Парашютные системы спасения БПЛА

Кратко

Парашютная система спасения (parachute recovery system, PRS) — бортовое устройство, выбрасывающее купол при отказе БПЛА. Когда всё остальное не помогло — отказал мотор, потерялась ориентация, село питание — парашют превращает неуправляемое падение в контролируемый спуск. Это последний рубеж отказоустойчивости и пропуск к полётам над людьми.

Для чего используется

Защита людей на земле: главный сценарий. Соответствие стандарту ASTM F3322 предназначено именно для получения у авиационных властей разрешения летать над людьми.
Спасение аппарата и полезной нагрузки: камера или лидар на борту часто дороже самого носителя.
Промышленные полёты в городе: доставка и мониторинг, где под маршрутом всегда кто-то есть.

Как работает

Спасение — это цепочка из трёх обязательных звеньев: понять, что всё плохо → остановить моторы → выбросить купол.

Триггер. Решение принимает либо автопилот, либо независимая система. ArduPilot выпускает парашют автоматически при потере управления, когда одновременно в течение секунды: моторы включены, аппарат не на земле, крен или тангаж ушли от заданного больше чем на 30°, барометр фиксирует снижение, а высота — выше порога CHUTE_ALT_MIN (по умолчанию 10 м). Автономные системы (ParaZero SafeAir) не зависят от автопилота: собственные IMU и барометр следят за полётом и срабатывают при свободном падении, опрокидывании или полной потере питания борта.

Остановка моторов. Перед выпуском купола моторы обязаны замолчать — иначе вращающиеся винты намотают стропы. В PX4 парашют привязан к процедуре Flight Termination: стабилизация отключается, выходы моторов уходят в стоп, выход парашюта — в максимум; вернуться в полёт после этого можно только перезагрузкой. Производители подчёркивают то же самое: без остановки моторов система спасения опасна для самой себя.

Выпуск. У аппаратов с винтами купол нужно активно выбросить прочь — пружиной, баллоном CO2 или баллистической пусковой установкой, раскрывающей парашют за доли секунды. Пассивный вытяжной парашют годится только самолётным БПЛА. Чем ниже возможная высота отказа, тем быстрее должен раскрываться купол: малому куполу достаточно нескольких метров высоты, большому — десятков.

Скорость снижения. Практический ориентир производителей — около 4,6 м/с (15 фут/с): быстрее — легче парашют, но жёстче удар; медленнее — тяжелее вся система.

Основные компоненты

Купол с контейнером (обычно на верхней плоскости аппарата);
Механизм выпуска: пружина, CO2, пиропатрон или баллистическая пусковая;
Триггер: автопилот (в ArduPilot — серво CHUTE_TYPE=10 или реле CHUTE_TYPE=0; в PX4 — команда MAVLink MAV_CMD_DO_PARACHUTE) либо независимый блок с собственными датчиками;
Система остановки моторов (flight termination);
Звуковой сигнал: автономные системы включают сирену, предупреждая людей внизу.

Примеры

ArduPilot Copter с парашютом Fruity Chutes: настройка сводится к CHUTE_ENABLED, выбору серво/реле и порогов; при срабатывании в наземную станцию уходит сообщение «Parachute: Released!». Документация называет готовые системы Fruity Chutes, Opale Paramodels и Mars Mini.
ParaZero SafeAir — накладной модуль для промышленных дронов (серии для DJI Matrice и др.): независимый мониторинг, баллистический выпуск, сирена; версии Pro сертифицированы по ASTM F3322.
Стандарт ASTM F3322 требует испытаний в висении и на максимальной скорости, с имитацией внезапной потери питания и отказов моторов.

Связанные темы

Источники

ArduPilot: Parachute — условия автовыпуска, параметры, серво/реле.
PX4: Parachute — Flight Termination, MAV_CMD_DO_PARACHUTE.
ASTM F3322 — требования и испытания парашютных систем sUAS.
Fruity Chutes: Integrating a Drone Parachute — способы выпуска, скорость снижения, высоты срабатывания.
ParaZero SafeAir — автономные системы: независимый мониторинг, баллистический выпуск.