Развитие стратосферного воздухоплавания

Notice: Undefined variable: 5542.0922980528 in /var/www/www-root/data/www/374.ru/tpl_text/text_picture.php on line 81

К полету готовят прототип стратосферного дирижабля по проекту Techsphere. Необычная сферическая форма не мешает летательному аппарату совершать все необходимые маневры.

У стратодирижаблей есть по крайней мере два достоинства по сравнению с космическими аппаратами.

Во-первых, аппаратуру, установленную на стратодирижабле, сравнительно легко поменять или отремонтировать. Для этого достаточно посадить дирижабль на землю, на что уходит всего несколько часов при самых минимальных затратах. Аппаратуру же, установленную на спутнике, поменять практически невозможно, и за те 10-15 лет, в течение которых длится его эксплуатация, она, конечно, устаревает. А стратодирижабль регулярно приземляется (в это время на небесное дежурство заступает дирижабль-дублер), и в приспособленном ангаре его осматривают, ремонтируют и при необходимости заменяют бортовую аппаратуру.

Во-вторых, дирижабль экологически чист. Технология использования солнечной энергии и других источников без вредных выбросов в атмосферу делает платформу на базе стратосферного дирижабля дружественной к окружающей среде. По завершении эксплуатации воздухоплавательные комплексы утилизируются, как обычная авиационная техника, практически без отходов. Отслужившие же свой срок спутники, как правило, превращаются в зачастую опасный космический мусор.

Планируется, что стратодирижабли будут "парить" на высотах 20-22 км. Там еще достаточно плотный воздух (что позволит получить необходимую грузоподъемность), и на протяжении почти всего года сохраняются устойчивые ветровые потоки относительно низкой скорости - около 10 км/ч. Условия для летающих аппаратов, конечно, тяжелые, хотя и не такие, как в космосе.

Реализация концепции стратодирижаблей, насчитывающей без малого тридцать лет, долгое время сдерживалась отсутствием материалов для оболочки. Кроме того, нужно было решить, как обеспечить двигатели дирижабля и установленную на платформе аппаратуру энергией. Сейчас многие трудности удалось преодолеть. Хотя построить стратосферный дирижабль пока никому не удалось, но уже проводятся испытания прототипов беспилотных дирижаблей в США, Корее, Японии, Великобритании, Израиле, ряде европейских стран.


Notice: Undefined variable: 5566.0177300823 in /var/www/www-root/data/www/374.ru/tpl_text/text_picture.php on line 81

Проект швейцарской стратосферной платформы X-Station. Снизу к дирижаблю прицеплен "мини-шаттл" с аппаратурой связи.

Развитие стратосферного воздухоплавания идет примерно в одном направлении. Различия касаются частностей, но и они представляют большой интерес. Рассмотрим достижения дирижаблестроителей различных стран.

ЯПОНИЯ

По заказу Организации по развитию телекоммуникаций Японии (TAO), Национальной аэрокосмической лаборатории Японии (NAL) и Исследовательской лаборатории по проблемам телекоммуникаций (CRL) компания "Wireless Innovation Systems Group" из Исследовательского центра радиосвязи в Йокосаке и Исследовательский центр в Митаки в 1998 году приступили к разработке беспилотного стратосферного дирижабля-платформы. Основные цели проекта - создание национальной телекоммуникационной системы и стабильный мониторинг воздушной среды.

В августе 2003 года начались испытания мембранных материалов и корпуса воздушного корабля. Объектом испытаний служил дирижабль, оснащенный двумя электромоторами, приводившими в движение винты. В рамках испытаний были успешно выполнены три автономных геостационарных полета по 20 минут на высоте 4 км. С сентября по ноябрь 2004 года 47-метровый прототип дирижабля поднялся на высоту 16 км, где были успешно протестированы оболочка и телекоммуникационное оборудование.

США


Notice: Undefined variable: 5534.878881375 in /var/www/www-root/data/www/374.ru/tpl_text/text_picture.php on line 81

Стратосферный дирижабль CAPANINA будет поддерживать связь с землей, а также со своими "собратьями" по группировке и с космическими аппаратами.

Американское Ракетно-оборонное агентство (MDA) пять лет назад на конкурсной основе предложило компаниям "Worldwide Aeros" и "Lockheed Martin" создать стратосферную платформу грузоподъемностью 25 т, которая находилась бы на заданной высоте в течение года. По замыслу военных дирижабли должны будут осуществлять мониторинг воздушного пространства и обнаруживать баллистические ракеты, направляющиеся в сторону США. Над территорией страны предполагалось "раскрыть зонтик" из 12 стратодирижаблей.

Специалисты из "Worldwide Aeros" после тщательного анализа и расчетов пришли к выводу, что при современном уровне технологий возможно запустить на 40-дневное дежурство стратодирижабль лишь с 3 т полезной нагрузки на борту. Возможно, эти неутешительные результаты послужили причиной того, что дальнейшие работы были поручены корпорации "Lockheed Martin".

Инженеры фирмы решили интегрировать все аппаратные средства в корпус стратодирижабля, чтобы они одновременно исполняли роль конструктивных элементов. Благодаря этому грузоподъемность может достичь 30-40% общей массы дирижабля (первоначально планировалось, что эта величина составит лишь 1,7%). Ориентировочно стратодирижабль ISIS (на 2-й стр. обложки, в центре) должен совершить пробный 30-дневный полет в стратосфере в 2010 году. Это будет воздушное судно длиной 131м с объемом оболочки 120 000 м3.

Американцы трудятся и над проектом телекоммуникационного стратодирижабля. В 2004 году компания "Sanswire", занимающаяся сетями связи, запустила проект геостационарного стратодирижабля Sanswire Stratellite, который удешевит весь спектр телекоммуникационных услуг и позволит компании удерживать лидирующие позиции на рынке.

В качестве полезной нагрузки массой 2 т на борту будут находиться станции беспроводного доступа в Интернет, работающие в диапазоне 5,8 ГГц. Там установят еще оборудование для ретрансляции сигналов сотовой связи третьего поколения и цифрового телевидения.


Notice: Undefined variable: 5462.1753973085 in /var/www/www-root/data/www/374.ru/tpl_text/text_picture.php on line 81

Оболочку для корейского дирижабля KARI разработала американская компания "Worldwide Aeros".

Партнером связистов выступает фирма "Telesphere", которая работает над созданием дирижабля нетрадиционной формы, напоминающей крыло самолета. Несколько месяцев назад Испытательный центр ВВС США дал разрешение на летные испытания двух прототипов дирижаблей Sanswire Stratellite.

Если проект окажется успешным, то эксплуатация 10 геостационарных стратодирижаблей будет гораздо более рентабельной, чем 14 000 наземных ретрансляторов, охватывающих сейчас ту же территорию.

В отличие от традиционной сигарообразной формы дирижабль Techsphere SA-60, проект которого реализуется при поддержке НАСА, Исследовательского центра Лэнгли и ряда других научных и промышленных организаций, будет сферическим. Цель данного проекта - разработать универсальную и дешевую платформу, чтобы ее можно было использовать сразу во многих областях, включая наблюдение, поддержку военных операций, телекоммуникации и др.

Сейчас летает 18-метровый прототип SA-60. Непосредственно в полете испытываются антенные комплексы нового поколения, которые и будут полезной нагрузкой.

Опыт использования аппаратов опроверг опасения относительно плохой аэродинамики сферы - они маневренны и, отработав более двух суток, показали неплохие результаты на высоте 6 км.


Notice: Undefined variable: 5510.0864221434 in /var/www/www-root/data/www/374.ru/tpl_text/text_picture.php on line 81

На верхней части корпуса российской беспилотной стратосферной платформы развернута "звездная батарея", способная вырабатывать энергию круглые сутки. Двигатели с винтами расположены в хвосте дирижабля.

Сферический дирижабль, по мнению Х. Колтинга, известного летчика и аэронавта, хорошо маневрирует при встречном ветре благодаря вращению вокруг оси. В ближайшее время будет построен прототип диаметром 40 м с объемом оболочки около 9000 м3.

В окончательной версии стратодирижабль будет иметь корпус диаметром 80 м под полезную нагрузку 2 т. Внешнюю оболочку аппарата планируют сделать из сверхпрочной нерастягивающейся ткани, использующейся для бронежилетов, - ее удельная прочность в 10 раз выше, чем у стали. На внутреннюю оболочку пойдет тонкая, но прочная полиэфирная пленка.

Чтобы аппарат поднялся в воздух, на земле достаточно наполнить гелием только внутреннюю оболочку. По мере набора высоты и снижения давления газ будет расширяться и заполнять внешнюю оболочку. Предполагается, что зона охвата одного стратодирижабля составит примерно 200 000 км2.

ШВЕЙЦАРИЯ

Все проектные работы по стратодирижаблю ведет крупная швейцарская аэрокосмическая компания "Straxx", которой руководит инженер и предприниматель иранского происхождения Камаль Алави.


Notice: Undefined variable: 5579.9049412995 in /var/www/www-root/data/www/374.ru/tpl_text/text_picture.php on line 81

Таким видится японским конструкторам стратосферный дирижабль NAL JAXA. На верхней части корпуса расположены солнечные батареи, энергия которых приводит в действие двигатели в носовой части дирижабля.

Беспилотный 70-метровый стратодирижабль X-Station будет обеспечивать себя энергией с помощью солнечных батарей днем и водородных элементов ночью. Для маневрирования в условиях стратосферных ветров инженеры решили установить на корпусе стратодирижабля четыре огромных пропеллера с приводом от электродвигателей.

Предполагается, что эта высотная платформа обеспечит связь на всей территории Швейцарии и позволит жителям страны получать по символическим ценам доступ в Интернет, а также сигналы цифрового радио и телевидения. Комплексная бортовая аппаратура, кроме того, будет контролировать воздушное и наземное пространство и вести метеонаблюдения.

Уже в 2008 году прототип стратодирижабля X-Station должен начать испытательные полеты. Планируется, что "в связке" с дирижаблем будет работать маленький беспилотный самолет, который сыграет роль "мини-шаттла". На нем смонтируют бортовое оборудование платформы, и при возникновении неисправности самолет отцепится от стратодирижабля и спустится на землю, а затем полетит с исправленными или обновленными модулями к высотной платформе и "прицепится" к ней на рабочей высоте. Это дешевле, чем опускать дирижабль.

ЕВРОПЕЙСКИЙ СОЮЗ

В рамках VI программы Европейского сообщества идет работа над проектом CAPANINA, в цели которого входит создание надежной и дешевой информационной инфраструктуры в зонах бедствий, военных конфликтов, а также в странах "третьего мира".


Notice: Undefined variable: 5519.3513765684 in /var/www/www-root/data/www/374.ru/tpl_text/text_picture.php on line 81

Один из вариантов дирижабля ISIS американской компании "Lockheed Martin". Почти вся "спина" дирижабля занята огромной солнечной батареей.

Руководит проектом команда Йоркского университета (Великобритания), а воздушные суда планируется строить в Японии.

На платформах CAPANINA наряду с комплексом телекоммуникационного оборудования установлены лазерные передатчики, созданные в Германии: они обеспечат передачу данных от одного стратодирижабля к другому со скоростью несколько гигабит в секунду, а также позволят обмениваться данными с космическими аппаратами.

ЮЖНАЯ КОРЕЯ

Над проектом стратосферной платформы в рамках программы Корейского института аэрокосмических исследований (KARI) работают более 400 ученых и высококвалифицированных инженеров. Для прототипа корейского стратодирижабля KARI американская компания "Worldwide Aeros" построила оболочку длиной 50 м и объемом более 4000 м3. Максимальная скорость движения прототипа - 72 км/ч, потолок подъема - 5 км. Во время испытательного полета на борту находились одна камера наблюдения и широкополосный передатчик с частотами 28 и 48 ГГц.

Планируется в течение ближайших трех лет довести грузоподъемность дирижабля до 2 т и обеспечить стабильный канал передачи данных с борта стратодирижабля KARI как в пункты на земле, так и на орбитальные спутники.


Notice: Undefined variable: 5559.875335328 in /var/www/www-root/data/www/374.ru/tpl_text/text_picture.php on line 81

Конструкторы стратосферных дирижаблей придают своим изделиям самые различные формы, подчас неожиданные. Так, прототип стратосферного дирижабля Sanswire Stratellite по форме напоминает крыло самолета. Меняя угол атаки, при необходимости можно регулировать подъемную силу.

ИЗРАИЛЬ

В Израиле проектом стратосферного дирижабля SPA занимается одно из подразделений концерна "Israel Aircraft Industries Ltd (IAI)", специализирующегося на ракетной технике и системах управления. C помощью SPA планируется обеспечить наблюдение за участком поверхности Земли диаметром 1000 километров.

Длина создаваемого воздушного судна составит 190 м, полезная нагрузка - до 1,8 т. Этого достаточно, чтобы установить на дирижабле датчики, средства для радиоэлектронного слежения за целями, телекоммуникационную аппаратуру, а также телескопы с высокой разрешающей способностью. Солнечные накопители и регенеративные энергетические элементы на оболочке обеспечат бесперебойную работу всего оборудования и двигателей.

Министерство обороны Израиля, выступающее заказчиком платформы SPA, считает эту систему наиболее действенным средством противоракетной обороны и разведки.

РОССИЯ


Notice: Undefined variable: 5517.5063131083 in /var/www/www-root/data/www/374.ru/tpl_text/text_picture.php on line 81

А аппарат Techsphere похож на огромный футбольный мяч - такая форма позволяет сделать аэростат максимально легким.

В нашей стране работы по созданию стратосферного дирижабля ведутся с конца 1970-х годов на базе нынешнего Долгопрудненского конструкторского бюро автоматики (ДКБА). Основные исследования идут в области новых, прежде всего композиционных, конструкционных материалов, обеспечивающих необходимую прочность и жесткость аппарата достаточно больших размеров. Сейчас уже созданы такие материалы, а также легкие материалы с малой газопроницаемостью для оболочек.

Близка к разрешению проблема энергообеспечения стратодирижабля. Эту функцию может взять на себя так называемая звездная батарея на гетероэлектрических фотоэлементах (гетероэлектрик - новое вещество, открытое учеными из Дубны и способное вырабатывать электроэнергию под воздействием не только видимого света, но и инфракрасного излучения). "Звездная батарея" может эффективно вырабатывать электроэнергию и в дневное и в ночное время. Приводные электродвигатели, система управления и установленная на дирижабле аппаратура потребляют около 600-650 кВт энергии, и ее может выработать батарея площадью не более 1300 м2.

Такая батарея вместе с конденсаторами весит около 1 т, поэтому по проекту дирижабль, или, как его называют разработчики, БСП (беспилотная стратосферная платформа), будет представлять собой "сигару" длиной 160 м и максимальным диаметром 42 м (фото вверху); объем оболочки составит 150 000 м3. Для движения дирижабля применят два соосных винта диаметром 12-14 м, размещенных в кормовой части корпуса. Система управления будет контролировать параметры полета, а входящий в ее состав модуль управления энергетикой - отвечать за распределение энергии между потребителями по энергосберегающим алгоритмам. Другими словами, если потребуется дополнительная энергия, чтобы удержать дирижабль на месте, автоматически отключатся устройства, работа которых менее важна в данный момент времени.

БСП, работающая на высоте 19-21 км в течение полугода, отклонится от расчетной точки не более чем на 500 м. Когда "вахта" БСП подойдет к концу, то, перед тем как он приземлится, на земле развернут быстровозводимый эллинг с пневматическим каркасом, в котором можно провести техническое обслуживание и ремонт дирижабля и бортового оборудования. После повторного старта эллинг демонтируют и перевезут к месту посадки другого дирижабля.

Несмотря на разнообразие проектов стратодирижаблей, в их основе лежат основополагающие принципы физики и достижения современной науки. А стратосферные беспилотные платформы, возможно, только первый шаг человечества к экстремальному воздушному туризму и многим другим неведомым пока перспективам.

Россия включилась в гонку по созданию стратосферных беспилотных платформ и может находиться среди ее лидеров. Не исключено, что отечественный стратодирижабль сделает нашу страну родиной не только космонавтики, но и аэронавтики. По крайней мере, воздухоплавательная индустрия имеет достаточный ресурс для работы на перспективу.

Иллюстрации предоставлены Долгопрудненским КБ автоматики.

   
автор: В. Голубятников