Drone ja sen toiminnot – miehittämättömien ilma-alusjärjestelmien yleistuntemus

Sana ”drone” on yleinen termi miehittämättömälle ilma-alukselle (UAV) tai miehittämättömälle ilma-alusjärjestelmälle (UAS), eli ilma-alukselle, jota ohjataan joko automaattisesti, itsenäisesti tai kauko-ohjaajan toimesta.

Droneja on saatavana kaiken kokoisina ja ne voivat painaa muutamista grammoista aina useisiin tuhansiin kilogrammoihin. Droneja voidaan käyttää eri tarkoituksiin, yksityisesti, kaupallisesti tai poliisin tai muiden viranomaisten käytössä. Dronet voivat olla hyvin erityyppisiä, moniroottorinen tai multikopteri on tyypillinen miehittämättömässä ilmailussa ja se toimii kuten helikopteri, kun taas kiinteäsiipiset dronet ovat lentokoneiden kaltaisia.

Nämä kaksi tyyppiä eroavat toisistaan suunnittelun ja valmistamisen suhteen, ja niitä käytetään myös eri tarkoituksiin. Moniroottorista dronea käytetään usein valo- ja videokuvaukseen, kun taas kiinteäsiipistä dronea käytetään mittaamaan, kartoittamaan tai seuraamaan laajempia alueita.

Dronen järjestelmien osaaminen ja hallinta tarkoittaa, että hallitset ja ymmärrät kaikki dronesi järjestelmät, erilaiset toiminnat niin lentämisen kuin hyötykuorman osalta, asetuksien toiminnan ja merkityksen ja riskien hallinnan. Tietoisuutta järjestelmistä tulee ylläpitää jatkuvasti. Jotkut osat järjestelmästä ovat muodollisia, mutta toiset osat kriittisiä. Kauko-ohjaajan on kuitenkin tunnettava dronensa järjestelmät kokonaisuudessa ja tiedettävä miten eri osat toimivat ja miten käsitellä ja käyttää dronea käyttääkseen dronea oikealla tavalla ja mahdollisimman turvallisesti.

Moniroottoriset dronet

Moniroottorisessa dronessa on useita moottoreita ja potkureita, jotka yhdistettynä vaihtelevin pyörimisnopeuksin tuottavat tarvittavan nostovoiman ja ohjaustoiminnot. Yleinen malli on nelimoottorinen drone, missä kukin moottori on oman varren päässä. Moottoreista ja potkureista kaksi pyörii myötäpäivään (CW) ja kaksi potkuria vastapäivään (CCW). Tällä tavalla potkureiden kiertovoimat kumoavat toisensa. Jos dronessa on useampi kuin yksi potkuri, se luokitellaan monimoottoriseksi droneksi.

Moniroottorisessa dronessa on ehdottoman tärkeää, että potkurit asennetaan oikein moottoreihin määrätyn pyörimissuunnan mukaisesti. Väärin asennettu potkuri aiheuttaa välittömän hallinnan menetyksen ja dronen kaatumisen. Useimmissa drone-järjestelmissä potkureita ei voi asentaa väärin, mutta on tärkeää tarkistaa, että potkurit ovat kiinnitetty oikein. Potkureihin kohdistuu suuria voimia, ja ne ovat alttiita vaurioille. Tarkista potkurit ennen lentoa halkeamien varalta taivuttamalla potkureita varovasti.

Kiinteäsiipiset dronet

Kiinteäsiipiset dronet voivat olla hyvin erilaisia, lentokoneiden mallisia tai erikoisempia esimerkiksi lentävä siipi ilman pyrstöä, mutta kaikissa lentoon tarvittava nostovoima syntyy siiven tuottamana riittävällä lentonopeudella. Kiinteäsiipiset dronet voivat olla moottorittomia liidokkeja, yhdellä tai useammalla moottorilla varustettuja, ja ohjaustoiminnot voidaan toteuttaa liikkuvilla ohjainpinnoilla (siivekkeet, sivu- ja korkeusperäsin, laipat jne.) tai moottoreiden pyörimisnopeutta säätämällä. Kiinteäsiipisiä droneja käytetään usein muihin tarkoituksiin kuin yleisempää multiroottorista dronea.

Suurin ero kiinteäsiipisen dronen ja moniroottorisen dronen välillä on se, että kiinteäsiipinen drone lentää kuten lentokone ja moniroottorinen drone kuin helikopteri. Kiinteäsiipinen drone tarvitsee aina riittävän lentonopeuden, että siipi tuottaa tarvittavan nostovoiman. Jos nopeutta ei ole riittävästi, ilmavirtaus irtoaa siivestä, eli siipi sakkaa. Kiinteäsiipisillä droneilla on yleisesti pidempi lento- ja toiminta-aika, ja ne ovat nopeampia kuin moniroottoriset. Kiinteäsiipiset dronet voidaan heittää ilmaan, tai ne voivat suorittaa lentoonlähdön maasta omilta laskutelineiltä. Tämän johdosta ne tarvitsevat laajemman alueen lähtöön ja laskeutumiseen, ja lisäksi mahdollisesti riittävän hyvän maanpinnan kiitotieksi.

Kiinteäsiipinen drone kestää häiriöitä lennon aikana moniroottorista paremmin, moottorihäiriö ei aiheuta hallinnan menetystä, vaan drone voidaan ohjata laskeutumaan ilman moottoriavustusta, kun usein moniroottorisen dronen hallinta menetetään moottorihäiriön seurauksena. Kiinteäsiipinen drone ei voi leijua paikoillaan eikä välttää esteitä yhtä helposti kuin moniroottorinen drone.

Kiinteäsiipisessä dronessa kamera on usein kiinteästi asennettu tai asennettu kaksiakseliseen kameratelineeseen alaspäin, mikä on hyvä suurien alueiden kartoituksessa. Mutta jos lennon tarkoituksena on valo- tai videokuvata yleisesti, tämä onnistuu paremmin moniroottorisella dronella, jossa on kääntyvä kamerateline. Voit lukea tästä lisää myöhemmin tässä materiaalissa.

On olemassa myös hybrididroneja, joissa on kiinteät siivet, ja useita moottoreita, joiden avulla voidaan suorittaa lentoonlähtö ja laskeutuminen pystysuoraan, ja lennon aikana lentää siipien tuottaman nostovoiman avulla.

Radiolähetin – dronen ratti

Radiolähetin on jatkuvassa yhteydessä droneen ja ohjaa sen ohjaus- ja kameratoimintoja ja muita toimintoja. Jos yhteys radiolähettimeen katkeaa, monissa droneissa aktivoituu automaattinen kotiinpaluutoiminto RTH, ja drone palaa asetettuun kotipaikkaan automaattisesti ja laskeutuu. Tämä on usein oletusasetus, mitä voidaan muuttaa.

Radiolähettimen antennien sijainti ja suuntaus on erityisen tärkeä pitkillä etäisyyksillä. Antennin pitkän sivun tulee olla kohti dronea. Antennin kärki ei lähetä eikä vastaanota radiosignaalia.

Radiolähetin on yhteydessä droneen radioaalloilla useilla eri taajuuksilla

Drone ja radiolähetin ovat yhteydessä yleensä 2.4 GHz ja 5.8 GHz taajuuksilla. Mitä korkeampi radiotaajuus, sitä enemmän tietoa voidaan lähettää lyhyemmällä viiveellä, mutta samalla korkeammalla taajuudella on lyhyempi kantama. 2.4 GHz taajuus on riittävä ohjaukseen ja HD-videon (1080i) lähettämiseen jopa neljän kilometrin etäisyydellä sallitulla 100mW:n lähetysteholla. Suuremman lähetystehon tai tehokkaamman suunnatun antennin käyttäminen pidemmän kantaman aikaansaamiseksi ei ole sallittua.

GHZ-taajuusalue on herkkä fyysisille esteille, joten on tärkeää varmistaa esteetön näkymä radiolähettimen ja dronen välillä. Tämä tulee vielä merkityksellisemmäksi suurilla etäisyyksillä. Joissakin tapauksissa jo lyhyilläkin etäisyyksillä voi tulla häiriöitä radioyhteyteen, esimerkiksi kostea metsä vaimentaa GHz-taajuuksia voimakkaasti. Myös kaupunkialueella on paljon radioliikennettä 2.4GHz-taajuusalueella, ja tämä voi häiritä radioyhteyttä radiolähettimen ja dronen välillä.

Joissakin tapauksissa radiolähetin voi olla yhteydessä droneen 4G- tai 5G-verkon tai tietokoneen kautta GHz-taajuuksien sijaan.

Lisätietoja dronen lennätyksessä sallituista taajuuksista ja tehoista [linkki: https://traficom.fi/fi/viestinta/radioluvat-ja-taajuudet/taajuuksien-suunnittelu-ja-kaytto/miehittamattoman-ilmailun-0

Tunnista drone maasta

Poliisi, muut viranomaiset ja tunnistussovellusta käyttävät henkilöt voivat käyttää suoraa etätunnistusta tunnistaakseen dronen ja saada tieto dronen rekisteröidystä käyttäjästä, sarjanumerosta, sijainnista, korkeudesta, lentosuunnasta ja –nopeudesta ja kauko-ohjaajan sijainnista.

Drone seuraa sinua

Seuraa minua (Follow me) –tila on toiminto, joka on käytettävissä vain moniroottorisissa droneissa. Kuten lentotilan nimikin sanoo, toiminto saa dronen seuraamaan sinua tai radiolähetintä automaattisesti. Jos seurantatila on aktivoitu, dronesi ei saa olla yli 50 metrin etäisyydellä, että voit ottaa dronen käsiohjaukseen nopeasti.

Ilmatilan rajojen seuraaminen

1. tammikuuta 2021 jälkeen kaikissa avoin-kategorian dronejärjestelmissä, paitsi C0 ja C4, on oltava paikkatietoisuustoiminto. Tämä toiminto tarkoittaa, että kauko-ohjaaja saa tietoja ilmatilan rajoista suhteessa dronen sijaintiin ja lentokorkeuteen. Lisäksi toiminto varoittaa mahdollisista ilmatilarikkomuksista.

NOTAM – tietoa mitä tapahtuu ilmatilassa

NOTAM tarkoittaa ”notice to airmen”, ”tietoa ilmailijoille”. Se on palvelu, jossa julkaistaan jatkuvasti tärkeitä tietoja ilmailijoille eri aiheista, kuten ilmatilan rajoituksista. NOTAM on tarkoitettu kaikille ilmailijoille. Myös avoin-kategorian kauko-ohjaajilla on oltava täysin tietoisia varoituksista ja lentokielloista lentoa suunniteltaessa.

NOTAM-tiedot löytyvät Fintraffic ANS Oy:n Ilmailutiedotuspalvelun verkkosivuilta www.ais.fi. Flyk-palvelu tarjoaa NOTAM-tietoja karttapalveluna sivulla www.flyk.com. Jos suunnitellun lennon alueella on rajoituksia, ne näkyvät karttapalvelussa. Ota rajoitukset huomioon, ja muuta lentosi reittiä tai ajankohtaa.

AIP – Ilmailukäsikirja

AIP (Aeronautical Information Publication) on kokoelma pysyvää tietoa ilmailuun liittyen, johon tulee olla perehtynyt ennen lennon suorittamista. Suurin osa valtioista julkaisee kansallisen AIP:n, joka sisältää tietoja ilmailusta kyseiseen maahan lentoasemille ja ylilentoihin. Suomessa Fintraffic ANS Oy:n Ilmailutiedotuspalvelu julkaisee Suomen Ilmailukäsikirjan, ja se löytyy verkkosivulta https://www.ais.fi/ais/aip/fi/index.htm.

RTH – drone lentää kotipaikkaan automaattisesti

RTH (return to home, automaattinen kotiinpaluu) –toimintoa voidaan käyttää lennettäessä dronea. RTH lentää dronen automaattisesti takaisin lähtöpaikkaan tai radiolähettimen paikkaan valitun asetuksen mukaisesti.

Jos dronen ja radiolähettimen välinen yhteys keskeytyy muutamaksi sekunniksi, RTH voidaan aktivoida turvatoimena. Drone lentää silloin asetuksen mukaiseen kotipaikkaan ennalta asetetulla korkeudella ja laskeutuu automaattisesti.

RTH-toiminnon käyttämisessä on tärkeää ymmärtää, että korkeus, millä drone lentää kotipisteesen on aina suhteessa lähtöpaikkaan. Drone ei tiedä todellista korkeutta maastosta, ja tömäys esteisiin, puustoon tai maastoon on mahdollista paluulennolla. Joissain droneissa on törmäystunnistimet, jotka havaitsevat esteet ja saavat dronen väistämään esteitä.

RTH-toiminto voidaan myös aktivoida manuaalisesti, esimerkiksi jos dronen videolinkissä tulee toimintahäiriö, ja kauko-ohjaaja menettää orientaation dronen lentosuuntaan. RTH-toimintoa ei saa käyttää, jos dronen kompassissa on häiriö. RTH-toiminto on tarkoitettu hätätapauksia varten, eikä sen käyttö ole suositeltavaa normaalitilanteissa.

Kameran vakautus

Stabiloidun kameratelineen, gimbaalin, tarkoituksena on pitää kamera vakaasti asetetussa suunnassaan lennon aikana riippumatta dronen liikkeistä. Stabiloinnin seurauksena kuva on tarkka ja vakaa. Kiinteäsiipisissä droneissa ei ole aina gimbaaleja, mutta niissä voi olla kiinteä kamera lennon tarkoituksesta riippuen.

Dronen akkujen huolto

Kaikki C-luokitellut dronet, paitsi C4, ovat aina sähkökäyttöisiä, ja ne tarvitsevat akkuja lentääkseen. Yksityisesti rakennetut dronet voivat olla myös polttomoottorikäyttöisiä. Akut ovat herkkiä vaurioitumaan ja vaativat huolellista käsittelyä. Kylmä lämpötila voi heikentää akun suorituskykyä merkittävästi, joten akut tulee säilyttää huoneenlämmössä ennen lentoa. Kylmässä akun varauksen kapasiteetti ja virranantokyky heikkenevät, ja vaikka ennen lentoa varausta tarkistettaessa näyttäisi, että akku on täynnä, lennolla akun varaus voi loppua yllättävästi, jopa ilman varoitusta, ja aiheuttaa onnettomuuden. Joissain droneissa on sisäänrakennettu suojaus, joka mittaa akun lämpötilaa, varoittaen kauko-ohjaajaa alhaisesta lämpötilasta, ja ehdottaa toimenpiteistä kylmän ilman toiminnassa. Nämä ilmoitukset tulee huomioida vakavasti. Jotkut drone-järjestelmän voivat myös lämmittää akut ennen lentoa.

Jos et aio lennättää dronea heti uudestaan, lataa akut valmistajan ohjeiden mukaisesti sopivaan varaustasoon (varastointitila/storage voltage) jokaisen lennon jälkeen. Muista varmistaa akkujen varauksen sopiva taso myös hiljaisemmalla lentokaudella ja säilytä akkuja viileässä paloturvallisessa paikassa, ei koskaan suorassa auringonvalossa.

Monissa nykyaikaisissa dronejen akuissa on erityinen varastointitila: jos seuraava lento ei tapahdu kymmenen päivän kuluessa, akun varaustaso purkautuu automaattisesti täydestä latauksesta. Tämä tapahtuu akkujen suojelemiseksi, koska akut voivat vahingoittua, jos niitä varastoidaan pitkän aikaa täyteen ladattuna.

Akut voivat vahingoittua pysyvästi, jos akkuja varastoidaan pienellä, alle 10 prosentin varaustasolla, ja akkuja on vaarallista käyttää. Akun varauskyky heikkenee, ja vaikka tarkistettaessa näyttäisi että akku on täyteen ladattu, voi akun virrananto loppua nopeasti varoittamatta. Siksi on tärkeää ladata akut valmistajan suosittelemaan varaustasoon mahdollisimman pian lennon jälkeen.

Li-Po (litiumpolymeeri)- ja Li-ion (litiumion) -akut ovat yleisimpiä akkutyyppejä dronejärjestelmissä. Li-Po/Li-ion-akut vaativat erityistyyppisen palonsammuttimen tulipalon varalta. Tavallisen jauhesammuttimen lisäksi sammuttimen pitää jäähdyttää palavaa kohdetta. Li-Po/Li-ion -akkujen paloa voi sammuttaa myös käyttämällä runsaasti vettä. Selvitä, minkä tyyppisiä akkuja järjestelmässäsi on, ja minkä tyyppistä sammutinta tarvitaan.

Dronen voimanlähde

Kaikki avoin-kategorian C-luokitullut dronet, paitsi C4, on oltava sähkökäyttöisiä. On tärkeää varmistaa, että dronen käyttövoimana oleva sähkövirta on turvallista, eikä aiheuta vaaraa kauko-ohjaajalle tai kenellekään muille. Tämän takia valmistajille asetetaan erityisvaatimuksia riippuen C-luokituksesta. Tarkista mitkä vaatimukset koskevat droneasi. Yksityisesti rakennettujen dronejen ei tarvitse olla ainoastaan sähkökäyttöisiä.

Lisäksi kauko-ohjaajan tulee lennon aikana ilmoittaa ajoissa, jos akun varaustaso alkaa laskea. Tämä on tärkeää, että laskeutumisen voi suorittaa mahdollisimman turvallisesti.

Dronessa pitää olla valot

Yöllä käytettävien miehittämättömien ilma-alusten havaittavuuden parantamiseksi ja erityisesti, jotta maassa oleva henkilö voi helposti erottaa miehittämättömän ilma-aluksen miehitetystä, miehittämättömässä ilma-aluksessa pitää olla päälle kytkettynä vilkkuva vihreä valo.