dla lotów rekreacyjnych i sportowych, dla „komercyjnych” już jest. Również tylko dla lotów innych niż rekreacyjne i sportowe ustawodawca nakłada obowiązek, umieszczania na dronie tabliczek znamionowych z danymi operatora, noszenia kamizelki ostrzegawczej czy opracowania instrukcji operacyjnej.

2.4. Podsumowanie, hipotezy, wskazania

Jakie regulacje są przyjazne dla operatorów dronów, polskie czy niemieckie? W 2018 roku Parlament Europejski już przyjął tzw. Rozporządzenie bazowe ( NBR- New Basic Regulation) w sprawie wspólnych zasad lotów dronów. Jego celem jest standaryzacja przepisów, zasad dotyczących lotów, certyfikacji operatorów tak, aby były one wzajemnie uznawane przez wszystkie kraje należące do Unii Europejskiej. Obecnie polska licencja ważna jest tylko w Polsce, a niemiecka tylko w Niemczech. To ma się zmienić. Nowe wskazania rozporządzenia bazowego, określają na przykład potrzebę rejestracji każdego drona powyżej 250 gram, a także konieczność jego oznakowania. Z kolei dla danej kategorii dronem nie będzie można lecieć wyżej niż 120 m. Widać zatem wyraźnie, że Polska musi zaimplementować przepisy, które już obowiązują w Niemczech. Obecnie polskie prawodawstwo jest w stosunku do niemieckiego, lecz nie tylko, przyjazne dla użytkowników dronów. Powoduje to sytuację, w której ta rzeczywistość może się w Polsce dynamicznie rozwijać. W Niemczech zarobkowo można latać bez licencji, a licencja umożliwiająca latanie dronami powyżej 2 kg kosztuje około 120 złotych, w Polsce taka licencja to koszt około 1500- 2000 złotych. Jednak drastycznie zaostrzone prawo dotyczące dronów w Niemczech, spowodowało że właściwie drony typu DJI zostały „wyproszone” z miast. Z drugiej strony Niemieckie firmy są bardzo aktywne w tym sektorze. Na przykład Audi czy Mercedes,  wydają dziesiątki, a może już setki milionów euro na projekty związane z zastosowaniem dronów w logistyce czy transporcie np. Volcopter. W Polsce choć pozornie licencja jest droga, daje jednak operatorowi dużo większe uprawnienia niż ta niemiecka i z pewnością przyczynia się do tworzenia szeroko rozumianego kapitału społecznego operatorów dronów. Takie „siłowe” ujednolicanie przepisów dotyczących dronów, bez uwzględnienia praw poszczególnych krajów, bez uwzględniania uwarunkowań społeczno- kulturowych, czy społeczno-gospodarczych wydaje się przedsięwzięciem nietrafionym. Już sam zapis o wysokości lotu do 100m czy 120 m początkowo wydaje się właściwy, rozsądny, bo faktycznie latanie wyżej dronem często jest niepotrzebne. W Niemczech zapis ten wywołał „burzę” szczególnie w środowiskach modelarzy, jednak w stosunku do dronów został utrzymany. W Polsce przyjmowanie takiego rozwiązania będzie na pewno szkodliwe i bardzo utrudni operatorom fotografowanie czy tworzenia filmów lub map z powietrza. Nie trudno sobie wyobrazić sytuację, w której należy wykonać fotografię na przykład kościoła z wieżą o wysokości 80—100m i jakiegoś obszaru, placu do niego należącego. Skuteczna wysokość, z której można uzyskać żądaną perspektywę wynosi od około 160 m do 200m. Wprowadzenie granicy 100 m, spowoduje sytuację powstania „martwego prawa”, które w przypadku dronów, będzie po prostu niemożliwe do przestrzegania. Granica 300 m wydaje się być dobrym rozwiązaniem. Śmigłowce ratunkowe, inspekcyjne i tak latają poniżej 100 m i nie jednokrotnie można je spotkać już na wysokości 50m. Zamiast koncentrować się na ograniczeniach wysokości, może warto już wprowadzić obowiązek zgłaszania lotów w przestrzeni niekontrolowanej dla wszystkich statków powietrznych, ale w taki sposób, aby dane zamieszczane przez pilotów czy operatorów miały charakter komplementarny. Na dzisiaj operator w Polsce może lecz nie musi zgłosić swój lot w przeznaczonej do tego aplikacji, ale nie widzi on w niej czy będzie za chwilę leciał śmigłowiec. To może sprawdzić tylko u Dyżurnego w PAŻP. Z kolei pilot śmigłowca, również nie zajrzy do aplikacji dronowej i nie wie tak naprawdę, czy zaraz nie zderzy się z dronem. Chodzi o to, że zgłaszanie lotów tylko przez operatorów dronów w przestrzeni niekontrolowanej i wyłączenie z tego obowiązku wszystkich statków załogowych byłoby błędem. Swój lot w przestrzeni niekontrolowanej powinien już na dzisiaj zgłaszać każdy, kto wznosi się swoim statkiem już na wysokość 5 m nad ziemią. Zaostrzanie przepisów na wzór niemiecki jest bezcelowe i wydaje się nietrafione, bo wyparcie dronów z niemieckich miast nie poprawi bezpieczeństwa poza miastami. Warto zatem już dziś włączyć się do procesu tworzenia się w Polsce prawa dot. dronów, aby jego kierunki były wyznaczane przez praktyków i profesjonalistów, a nie tylko przez grupy interesu.

3. BUDOWA I ZASADA DZIAŁANIA DRONÓW MR

3.1. Budowa MR

W tym rozdziale, przedstawiona zostanie budowa drona. Ze względu na wielość opcji, za model przyjęto bezzałogowiec czterowirnikowy z jego najważniejszymi elementami. Warto również przypomnieć znaczenie użytego skrótu MR, który w przyjętej nomenklaturze oznacza dron wielowirnikowy z angielskiego multirotor. Oprócz dronów czterowirnikowych można spotkać drony 4,6, 8 wirnikowe lecz również posiadające większą ilość wirników. Możliwe konfiguracje są kwestią wyobraźni konstruktorów i w głównej mierze zależą od tego, do jakiego celu dron ma być przeznaczony i od budżetu przeznaczonego na jego budowę. Poniżej przedstawiono skrótowy opis wybranych części drona, ponieważ szczególnie w przypadku osób początkujących przyjmuje się, że sukcesem będzie, kiedy Czytelnik zapamięta podstawowe elementy z których zbudowany jest dron i zrozumie do czego w ogóle służą. Wtedy droga do zgłębiania wiedzy dot. budowy i zasady działania drona będzie o wiele łatwiejsza.

3.2. Elektroniczny kontroler lotu

Należy zacząć od elementu najważniejszego, od serca drona, a mianowicie od elektronicznego kontrolera lotu

Koniec darmowego fragmentu książki.

Zachęcamy do zakupu pełnej wersji.