mini|240px|Sender einer programmierbaren Funkfernsteuerung Die Funkfernsteuerung (engl. radio control oder RC) beruht auf dem Einsatz von Funksignalen zur Steuerung einer technischen Vorrichtung aus der Ferne. Der Begriff wird meist verwendet, um die Steuerung von Modellautos, -booten, -flugzeugen oder -hubschraubern und Multicoptern mit einem vom Piloten betätigten Steuergerät zu bezeichnen. Seit den 2010er Jahren hat sich im Hobbybereich die Signalübertragung im ISM-Band mit 2,4 GHz als Standard etabliert.
Geschichte Mit der Erfindung der Funktechnik wurden die Grundlagen für eine drahtlose Übermittlung von Steuersignalen vorbereitet: Nikola Tesla führte bereits 1898 in New York ein funkferngesteuertes Schiffsmodell vor und ließ sich diesen Entwurf einer Funkfernsteuerung patentieren. Professionell wurden die ersten Funkfernsteuerungen in den 1920er-Jahren zur Steuerung von Zielschiffen für Schießübungen bei der Marine eingesetzt. In der zweiten Hälfte der 1930er-Jahre wurden die ersten erfolgreichen Versuche der Fernsteuerung von Flugmodellen besonders in England und Deutschland (unter anderem beim Rhönwettbewerb 1938) durchgeführt. Bereits 1936 wurde auf der Wasserkuppe mit dem Segel-Flugmodell BF 52 die erste von Ernst Namokel mit erbaute Funkfernsteuerung erfolgreich erprobt. Ein Nachbau des K-Röhrenempfängers mit einer Anodenspannung von 12 Volt und einer Heizspannung der Röhren von 3 Volt wurde von dem über 80-jährigen Ernst Namokel für die Ausstellung im Deutschen Segelflugmuseum mit Modellflug auf der Wasserkuppe zur Verfügung gestellt. Dieser Flug kann als ein weiterer Meilenstein in der Geschichte des Modellfluges gesehen werden. Der Nachbau des Modells BF 52 befindet sich ebenfalls in der Ausstellung.
Funkfernsteuerung im Zweiten Weltkrieg Während des Zweiten Weltkrieges wurden Funkfernsteuerungen für eine Reihe von Flugobjekten verwendet. Das Ziel war insbesondere die Entwicklung funkgesteuerter Seezielflugkörper für den Einsatz gegen Schiffsverbände, die ansonsten nur schwierig und unter sehr hoher Eigengefährdung anzugreifen waren. Gegen Ende des Krieges hatte die Luftwaffe ähnliche Fragestellungen beim Angriff auf Bomberverbände, und es wurden zahlreiche ferngesteuerte Flugkörper entwickelt (elektropneumatische Systeme), die aber nicht mehr zum Einsatz kamen.
Nur für die ballistische V2-Rakete wurden bei 20 Flügen experimentell erstmals Fernsteuerungen mit Hilfe von Radarfrequenzen erprobt. Aber auch hier war es nur möglich, 1 Bit (1 Kanal An/Aus) zu übertragen, eine erwünschte Proportionalsteuerung blieb späteren Entwicklungsstadien vorbehalten.
Auch in Großbritannien und in den USA wurden Funksteuersysteme entwickelt, um die Gefährdung der Besatzungen beim Einsatz gegen stark verteidigte Ziele zu verringern. Jedoch erwies sich keines dieser Systeme als in der Praxis verwendbar. Ein Gerät, Projekt Aphrodite, erwies sich als gefährlicher für seine Benutzer als für das Ziel.Projekt Aphrodite
Funksteuersysteme dieser Ära waren im Allgemeinen elektromechanischer Natur. So wurde ein Radiogerät in einen Flugkörper eingebaut, das vom Steuerpult übertragene Signal wurde demoduliert und einem kleinen Lautsprecher zugeführt. Vor dem Lautsprecher waren einige kleine Metallzungen mit unterschiedlichen Resonanzfrequenzen angebracht, die aber enorme Anforderungen an die Frequenzstabilität der senderseitigen Tongeneratoren stellten. Durch deren Schwingungen wurden schließlich die Steuerimpulse für die Ruder ausgelöst.
Die Idee der Tonmodulation und der Zungenrelais-Schaltstufen wurde in der frühen Nachkriegsära bei den A2-Modellfernsteuerungen erneut aufgegriffen – erst die Erfindung des Transistors und der hochempfindlichen Resonanz-Tonkreis-Schaltstufe mit Rückkopplung brachte jedoch den erhofften Durchbruch bei der Betriebssicherheit.
Erste Modellfunkfernsteuerungen Der Physiker Nikola Tesla stellte bereits 1898 auf der Weltausstellung in New York ein von ihm entwickeltes funkferngesteuertes elektrisches Modellboot vor. Die ersten Modellfunkfernsteuerungen gab es in der zweiten Hälfte der 1930er-Jahre, damals noch in der Regel in Eigenbau mit Röhrensender und -Empfänger hergestellt. Ab Anfang der 1950er-Jahre waren in Deutschland die ersten serienmäßig hergestellten Röhrenfernsteuerungen erhältlich – technisch sehr einfache Geräte mit Trägertastung; die Hochfrequenz des Funksenders wurde lediglich an- bzw. ausgeschaltet. Dadurch konnte nur ein einziger Steuerbefehl (Einkanalsender) übermittelt werden, wobei in der Regel die Modellsteuerung über eine Befehlssequenz erfolgte: z. B. einmal Tippen (= Einschalten des Sendesignals) bedeutet Links-, zweites Tippen wieder Neutralstellung, das nächste Tippen Rechtsruder usw., oder (häufiger) erste Mal Sender an = Rechtsruder, Sender aus = neutral, nächste Mal Sender ein = Linksruder und so weiter. Durch die Auswertung der Signaldauer mit Hilfe komplizierter Techniken (die Rudermaschine „Kinematik“ war ein Beispiel dafür) waren Zusatzfunktionen wie Motorsteuerung ebenfalls möglich. Die "Kinematik" von Graupner lief mit langen Impulsen rechts – neutral (Sender aus) – links – neutral und mit kurzen Impulsen Motor vorwärts – stopp – rückwärts – stopp und so weiter.
Eine für die Weiterentwicklung der Funksteuerung wichtige, aber wenig verbreitete Entwicklung der frühen Fernsteuertechnik, war die damals höchst innovative elektromechanische Einkanal-Proportionalanlage der Firma Webra, die auch unter der Bezeichnung „Flattersteuerung“ bekannt wurde: mit Hilfe eines mechanisch betriebenen Impulsgebers ließ sich das Tastverhältnis HF-Impuls / Pause senderseitig verändern. Das Auswertungsprinzip im Empfängerservo beruhte auf der mechanischen Balance einer Feder-Rückstellkraft und einer Gegenkraft durch einen vom senderseitigen Tastverhältnis gesteuerten Elektromotor.
Die Einführung der Tonmodulation, d. h. einer einfachen Amplitudenmodulation der Sendefrequenz mit niedrigen Tonfrequenzen, aber vor allen Dingen die zunehmende Transistorisierung der Fernsteuerelektronik in der zweiten Hälfte der 1950er-Jahre revolutionierten die Möglichkeiten der Modellsteuerung: Von den funktionssicheren Einkanalanlagen bis hin zur Königsklasse der Zehnkanalanlage, die mit mehreren Tongeneratoren sogar eine Simultansteuerung von bis zu drei Ruderfunktionen erlaubte, reichte die Palette der industriell hergestellten Fernlenkanlagen. Die besseren Fernsteuersender erhielten nun trotz der immer noch vorhandenen Ein/Aus-Beschränkung richtige Steuerknüppel statt einfacher Tipp-Tasten und mit Hilfe der Mehrkanaltechnik war eine realistischere und auch betriebssichere Modellsteuerung möglich. mini|Die von Graupner vertriebene tonmodulierte Einkanalanlage mit Sender Bellaphon B und Empfänger Ultraton.
Ab Ende der 1950er-Jahre wurden die vor allem wegen ihrer Batterien schweren Röhrenanlagen allmählich durch leichtere Hybridgeräte und später komplette Transistoranlagen abgelöst – bedingt durch die niedrigen Grenzfrequenzen damaliger Germanium-Transistoren waren die Hochfrequenzstufen der Sende- und Empfangsschaltungen in einer Übergangszeit noch mit Röhren bestückt, für niederfrequente Schaltungsfunktionen (Tongeneratoren, Gleichspannungswandler für die Anodenspannungserzeugung, Schaltverstärker, NF-Verstärker etc.) etablierte sich zusehends die strom- und platzsparende Transistortechnik. Beispiele für bekannte Hybridgeräte waren die weitverbreiteten Sender der süddeutschen Firmen Graupner und Metz (Graupner Bellaphon A bzw. B, Metz Mecatron) und die Einkanal-Empfänger Graupner „Mikroton“.
Die unaufhaltsamen Fortschritte in der Halbleitertechnik ermöglichten seit etwa 1965 komplett elektronisch gesteuerte Proportionalanlagen, bei denen jedes Ruder genau dem Ausschlag der Knüppelbewegung am Sender folgt, womit sich insbesondere Flugmodelle präzise und sicher steuern lassen. Die Proportionalanlagen sind seit ihrem Erscheinen immer weiter bis zur Computeranlage verfeinert worden, an der prinzipiellen Funktionsweise hat sich seither jedoch nichts geändert.
Aktuelle Entwicklung Der Einsatz der Mikroelektronik erlaubte bald die Übertragung sehr komplexer Steuersignale. Während frühe Steuersysteme zunächst lediglich mit unmodulierter Trägertastung arbeiteten, die später von den betriebssicheren tonmodulierten Fernlenksystemen abgelöst wurden, schließen moderne Systeme zehn oder mehr Digital-proportionale Befehlskanäle ein. Diese RC-Systeme ermöglichen eine proportionale Steuerung – die Steuergröße im gesteuerten Fahrzeug, etwa die Stellung eines Ruders, ist stets proportional zur Position des Steuerknüppels auf dem Sender.
Mit der Einführung digitaler Technik hat der Funktionsumfang aktueller Fernsteuerungen wiederum deutlich zugenommen. Dabei lassen sich etwa Kanäle frei austauschen und ihre Kennlinien verändern oder mit anderen Funktionen mischen. Weiterhin können Servos programmiert werden, um beispielsweise Drehrichtung, Einbauwinkel und Ruderstellungen nach dem Einbau zu justieren, was in analogen Systemen nur über Eingriffe in die Senderelektronik (Funktionsmodule) möglich ist. Bei Pulscodemodulation (PCM) verringert sich zusätzlich die Störanfälligkeit, da der Datenstrom digital auf Fehler geprüft werden kann. Bei Empfangsproblemen, z. B. im Flug, kann vom Empfänger ein definierter Ruderstand (Fail Safe, Hold) eingestellt werden. Weiterhin kann die Signalübertragung reaktionsschneller sein, da bevorzugt diejenigen Kanalwerte übertragen werden, die sich geändert haben.
Die aktuellen Übertragungsverfahren (meist herstellerspezifische Varianten des Spread Spectrum-Verfahrens wie FHSS, FH-DSSS, DSSS, CSS etc.), die im 2,4 GHz ISM-Band Verwendung finden, verbessern die Übertragungssicherheit und ermöglichen Funktionen wie Telemetrie, Diversity etc. Dem breiteren Einsatz von Spread-Spectrum-Techniken stehen zurzeit noch regulatorische Beschränkungen der Behörden entgegen, sodass diese Technik derzeit ausschließlich auf das ISM-Band beschränkt ist.
Eine erhebliche Weiterentwicklung betrifft die Miniaturisierung der Anlagen. Während ein Fernsteuerungsempfänger von 1955 in Röhrentechnik mit zugehöriger Rudermaschine und erforderlichen Batterien noch etwa 300 g wog und dabei nur eine einzige Funktion steuern konnte, kann heute eine Empfangsanlage in käuflicher Technik mit vier proportionalen Funktionen unter Verwendung eines Lipo-Akkus von 2,6 g mit 5 g realisiert werden. Dabei wiegt der Empfänger weniger als 1 g und die Ruderelemente jeweils etwa 0,35 g. Bei höherem Belastungsbedarf bei größeren Modellen sind entsprechend stärkere und schwerere Bauelemente erforderlich.
Die Modellflugszene wurde von der Idee des FOSS nachhaltig verändert. Um das Jahr 2014 wurde für eine damals günstige und weit verbreitete Fernbedienung, die Turnigy 9X, die alternative Open-Source-Software OpenTX entwickelt. Diese fand eine sehr weite Verbreitung und wurde später in vielen Funkfernsteuerungen, insbesondere in denen aus Fernost, zum Standard. Eine andere FOSS - Alternative für Funkfernbedienungen ist z. B. Deviation, für Sendemodule gibt es mittlerweile auch populäre Open-Source-Projekte wie MPM.
Moderne Fernsteuertechnik Die Stellung der Hebel oder Regler der Steuerfunktion wird am Sender intern durch Potentiometer oder Schalter abgenommen und in ein elektrisches Steuersignal umgesetzt und auf die HF Sendefrequenz moduliert. Je nach Art des Steuersignals unterscheidet man Pulspausenmodulation (PPM) und die Pulscodemodulation (PCM). Bei den letzteren beiden spricht man von digital-proportionaler Übertragung, da das Steuersignal ein Digitalsignal ist, das wiederum die Stellung der Steuerhebel direkt proportional kodiert.
Bei den HF-Modulationsverfahren unterscheidet man AM- und FM-Übertragungen sowie neuerdings Spread Spectrum.