Unghi de vizualizare favorabil
Înălțimile stratosferice de ordinul a 18-30 de kilometri sunt slab stăpânite de oameni. În acest tip de „spațiu apropiat” avioanele sunt luate rar și nu există nicio navă spațială acolo. Dar un astfel de strat din stratul de aer al Pământului este foarte convenabil pentru observarea sub acoperire. În primul rând, aeronavele la astfel de altitudini pot supraveghea o zonă comparabilă cu teritoriile Afganistanului sau Siriei și, în același timp, pot patrula pe un teritoriu pentru o lungă perioadă de timp. În același timp, satelitul care orbitează omite terenul destul de repede, de multe ori neavând timp pentru a captura obiecte și procese importante. În al doilea rând, sistemele de apărare aeriană la sol nu sunt încă concepute pentru a căuta și distruge astfel de aeronave de recunoaștere de dimensiuni mici și la înălțime mare. Conform calculelor, aria efectivă de împrăștiere poate ajunge la 0,01 m2… Desigur, odată cu apariția masivă a acestor pseudo-sateliți pe cer, apărarea aeriană va găsi soluții pentru interceptare, dar costul distrugerii poate fi prohibitiv. În plus față de recunoaștere, dronele la mare altitudine pot asigura comunicații și navigație.
Majoritatea dronelor dezvoltate până acum, proiectate pentru astfel de înălțimi, sunt construite pe baza celulelor solare și a bateriilor. La altitudini de câteva zeci de kilometri, energia solară este „absorbită” mult mai eficient, ceea ce permite mașinii cu aripi nu numai să alimenteze motoarele electrice, ci și să stocheze energia în baterii. Noaptea, dronele folosesc ceea ce depozitează în timpul zilei; în zori, ciclul se repetă. Se pare că un fel de mașină de mișcare perpetuă care permite mașinilor să zboare de la câteva zile la câțiva ani la altitudini de până la 30 de kilometri. De exemplu, dacă un astfel de pseudo-satelit înlocuiește faimosul Global Hawk, atunci operatorul singur va economisi aproximativ 2000 de tone de combustibil pe an. Acest lucru nu ține cont de costurile mai mici și de timpul operațional mult mai lung. Cu toate acestea, toate aceste informații sunt teoretice: până acum, înregistrarea pentru durata zborului unui astfel de echipament este de 26 de zile. Acest lucru a fost realizat în 2018 de pseudo-satelitul european Airbus Zephyr.
În comparație cu sateliții clasici, dronele la mare altitudine sunt în mod natural mult mai ieftine și sunt mai aproape de Pământ, ceea ce asigură fotografiere și observare de înaltă calitate. Menționatul Airbus Zephyr este de 10 ori mai ieftin decât Global Hawk și de 100 de ori mai ieftin decât sateliții World View. În acest caz, pseudo-sateliții sunt situați sub ionosferă, ceea ce crește precizia navigației și determinarea locației surselor de emisii radio. Spre deosebire de un satelit, o aeronavă este capabilă să plutească peste obiectul de observație mult timp, ca un vultur, urmărind toate schimbările care au loc mai jos.
Care este conceptul unui pseudo-satelit pentru zbor stratosferic? Este un cadru compozit ușor, cu bune caracteristici aerodinamice, echipat cu panouri solare, acumulatori și pile de combustie extrem de eficiente. În plus, sunt necesare motoare electrice extrem de eficiente, dispozitive de control ușoare cu consum redus de energie, capabile să reacționeze prompt și independent la situații de urgență în zbor. Astfel de vehicule la mare altitudine se disting prin capacitatea lor de transport redusă (până la 100-200 kilograme) și lentoarea extremă - până la câteva zeci de kilometri pe oră. Prima dintre acestea a apărut în anii 1980 în Statele Unite.
Panouri solare zburătoare
Pseudo-sateliții experimentali ai programului HALSOL au fost primii printre astfel de dispozitive din Statele Unite. Nimic sensibil nu a apărut din cauza întârzierii elementare în tehnologie: nu existau baterii mari sau celule solare eficiente. Proiectul a fost închis, dar apariția prototipurilor nu a fost declasificată, iar inițiativa a trecut la NASA. Specialiștii săi și-au prezentat Pathfinder în 1994, care a devenit, de fapt, etalonul de aur pentru viitorii pseudo-sateliți. Dispozitivul avea o anvergură de 29,5 metri, o greutate la decolare de 252 de kilograme și o altitudine de 22,5 kilometri. De-a lungul câtorva ani, proiectul a fost modernizat în mod repetat; ultimul din serie a fost Helios HP, ale cărui aripi erau întinse la 75 de metri, greutatea la decolare a fost prinsă până la 2,3 tone. Acest dispozitiv din una dintre generații a reușit să urce la 29.524 de metri - un record pentru aeronavele care zboară orizontal fără motoare cu reacție. Datorită celulelor de combustie cu hidrogen imperfecte, Helios HP s-a prăbușit în aer în timpul celui de-al doilea zbor. Nu s-au întors la ideea restaurării sale.
Al doilea model cunoscut al unui pseudo-satelit cu dublu scop poate fi numit familia Zephyr din QinetiQ britanic, care a apărut la orizontul artificial în 2003. După testări ample și îmbunătățiri de proiectare, proiectul a fost achiziționat de Airbus Defense and Space în 2013 și dezvoltat în două modele principale. Primul are o anvergură de 25 m și include: un planor din fibră de carbon ultra-ușoară, panouri solare din siliciu amorf de la United Solar Ovonic, baterii litiu-sulf (3 kWh) de la Sion Power, un pilot automat și un încărcător de la QinetiQ. Panourile solare generează până la 1,5 kW de energie electrică, ceea ce este suficient pentru un zbor non-stop la o altitudine de 18 km. Al doilea pseudo-satelit mai mare a fost Zephyr T cu două brațe de coadă și o anvergură a aripilor crescută (de la 25 m la 33 m). Acest design permite ridicarea de patru ori a sarcinii utile (cântărind 20 kg, suficient pentru a găzdui o stație radar la o altitudine de 19.500 m).
Zephyr a fost deja contractat de armatele din Marea Britanie și Statele Unite în cantități unice. Nu avuseseră încă timp să se obișnuiască pe deplin cu trupele, când în martie 2019 unul dintre ei s-a prăbușit lângă o fabrică de asamblare din Farnborough, Hampshire. În acest accident, principalul dezavantaj al unei astfel de aeronave a fost dezvăluit în plină glorie - sensibilitatea sa ridicată la condițiile meteorologice în timpul decolării și aterizării. La înălțimi de lucru de mulți kilometri, pseudo-sateliții nu se tem de precipitații și vânt, dar la sol se simt inconfortabili.
DARPA, de asemenea, nu s-a îndepărtat de un subiect atât de promițător și la sfârșitul anilor 2000 a inițiat programul VULTURE (Altitudine foarte mare, Ultraenduranță, Element de teatru Loitering - un sistem de observare super-înalt, cu o vagabondare foarte lungă asupra unui teatru de operații). Primul născut a fost pseudo satelitul Solar Eagle, creat de Boeing Phantom Works împreună cu QinetiQ și Venza Power Systems. Acest gigant are o anvergură de 120 de metri, baterii litiu-sulf, opt motoare alimentate atât de panouri solare, cât și de celule cu hidrogen. În prezent, americanii au clasificat proiectul și, cel mai probabil, testează deja Solar Eagle sub formă de prototipuri de pre-producție.
Cel mai modern dintre prototipurile neclasificate este un pseudo-satelit dezvoltat în comun de BAE și Prismatic Ltd - PHASA-35 (Aeronave solare persistente la mare altitudine, avioane solare la mare altitudine pe termen lung). În februarie 2020, a fost lansat în aer pentru prima dată la Royal Air Force Base din Australia de Sud. Un panou solar zburător cu aripi este capabil să urce 21 de kilometri și să transporte o sarcină utilă cu o greutate de până la 15 kilograme. Conform standardelor dronelor de mare altitudine, PHASA-35 are o anvergură mică de 35 de metri și este destinat, așa cum scriu dezvoltatorii înșiși, pentru monitorizare, comunicare și securitate. Cu toate acestea, calea inițială și principală a pseudo-satelitului va fi munca de luptă. În acest sens, în urma rezultatelor primului zbor, Ian Muldoney, director tehnic BAE Systems, a comentat:
Acesta este un rezultat remarcabil timpuriu și demonstrează ritmul care poate fi atins atunci când combinăm cele mai bune capacități britanice. Trecerea de la proiectare la zbor în mai puțin de doi ani (20 de luni) arată că putem face față provocării pe care guvernul britanic a pus-o în fața industriei de a construi viitorul sistem de luptă aeriană în următorul deceniu.
Până la sfârșitul acestui an, era planificată finalizarea testelor și, după 12 luni, transferul primelor vehicule de producție către client. Dar pandemia, desigur, își va face propriile ajustări în intervalul de timp specificat.
Acum există o creștere constantă a interesului pentru astfel de drone de mare altitudine, iar extinderea zonei de dezvoltare este dovada acestui lucru. Pe lângă succesele din China, India, Taiwan și Coreea de Sud, birourile de design rusesc sunt implicate în proiectarea pseudo-sateliților. Prima dronă experimentală internă de mare altitudine a fost dezvoltată la S. A. Lavochkin și numit LA-251 „Aist”. A fost prezentat pentru prima dată la forumul Armatei-2016. Drona este realizată conform designului aerodinamic normal și este un monoplan care transportă liber cu o anvergură a aripilor de 16 m și o masă de aproximativ 145 kg. Monoplanul are două brațe laterale, patru motoare de 3 kW și este echipat cu o baterie de 240 Ah. Altitudine de zbor de până la 12 mii de metri, durată de până la 72 de ore. Un „Aist” mai mare este dezvoltat cu o anvergură a aripilor de 23 de metri și o sarcină utilă de 25 kg. Un astfel de pseudo-satelit se ridică deja la 18 kilometri și poate rămâne în aer câteva zile. Pentru a ușura designul, aeronava a rămas cu un fascicul și numărul de motoare a fost redus de la patru la două. Dezvoltarea în continuare a temei interne a pseudosateliților este împiedicată de lipsa tehnologiilor pentru producerea de baterii litiu-sulf cu o putere specifică de 400-600 Wh / kg. În plus, avem nevoie de panouri solare cu o greutate specifică de 0,32 kg / m2 cu o eficiență de cel puțin 20%. În multe privințe, depinde de aceasta dacă Rusia va putea reduce decalajul existent cu liderii mondiali. Cu un teritoriu atât de imens, țara noastră pur și simplu nu se poate lipsi de astfel de pseudo-sateliți în viitor.
