Наука і життя // Ілюстрації

До польоту готують прототип стратосферного дирижабля за проектом Techsphere. Незвичайна сферична форма не заважає літальному апарату здійснювати всі необхідні маневри.

Стратосферний дирижабль CAPANINA буде підтримувати зв'язок з землею, а також зі своїми "побратимами" по угрупованню і з космічними апаратами.

Оболонку для корейського дирижабля KARI розробила американська компанія "Worldwide Aeros".

На верхній частині корпусу російської безпілотної стратосферної платформи розгорнута "зоряна батарея", здатна виробляти енергію цілодобово. Двигуни з гвинтами розташовані в хвості дирижабля.

Таким бачиться японським конструкторам стратосферний дирижабль NAL JAXA. На верхній частині корпусу розташовані сонячні батареї, енергія яких приводить в дію двигуни в носовій частині дирижабля.

Один з варіантів дирижабля ISIS американської компанії "Lockheed Martin". Майже вся "спина" дирижабля зайнята величезною сонячною батареєю.

Конструктори стратосферних дирижаблів надають своїм виробам найрізноманітніші форми, часом несподівані.

А апарат Techsphere схожий на величезний футбольний м'яч - така форма дозволяє зробити аеростат максимально легким.

<

>

У стратодіріжаблей є принаймні дві переваги в порівнянні з космічними апаратами. По-перше, апаратуру, встановлену на стратодіріжабле, порівняно легко поміняти або відремонтувати. Для цього досить посадити дирижабль на землю, на що йде всього кілька годин при самих мінімальних затратах. Апаратуру ж, встановлену на супутнику, поміняти практично неможливо, і за ті 10-15 років, протягом яких триває його експлуатація, вона, звичайно, застаріває. А стратодіріжабль регулярно приземляється (в цей час на небесне чергування заступає дирижабль-дублер), і в пристосованому ангарі його оглядають, ремонтують і при необхідності замінюють бортову апаратуру. По-друге, дирижабль екологічно чистий. Технологія використання сонячної енергії та інших джерел без шкідливих викидів в атмосферу робить платформу на базі стратосферного дирижабля дружньої до навколишнього середовища. По завершенні експлуатації повітроплавні комплекси утилізуються, як звичайна авіаційна техніка, практично без відходів. Непридатні до же свій термін супутники, як правило, перетворюються в найчастіше небезпечний космічне сміття.

Планується, що стратодіріжаблі будуть "парити" на висотах 20-22 км. Там ще досить щільний повітря (що дозволить отримати необхідну вантажопідйомність), і протягом майже всього року зберігаються стійкі вітрові потоки відносно низькою швидкості - близько 10 км / ч. Умови для літаючих апаратів, звичайно, важкі, хоча і не такі, як в космосі.

Реалізація концепції стратодіріжаблей, що нараховує без малого тридцять років, довгий час стримувалася відсутністю матеріалів для оболонки. Крім того, потрібно було вирішити, як забезпечити двигуни дирижабля і встановлену на платформі апаратуру енергією. Зараз багато труднощів вдалося подолати. Хоча побудувати стратосферний дирижабль поки нікому не вдалося, але вже проводяться випробування прототипів безпілотних дирижаблів в США, Кореї, Японії, Великобританії, Ізраїлі, ряді європейських країн.

Розвиток стратосферного повітроплавання йде приблизно в одному напрямку. Відмінності стосуються подробиць, але і вони становлять великий інтерес. Розглянемо досягнення діріжаблестроітелей різних країн.

ЯПОНІЯ

На замовлення Організації з розвитку телекомунікацій Японії (TAO), Національної аерокосмічної лабораторії Японії (NAL) і Дослідницької лабораторії з проблем телекомунікацій (CRL) компанія "Wireless Innovation Systems Group" з Дослідницького центру радіозв'язку в Йокосаке і Дослідницький центр в Мітакі в 1998 році приступили до розробці безпілотного стратосферного дирижабля-платформи. Основні цілі проекту - створення національної телекомунікаційної системи і стабільний моніторинг повітряного середовища.

У серпні 2003 року почалися випробування мембранних матеріалів і корпуса повітряного корабля. Об'єктом випробувань служив дирижабль, оснащений двома електромоторами, які викликали в в рух гвинти. В рамках випробувань були успішно виконані три автономних геостаціонарних польоту по 20 хвилин на висоті 4 км. З вересня по листопад 2004 року 47-метровий прототип дирижабля піднявся на висоту 16 км, де були успішно протестовані оболонка і телекомунікаційне обладнання.

США

Американське Ракетно-оборонне агентство (MDA) п'ять років тому на конкурсній основі запропонувало компаніям "Worldwide Aeros" і "Lockheed Martin" створити стратосферну платформу вантажопідйомністю 25 т, що може бути надана на заданій висоті протягом року. За задумом військових дирижаблі повинні будуть здійснювати моніторинг повітряного простору і виявляти балістичні ракети, що прямують в сторону США. Над територією країни передбачалося "розкрити парасольку" з 12 стратодіріжаблей.

Фахівці з "Worldwide Aeros" після ретельного аналізу і розрахунків прийшли до висновку, що при сучасному рівні технологій можливо запустити на 40-денне чергування стратодіріжабль лише з 3 т корисного навантаження на борту. Можливо, ці невтішні результати послужили причиною того, що подальші роботи були доручені корпорації "Lockheed Martin".

Інженери фірми вирішили інтегрувати всі апаратні засоби в корпус стратодіріжабля, щоб вони одночасно виконували роль конструктивних елементів. Завдяки цьому вантажопідйомність може досягти 30-40% загальної маси дирижабля (спочатку планувалося, що ця величина складе лише 1,7%). Орієнтовно стратодіріжабль ISIS (на 2-й стор. Обкладинки, в центрі) повинен здійснити пробний 30-денний політ в стратосфері в 2010 році. Це буде повітряне судно довжиною 131м з обсягом оболонки 120 000 м3.

Американці працюють і над проектом телекомунікаційного стратодіріжабля. У 2004 році компанія "Sanswire", що займається мережами зв'язку, запустила проект геостационарного стратодіріжабля Sanswire Stratellite, який здешевить весь спектр телекомунікаційних послуг і дозволить компанії утримувати лідируючі позиції на ринку.

Як корисного навантаження масою 2 т на борту будуть знаходитися станції бездротового доступу в Інтернет, що працюють в діапазоні 5,8 ГГц. Там встановлять ще обладнання для ретрансляції сигналів стільникового зв'язку третього покоління і цифрового телебачення.

Партнером зв'язківців виступає фірма "Telesphere", яка працює над створенням дирижабля нетрадиційної форми, що нагадує крило літака. Кілька місяців тому Випробувальний центр ВПС США дав дозвіл на льотні випробування двох прототипів дирижаблів Sanswire Stratellite.

Якщо проект виявиться успішним, то експлуатація 10 геостаціонарних стратодіріжаблей буде набагато більш рентабельною, ніж 14 000 наземних ретрансляторів, що охоплюють зараз ту ж територію.

На відміну від традиційної сигарообразной форми дирижабль Techsphere SA-60, проект якого реалізується за підтримки НАСА, Дослідницького центру Ленглі і ряду інших наукових і промислових організацій, буде сферичним. Мета даного проекту - розробити універсальну і дешеву платформу, щоб її можна було використовувати відразу в багатьох областях, включаючи спостереження, підтримку військових операцій, телекомунікації та ін.

Зараз літає 18-метровий прототип SA-60. Безпосередньо в польоті випробовуються антенні комплекси нового покоління, які і будуть корисним навантаженням.

Досвід використання апаратів спростував побоювання щодо поганий аеродинаміки сфери - вони маневрені і, відпрацювавши понад дві доби, показали непогані результати на висоті 6 км.

Сферичний дирижабль, на думку Х. Колтінга, відомого льотчика і аеронавта, добре маневрує при зустрічному вітрі завдяки обертанню навколо осі. Найближчим часом буде побудований прототип діаметром 40 м з об'ємом оболонки близько 9000 м3.

В остаточній версії стратодіріжабль матиме корпус діаметром 80 м під корисне навантаження 2 т. Зовнішню оболонку апарату планують зробити з надміцної не розтягується тканини, що використовується для бронежилетів, - її питома міцність в 10 разів вище, ніж у сталі. На внутрішню оболонку піде тонка, але міцна поліефірна плівка.

Щоб апарат піднявся в повітря, на землі досить наповнити гелієм тільки внутрішню оболонку. У міру набору висоти і зниження тиску газ буде розширюватися і заповнювати зовнішню оболонку. Передбачається, що зона охоплення одного стратодіріжабля складе приблизно 200 000 км2.

ШВЕЙЦАРІЯ

Всі проектні роботи по стратодіріжаблю веде велика швейцарська аерокосмічна компанія "Straxx", якою керує інженер і підприємець іранського походження Камаль Алаві.

Безпілотний 70-метровий стратодіріжабль X-Station буде забезпечувати себе енергією за допомогою сонячних батарей днем ​​і водневих елементів вночі. Для маневрування в умовах стратосферних вітрів інженери вирішили встановити на корпусі стратодіріжабля чотири величезних пропелера з приводом від електродвигунів.

Передбачається, що ця висотна платформа забезпечить зв'язок на всій території Швейцарії і дозволить жителям країни отримувати за символічними цінами доступ в Інтернет, а також сигнали цифрового радіо і телебачення. Комплексна бортова апаратура, крім того, буде контролювати повітряний і наземний простір і вести метеоспостережень.

Уже в 2008 році прототип стратодіріжабля X-Station повинен почати випробувальні польоти. Планується, що "в зв'язці" з дирижаблем буде працювати маленький безпілотний літак, який зіграє роль "міні-шаттла". На ньому змонтують бортове обладнання платформи, і при виникненні несправності літак відчепиться від стратодіріжабля і спуститься на землю, а потім полетить з виправленими або оновленими модулями до висотної платформі і "причепиться" до неї на робочій висоті. Це дешевше, ніж опускати дирижабль.

ЄВРОПЕЙСЬКИЙ СОЮЗ

В рамках VI програми Європейського співтовариства йде робота над проектом CAPANINA, в цілі якого входить створення надійної і дешевої інформаційної інфраструктури в зонах лиха, військових конфліктів, а також в країнах "третього світу".

Керує проектом команда Йоркського університету (Велика Британія), а повітряні судна планується будувати в Японії.

На платформах CAPANINA поряд з комплексом телекомунікаційного обладнання встановлені лазерні передавачі, створені в Німеччині: вони забезпечать передачу даних від одного стратодіріжабля до іншого зі швидкістю кілька гігабіт на секунду, а також дозволять обмінюватися даними з космічними апаратами.

ПІВДЕННА КОРЕЯ

Над проектом стратосферної платформи в рамках програми Корейського інституту аерокосмічних досліджень (KARI) працюють більше 400 вчених і висококваліфікованих інженерів. Для прототипу корейського стратодіріжабля KARI американська компанія "Worldwide Aeros" побудувала оболонку довжиною 50 м і об'ємом понад 4000 м3. Максимальна швидкість руху прототипу - 72 км / год, стелю підйому - 5 км. Під час випробувального польоту на борту знаходилися одна камера спостереження і широкосмуговий передавач з частотами 28 і 48 ГГц.

Планується протягом найближчих трьох років довести вантажопідйомність дирижабля до 2 т і забезпечити стабільний канал передачі даних з борту стратодіріжабля KARI як в пункти на землі, так і на орбітальні супутники.

ІЗРАЇЛЬ

В Ізраїлі проектом стратосферного дирижабля SPA займається один з підрозділів концерну "Israel Aircraft Industries Ltd (IAI)", що спеціалізується на ракетній техніці і системах управління. C допомогою SPA планується забезпечити спостереження за ділянкою поверхні Землі діаметром 1000 кілометрів.

Довжина створюваного повітряного судна складе 190 м, корисне навантаження - до 1,8 т. Цього достатньо, щоб встановити на дирижаблі датчики, засоби для радіоелектронного стеження за цілями, телекомунікаційну апаратуру, а також телескопи з високою роздільною здатністю. Сонячні накопичувачі і регенеративні енергетичні елементи на оболонці забезпечать безперебійну роботу всього устаткування і двигунів.

Міністерство оборони Ізраїлю, що виступає замовником платформи SPA, вважає цю систему найбільш дієвим засобом протиракетної оборони і розвідки.

РОСІЯ

У нашій країні роботи зі створення стратосферного дирижабля ведуться з кінця 1970-х років на базі нинішнього Долгопрудненського конструкторського бюро автоматики (ДКБА). Основні дослідження йдуть в області нових, перш за все композиційних, конструкційних матеріалів, що забезпечують необхідну міцність і жорсткість апарату досить великих розмірів. Зараз вже створені такі матеріали, а також легкі матеріали з малою газопроницаемостью для оболонок.

Близька до вирішення проблема енергозабезпечення стратодіріжабля. Цю функцію може взяти на себе так звана зоряна батарея на гетероелектріческіх фотоелементах (гетероелектрік - нова речовина, відкрите вченими з Дубни і здатне виробляти електроенергію під впливом не тільки видимого світла, але і інфрачервоного випромінювання). "Зоряна батарея" може ефективно виробляти електроенергію і в денний і в нічний час. Приводні електродвигуни, система управління і встановлена ​​на дирижаблі апаратура споживають близько 600-650 кВт енергії, і її може виробити батарея площею не більше 1300 м2.

Така батарея разом з конденсаторами важить близько 1 т, тому за проектом дирижабль, або, як його називають розробники, БСП (безпілотна стратосферная платформа), буде представляти собою "сигару" довжиною 160 м і максимальним діаметром 42 м (фото вгорі); обсяг оболонки складе 150 000 м3. Для руху дирижабля застосують два співвісних гвинта діаметром 12-14 м, розміщених в кормовій частині корпусу. Система управління контролюватиме параметри польоту, а що входить в її склад модуль управління енергетикою - відповідати за розподіл енергії між споживачами по енергозберігаючим алгоритмам. Іншими словами, якщо буде потрібна додаткова енергія, щоб утримати дирижабль на місці, автоматично відключаться пристрою, робота яких менш важлива в даний момент часу.

БСП, що працює на висоті 19-21 км протягом півроку, відхилиться від розрахункової точки не більше ніж на 500 м. Коли "вахта" БСП підійде до кінця, то, перед тим як він приземлиться, на землі розгорнуть бистровозводімий елінг з пневматичним каркасом, в якому можна провести технічне обслуговування та ремонт дирижабля і бортового обладнання. Після повторного старту елінг демонтують і перевезуть до місця посадки іншого дирижабля.

Незважаючи на різноманітність проектів стратодіріжаблей, в їх основі лежать основоположні принципи фізики та досягнення сучасної науки. А стратосферні безпілотні платформи, можливо, тільки перший крок людства до екстремального повітряному туризму і багатьом іншим невідомим поки перспективам.

Росія включилася в гонку по створенню стратосферних безпілотних платформ і може перебувати серед її лідерів. Не виключено, що вітчизняний стратодіріжабль зробить нашу країну батьківщиною не тільки космонавтики, а й аеронавтики. По крайней мере, повітроплавна індустрія має достатній ресурс для роботи на перспективу.

Ілюстрації надані Долгопрудненського КБ автоматики.