itemscope itemtype="http://schema.org/WebPage"

История беспилотников: как управляли техникой на расстоянии в начале XX века

Хорошо делать беспилотники в наше время! К вашим услугам всегда умные компьютеры, которые берут на себя задачи управления. Ну а как быть, если вы живёте в начале XX века и первый компьютер изобретут ещё нескоро? Не повод отчаиваться — технология наших предков могла справиться и не с таким.

/
8.1K
52
69
119

Хорошо делать беспилотники в наше время! К вашим услугам всегда умные компьютеры, которые берут на себя задачи управления. Ну а как быть, если вы живёте в начале XX века и первый компьютер изобретут ещё нескоро? Не повод отчаиваться — технология наших предков могла справиться и не с таким.

Заря радиосвязи

Допустим, мы хотим научить некую машину исполнять четыре команды: «вправо», «влево», «вверх» и «вниз». Выделять по отдельной частоте под каждую команду нам, понятное дело, не очень-то хочется: это сильно усложнит конструкцию. Попробуем обойтись одной.

Простейший способ, доступный буквально на самой заре радиосвязи (в 1890-х), — это задавать команды числом импульсов. Например, один импульс — команда «вправо». Два подряд — команда «влево». Три — «вверх», и четыре — «вниз». Сколько мы импульсов передадим — такая команда и будет выполняться. Уж посчитать количество импульсов автоматы умели давным‑давно.

Система шагового искателя
Система шагового искателя

Для ввода команд обычно использовался наборный диск — как на старых телефонных аппаратах, — соединённый с ключом радиопередатчика. Оператор прокручивал диск на нужную цифру, и простенький пружинный механизм отбивал в эфир соответствующее ей число импульсов. Если оператор набирал цифру «два», то два импульса и отсылалось.

На борту беспилотного аппарата радиоприёмник соединялся с шаговым искателем: электромеханическим устройством, которое последовательно (шагами) переключалось между рядом контактов. Каждый принятый в эфире импульс перемещал искатель на шаг вперед. Если, как в нашем примере, отправлено было два импульса, то искатель смещался вперед на два шага и замыкал второй по очереди контакт. От этого ток подавался на исполнительные механизмы, которые и выполняли приказ: например, поворачивали руль. В нашем сценарии была передана команда «влево», так что руль повернулся влево.

Контрольная станция корабля-мишени Агамемнон. Справа виден телефонный наборный диск — именно им отдавали приказы огромному роботу
Контрольная станция корабля-мишени «Агамемнон». Справа виден телефонный наборный диск — именно им отдавали приказы огромному роботу

Таким нехитрым способом можно с одного наборного диска задать девять команд (от 1 до 9).

Ну а если этого мало? Ничто не мешает поставить пару шаговых искателей и автоматический переключатель, который после ввода команды на первом искателе переключит приёмник на второй. Тогда первая введённая оператором цифра будет задавать позицию на первом искателе, вторая — на втором… и так, пока не надоест.

Корабль-мишень Агамемнон
Корабль-мишень «Агамемнон»

Именно таким образом управлялся британский корабль-мишень «Агамемнон», перестроенный в 1920-е годы из старого броненосца. Он мог выполнять 99 различных команд, заданных двузначными комбинациями от 1-0 и до 9-9. Коды с 1-0 по 3-6 определяли курс огромного робота, коды с 5-0 по 9-9 задавали скорость, а набор команд с 3-7 по 4-9 использовался для вспомогательных функций: включения и выключения бортовых огней, постановки дымовых завес и так далее.

«Центурион» на дистанционном управлении

Главный недостаток такого подхода — его неторопливость.

Скорость реакции системы зависит от множества чисто механических процессов. Для управления, скажем, самолётом, такая система довольно неудобна. Поэтому её обычно использовали для контроля беспилотных кораблей, торпед и подобной техники, где моментальная реакция не требовалась. Или же брали такую систему как вспомогательную, в комбинации с другими методами: например, для установки нужной скорости или высоты полёта.

Другой недостаток — это чувствительность системы к помехам. Неприятелю достаточно найти нужную частоту и передать на ней ложный импульс, чтобы сбить систему с толку. Научить же её различать импульсы и отличать настоящий от ложного, довольно непросто.

Поэтому в 1910-е годы придумали другое простое решение: фазово-импульсную модуляцию, или в дословном переводе с английского «модуляцию положением импульса» (Pulse Position Modulation).

Интервальная работа

В чём суть идеи? В том, что работа системы управления разделяется по времени на отдельные циклы — обычно по секунде каждый — и каждый такой цикл делится на отдельные интервалы. Команда задаётся конкретным интервалом, в который был отправлен и принят радиоимпульс.

Допустим, мы хотим закодировать всё те же четыре команды управления. Мы устанавливаем промежуток с 0,00 (начало цикла) секунды и до 0,25 секунды для команды «вправо»; 0,26-0,50 секунды — для команды «влево»; 0,51-0,75 секунды — для команды «вверх»; и 0,76-1,00 — для команды «вниз». Передатчик на станции управления и приёмник на борту беспилотника тщательно синхронизируются — так, чтобы их циклы в точности совпадали.

На станции управления очень точный таймер последовательно подсоединяет радиопередатчик к кнопкам управления. Когда оператор нажимает, скажем, кнопку «влево», он подает ток на соответствующий контакт — и когда стрелка таймера достигает этого контакта ровно в 0,26-0,50 секунды от начала цикла, передатчик транслирует в эфир короткий импульс.

На борту беспилотника происходит обратный процесс — таймер последовательно соединяет радиоприёмник с исполнительными реле. В момент 0,26-0,50 секунды от начала цикла приемник соединяется с реле, которое отвечает за команду «влево». И если точно в этот момент придёт сигнал, то реле замкнётся и исполнительные механизмы начнут выполнять команду «влево».

Такая система реагирует намного быстрее шагового искателя.

К тому же можно передавать и несколько команд одновременно — например, «вправо» и «вверх». И к помехам такая система тоже довольно устойчива — если сделать интервалы приёма очень короткими, а между ними оставить длинные пустые паузы, то неприятель ни за что не догадается, когда же именно посылать ложные импульсы.

Воздушная мишень Арчибальда Лоу, первый в мире радиоуправляемый самолётик
«Воздушная мишень» Арчибальда Лоу, первый в мире радиоуправляемый самолётик

По такому принципу управлялся самый первый радиоуправляемый самолёт в мире — Aerial Target Арчибальда Лоу, созданный в 1917 году. Для конспирации его называли «мишенью», но, согласно концепции, это должна была быть летающая зенитная торпеда, способная догонять в воздухе и подрывать немецкие цеппелины.

Главный недостаток такого подхода — необходимость очень точной синхронизации. Если циклы работы передатчика и приёмника хоть немного разойдутся друг с другом, то дело плохо. Команды перестанут поступать в отведённые им интервалы, исполнительные механизмы начнут их путать.

Оператор, допустим, передаёт команду «вправо» — но на беспилотнике приёмник чуть-чуть запаздывает и импульс приходится на интервал, отведённый для команды «вниз». Результат немного предсказуем…

Мы разобрали две самые простые системы, доступные для использования буквально с самой зари радиотехники. Не очень устраивают? Тогда придётся подождать — недолго! — звукового радио, появившегося уже в 1910-е годы.

Звук по радио

Если можно передать по радио не просто импульс, а сложный звуковой сигнал, то можно и задавать команды акустическими тонами. Надо только, чтобы приёмник параллельно подавал сигнал на несколько узкополосных фильтров, каждый из которых настроен на пропуск лишь определённого тона. Тогда этот нужный тон пройдёт соответствующий ему фильтр и активирует исполнительное реле.

Попробуем закодировать наши четыре команды акустическими тональностями. Для команды «вправо» установим тон в 250 Гц. Для команды «влево» — 500 Гц. Для команды «вверх» — 750 Гц, а для команды «вниз» — 1000 Гц.

Устройство модулятора на четыре команды
Устройство модулятора на четыре команды

Наше кодирующее устройство (модулятор) представляет собой систему из четырёх электронных вибраторов, каждый из которых генерирует соответствующую тональность. С помощью кнопок управления или джойстика мы подключаем один из вибраторов к передатчику, направляя выбранную тональность в эфир на несущей частоте. Допустим, мы передаём тональность 500 Гц — команда «влево».

Вот так, к примеру, испытывали беспилотник на тональном управлении.

На борту беспилотника приёмник распараллеливает полученный сигнал между четырьмя акустическими фильтрами. Каждый из фильтров настроен распознавать только определённый тон, а остальные — игнорировать. Поступающий сигнал в 500 Гц игнорируется фильтрами «вправо», «вверх» и «вниз», но проходит фильтр «влево». На выходе из этого фильтра появляется напряжение, которое замыкает исполнительное реле, отвечающее за команду «влево».

Устройство демодулятора на четыре команды
Устройство демодулятора на четыре команды

Достоинство такого метода — надёжность и скорость реакции. Команда исполняется всё время, пока передаётся соответствующий тон, а как только он прекращается — сразу прерывается. Управление становится чувствительным и эффективным.

Для защиты от помех инженеры использовали разные решения. Посылали, например, на несущей частоте ничего не кодирующий, но очень мощный сигнал — чтобы попросту «забить» все попытки неприятеля вклиниться в канал управления. Или вводили очень короткий идентификационный сигнал, настраиваемый индивидуально для каждого беспилотника. Такой сигнал передавался в начале команды, и, только правильно его распознав (с помощью дополнительного фильтра), исполнительная система начинала реагировать и на само указание.

В этом случае, неприятель, даже найдя правильную несущую частоту, не сможет передавать ложные команды: он ведь не знает, какой именно идентификационный сигнал нужно использовать!

Часто использовалось комбинирование нескольких принципов управления. Например, американский флот для управления ударными беспилотниками TDR в годы Второй мировой использовал комбинацию тонального модулирования и программирования команд числом импульсов. Тональное модулирование использовалось для команд «вверх», «вниз», «вправо» и «влево» — где требовалась высокая скорость реакции — а для управления скоростью и высотой полёта (задаваемой для радарного альтиметра) использовалась последовательность импульсов с наборного диска.

Беспилотные самолёты TDR готовятся к вылету. 1944 год
Беспилотные самолёты TDR готовятся к вылету. 1944 год

В предыдущих примерах мы рассматривали управление по принципу «всё или ничего» (на английском известное как bang-bang). Если нет команды, то исполнительные механизмы ничего не делают. Если есть команда — то сразу выполняют её полностью: например, отклоняют рули до предела. Это не всегда удобно. Зачастую лучше пропорциональное управление — когда, например, величина отклонения рулей равна величине отклонения ручки джойстика.

Для простейшего пропорционального управления командой исполнительным механизмам является не один какой-то сигнал, а соотношение между двумя противоположными. Например, если сигналы «вправо» и «влево» передаются по 0,50 секунды каждый — то есть равны по продолжительности, — то рули остаются в нейтральном положении. Но если, например, сигнал «вправо» укорачивается до 0,25 секунды, а «влево» удлиняется до 0,75? Соотношение меняется, и руль поворачивается влево на половину своего предельного отклонения. Если же сигнал «вправо» вообще прекращается, а сигнал «влево» передаётся полную секунду, то руль отклоняется влево до предела.

В то же время, без пропорционального управления порой можно и обойтись. Например, управление американскими бомбами VB-1 AZON изначально хотели сделать пропорциональным, но затем передумали: на испытаниях оказалось, что операторы предпочитают отклонять джойстик до предела и регулировать манёвры бомбы продолжительностью отклонения.

Хотя ранние технологии дистанционного управления не были столь совершенными, как нынешние, они, тем не менее, неплохо работали — и неоднократно применялись на практике. Изящество этих решений наглядно демонстрирует изобретательность и выдумку наших предков, решавших простыми методами такие сложные задачи.

Мнение редакции не всегда совпадает с мнением автора.
Как охраняют торговые суда: что можно противопоставить современным пиратам?

Пираты — главная проблема морских путей в XXI веке. И, хотя Совбез ООН ещё в 2008 году разрешил применять силу против морских разбойников, окончательно решить проблему никак не удаётся. Получив информацию из первых рук, WARHEAD.SU рассказывает, как обстоят дела с охраной на современных кораблях.

15K
27
9
38
Кто такие гренадеры: могучие великаны военной истории

Многие почему-то зовут их гренадёрами. Это ошибка, но возможно, в таком наименовании подсознательно отразилась сама суть этого рода войск. Ведь гренадеры всегда были не прочь надрать пятую точку любому противнику.

95K
49
9
358
Легионы американского космодесанта: традиции, слава и скелеты в шкафу

Кавалерийская дивизия — более бронетанковая, чем, собственно, сама бронетанковая. Тропическая дивизия с базами на Аляске. «Индейская» дивизия, которая на самом деле частично корейская. Альпийские стрелки — среди знаменитых горных хребтов штата Нью-Йорк. Примазавшиеся к армейским дивизиям нацгвардейцы. Всё это — реалии современной американской армии.

20K
28
26
93
«Кавалерийский шок»: кто такие кирасиры

Вплоть до появления нарезного стрелкового оружия и пулемётов на полях сражений господствовала конница. Несущиеся на неприятеля всадники были во время сражения столь сильным аргументом, что пехота порой теряла строй и отступала…

83K
43
17
444
Ботаническое оружие: как не умереть от ожогов борщевика

Жителей Подмосковья обязали бороться с борщевиком. Теперь, если запустили участок, будьте добры оплатить штраф. Речь в законопроекте идёт о борщевике Сосновского. Что это за зверь, чем он опасен для страйкболистов и куда его нельзя прикладывать — давайте разбираться.

29K
17
16
715
И числом, и умением: кто такие драгуны

Это был самый многочисленный род кавалерии. В некоторых странах даже единственный. А в России — самый прославленный в боях. Происхождение его имени — загадка, а тактическое использование отличалось от любой другой конницы. Встречайте — драгуны!

37K
27
18
139
Крах европейской мечты: как Первая мировая уничтожила рантье

Больше ста лет это было великой европейской мечтой. Главной целью, показателем успешности. Ради этого европейцы отказывали себе во множестве повседневных удовольствий, экономили каждый франк и копили каждый пенс. Чтобы в один прекрасный день сказать: «Я больше никогда не будут работать!» И превратиться в рантье.

21K
34
12
476
Конституция США: менять нельзя оставить

Сразу после Американской революции молодое государство из тринадцати штатов приняло Конституцию, которая действует до сих пор — всё такая же боевая и готовая дать врагам отпор. Но не устарела ли она?

6.8K
20
1
30
Голштинская гвардия — потешные войска Петра III

У трёх правителей России были потешные войска. В течение всего XVIII века считалось, что каждый наследник престола по примеру Петра Великого должен иметь собственные военные части, которыми может полноправно распоряжаться. О потешных самого неоднозначного императора — Петра III — и мифах, связанных с его голштинской гвардией, будет наш рассказ.

8.9K
13
9
79
Правда ли? Эсэсовцы массово воевали во французском Иностранном легионе

Французский Иностранный легион имел германский акцент с первых дней: король Луи-Филипп создал его в 1831 году из наёмных немецких и швейцарских полков. Непростое, но массовое присутствие немцев в Легионе продлилось полтора века — его не прекратили ни мировые войны, ни взаимная ненависть французов и немцев.

276K
101
20
336
Азербайджанский эксперт — о войне и мире в Нагорном Карабахе

Сегодня президент Азербайджана Ильхам Алиев написал в Твиттере о взятии под контроль города Джебраил (Мехакаван) и нескольких сел, прилегающих к Нагорному Карабаху. Армянская сторона не подтверждает это заявление и сообщает о гибели мирных жителей под обстрелами в городах Шуша и Степанакерт.

133K
49
124
132
Зенитная самоходка «Деривация»: отличная новинка — или полный провал?

В последние годы российский ВПК показал большое количество новых образцов военной техники. Многие из них вызывают критику — и часто справедливую. Но порой ругают проекты, которые этого не заслуживают. Один из подобных примеров — новая ЗСУ «Деривация». Давайте разберёмся подробно.

202K
69
90
114
Чёрные и белые мифы о ленд-лизе: в трёх соснах

Вторая мировая война — и ленд-лиз. А можно ли было вообще без него? Здесь не будет срывания покровов и погружения в нюансы, но большинство спорщиков о ленд-лизе обычно блуждают именно в этих трёх соснах.

116K
146
445
884
Поездка в Тихий Холм. История одной командировки
Игра WARHEAD.SU

Странная командировка в маленький городок, который не найти даже на карте. Смутное ощущение тревоги от встречи с Тихим Холмом перерастает в настоящий ужас, когда становится понятно — этот город вовсе не то, чем кажется.

7.8K
26
27
88
Как фантаст Хайнлайн боролся с американскими военными: «последние дни США»

Мечтаете о крахе США? А вот фантаст Роберт Хайнлайн дал детальный прогноз о конце Соединённых Штатов ещё в далёком 1946 году. Что сбылось из его предсказаний, а что нет — в нашей статье.

115K
80
76
209
Тест: а что там у союзников?

Мы привычно презираем невежественных иностранцев, ничего не знающих про битву за Сталинград или Курскую дугу. Но намного ли мы сами лучше их? Конечно, никто не сомневается, что читатели хорошо знают ход войны на советско-германском фронте — а как насчёт того, что в это же время происходило у наших союзников по антигитлеровской коалиции?

58K
33
45
260
Консоль Sega Mega Drive: ежи, комиксы и вертолёты

Каждому поколению — свои игры. Те, кто родились в 80-е, всегда будут считать знаковыми для себя игрушки с консолей «Денди» и, конечно, Sega Mega Drive. Именно о последней мы сегодня и будем вспоминать.

80K
35
38
48
Что такое сверхманёвренность?

В разговорах о современных самолётах, особенно о пятом поколении, часто употребляется термин «сверхманёвренность». Что это такое и зачем она нужна современной авиации — попробуем разобраться.

26K
44
103
94
10 «школьных» заблуждений о русской военной истории

На Куликовом поле не было пехоты, стрельцы не воевали в красном, Карл XII не нападал на Россию!

375K
152
100
897
Правда ли? Эсэсовцы массово воевали во французском Иностранном легионе

Французский Иностранный легион имел германский акцент с первых дней: король Луи-Филипп создал его в 1831 году из наёмных немецких и швейцарских полков. Непростое, но массовое присутствие немцев в Легионе продлилось полтора века — его не прекратили ни мировые войны, ни взаимная ненависть французов и немцев.

276K
101
20
336
Азербайджанский эксперт — о войне и мире в Нагорном Карабахе

Сегодня президент Азербайджана Ильхам Алиев написал в Твиттере о взятии под контроль города Джебраил (Мехакаван) и нескольких сел, прилегающих к Нагорному Карабаху. Армянская сторона не подтверждает это заявление и сообщает о гибели мирных жителей под обстрелами в городах Шуша и Степанакерт.

133K
49
124
132
Зенитная самоходка «Деривация»: отличная новинка — или полный провал?

В последние годы российский ВПК показал большое количество новых образцов военной техники. Многие из них вызывают критику — и часто справедливую. Но порой ругают проекты, которые этого не заслуживают. Один из подобных примеров — новая ЗСУ «Деривация». Давайте разберёмся подробно.

202K
69
90
114
Как начинают войны: ликбез

Чтобы пересчитать все горячие точки планеты в 2017, вам не хватит пальцев обеих рук. В 2016 году в них погибло более 130 тысяч человек, что значительно меньше, чем в 2014, но примерно столько же, сколько в 2015. Хотя официально ни одной войны сейчас не идёт. Война вообще-то запрещена.

222K
73
12
274
Плавучие ветераны Второй мировой: самые старые действующие военные корабли

Вторая мировая была настолько давно, что корабли, принимавшие в ней участие, уже давно превратились в плавучие музеи. Но не все! Некоторые всё ещё стоят в строю и гордо несут флаги своих стран. Мы собрали для вас подборку самых интересных кораблей-ветеранов.

170K
45
14
81
Чёрные и белые мифы о ленд-лизе: в трёх соснах

Вторая мировая война — и ленд-лиз. А можно ли было вообще без него? Здесь не будет срывания покровов и погружения в нюансы, но большинство спорщиков о ленд-лизе обычно блуждают именно в этих трёх соснах.

116K
146
445
884
Острее бритвы: как правильно точить ножи

Пришли на шашлыки, а тупой «дедушкин» ножик не режет мясо? Вовремя затачивать надо было! Чтобы вы больше не попали впросак в такой ситуации — наша статья о том, как же правильно «лечить» затупившиеся клинки.

145K
80
59
467
Взгляд Запада: каким видели советский спецназ в Афганистане

Советского спецназа на Западе очень боялись — и заслуженно. О наших бойцах писали в зарубежной прессе, рассказывали душманы. За Spetsnaz пристально следили за океаном. О подвигах бойцов в Афганистане ходило много легенд. Какие из них правда? Сейчас расскажем.

137K
105
27
869
Авиакатастрофы 1946 года: СССР и Китай

Твоя безопасность в XXI веке, при полёте на чартере "ФигЗнаетКакМыПолучилиЛицензиюАвиа" из Москвы в Ларнаку, вполне себе обеспечена статистикой. Шансы разбиться всего один к десяти миллионам. Думаешь так было всегда?

16K
14
0
0
Первый закон Рима

Римские законы XII таблиц это настоящий памятник юриспруденции. Это основа основ общемирового права вообще! Короче говоря, это классика, это знать надо. Но как они дошли до жизни такой, зачем римляне заморочились и записали свои обычаи?

13K
18
3
0
Эффект кумулятивного действия: Баньцао

Что-то давненько я не писал про аварии на дамбах, так что сегодня решил исправить это упущение. Итак, одна из крупнейших аварий на гидросооружениях — прорыв дамбы Баньцяо, август семьдесят пятого. Эффективный менеджмент made in China.

1.5K
13
1
0
Прогрессоры «Тёмных Веков»

«Тёмные Века» в представлении обывателей это мрак, ужас и смерть разума. Но на самом деле это важнейший период европейской цивилизации, когда античность была перекована в новую форму мышления, без которой последующий взлёт Европы был бы невозможен.

3.9K
11
3
0
Индийские СМИ клеймят «китайского шпиона» подонком и мошенником

Арестованного по подозрению в шпионаже на Китай индийского журналиста Раджива Шарму его коллеги характеризуют как «мошенника» и «подонка». В частности, он продавал одну и ту же информацию российским и китайским медиа, меняя ее так, чтобы она соответствовала интересам страны-заказчика.

2.4K
7
0
0
Когда переборщил с маркетингом: Первый Крестовый Поход

В 1096 году Папа Римский Урбан Второй призвал всю Европу пойти в крестовый поход и призвал так убедительно, что сам остался не особо доволен. Кроме бронированных терминаторов в Палестину отправились вообще все, в том числе крестьяне, женщины, дети, инвалиды и прочие очень нужные в военном походе личности.

4K
8
2
0
Спутник для подлодки

Боевой прицеп с ракетам, диверсантами и другими полезными вещами для подводной лодки.

2.4K
11
0
0
Эффект кумулятивного действия: Пожар на «Гюнешли»

В комментах к «Альфе» меня попросили рассказать о пожаре на нефтяной платформе № 10 месторождения «Гюнешли». Рассказываю. Географически это Каспий. Хронологически — 2015 год, 4 декабря. Юридически — стихийное бедствие, никто не виноват. Фактически — классика жанра «техногенка».

1.4K
4
0
0
«Здравствуйте, я от Гитлера» История Вилли Гѐрольда

Ефрейтор Вилли Герольд в апреле 1945 года выдавал себя за капитана Люфтваффе, и куролесил по немецким тылам — да так, что в конечном итоге потерял голову на британской гильотине.

4.1K
10
4
0