Альтернатива прямим донатам. Збираємо дрони вдома

💡 Усі статті, обговорення, новини про оборонні технології — в одному місці. Приєднуйтесь до DefTech спільноти!

Доброго здоров’я! Я — Владислав. Працюю на посаді Software Engineer у компанії AltexSoft, але мій робочий день не закінчується о «шостій». Після основної роботи я — волонтер-інженер, який збирає дрони для Сил Оборони України (СОУ).

Сьогодні поділюсь з вами історією на тему створення так званих «кухонних» дронів. На порталі вже є кілька матеріалів на цю тему, але цей текст відрізняється від них тим, що я збиратиму одразу три 10-дюймових дрони та ще й різного призначення. Не лякайтесь обсягу статті, тут здебільшого фото.

Pre-intro

Одразу хочу закрити тему мотиваційного складника. Якщо ви вже потягнулись до секції коментарів писати щось у стилі «як ви дістали нав’язувати донати, це не ваша справа!!!», то дозвольте заспокоїти вас. Тут не буде моральних повчань чи настанов. Я змирився, що на четвертий рік повномасштабної війни пояснювати комусь важливість підтримки СОУ марно. Ви або уже це робите, або ні, й тоді жодні слова цього не змінять, а праведну лють оптимальніше спрямувати на корисніші вчинки.

Цей матеріал перш за все може зацікавити людей, які підтримують СОУ прямими фінансовими пожертвами, але яких іноді відвідують думки: «а чи можна робити більше?», «як зробити внесок помітнішим?» тощо. Ні в якому разі не хочу сказати, що прямі фінансові пожертви є недостатніми. Всі, хто підтримує військо у такі важкі часи — ви молодці. Я лише хочу зазначити, що є ще один спосіб підтримки, який ще й цікавіший для безпосереднього учасника процесу.

Під кінець 2022 року у мені почали зароджуватись вищезгадані думки та дозрівали до початку 2024, коли я вирішив доєднатись до однієї з найкрутіших соціальних ініціатив — Social Drone. Це волонтерське об’єднання вже добре знане та отримувало нагороду від DOU. Одразу закликаю перейти на їх сайт та підтримати проєкт або навіть доєднатись. А я поділюсь кількома фактами про SD.

Нещодавно спільнота перейшла відмітку у 30.000 переданих до СОУ дронів. Це дрони всіх популярних типів: камікадзе, бомбери (аналогові та цифрові), дрони ППО тощо. Це дрони, які пройшли ретельну перевірку, ремонти та доопрацювання за необхідності. Хоча основним фокусом ініціативи є збірка дронів, насправді учасники роблять значно більше. Серед нас є виробники батарей різних формфакторів, 3D-друкарі усього, що можна уявити, інженери-експериментатори та багато інших цікавих людей. Цим я хочу підкреслити, що можна вносити помітний внесок у спільну справу, не збираючи дронів. Без 3D-друку, акумулятора чи ретранслятора навіть найкрутіший безпілотник перетворюється на гарну, але неефективну іграшку. Хоча такі речі формально не є частинами дрона, та насправді без них він або не злетить узагалі, або не зможе виконати бойове завдання належним чином.

На момент мого приєднання до спільноти я паяв «аж» три рази у житті під час курсу самонавчання влітку 2023 року. Навіть зараз я роблю це просто нормально, не дотягую до гарного рівня, й ви самі зможете це побачити далі. Я майже нічого не знаю про схемотехніку і все ж можу похвалитись десятками дронів, відправлених у військо. Маю подяки від бойових підрозділів, які використовували мої безпілотники. Маю відеопідтвердження влучання у ворожі цілі. Тож, шановний читачу, не потрібно бути генієм для участі у такій корисній справі, достатньо лише часу, бажання й трохи самоконтролю.

Початково я думав зробити цю статтю у стилі інструкції, але згодом прийшло розуміння, що матеріал буде сухий та й доведеться викладати у паблік інформацію, яка, ймовірно, не призначена для вільного поширення. То ж цей текст буде скорше у форматі простої розповіді з вкрапленнями інструкції. У матеріалі присутні як банальні речі, так і щось цікаве. Є й приклади, як робити не варто і як викручуватись, якщо вже зробив.

Intro

Збиратиму три безпілотники різного призначення, всі на базі 10-дюймових рам: камікадзе, бомбер та ППО (він же «зенітний»). З камікадзе все ясно одразу і додаткових пояснень не треба. Бомбер технічно найскладніший дрон у цьому тріо, оскільки має поворотний механізм камери та скид. За сприятливих умов бомбер служить відносно довго. Звичайно, присутні шанси, що його буде втрачено у першому ж вильоті, але концептуально він є багаторазовим. Дрон ППО — це відносна новинка у військовій сфері. Багато хто чув про «Небесний русоріз». От власне мій зенітний дрон здатен виконувати аналогічні задачі. З технічного погляду це покращена версія камікадзе. Створити такий виріб простіше за бомбер, оскільки скид йому не потрібен, але він є найдорожчим через підвищені вимоги до умов експлуатації. Цей тип безпілотників має набирати висоту в кілька кілометрів за короткий час та вражати доволі швидкісні цілі.

Всі мої дрони до сьогодні були камікадзе, а бомбер та зенітний будуть першими в практиці. І я не тільки не соромлюсь це згадувати, але й наголошую на своїй недосвідченості, щоб показати реалістичність процесу побудови дронів для всіх людей, незалежно від наявності спеціалізованих знань.

Базово будь-який бойовий безпілотник сьогодні складається із наступного набору компонентів: рама, стек (контролер моторів + польотний контролер), мотори, системи відеопередачі (камера + відеопередавач окремо або як цілий компонент), модуля зв’язку та пропелерів. Далі, залежно від кінцевого призначення, кожен дрон отримує щось своє. Так, камікадзе обов’язково має плату ініціації. Я їх замовляю перед відправленням готових дронів на баланс спільноти. Бомбер найчастіше отримує механізм повороту для камери, а також систему скиду боєприпасів. Кількість аксесуарів доволі велика, перераховувати всі сенсу нема. Важливо розуміти, що не існує одного рецепта з компонентів, з яких можна клепати безпілотники безперестану. Вимоги постійно змінюються й доводиться бути гнучким. Цілком може так статись, що за пів року зміниться половина компонентів. Під час збірки партії дронів, про які цей матеріал, відбулось принаймні три зміни.

Адміни Social Drone надають список рекомендованих деталей, з яких збираються актуальні дрони, що значно спрощує процес пошуку та замовлень. Ця інформація включно із посиланнями для покупки міститься на swarm.army. Тут же можна побачити орієнтовну ціну комплекту деталей для однієї бойової одиниці. Якщо слідкувати за розпродажами, не лінуватись збирати різні бонуси торгових площадок, то реально зменшити вартість одного безпілотника на десятки відсотків. Але навіть без цих знижок підсумкова вартість одного «кухонного дрона» помітно менше за ринкову в Україні.

Якби я обирав кредо спільноти, то звучало б воно як «достойні дрони за притомні гроші». Втім, ніхто не змушує учасників SD збирати безпілотники виключно із компонентів, визначених адмінами. Можете хоч на базі палок та скотчу це зробити, але такі нестандартизовані вироби не будуть прийматись на тест пілотами SD (за виключенням окремих завчасно оговорених випадків). Відтак відповідальність за це творіння лягатиме повністю на вас. Варто пам’ятати, що поганий дрон більше нашкодить нашим військовим, ніж допоможе.

Act 1. Рама

Всі три безпілотники мають різні рами. Камікадзе — Mark 4 v2, бомбер — XL10 V7, зенітний — Manta 10. Всі вони карбонові. Останнім часом набули поширення й інші матеріали, особливо від українських виробників, але не схоже, що бодай якийсь із них зможе потіснити карбон з першого місця у видимій перспективі. Рами з нього легкі, міцні, багатоваріативні, адекватно коштують. Мінуси — одноразові у разі пошкодження (на відміну від деяких металів) та електропровідні, через що більшість компонентів доводиться ізолювати від рами.

Mark 4 v2 — найадекватніша рама серед найдешевших. Має багато варіацій виконання, найкраще з яких має впресовані гайки, оброблені грані та неурізану товщину деталей. На фото варіант без впресованих гайок, які, втім, є у комплекті. Її основна проблема — люфти при помірних навантаженнях, які є причиною непотрібних вібрацій, що погано впливає на польотні характеристики готового дрона. Саме тому Mark 4 v2 здебільшого обирають для дешевших камікадзе, хоча підходить вона для будь-яких типів безпілотників.

XL 10 V7 — в усьому краще за Mark 4 v2, коштує в середньому на ~30% дорожче. Раніше різниця в ціні була більшою, тому ці рами використовувались здебільшого для багаторазових дронів, однак зараз їх все частіше купують і для камікадзе. Можливо, скоро й рекомендації зміняться на користь цієї моделі.

Manta 10 — рама для тих, хто «не з такої сім’ї, як другі». Має безперечно найкращі польотні характеристики із всієї трійки, але очевидною розплатою за це є вдвічі більша вартість за XL 10. Причому я б не став стверджувати, що Manta вдвічі краща. Але не варто й забувати, що дрон ППО літає в найагресивніших умовах порівняно з іншими, тож допускаю, що переплата виправдана.

Щодо згаданих раніше люфтів та вібрацій, то деяку частину з них можна компенсувати налаштуванням фільтрів у прошивці дрона, але ключовим фактором є якість збірки. Manta 10 можна скласти так, щоб вона літала гірше за Mark 4, тож до цього процесу варто поставитись прискіпливо.

Зупинятись детально на збірці кожної рами не буду. Хоча вони можуть здатись різними, концептуально майже однакові. Так, після роботи над десятками Mark 4 я зміг скласти XL 10 та Manta 10 з першого разу, звернувшись до інструкції лише пару раз. Готові конструкції виглядають так.

На цьому етапі верхня кришка додана лише для фото, після чого відкладається аж до самого кінця збірки дронів.

Act 2. Контролер моторів

Контролер моторів (ESC) є частиною стека (stack) і відповідає за роботу власне моторів безпілотника. Управління виконується через ШІМ — швидкою подачею та відключенням живлення.

Для усіх трьох дронів використовую контролер від Speedybee на 55 А. Тести з обраними моторами показують споживання до 50 А у піку, й оскільки компонентна база ESC від Speedybee якісна — переплачувати за дорожчий 60 А контролер сенсу нема. Втім, це твердження валідне для моїх дронів. Інші можуть мати кращі мотори й потребуватимуть потужнішого контролера або ж навпаки.

Розпаковую та готую до пайки одразу три контролери моторів. Спершу треба залудити всі майданчики, а контакти (+) та (-) важливо лудити з обох сторін.

Я не буду рекомендувати певний флюс чи припій, це питання особистих вподобань. Я досі використовую те, чим гуртом закупився рік тому. Закликаю лиш не економити, бо з дорожчими розхідниками приємніше та продуктивніше працювати.

Мені й багатьом іншим учасникам спільноти подобається жало С4. Мій паяльник Pinecil 64 V2 із блоком живлення на 65 Вт дозволяє комфортно паяти контакт (+) за температури ~370, а (-) за ~400 градусів. Однак не сприймайте згадану температуру й жало як пораду, адже все залежить від вашого обладнання та майстерності.

А от що можна сказати напевно — якщо припій перетікає згори донизу — значить треба зменшувати температуру. Якщо виходить щось схоже на пожовану гумку — навпаки збільшувати. Слідкуйте й за чистотою жала та не шкодуйте флюсу. Також гарною порадою буде паяти в будь-яких окулярах. Я довго не використовував їх, аж поки мені в око не прилетіла кулька розплавленого металу. Відчуття неприємне, але дозволило засвоїти цінний урок й відтоді я використовую захист.

Ще одна корисна порада — паяти у спеціально відведеному місці з гарною витяжкою, адже випари флюсу шкідливі. Я такої розкоші собі дозволити не можу, тому обходжусь примітивними засобами типу USB-вентилятора чи «портативної витяжки», щоб прибрати токсичний дим від обличчя в момент його виникнення. Регулярно провітрюю приміщення, бо, очевидно, цей дим не анігілюється, а змішується з повітрям у кімнаті.

Після залуження всіх майданчиків можна приступати до найважчої частини пайки усього дрона за версією багатьох учасників спільноти — силових проводів, які є в комплекті контролера моторів (або стеку). Навіть після десятка зроблених безпілотників, цей етап викликає в мене складності, однак у процесі паяння дуже допомагає творіння 3D-друкарів спільноти — «хелпер для силових».

Він розв’язує одразу кілька проблем: фіксує контролер в певному зручному положенні, дозволяє припаяти силові під завчасно заданим хелпером кутом, зручно допаяти конденсатор й опціонально захистити плату від випадкових кульок припою, які іноді утворюються й відскакують по сторонах. Останнє неактуально для обраного ESC, оскільки всю плату закриває радіатор.

У результаті пайки силових важливо отримати надійну їх фіксацію. Припій має сформуватись у щось схоже на «бульку», обов’язково однорідну, а в ідеалі ще й сферично правильної форми. Останнього я часто не можу досягти, але, на щастя, це потрібно більше для візуального задоволення. На своє виправдання зазначу, що я вас попереджав на початку статті про свій рівень умінь :)

Ось приблизно так це має виглядати.

Після надійної фіксації силових додаю конденсатор. Порядок тут не принциповий, іноді я спочатку припаюю його, а потім силові. Головне, що варто пам’ятати — ніжки конденсатора треба вкоротити, «одягти» у термоусадки та не сплутати полярність.

Також додам, що цю деталь доведеться купувати окремо, адже комплектний поганої якості та має тонкі ніжки. Для 10-дюймових дронів рекомендованим є конденсатор Panasonic ємністю 1500 uF і робочою напругою 35 V. Деякі учасники спільноти ставлять або по два конденсатори більшої ємності, або нарощують товщину ніжок припоєм. Все це має певні позитивні ефекти, але я обмежусь базовими рекомендаціями.

Кілька слів додам щодо кута нахилу силових. Для дрона на аналоговому відеосигналі такий кут має практичний сенс через вплив електромагнітних полів великого струму, що протікає через кабелі. Для інших безпілотників можна паяти кабелі прямо, але в мене вже сформувалась звичка, плюс хелпер зручно використовувати, тому я роблю всі однаково.

Останнім кроком на цьому етапі є приєднання комплектного короткого шлейфа. Це можна зробити й пізніше, але зручніше до фіксації контролера моторів у рамі. Піни конектора легко гнуться, тож надзусилля тут будуть зайві. Погнуті піни чи не вставлений до кінця шлейф є частою причиною виникнення цілого спектра несправностей на майбутніх етапах.

Act 3. Мотори

Для всіх моїх дронів я використовую мотори виробника Readytosky розміром 3115 із частотою 900 KV. Число 3115 позначає розмір моторів у міліметрах, де 31 — діаметр статора, а 15 — його висота. Це стандартне позначення для всіх моторів. Значення ж 900 KV означає кількість обертів на хвилину при подачі одного вольта напруги. Наприклад, з акумулятором 6S мотор розкручується приблизно до 20,000 RPM (обертів на хвилину). Значення вказують саме у KV, бо дрони можуть працювати з різними типами акумуляторів і пропелерів, що впливає на фактичну швидкість обертання мотора.

Зазвичай мотори цього виробника є гарним компромісом у ціні та якості, але іноді на ринок потрапляють браковані партії. Зараз якраз такий період, здається, вдруге за рік . На щастя, у % співвідношенні шанс браку невеликий, а доступна вартість дозволяє замінити бракований мотор без великих фінансових втрат. А за наявності «прямих рук» можна самому провести ремонт, бо зазвичай проблеми некритичні.

Перед тим як зафіксувати мотори на рамі, слід обрізати кабелі до певної довжини. У цьому допомагає ще один корисний винахід від 3D-друкарської спільноти — так званий «хелпер для обрізки моторів». Для кожної рами він свій, адже довжина променів і розташування стека можуть відрізнятися.

Паралельно одразу підбираю гвинти відповідної довжини. Зазвичай у комплекті з моторами йдуть два варіанти: коротші й довші. Оскільки товщина променів у різних рамах різна, одні гвинти можуть виявитися задовгими, інші — закороткими. Важливо підібрати оптимальний варіант, щоб гвинти не впирались в обмотку кабелів, яка розташована у передній частині мотора. Там довжина має бути ідеальною. Задні гвинти можуть трохи виступати, але не надто.

Водночас надто короткі гвинти — також погане рішення: вони послаблюють кріплення мотора, а отже — і надійність усього дрона. А це останнє, що хочеться втратити у вирішальний момент.

Іноді доводиться докуповувати гвинти потрібного розміру, використовувати шайби тощо — все заради того, щоб мотор сидів міцно й безпечно.

Окей, обрізав кабелі за допомогою хелпера, залудив кінці, підібрав потрібного розміру гвинти та зафіксував мотори на рамі. Далі прикріплюю кабелі моторів стяжками до променів й припаюю їх до контролера моторів. Важливо отримати однорідну кульку припою, а кінцем кабелю торкнутись контакту (або хоча б наблизитись якомога ближче). Для рами Mark 4 кінцевий результат відображено нижче.

Формувати тут однорідні бульки дещо простіше, ніж на етапі паяння силових. Основна складність ж полягає у тому, щоб випадково не об’єднати контактні майданчики, що гарантовано призведе до короткого замикання (далі — КЗ).

Як можна побачити на фото, кабелі укладені специфічною аркою. Для учасників спільноти пояснювати важливість такої укладки не треба. Для всіх інших скажу, що існують різні популярні методи паяння кабелів моторів, кожен з яких має свої переваги та мінуси. Першопрохідці спільноти SD обрали такий метод, бо він дозволяє зменшити вібрації від моторів, які можуть передаватись на польотний контролер й впливати на стабільність польоту. Мінусом цього підходу можна назвати підвищену складність паяння, особливо для новачків.

Хелпери дозволяють обрізати кабелі моторів з урахуванням невеликої різниці у довжині, щоб дотягнутись до потрібного контакту. Якщо раптом помилково мотор був обрізаний на неправильній стороні хелпера або десь кабель зіскочив в іншу канавку, то це не проблема. Паяти можна й в іншому порядку, але потім потрібно буде провести додаткове налаштування мотора у Betaflight. А от якщо помилково кабель обрізали занадто коротко, то не можна його паяти в натяг, аби дотягнутись. Практично доведена хибність такого кроку — кабель має високий шанс відірватись сам, іноді з контактним майданчиком та сильніше передаватиме вібрації. Єдине правильне рішення — нарощення довжини кабелю та його повторне обрізання. На щастя, після обрізки всіх інших моторів залишається купа придатного для цієї процедури матеріалу.

Рухаюсь далі й повторюю описану вище процедуру для дрона-бомбера на базі XL 10.

Одразу зазначу, що тут арки з кабелів дещо кривуваті. Пов’язано це з тим, що я не замовив завчасно хелпер під цю раму й довелось кожен кабель підрізати індивідуально вже після фіксації моторів. Процес не важкий, але потребує підвищеної уваги та кратно більших витрат часу.

З останнім безпілотником (зенітним) ситуація аналогічна. Забігаючи трошки наперед, обрізав я все нормально. Ніяких надлишкових вібрацій під час домашнього тесту я не помітив й від пілотів SD повідомлень про проблеми не отримував.

В кінці цього етапу, як і усіх інших, де щось паялось, важливо змити залишки флюсу. Для цього існують спеціальні багатокомпонентні змивки для плат. Я використовую ізопропіловий спирт та м’яку зубну щітку, яку іноді комбіную з паперовими рушниками.

Покладатись на те, що флюс не електропровідний, як про це пишуть виробники, не варто. По-перше, тести показують, що насправді він трошки проводить струм, а по-друге, у ньому може накопичуватись пил та бруд, які є електропровідними. Особисто кілька разів зтикався із дивною поведінкою безпілотника через залишки флюсу. Якось у попередній партії один дрон під час liftoff тесту поводив себе дивно — неконтрольовано набирав висоту після відриву від підлоги. Виявилось, що змитий згори плати ESC флюс стік на його низ та зібрався у своєрідну гірку. Як тільки я добре помив плату, поведінка дрона нормалізувалась.

Act 4. Польотний контролер

Всі три польотні контролери (FC) однакові — F405 V4 від Speedybee. Довгий час учасники спільноти використовували третю версію FC (V3), але в якийсь момент значно зросла кількість браку (дефектні гіроскопи), тому рекомендація оновилась й основними стали V4.

На момент написання статті з невідомої причини (є лише непідтверджені чутки) стеки від Speedybee почали зникати з полиць китайських магазинів. Закони економіки безжальні, тому ціни на залишки зросли на 50% й навіть більше. Зараз відбувається тимчасова міграція на стеки від Sologood. Якщо ситуація з доступністю стеків Speedybee не зміниться, то тимчасова рекомендація може стати постійною.

Цей етап короткий. Маю лише під’єднати польотний контролер до контролера моторів шлейфом, який вставляв у ESC раніше. Якщо ж з якоїсь причини я б не зробив це тоді, зараз це було б значно складніше, адже контролер моторів вже зафіксований припаяними моторами.

Технічно всі наступні етапи пов’язані з FC, але я описуватиму їх окремо.

Вище Manta 10, нижче Mark 4. Де фото з встановленим польотником у XL 10? Виявилось, що довжина комплектних гвинтів, на яких мав би триматись стек, недостатня й встановлений на цю раму FC неможливо надійно зафіксувати гайками. Якщо сильно притиснути його, тоді буде мінімально вистачати довжини, щоб зачепити гайки, але це деструктивний шлях — такий підхід гарантовано збільшить вібрації, які погіршують польотні характеристики готового дрона.

Тож довелось зробити паузу в процесі збірки на цій рамі та шукати довші гвинти, бажано 35 мм. Причому не підійдуть будь-які M3×35. Вони мають бути високого класу міцності, що гарантуватиме надійність під час вібрацій. Іноді на пошук таких дрібниць витрачаєш неспівставно багато часу, але як влучно зазначили в одному з чатів спільноти: «нерозумно втрачати дрон за $500, зекономивши 50 центів». Тож я відволікся на пошук та забув пізніше відзняти потрібний для цього етапу кадр. Запевняю, що встановлений польотний контролер на XL 10 виглядає аналогічно до інших безпілотників.

Act 5. Зв’язок

Для усіх дронів використовую Happymodel ES900 Dual RX (ELRS) приймачі на робочій частоті 915 MHz. Назва промовиста й вказує на те, що у нас будуть 2 антени.

З коробки маємо дві прості антени під одну частоту. І хоча вони нормальної якості, зараз мало хто літає на 915 Mhz, тому в рекомендаціях присутні текстолітові дипольні антени. Вони мають кращі показники прийому та передачі, а ще їх можна зручно обрізати під потрібну підрозділу частоту.

Фіксую плату RX у зручному положенні та паяю дроти. Чорний — мінус/земля (ground), червоний — живлення (5 v), білий та жовтий — не принципово, головне тримати в голові вибір, бо це важливо далі. Що обрав я — видно на фото.

Далі встановлюю антени та фіксую все комплектною термоусадкою. Дроти скручую в косичку та приблизно приміряю, як кріпитиметься приймач на дроні. Для цього можна тимчасово поставити кришку рами, адже остаточно фіксувати RX буду до неї. Розуміючи потрібну довжину проводів, відрізаю зайве, знімаю ізоляцію, луджу дроти. На польотному контролері готую 4 майданчики з краю: 4V5, G, T6, R6. За допомогою паяльника та іноді магічної лайки з’єдную червоний провід з 4V5, чорний з G, T6 з RX на приймачі, R6 з TX на приймачі. Тобто останні два мають бути перехресними: приймач отримує команду з пульта (TX) та передає її польотному контролеру (RX), відповідно дані телеметрії з дрона каналом RX — TX відправляються на пульт.

Як і раніше, треба сформувати однорідні бульки й уникнути КЗ. Пайка тут дрібна, й особисто я частенько випадково з’єдную контакти. Тоді доводиться трошки возитись та виправляти, але, зрештою, це ще простіше, ніж паяти двигуни чи силові.

Для всієї дрібної пайки дронів я звик використовувати два жала: B2 та BC2. Прошу проігнорувати наявність пайки поруч, адже це вже розпаяний VTX, про який розкажу далі. Невідповідність фото і тексту обумовлена моїм бажанням розказати спочатку про ті частини процесу збірки, які є однаковими для всіх безпілотників, й потім фокусуватись на відмінностях.

На фото праворуч видно, як зафіксовано текстолітові антени встановленого приймача, а також саме кріплення приймача на рамі. Зверніть увагу: єдина кнопка на платі — bind — має залишатися у вільному доступі. Для надійного кріплення зазвичай достатньо лише однієї стяжки.

Я можу фіксувати антени саме так, як на фото, завдяки ще одному корисному рішенню від наших 3D-друкарів — спеціальному кріпленню для антен. Саме про такі елементи я згадував на початку статті.

До речі, сумарна вартість пластику для друку ледь перевищує ціну найдешевшого компонента безпілотника, натомість практична користь — величезна.

Для дрона на базі XL 10 пайка аналогічна, але присутні деякі відмінності у фіксації приймача. Його можна закріпити так само на кришці, але я зробив це на рамі знизу, бо позаду неї більше нічого не буде.

Антени мають бути закріплені аналогічно до камікадзе, але на фото видно їх тимчасове положення — прямо на променях. Причина такого розташування — вертикально встановлена антена, яка заважає дрону лежати горизонтально. А це, своєю чергою, ускладнює подальшу збірку.

Згодом, після встановлення скиду, ця проблема зникне. Проте, якщо є бажання, антени можна зафіксувати одразу, як на фото — просто додати спеціальне 3D-друковане кріплення. Воно забезпечить кращу фіксацію та ізолює антени від потенційного контакту з електропровідною поверхнею рами.

З Manta 10 ситуація ідентична до XL 10. Цей дрон не матиме скиду, а тому переставлю антени на кріплення ззаду я пізніше, коли отримаю спеціальні ніжки-підставки.

Місця пайки обов’язково промиваємо від залишків флюсу.

Act 6. Відеопередача

Дрон-камікадзе матиме аналогову камеру та відеопередавач, а бомбер та безпілотники ППО оснащу цифровими системами.

Зазначу, що аналоговий відеосигнал неякісний та незахищений, відтак існує чимало способів перехопити його та відслідкувати дрон. Існують й способи запобігти цьому, але вартість якісних модулів шифрування відчутно велика, через що сукупна вартість готового рішення досягає рівня цифрових модулів, які позбавлені цієї проблеми, та ще й мають додаткові переваги. І все ж більшість дронів на фронті послуговуються саме аналоговою відеопередачею в першу чергу через свою низьку вартість.

Вибір аналогових камер та відеопередавачів дуже великий. Майже будь-яка камера здатна працювати з будь-яким передавачем. Мій камікадзе отримає камеру Caddx Ratel Pro, яка вважається найкращою денною камерою у своїй ціновій категорії. Чимало операторів надають їй перевагу й для роботи в сутінках завдяки гарній світлочутливості.

Відеопередавачем буде якісний, перевірений часом Rush Max Solo (5.8 GHz) потужністю 2.5 W. Сказати, що він найкращий на ринку — ні, існує достатньо альтернатив у цьому ціновому сегменті. Максимальна потужність передачі у ~2.5 W є нині базовою для типового дрона-камікадзе. Для «далекольотів», звичайно, краще обрати потужніший варіант.

Дістаю зміст пакунків та лишаю необхідне. Для камери це пара середніх гвинтів, шайби, кабель на 3 жилки (на фото є ще один на 2, але він не потрібен). Для відеопередавача — шестижильний кабель та адаптер під антену, відомий також як пігтейл (pigtail). За бажання можна використовувати сторонній, якісніший пігтейл.

Гвинтиками прикручую камеру до комплектних тримачів на рамі. Дроти від камери потрібно скрутити у косичку.

Перед тим як відрізати зайве, варто опустити камеру в нижнє положення — це дасть змогу визначити максимально допустиму робочу довжину кабелю. Лише після цього можна обрізати надлишок і повернути камеру в стандартне положення.

Процес паяння тут такий самий, як і в попередніх кроках — відмінність лише в розташуванні пайки. Для камери це майданчики 5V, G, CAM. Раніше паяли також CC (camera control), але наразі цей крок втратив актуальність. Я, щоправда, запаяв його за звичкою, а вже потім, побачивши оновлені вимоги, прибрав.

На фото також можна побачити залуджений контакт R3 та частково M5. Проте це лише skill issue: набрав забагато припою, він розтікся, довелось потім прибирати.

Перед фіксацією відеопередавача на рамі обов’язково знімаю наліпку знизу, бо інакше вона негативно впливатиме на охолодження. До рами приклеюю пристрій за допомогою двостороннього термопровідного скотчу. Це дозволяє досягти двох цілей, окрім власне фіксації: ізолювати передавач від електропровідності рами та покращити охолодження.

Раніше я помилково використовував термостійкий скотч, який дозволяв лише ізолювати, але не відводив надлишкове тепло достатньо ефективно. Скарг не отримував, але важливо працювати над помилками. Додатково фіксую передавач двома стяжками, не перекриваючи отвір системи охолодження.

Перед паянням відеопередавача потрібно видалити два дроти зі шлейфу. Якщо прикласти кабель до роз’єму (до фіксації на рамі це зробити зручніше), то одразу видно зайві — 5V Out та сусідній GND. Найзручніше витягнути їх пінцетом: підчепити фіксуючий пластик і водночас потягнути за дріт. Як і зазвичай, заплітаю дроти у косичку та заводжу збоку.

Існують докази, що конденсатор може створювати завади відеопередачі, тому потрібно кабелі відвести вбік. Необхідні майданчики цього разу — 9V, G, VTX, T1. Вимірюю потрібну довжину, обрізаю зайве, знімаю ізоляцію, лужу кабелі та контакти, паяю. Відповідність кольорів та майданчиків видно на фото вище. Пайка дрібна, вимагає підвищеної уваги — КЗ нікому не потрібне.

Відверто кажучи, результат на фото вдався лише з третьої чи четвертої спроби — постійно випадково замикав майданчики між собою. В кінці процесу обов’язково змиваю залишки флюсу. І не зайвим також буде закріпити стяжкою косичку з дротів до найближчої стійки рами.

Для камікадзе це був останній припаяний компонент, й фактично збірку можна вважати закінченою — за винятком кількох дрібниць. Але спочатку опишу встановлення відеосистем на інші безпілотники.

Бомбер і зенітний дрони матимуть якісні цифрові системи відеопередачі. На відміну від аналогових, такі системи здебільшого йдуть як один цілий компонент, з’єднаний дротами на виробництві.

Вище згадується, що цифровий сигнал є безпечнішим, і хоча він не дає 100% захисту, все ж ризики оператора значно менші. Іншою безперечною перевагою є якість зображення. Не вдаючись у довгі пояснення зазначу, що навіть дорога якісна аналогова відеосистема програє у якості картинки посередній цифровій системі.

Для цих обох дронів якість зображення є важливим фактором: бомбер має чітко передавати зображення на поверхні землі, щоб збільшити шанси ураження ворога, а оператор зенітного дрона має розглядати безмежні простори неба в пошуках цілі. Обидва безпілотники отримають відеосистему від DJI — Air Unit O4 Pro. У сегменті неспеціалізованих широкодоступних відеосистем це найкращий варіант на сьогодні. Незабаром нові модулі має представити інший популярний виробник — Walksnail, тож, можливо, DJI доведеться поступитись першістю.

У рекомендованих для бомбера комплектуючих вказана відеосистема Walksnail Avatar GT — це гарний модуль з гідною дальністю роботи, і його цілком вистачає для задач цього дрона. Але все ж він трохи поступається майже усіма характеристиками обраному Air Unit від DJI.

Крім цього визнаю, що за умови сліпого слідування рекомендаціям я б не тільки поставив трохи гірший модуль, а ще й витратив би більше грошей на тестування, бо довелось би купити обладнання для роботи з Walksnail (окуляри чи VRX). Натомість я можу одними окулярами від DJI протестувати обидва дрони та ще й тішитись, що кінцевий продукт кращий за рекомендований. Втім, якщо нові продукти від Walksnail будуть кращими — я обов’язково придбаю відповідну технічну базу.

Покаранням долі за обрання нерекомендованого відеопередавача стала неможливість нормально його встановити у раму XL 10. Довелось нашвидкуруч вигадати спеціалізовану підставку та попросити друкарів спільноти виготовити одиницю. Це, може, й не найкращий варіант із можливих, але проблему вирішує.

До фіксації стяжками я провернув ще одну маніпуляцію — відкрутив нижню кришку та замінив встановлені антени на подовжені пігтейли, щоб вивести антени на задню частину дрона. Трохи забігаючи наперед, зробив те саме і для зенітного дрона, проте згодом від цієї рекомендації відмовились й було розроблене спеціальне кріплення, що дозволяє використовувати заводські антени, уникаючи необов’язкових втрат у якості відеосигналу через довгі пігтейли. Зворотних змін я не проводив, адже на момент зміни рекомендацій безпілотники вже були на тесті. Це лише стало черговим доказом, якою динамічною є наша справа.

Переходжу до паяння, знадобляться наступні майданчики: ... Гаразд, не буду дуркувати. Насправді відеопередавач від DJI повністю сумісний з фізичним UART 1 портом на польотному контролері від Speedybee. Тобто можна просто під’єднати його комплектним кабелем.

Але тут не все так просто і підступна доля завдає удару № 2. Комплектний кабель виявився надто коротким, щоб дотягнутись через весь стек до порту, тож замість традиційної пайки довелось зайнятись подовженням кабелю для обох передавачів. На кожен кабель пішло близько двох годин кропіткої роботи. Можна було б зробити швидше, але тоді збільшується ризик помилки.

І я не хвилювався через можливу втрату кабелю, бо завжди можна купити десь новий. Найбільше я боявся сплутати контакти, що могло б, наприклад, спалити цілий модуль вартістю кількасот доларів.

Після подовження я додатково захистив кабель кількома термоусадками. Не буду стверджувати, що це реально потрібно, але мені здалось потенційно корисним.

Лише після завершення справи приходить усвідомлення, як можна було зробити краще, і цей випадок не виключення. Можна було б зекономити кілька годин часу, розвернувши польотний контролер — це б ускладнило деякі інші етапи пайки, але не так драматично, як паяти шестиконтактний кабель. Що ж, спробую це у майбутніх дронах.

На відміну від дрона-камікадзе, камери бомбера і безпілотників ППО будуть кріпитись у спеціальні поворотні механізми (далі — поворотка) на базі сервопривода. Це дозволятиме зручним перемикачем пульта розвертати камеру у потрібне положення. Інструкція зі збору поворотки доступна публічно. Нам же знову знадобляться послуги майстрів 3D-друку та простецький сервопривід.

В кінцевому варіанті маємо отримати конструкцію як на фото. Одразу можна побачити два типові робочі положення: в одному літаємо, в іншому, залежно від дрона, скидаємо «подарунки» або розшукуємо негідника, що наводить ракети на наші голови.

Сервоприводу потрібне живлення та якийсь спосіб отримувати команди для обертання, а тому необхідно вже звичною пайкою під’єднати його до польотного контролера. Досі не існує загальноприйнятих рекомендацій, які контакти для цього підходять якнайкраще. Я обрав один із найпопулярніших варіантів: S9 — «керуючий» (жовтий) кабель, живлення (червоний) і «землю» (зелений) — 4V5 і G відповідно.

Подейкують, що для аналогових дронів з повороткою майданчик S9 не підходить через конфлікт з CC. Якщо хтось детальніше про це знає — поділіться у коментарях.

На фото рама Manta 10 зенітного безпілотника, але в пайці цього компонента різниці 0, тож на XL 10 все аналогічно. А заразом можна побачити виведені подовжені пігтейли від Air Unit.

Для бомбера залишається останній за порядком, але не за важливістю компонент — скид.

Використовую ось таку систему від українського виробника «Кажан». Донедавна вона була у рекомендованих, але нині це вже скид «Крабс». Втім, всі куплені раніше деталі можна використати, ніхто не вимагає негайних змін без серйозних на те причин.

У пайці цього компонента ситуація схожа — єдиної думки не існує. Я послуговувався інструкцією виробника, запаявши керування на M7, а живлення і «землю» на контакти LED. Остання парочка є найменшою на платі, паяти важко, тому розумію, чому багато учасників спільноти використовують інші вільні майданчики.

Ура! Це був останній компонент, який мені довелось паяти для бомбера. Обов’язково мию плату після цього. Лишається ще трошки доопрацювати зенітний дрон, припаявши поворотку, і можна приступати до завершальної фази збірки.

Act 7. Остаточна збірка

Уже звично починаю з камікадзе. Фіксую верхню кришку, але поки що не остаточно. Встановлюю антену відеопередавача Mushroom правої поляризації від виробника Skyzone. Далі вперше підключатиму живлення безпілотника й одразу включиться відеопередавач. Якщо це відбувається без антени, то він швидко виходить з ладу.

Першу подачу живлення рекомендую робити через smoke stopper — простий і дешевий пристрій, що пропускає невеликий струм 0.5-2 А (залежно від моделі й режиму) та визначає наявність короткого замикання. Якщо проігнорувати це та одразу подати повну потужність від батареї 6S3P, у разі КЗ дрон просто вийде з ладу — і вся виконана робота буде змарнована.

Але я зробив непогану роботу й отримав у винагороду наймилішу мелодію за версією кожного першого учасника спільноти: «пі-пі-пі, пііі, пііі». Ці три послідовні звуки офіційно знаменують завершення процесу збірки дрона. Остаточно фіксую верхню кришку та прикріплюю силові до неї. Це важливо, бо інакше вони отримають пошкодження від пропелерів.

Аналогічні дії повторюю для бомбера. Різниця полягає у накручуванні одразу двох антен Cherry V2 лівої поляризації від виробника Rush. Тести показують, що антени Mushroom кращі за Cherry, але Skyzone не виробляє поки що цю модель у потрібній поляризації.

Поляризація не надає переваг, а лише дозволяє відділити в ефірі аналоговий відеосигнал від цифрового. Технічно можливо транслювати ці типи сигналів у протилежній до традиційної поляризації, але практичного сенсу у цьому немає.

Вперше підключаю живлення бомбера так само через smoke stopper, прослуховую мелодію і спокійно фіксую верхню кришку та силові дроти.

Для зенітного дрона все ідентично до бомбера: ті ж самі антени, smoke stopper, мелодія, закріплення кришки. Відрізняється лише акумулятор, але саме у процесі збірки він ні на що не впливає.

Втім, трошки розкажу, чому він інший. Для дронів є два основні види акумуляторів: літій-іонні (Li-ion) та літій-полімерні (Li-pol). У більшості випадків використовуються Li-ion через велику кількість доступних елементів, можливості зробити батарею під майже будь-яку задачу. Але для зенітних безпілотників популярнішими є Li-pol акумулятори. Пов’язано це зі значно більшою струмовіддачею, яка дозволяє йому літати швидше. Це важливо для боротьби з ворожими дронами-розвідниками. По-перше, вони швидші за типові наземні цілі, по-друге, вони працюють на висоті 3–4 км. Li-pol акумулятор дозволяє швидше набрати висоту та «приземлити» ворожі очі. Ці кілька хвилин різниці на практиці можуть означати збережені життя.

І... це все. Всі етапи фізичної збірки завершені, з чим я вітаю себе та читачів, в яких вистачило сил дотягнути аж до цього моменту.

Переходимо до останнього етапу.

Act 8. Налаштування

Дрони зібрані, але вони не полетять нормально без правильних налаштувань і прошивок. У військових популярні власні непублічні збірки прошивок і пресети налаштувань, які вони встановлюють кожному дрону, отриманому від волонтерів. Звичайно, за винятком, коли потрібну інформацію військові передають своїм перевіреним постачальникам.

Social Drone є публічною волонтерською спільнотою з тисячами незалежних учасників. Досконально перевірити кожного неможливо, тому нам, звісно, ніхто не дасть такі критично важливі дані. Тож я прошиватиму дрон й робитиму налаштування відповідно до внутрішніх інструкцій. Цього рівня маніпуляцій вистачає для особистих польотів та тестування БПЛА пілотами спільноти перед відправкою до СОУ.

SD має YouTube-канал, де можна знайти детальні відеоролики з налаштуваннями дронів. Однак відео втрачають актуальність у дрібницях протягом часу, а найточніші інструкції зберігаються у внутрішніх ресурсах, які є непублічними. Поширювати їх я не буду, але в загальних рисах опишу процес, через який пройшов кожен свіжозібраний безпілотник із цієї статті.

Прошивка ESC

Використаний контролер моторів із заводу постачається з прошивкою BLHeli. Вона не підходить, тому змінюю її для всіх дронів на Bluejay. Це потрібно для підтримки протоколу DShot. Проводиться ця операція за допомогою сайту ESC Configurator.

Прошивка FC

Іноді польотний контролер із полиці магазину має невідповідну до вимог прошивку. У моєму випадку такими були всі. За допомогою Betaflight Configurator (далі — BC) оновлюю всі контролери до вказаної у внутрішній інструкції версії прошивки.

Налаштування FC

Більшість налаштувань дрона закладені в підготовлені пресети від адмінів SD. Кожен учасник має доступ до адмінки, де може згенерувати собі потрібний пресет налаштувань. Роблю це для всіх дронів, але уважно обираю комплектуючі у відповідних полях, адже налаштування різні для різних деталей. Так, наприклад, для камікадзе потрібна таблиця частот аналогового відеопередавача, для цифрових бомбера і зенітного — ні.

Створений файл як backup завантажується у польотні контролери через BC. Після цього калібрую акселерометр на кожному дроні. Це операція в кілька кліків, яку постійно пропонує зробити Configurator. А якщо проігнорувати її, то безпілотник буде дуркувати під час польоту.

Налаштування моторів

Будь-яка робота з моторами є травмонебезпечною, тому пропелери встановлюються у самому кінці. Це дуже важливо, адже робочий мотор з пропелером — це фактично ніж, який здатен прорізати м’які тканини до кісток. На жаль, болісних прикладів у спільноті вистачає.

Необхідно виконати операцію reorder motors через BC, щоб впевнитись, що маппінг моторів відповідає їхньому реальному руху. Потім через відповідні елементи UI треба почергово подати живлення на кожен з моторів й впевнитись, що він крутиться у потрібному напрямку. На етапі паяння моторів я зробив все правильно, тому жоден з дронів не мав проблем. Якби я припаяв якісь дроти в іншому порядку, то треба було б змінити напрям обертання цього мотора. Проста, але важлива операція.

Налаштування камери та відеопередавача

Інструкція розділяє ці етапи, оскільки призначена в першу чергу для аналогових безпілотників, де ці компоненти є окремими. За нормальних умов відеопередавач камікадзе налаштовувати не треба, адже пресет містить все необхідне. У всіх своїх аналогових дронах я перевіряв розділ Video Transmitter — Device Ready, бачив «true» й рухався далі. Втім, бачив, як деякі волонтери SD налаштовували таблиці частот вручну, змінювали UART тощо.

Камера камікадзе теж зазвичай не потребує спеціальних налаштувань. Щоб бути впевненим в її працездатності, я включаю свій шолом (Skyzone Cobra X), переходжу на канал з пресета та перевіряю правильність відображення OSD. Цього разу проблем не було, тож переходжу до цифрових безпілотників.

З бомбером і зенітним дронами довелось повозитись. Нагадаю, що там камера і відеопередавач є одним невід’ємним цілим. Спершу я активував модулі через DJI Assistant. Там же оновив прошивки до останніх наявних, зокрема, оновив до останньої прошивку окулярів. Обидва оновлення є важливими, адже без цього модуль може не приєднатись до окулярів або працювати нестабільно.

При генеруванні обох пресетів довелось обрати DJI O3, адже O4 ще у розробці. На щастя, різниця лише у FOV, тому через BC на вкладці OSD довелось вручну пересунути інформаційні блоки ближче до центру. Обрав відповідний режим пошуку в окулярах, перевів їх та Air Unit до режиму bind та переконався, що картинка з правильним OSD транслюється з обох дронів.

Прошивка RX (модуля зв’язку)

Використовую програму ExpressLRS Configurator, уважно обираю налаштування відповідно до інструкції. Отримую бажане повідомлення «SUCCESS» для трьох RX трьох безпілотників. Дрон-камікадзе після цього можна відкладати, залишається лише накрутити пропелери.

Налаштування аксесуарів

Цифрові безпілотники мають додаткові девайси, загалом 2 поворотні механізми та скид. У налаштуваннях BC потрібно активувати підтримку сервоприводів (SERVO_TILT). Поворотки я паяв на S9, які за замовчуванням у прошивці вже віддані під сервопривід.

Додатково потрібно призначити зручний та вільний AUX пульта під керування сервою. Скид був запаяний на M7, тому потрібно спеціальними командами через вбудований CLI звільнити цей контакт від заводського ресурсу, призначити другий сервопривід та аналогічно прив’язати його до вільного AUX пульта. Після всіх описаних маніпуляцій обидва дрони вважаються готовими до монтування пропелерів.

Накручування пропелерів

Всі три безпілотники оснащую пропелерами HQProp 1050 розміром 10×5х3. Деякі учасники спільноти не накручують їх перед відправкою, щоб спростити пакування. Але пілотам SD простіше, коли дрони прибувають повністю готовими і не доводиться гаяти час на монтування пропелерів.

Самостійний тест (опціонально)

Якщо є можливість, то можна політати на свіжостворених дронах. Все, що можу собі дозволити я — провести liftoff тест, відірватись від підлоги, трохи порухатись в сторони та сісти. Гайди SD не згадують потребу у цьому кроці, адже більшість проблем ідентифікуються та виправляються на попередніх етапах. Втім, цей додатковий крок дозволив мені виявити та виправити кілька проблемних безпілотників, зокрема, через незмитий флюс. Окрім цього визнаю, що банально приємно бодай трохи підняти у повітря власноруч створену «пташку».

Outro

У кінці розкрию деякі організаційні та фінансові складові статті.

Процес створення дрона потребує чимало часу. З цим, мабуть, не погодяться професійні інженери, які витрачають на виробництво однієї одиниці заледве більше години. Мій же рівень навичок, прискіпливості, прокрастинації та ліні дозволяє виготовити базовий безпілотник орієнтовно за 8 годин. Цей час включає підготовку необхідного обладнання та розхідників, збірку та паяння, прошивку, прості тести та прибирання робочого місця. Будь-які виявлені проблеми, ускладнення або не включені в інструкції кроки очевидно збільшують вказаний термін.

На щастя, з досвідом я навчився розділяти процес на логічні, зручні етапи. Це дозволяє витрачати на кожен крок 1–2 години, а отже збирати дрони не лише у вихідні чи свята, а й по вечорах після основної роботи. Ба більше, можна ефективно збирати кілька безпілотників паралельно.

Власне, цей оптимізований спосіб й відображено у статті. Майже кожен «Act» є окремим етапом, який може займати як один вільний часовий слот, так і декілька. Проте після кількох спроб я перестав робити більше одного «акту» за раз, бо це часто закінчується тим, що я сиджу та паяю до пізньої ночі або лишаю наполовину незакінчений етап на наступне вільне вікно. Моє імпровізоване гасло: «Один слот, один етап, один інженер» :D

Поговорімо трохи про фінанси. Порівняно із деякими учасниками спільноти, я маю небагато паяльного обладнання, але чимало різних корисних дрібниць. Приблизна сумарна вартість усього складає ~300 USD, однак цей набір збирався поступово, тож такі витрати не обов’язкові на старті. Вартість витратних матеріалів, як то флюс, припій, змивка, стяжки та інше, на один дрон складає до 10 USD.

Вартість зображеного на останньому фото ~1250 USD без урахування амортизації вищезазначеного обладнання. Гроші, які я б з радістю витратив на покращення життя батьків, на саморозвиток, на розваги тощо. Але не можу, совість не дозволяє, адже чітко розумію, завдяки кому я та найдорожчі мені люди досі живі. Підтримуйте рідних, друзів та Сили Оборони України. Доєднуйтесь до спільноти Social Drone, поширюйте інформацію про них, підтримуйте їх гривнею і не тільки.

На цьому все. Дякую за увагу до статті, за адекватну критику та бажаю спокійного дня і настання справедливого миру усім нам!

Сподобалась стаття? Підписуйтесь на автора, щоб отримувати сповіщення про нові публікації на пошту.

Підписуйтеся на WhatsApp-канал DefTech спільноти!