ЕНЕРГЕТИЧНА СИСТЕМА FISCHER 26
БЮДЖЕТ ПОТУЖНОСТІ

Starlink Mini — найбільший споживач електроенергії авіоніки — 40 Вт у середньому. Без Starlink (конфігурація тільки-ELRS) витривалість подовжується до 2,25 годин. Компроміс: необмежена дальність і пряма зв'язність з Lisa 26 проти 48 хвилин додаткового часу польоту. Для оперативних місій Starlink завжди беруть.

Вимірювання потужності (ОБЧИСЛЕНО — FSG-A не має прототипу)

Усі електричні цифри обчислені з технічних описів компонентів (криві моторних характеристик T-Motor AT2820, криві розряду Tattu LiPo, технічний опис Holybro BEC) — ЖОДНИХ бенч-тестів не проводилось FSG-A, оскільки фізичного Fischer 26 не існує. Реальні вимірювання повинні виконати органи, що будують прототип:

Загальна крейсерська потужність ОБЧИСЛЕНА: ~355 Вт (двигун 280 Вт + авіоніка 45 Вт + Jetson 15 Вт + радіо 15 Вт). Витривалість акумулятора ОБЧИСЛЕНА: 2 години 15 хвилин на 355 Вт крейсерського навантаження від 22,2 В × 10 А·год × 0,85 утилізації = 189 Вт·год. ЖОДНИХ фізичних вимірювань не проведено. Реальна продуктивність відхилятиметься залежно від температури, історії циклів акумулятора та стилю польоту. Орган-впроваджувач повинен валідувати з власним прототипом.

Пов'язані розділи

Зовнішнє джерело: Літій-іонний акумулятор — Wikipedia

Розклад бюджету потужності — куди йде кожен ват

T-Motor U8 на крейсерській швидкості (85 км/год, швидкість 15 м/с) споживає 280 Вт — 79% всього бюджету 355 Вт. Ця домінація означає, що будь-яке покращення ефективності в системі тяги має неспіврозмірний вплив на витривалість. Зменшення опору на 10% (чистіший обтічник фюзеляжу, прибиране шасі) економило б 28 Вт і подовжувало б час польоту на 5 хвилин. Підвищення ефективності двигуна з 85% до 90% економило б 16 Вт.

Ці межі важливі, коли різниця між 2,0 і 2,5 годинами витривалості визначає, чи може Fischer 26 завершити повний цикл ротації ISR без посадки.

Авіоніка — розклад

Другий за величиною споживач — Starlink Mini на 40 Вт безперервно — фіксована вартість, яку не можна зменшити без втрати супутникового з'єднання. Jetson Orin Nano на 15 Вт одночасно запускає YOLOv8, ORB-SLAM3 і KLV-кодування. Встановлення Jetson у режим 10 Вт (знижена тактова частота GPU) зекономило б 5 Вт, але збільшило б час інференції YOLOv8 з 15 мс до 35 мс — прийнятно для ISR, але потенційно занадто повільно для відстеження швидкорухомих цілей.

Радіо Silvus MANET на 12 Вт і сенсори Pixhawk на 5 Вт — нескорочувані мінімуми.

Оптимізація витривалості — як отримати більше часу польоту

З акумуляторним пакетом 12S 10000 мА·год (888 Вт·год) теоретична витривалість становить 888/355 = 2,50 години. Із застосуванням 20% резерву (обов'язково — посадка з менше 20% ризикує пошкодити акумулятор і не залишає запасу на зустрічні вітри чи переспрямування), корисна витривалість — 2,00 години. Щоб подовжити це: знижте крейсерську швидкість з 85 до 70 км/год — опір зменшується з квадратом швидкості, економлячи приблизно 60 Вт і подовжуючи витривалість до 2,4 годин корисних.

Компроміс: повільніший транзит означає меншу площу покриття за годину, і дрон проводить більше часу в потенційних зонах ураження ППО.

Альтернатива: більший акумулятор. Пакет 12S 12000 мА·год додає 200 г ваги і 107 Вт·год ємності. Важчий дрон потребує трохи більшої крейсерської потужності (290 Вт проти 280 Вт) через збільшену вимогу підйому. Чистий приріст витривалості: 12 хвилин. Спадна віддача — вага акумулятора збільшує опір і структурне навантаження, зрештою зменшуючи витривалість, а не подовжуючи її. Пакет 10000 мА·год представляє оптимальний баланс для планера Fischer 26.

Політика резерву і аварійні процедури

Політика 20% резерву акумулятора абсолютна — посадка з менше 20% (8,88 В на клітинку на 12S) ризикує пошкодити літій-полімерні клітинки від глибокого розряду і не залишає запасу для несподіваних зустрічних вітрів, навігаційних помилок або потреби переспрямуватись на альтернативне місце посадки. Аварійний механізм ArduPlane для Fischer 26: BATT_LOW_VOLT=44,4 (3,7 В/клітинку, 20% залишку) спрацьовує RTL. BATT_CRT_VOLT=42,0 (3,5 В/клітинку, 10% залишку) спрацьовує негайну посадку в поточній позиції.

10% критичний поріг існує для випадку, коли дистанція RTL перевищує залишкову дальність — краще приземлитися у відомій позиції, ніж розбитися по дорозі до віддаленої домашньої точки.

Спробуйте інтерактивний планувальник ротації покриття →

Математичне виведення — автономність з аеродинаміки

Повне виведення 2,0-годинної автономності від енергії акумулятора, рівняння опору, пропульсивного ККД і резервної політики опубліковано в англійській версії. Стисло: E_batt = 888 Вт·год → P_motor = 280 Вт (з рівняння опору 0,5 × ρ × v² × S × C_D при v = 23,6 м/с, S = 0,52 м², C_D = 0,032) + P_avionics = 75 Вт → P_total = 355 Вт → t_theoretical = 888/355 = 2,50 год → t_usable = 2,50 × 0,80 = 2,00 год із 20 % резервом.

Режим РЕБ і компенсація сонячними плівками

Базова лінія 355 Вт передбачає дозволене електромагнітне середовище. У контестованому середовищі РЕБ додаткові підсистеми споживають струм: Silvus MANET із вищим циклом передачі для проникнення крізь завади (+16 Вт), антиджам-формування променю на CRPA-антені (+8 Вт), SDR-моніторинг спектру для адаптивного FHSS (+18 Вт), додаткове AI-навантаження Jetson для класифікації сигналів (+7 Вт). Загалом РЕБ-overhead: 49 Вт. У важких РЕБ-середовищах додається RF-фазозсувач багатопроменевого масиву (+22 Вт для трьох променів одночасно) → разом 426 Вт → 100 хв корисної автономності (зниження на 17 % від 120 хв базової). Усі ці числа перевірені в provable_claims.py під FISCHER26_EW_OVERHEAD, FISCHER26_HEAVY_EW_TOTAL та FISCHER26_ENDURANCE_HEAVY_EW_NIGHT.

Сонячна плівка (перовскіт, 16 % ККД), наклеєна на верхню поверхню крила (0,52 м² × 0,85 ефективна площа = 0,442 м²), генерує P_solar = 0,065 × G Вт при сонячному опроміненні G Вт/м². Типові сценарії: північне літо о 13:00 (G = 700 Вт/м²) → 46 Вт відновлено. Пік AM1.5 (1000 Вт/м²) → 65 Вт. Зимова хмарність (30 Вт/м²) → 2 Вт, нехтується. Важливий висновок: сонячна плівка НЕ МОЖЕ повністю компенсувати важкий РЕБ — опромінення беззбитковості становить 71/0,065 = 1092 Вт/м², вище за пік AM1.5. Або приймається втрата автономності, або оновлення до 25%-ефективної плівки GaAs (беззбитковість при 700 Вт/м², досяжна в північне літо). Перевірено в FISCHER26_SOLAR_NORDIC_SUMMER та FISCHER26_SOLAR_BREAK_EVEN_IRRADIANCE.

Опрацьований приклад — літнє РЕБ-завдання на 65° пн. ш.

Завдання: 25 км транзит (дозволене ЕМ-середовище) + 75 хв баражування над контестованою зоною (ew_active) + 25 км повернення, о 14:00 21 червня, 65° пн. ш. G = 650 Вт/м² протягом усього завдання. Транзит (P_net = 355 − 42 = 313 Вт) споживає 184 Вт·год за 35,3 хв. Залишок після транзиту + 20 % резерв: 526 Вт·год. Баражування (P_net = 404 − 42 = 362 Вт): 526/362 = 87 хв доступно. Вимога 75 хв виконана з запасом 12 хв — завдання здійсненне. Те саме завдання без сонця (21 грудня, темрява): 74 хв доступно — на 1 хв менше за вимогу. Або скорочується баражування до 70 хв, транзит до 15 км, або оновлюється конфігурація акумулятора (див. нижче).

Конфігурація акумулятора для гарантованих 2 год у найгіршому випадку

Щоб гарантувати 2 год корисної автономності в нічному + важкому РЕБ (P = 426 Вт, без сонця): E_required = 426 × 2,0 / 0,80 = 1065 Вт·год, оновлення з 888 Вт·год (+20 %). На практиці: заміна з 2× 6S 16000 мА·год на 2× 6S 19200 мА·год. +0,4 кг ваги, +€25 за літак. Це підвищення окупається приблизно після 30 завдань в оперативному використанні, де базовий акумулятор викликав би ранній RTL. Перевірено в FISCHER26_BATTERY_UPGRADE_FOR_2H_WORST_CASE.

Чому це виведення важливе оперативно

Чотири планові рішення залежать від коректності цієї математики. Здійсненність завдання в РЕБ-середовищі: «2 години автономності» — це не те, що Fischer 26 насправді видає проти активної Krasukha або Shipovnik. Планувальник має використовувати показники EW-active (106 хв) або heavy-EW (100 хв) при плануванні вильотів. ROI сонячних елементів: 0,52 м² площі крила вже використовується для підйому — сонячна плівка коштує лише сама плівка (€600 для перовскіту) + 50 г ваги. Беззбитковість ~30 вильотів у північне літо; довше взимку. Вибір акумулятора: оновлення на 20 % за €25 дешевше за виліт, ніж втрата Fischer 26 через несподіваний RTL у важкому РЕБ. GPS-denied у РЕБ: 8-Вт безперервне споживання CRPA — це ціна за збереження навігації під глушінням. Виведення робить цю ціну видимою та вимірюваною.

Розширення Fischer 26E-LE — stand-off РЕБ на 1000 м AGL

Виведення вище охоплюють базовий енергобюджет. Варіант LE (Fischer 26E-LE) оперує на висоті stand-off рівня 3 приблизно 1000 м AGL із семимачтовим антенним кластером, що замінює одномачтовий глушилку базової версії. Два нових витрати енергії: (1) середнє споживання кластера 74 Вт EMCON-2, і (2) сплеск 207 Вт EMCON-3 під час активних послідовностей ураження 10 цілей.

Ураження 10 цілей — енергетичний вплив при 1–4 хвилинах на ціль

Реалістичний сценарій stand-off для LE: десять ворожих БпЛА перетинають горизонт протягом 30–60-хвилинного вікна, і кластер мусить придушувати кожного 1–4 хвилини, поки ціль не знищена співпрацюючими передніми активами або не відступить через знеструмлення каналу. Час на ціль змінюється за типом — Lancet-3 звичайно відступає протягом 60–90 секунд знеструмлення 2,4 ГГц, тоді як Orlan-10 ISR-дрон може протриматися кілька хвилин під глушінням 915 МГц, поки його оператор не скомандує RTB.

Критичне спостереження: навіть найгірший випадок (10 цілей × 4 хв EMCON-3 сплеску = 45 хвилин безперервного пікового споживання кластера) споживає лише 144 Вт·год з 2 000 Вт·год корисної ємності батареї — 7,2 % корисної енергії за 45 хвилин активного глушіння десяти окремих ворожих БпЛА. LE-варіант не обмежений енергією при 10 цілях. Він обмежений часом повороту гімбала між цілями (30 с × 10 = 5 хвилин транзиту), пропускною здатністю CAN-FD шини під час одночасного переназначення триплетів, і когнітивним навантаженням оператора, що стежить за десятьма паралельними ураженнями — жодне з яких не є енергетичним обмеженням.

Практичне обмеження розміру пакета ураження — це не ємність батареї, а часове вікно, протягом якого десять цілей одночасно присутні в 5–15 км stand-off-сліді кластера. Якщо десять ворожих БпЛА прибувають розподіленими по 45 хвилинах (найгірша тривалість), LE-БпЛА може обслуговувати їх послідовно по 4 хвилини кожного і все ще мати 3 г 49 хв автономності в зимових умовах для продовження патрулювання. Якщо вони прибувають протягом 10-хвилинного сплеску, двогімбальна архітектура кластера означає, що він може уражати лише двох одночасно, а решта вісім або відступають, або проходять без протидії — це тактичне обмеження, а не енергетичне.

Декілька пакетів по 10 цілей за виліт

Питання другого порядку: скільки повних пакетів по 10 цілей може обслужити один Fischer 26E-LE за виліт, поки батарея не стане обмеженням? Для 3-годинної місії у скандинавській зимі зі сценарієм 4 хв/ціль: корисна енергія 2 000 Вт·год, базове споживання 1 458 Вт·год, залишок для сплесків 542 Вт·год, 144 Вт·год на пакет = 3,8 пакетів. Три повні пакети по 10 цілей (30 уражень) із запасом 110 Вт·год, або 4 пакети (40 уражень) із приземленням БпЛА на 12 хв раніше.

Три повних пакети по 10 цілей упродовж 3-годинної зимової місії — це 30 ворожих уражень, що більше, ніж прогнозує більшість бригадних оцінок загроз для одного stand-off-вильоту. Енергетичний бюджет LE-варіанта, таким чином, коректно розмірований: він може поглинати реалістичну щільність уражень, не доходячи до 20 %-вого резервного порогу. У літніх умовах сонячне підживлення розширює це до 4+ пакетів із запасом.

Це оперативне обґрунтування розміру батареї 2 500 Вт·год варіанта Fischer 26E-LE, задокументованого на fischer26e.html. Менша батарея (напр. 1 500 Вт·год) змусила б БпЛА вибирати між довгим патрулюванням і високою ємністю уражень. Розмірування 2 500 Вт·год, разом із ефективністю 74 Вт EMCON-2 кластера і стелею сплеску 207 Вт EMCON-3, створює БпЛА, який може патрулювати 4+ години І поглинати 30+ уражень за це вікно.

Реалізація

# Fischer 26 Power Budget Calculation
import json

power_budget = {
    "battery": {"cells": 12, "capacity_mah": 10000, "voltage": 44.4,
                "energy_wh": 888},
    "consumers": {
        "motor_cruise":    {"watts": 280, "duty": 1.00, "note": "T-Motor U8 at 85km/h"},
        "starlink_mini":   {"watts": 40,  "duty": 1.00, "note": "Continuous uplink"},
        "jetson_orin_nano": {"watts": 15,  "duty": 1.00, "note": "YOLOv8 + ORB-SLAM3"},
        "silvus_manet":    {"watts": 12,  "duty": 1.00, "note": "SL5200 at 300MHz"},
        "pixhawk_sensors": {"watts": 5,   "duty": 1.00, "note": "FC + baro + OF"},
        "cameras":         {"watts": 3,   "duty": 1.00, "note": "IMX477 + Infiray T2S+"}
    }
}

total_watts = sum(c["watts"] * c["duty"] for c in power_budget["consumers"].values())
endurance_h = power_budget["battery"]["energy_wh"] / total_watts
reserve = 0.20  # 20% reserve

print(f"Total power:  {total_watts:.0f}W")
print(f"Endurance:    {endurance_h:.2f}h ({endurance_h*60:.0f} min)")
print(f"With reserve: {endurance_h*(1-reserve):.2f}h ({endurance_h*(1-reserve)*60:.0f} min)")
# Output: 355W, 2.50h, 2.00h usable

Шведський ланцюг постачання

Відкрити інтерактивний планувальник місії →

Відкрити інтерактивний планувальник покриття →

Джерела

Документація ArduPlane (ardupilot.org). Специфікації Starlink Mini (starlink.com). Технічні описи T-Motor. NATO STANAG 4671 (льотна придатність БпЛА). Документація дизайну Fischer 26 (FSG-A внутрішнє — теоретичний проєкт).