Инновации 7 сентября 2022

Солнечный дрон присмотрит из стратосферы

Ведущий китайский авиастроительный концерн Aviation Industry Corp of China (AVIC) объявил об успешном тестовом полете большого беспилотного летательного аппарата, полностью работающего на солнечных батареях
Солнечный дрон присмотрит из стратосферы
Qimingxing-50 (в переводе с китайского — «Утренняя звезда — 50») был запущен 3 сентября с аэродрома в Юлине, в северо-восточной провинции Шэньси
chinadaily.com.cn

Солнечный «мегадрон» Qimingxing-50 (в переводе с китайского — «Утренняя звезда — 50»), также фигурирующий в обзоре госагентства КНР Синьхуа под кодовым названием QMX50, был запущен 3 сентября с аэродрома в Юлине, в северо-восточной провинции Шэньси, и, согласно комментариям разработчика, «после 26-минутного полета совершил плавную посадку, планово продемонстрировав нормальную работу всех систем».

О деталях этого тестового запуска пока официальной информации нет, но, как отметил главный конструктор Qimingxing-50 Чжу Шэнли, новый солнечный беспилотник, оснащенный шестью электромоторами, общий размах крыльев которого составляет 50 метров, может летать на высоте более 20 километров и оставаться в воздухе в течение длительного времени, в том числе в периоды ночной темноты.

В пресс-релизе AVIC, в свою очередь, констатируется, что этот пилотный эксперимент «представляет собой значительный шаг вперед в разработке полностью электрической платформы для больших беспилотных летательных аппаратов» и что солнечные БПЛА типа QMX50 (Чжу Шэнли условно назвал их квазиспутниками) могут применяться «для выполнения высотной разведки, мониторинга лесных пожаров, мониторинга атмосферной среды, географического картографирования, ретрансляции связи и решения других задач».

magnifier.png Qimingxing-50 — это не только первый БПЛА такого класса, в качестве единственного источника питания которого используется солнечная энергия, но и первый в мире большой низкоскоростной беспилотник для ближнего космоса с двухфюзеляжной компоновкой

В сообщениях различных китайских СМИ с особой гордостью уточняется: Qimingxing-50 — это не только первый БПЛА такого класса, в качестве единственного источника питания которого используется солнечная энергия, но и первый в мире большой низкоскоростной беспилотник для ближнего космоса с двухфюзеляжной компоновкой — ближайший его аналог (и конкурент) британский Airbus Zephyr, на общий дизайн которого, по мнению независимых авиаэкспертов, во многом ориентировались китайские разработчики, обладает одним фюзеляжем.

А в интервью англоязычному изданию Global Times на условиях анонимности специалист AVIC даже осторожно предположил, что «благодаря своей способности совершать очень длительные полеты в ближнем космосе (под ближним космосом традиционно понимается область земной атмосферы между 20-м и 100-м километрами над поверхностью нашей планеты, которая включает в себя стратосферу, мезосферу и нижнюю термосферу. — “Стимул”) беспилотники Qimingxing-50 могут стать в дальнейшем эффективной заменой околоземных спутников или существенным дополнением к ним».

Так, по словам этого анонимного специалиста, спутниковые услуги не всегда доступны из-за ограниченного количества спутников и относительно фиксированного расписания их пролетов над Землей. И «при выполнении ответственных миссий в условиях дефицита времени» беспилотники ближнего космоса могут компенсировать эти недостатки, причем «особенно полезными они могут оказаться в условиях военного времени, когда различные спутниковые службы могут быть быстро выведены из строя».


ДРОН1.jpg
Новый солнечный беспилотник, оснащенный шестью электромоторами, общий размах крыльев которого составляет 50 метров, может летать на высоте более 20 километров и оставаться в воздухе в течение длительного времени, в том числе в периоды ночной темноты
chinadaily.com.cn

Аппетитный ближний космос

Ближний космос уже давно рассматривается как очень перспективная зона для работы различных разведывательных (или, если использовать более обтекаемый вариант, мониторинговых) служб, но пока он остается относительно неиспользованным, поскольку, говоря упрощенно, находится вне пределов досягаемости большинства самолетов и в то же время низковат для его практического использования спутниками.

И очевидная генеральная задача технологов и проектировщиков на этом направлении — разработка долговечных летательных аппаратов, способных осуществлять эффективное наблюдение за большими наземными и морскими территориями в течение недель, месяцев или даже лет.

Причем именно «солнечные дроны», которые ceteris paribus обходятся намного дешевле традиционных спутников, имеют низкие эксплуатационные расходы и при этом обладают сравнимыми оптическими возможностями, в частности возможностью сбора различных разведданных с помощью камер, в теории рассматриваются как наиболее перспективные кандидаты на массовое заселение ближнего космоса.

magnifier.png Генеральная задача технологов и проектировщиков на этом направлении — разработка долговечных летательных аппаратов, способных осуществлять эффективное наблюдение за большими наземными и морскими территориями в течение недель, месяцев или даже лет

Тем не менее разработка этого нового класса летательных аппаратов все еще по большей части остается полумаргинальной сферой деятельности (или, по крайней мере, информация об этой работе представляется широкой общественности лишь очень дозированно).

Так, по словам Швета Патила, ведущего специалиста по технологическим разработкам индийского авиастартапа ISPAGRO Robotics, «при разработке беспилотников на солнечных батареях возникает множество технических проблем. Прежде всего, нужно, чтобы их конструкция и дизайн были легкими, жесткими и стабильными для противодействия атмосферной турбулентности. В то же время отдельная серьезная задача — проектирование БПЛА большей грузоподъемности. Кроме того, очень важно выровнять и точно позиционировать винглеты (аэродинамические законцовки крыльев) для максимального поглощения энергии, для чего также необходимо большое количество исследований и экспериментов. И наконец, принципиально важной задачей очевидно является общее повышение эффективности энергетической системы (которая включает в себя систему хранения энергии, собственно солнечные батареи, системы управления энергией и ее распределения) для улучшения летных технических характеристик солнечных БПЛА».

В частности, для обеспечения высокой эффективности работы беспилотников на солнечных батареях требуется большая площадь для установки солнечных панелей на их неподвижных крыльях (чем больше панели, тем больше энергии они получают от Солнца). Но значительное увеличение размеров солнечных дронов имеет очевидную оборотную сторону: слишком громоздкие солнечные панели резко снижают их операционные возможности. И эта принципиальная проблема сегодня активно решается различными высокотехнологическими компаниями, работающими над созданием гибких, тонких и легких солнечных панелей нового поколения.


Первый тестовый полет прототипа — Helios Prototype — был осуществлен в сентябре 1999 года

Догоняющая Поднебесная

К настоящему времени лишь три страны в мире — Китай, США и Великобритания — обладают техническим потенциалом и практическими возможностями для эффективной разработки больших БПЛА на солнечных батареях.

Безусловным лидером исторически были американцы: комплексная долгосрочная программа NASA Environmental Research Aircraft and Sensor Technology (ERAST), реализовывавшаяся еще с начала 1990-х, включала в себя в качестве важной составной части подпрограмму по разработке солнечных БПЛА, непосредственным подрядчиком которой была оборонная компания AeroVironment.

Первый тестовый полет прототипа — Helios Prototype — был осуществлен этой компанией при поддержке специалистов NASA Dryden Flight Research Center в сентябре 1999 года. А в августе 2001-го усовершенствованная модель Helios установила абсолютный рекорд высоты, которой когда-либо достигал беспилотник на солнечных батареях: 29 524 м.

magnifier.png На протяжении многих лет Airbus проводит испытания своих БПЛА серии Zephyr в американском штате Аризона. Самая современная модель, Airbus Zephyr S, в июле 2018 года побила мировой рекорд по продолжительности полета беспилотного летательного аппарата, проведя в полете более 25 дней

Однако уже в 2003 году эта подпрограмма (и в целом программа ERAST) была заморожена после того, как в июне очередной Helios разрушился и упал в Тихий океан в 16 км к западу от гавайского острова Кауаи во время дистанционно пилотируемого полета по проверке систем в рамках подготовки к испытаниям на выносливость, запланированным на следующий месяц.

Сам же проект Helios позднее частично возродился в виде беспилотного летательного аппарата Global Observer, но при этом произошел фактический отказ от использования солнечной энергии в пользу жидководородных технологий.

В ряде западных СМИ позднее упоминалось о разработке в США альтернативного проекта большого солнечного дрона: в частности, интернет-ресурс Foxtech еще в 2020 году сообщал о создании солнечного беспилотного летательного аппарата под названием Skyhawk с максимальным размахом крыльев 42 метра при общем весе около 400 кг, которое заняло 14 месяцев: «Известно, что полетная высота Skyhawk составляет от 200 до 30 000 метров, что эквивалентно нынешнему военному истребителю. С добавлением солнечных батарей Skyhawk может непрерывно летать в течение трех месяцев без посадки, а также поддерживать интернет-связь с Землей».


ХОУК30.jpg
Hawk30, был разработан в партнерстве между токийской дочерней компанией SoftBank HAPSMobile и все тем же американским оборонным подрядчиком AeroVironment. Hawk30 с размахом крыльев 256 футов (78 м) завершил первый испытательный полет в исследовательском центре NASA в Калифорнии в сентябре 2019 года
flugrevue.de

Другой американский беспилотный БПЛА большой продолжительности полета на солнечных батареях, Hawk30, был разработан в партнерстве между токийской дочерней компанией SoftBank HAPSMobile и все тем же американским оборонным подрядчиком AeroVironment. Hawk30 с размахом крыльев 256 футов (78 м) завершил первый испытательный полет в исследовательском центре NASA в Калифорнии в сентябре 2019 года.

В Великобритании самый известный долгосрочный проект большого солнечного дрона — это вышеупомянутый Airbus Zephyr, первый полет которого состоялся еще в 2010 году. Согласно официальной информации, Zephyr имеет размах крыльев 25 м и весит менее 75 кг.

На протяжении многих лет Airbus проводит испытания своих БПЛА серии Zephyr в американском штате Аризона. Самая современная модель, Airbus Zephyr S (ранее известная как Zephyr 8), в июле 2018 года побила мировой рекорд по продолжительности полета беспилотного летательного аппарата — более 25 дней.

А в октябре 2021-го была проведена новая успешная серия испытаний Airbus Zephyr S: всего было осуществлено шесть полетов, четыре на небольших высотах и два в стратосфере (оба продолжались около 18 дней).


Впрочем, не столь удачным оказался последний по времени тестовый полет очередной модификации солнечного дрона Zephyr S, осуществлявшийся в июле‒августе этого года над пустыней штата Аризона и призванный наконец побить абсолютный мировой рекорд продолжительности полета, установленный еще в 1959 году самым массовым легким самолетом в истории авиации — Cessna 172 Skyhawk (разумеется, этот абсолютный рекорд — 64 дня 22 часа 19 минут 5 секунд — был установлен благодаря множественным воздушным дозаправкам). Эта попытка преждевременно прервалась 19 августа: пролетав в общей сложности почти 64 дня и находясь на высоте около 15 км над поверхностью Земли, аппарат внезапно стал быстро снижаться и потерпел крушение.

Второй перспективный (и намного более молодой) британский проект — Persistent High-Altitude Solar Aircraft (PHASA-35), разрабатываемый совместно крупнейшей оборонной компанией Соединенного Королевства BAE Systems и частной инновационной компанией Prismatic. PHASA-35, — беспилотник на солнечных батареях с размахом крыльев 35 м.

Первый полет PHASA-35 был завершен в феврале 2020 года. PHASA-35 больше, тяжелее и может нести в три раза больше полезной нагрузки, чем Zephyr S (15 кг против 5 кг у Zephyr).


PHASA-35.jpg
Первый полет PHASA-35 был завершен в феврале 2020 года. PHASA-35 больше, тяжелее и может нести в три раза больше полезной нагрузки, чем Zephyr S (15 кг против 5 кг у Zephyr)
aviadejavu.ru

Что же касается Китая, то помимо новичка-рекордсмена Qimingxing-50 от AVIC там уже довольно давно разрабатываются еще как минимум два альтернативных проекта в той же категории больших солнечных БПЛА.

О первом из них, Caihong («Радуга»), курируемом China Academy of Aerospace Aerodynamics и непосредственно разрабатываемом исследовательской группой из China Aerospace Science and Technology Corporation, стало впервые известно в начале 2017 года. Беспилотник серии Caihong с размахом крыльев 45 м прошел первый полномасштабный испытательный полет в феврале, а уже в июне того же года в ходе второй серии тестов достиг высоты 20 км.

Другой китайский проект осуществляется в недрах той же AVIC, которая представила на днях свою свежую разработку Qimingxing-50. В октябре 2018 года компания сообщила об успешном первом полете своего солнечного демонстратора Qi Mingxing («Венера») с размахом крыла 20 м. И хотя AVIC «по устоявшейся китайской традиции» не раскрыла подробностей о дате и месте проведения испытаний, она заявила, что демонстратор Qi Mingxing, который разрабатывается подразделением Первого авиационного института, «летал на крейсерской высоте, превышающей 20 000 метров».

Темы: Инновации

Еще по теме:
29.09.2022
Химики МГУ научились быстро и просто определять содержание ветеринарных препаратов в молоке с помощью нового метода
28.09.2022
Разработка Московского Политеха позволит уменьшить риск эмоционального выгорания работников кол-центров
26.09.2022
Руководство ВВС США (U. S. Air Force) 22 сентября объявило, что оно сделало свой выбор в пользу компании Raytheo...
20.09.2022
Ученые Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого (СПбПУ) разработали технологию, которая...
Наверх