Pseudo-satélites para pseudoespacio: en previsión de una revolución a gran altitud

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Pseudo-satélites para pseudoespacio: en previsión de una revolución a gran altitud
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Anonim
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Ángulo de visión favorable

Las alturas estratosféricas del orden de 18 a 30 kilómetros están poco dominadas por los humanos. En este tipo de "espacio cercano", los aviones se toman con poca frecuencia y no hay naves espaciales allí. Pero tal capa en la capa de aire de la Tierra es muy conveniente para la observación encubierta. En primer lugar, los aviones a tales altitudes pueden inspeccionar un área comparable a los territorios de Afganistán o Siria y, al mismo tiempo, patrullar un territorio durante mucho tiempo. Al mismo tiempo, el satélite en órbita salta el terreno con bastante rapidez y, a menudo, no tiene tiempo para capturar objetos y procesos importantes. En segundo lugar, los sistemas de defensa aérea basados en tierra aún no están diseñados para buscar y destruir aviones de reconocimiento tan pequeños y de gran altitud. Según los cálculos, el área de dispersión efectiva puede alcanzar los 0,01 m.2… Por supuesto, con la aparición masiva de tales pseudo-satélites en el cielo, la defensa aérea encontrará soluciones para la interceptación, pero el costo de destrucción puede ser prohibitivo. Además del reconocimiento, los drones de gran altitud pueden proporcionar comunicaciones y navegación.

La mayoría de los drones desarrollados hasta ahora, diseñados para tales alturas, están construidos sobre la base de pilas y baterías solares. A altitudes de varias decenas de kilómetros, la energía solar se "absorbe" de manera mucho más eficiente, lo que permite que la máquina alada no solo alimente motores eléctricos, sino que también almacene energía en baterías. Por la noche, los drones utilizan lo que almacenan durante el día; al amanecer, el ciclo se repite. Resulta una especie de máquina de movimiento perpetuo que permite a las máquinas volar desde varios días hasta varios años a altitudes de hasta 30 kilómetros. Por ejemplo, si uno de esos pseudo-satélites reemplaza al famoso Global Hawk, entonces el operador solo ahorrará alrededor de 2000 toneladas de combustible por año. Esto sin tener en cuenta el menor costo y el tiempo operativo mucho más largo. Sin embargo, toda esta información es teórica: hasta ahora, el récord de duración del vuelo de dicho equipo es de 26 días. Esto fue logrado en 2018 por el pseudo-satélite europeo Airbus Zephyr.

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En comparación con los satélites clásicos, los drones de gran altitud son naturalmente mucho más baratos y están más cerca de la Tierra, lo que garantiza un disparo y una observación de alta calidad. El ya mencionado Airbus Zephyr es 10 veces más barato que Global Hawk y 100 veces más barato que los satélites World View. En este caso, los pseudo-satélites están ubicados debajo de la ionosfera, lo que aumenta la precisión de la navegación y la determinación de la ubicación de las fuentes de emisión de radio. A diferencia de un satélite, un avión es capaz de flotar sobre el objeto de observación durante mucho tiempo, como un águila, rastreando todos los cambios que ocurren debajo.

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¿Cuál es el concepto de pseudo-satélite para vuelo estratosférico? Es un fuselaje de material compuesto ligero con buenas características aerodinámicas, equipado con paneles solares, acumuladores y pilas de combustible de alta eficiencia. Además, se requieren motores eléctricos de alta eficiencia, dispositivos de control livianos y de bajo consumo energético, capaces de reaccionar de manera rápida e independiente ante situaciones de emergencia en vuelo. Estos vehículos de gran altitud se distinguen por su baja capacidad de carga (hasta 100-200 kilogramos) y lentitud extrema, hasta varias decenas de kilómetros por hora. El primero de ellos apareció en la década de 1980 en Estados Unidos.

Paneles solares voladores

Los pseudo-satélites experimentales del programa HALSOL fueron los primeros entre estos dispositivos en los Estados Unidos. Nada sensato salió de ellos debido al retraso elemental en la tecnología: no había baterías de gran capacidad ni células solares eficientes. El proyecto se cerró, pero la aparición de los prototipos no se desclasificó y la iniciativa pasó a la NASA. Sus especialistas presentaron su Pathfinder en 1994, que se convirtió, de hecho, en el estándar de oro para futuros pseudo-satélites. El dispositivo tenía una envergadura de 29,5 metros, un peso de despegue de 252 kilogramos y una altitud de 22,5 kilómetros. A lo largo de varios años, el proyecto se ha modernizado repetidamente; el último de la serie fue el Helios HP, cuyas alas se estiraron hasta 75 metros, el peso de despegue se alcanzó hasta 2,3 toneladas. Este dispositivo en una de las generaciones pudo subir a 29,524 metros, un récord para aviones que vuelan horizontalmente sin motores a reacción. Debido a las imperfectas celdas de combustible de hidrógeno, Helios HP colapsó en el aire durante el segundo vuelo. No volvieron a la idea de su restauración.

El segundo modelo conocido de un pseudo-satélite de doble propósito se puede llamar la familia Zephyr del QinetiQ británico, que apareció en el horizonte artificial en 2003. Después de extensas pruebas y mejoras de diseño, el proyecto fue comprado por Airbus Defence and Space en 2013 y desarrollado en dos modelos principales. El primero tiene una envergadura de 25 my incluye: un planeador de fibra de carbono ultraligera, paneles solares de silicio amorfo de United Solar Ovonic, baterías de litio-azufre (3 kWh) de Sion Power, un piloto automático y un cargador de QinetiQ. Los paneles solares generan hasta 1,5 kW de electricidad, que es suficiente para un vuelo de 24 horas a una altitud de 18 km. El segundo pseudo-satélite más grande fue el Zephyr T con dos brazos de cola y una envergadura aumentada (de 25 ma 33 m). Este diseño permite elevar cuatro veces la carga útil (con un peso de 20 kg, suficiente para albergar una estación de radar a una altitud de 19.500 m).

Zephyr ya ha sido contratado por los ejércitos de Gran Bretaña y Estados Unidos en cantidades únicas. Todavía no habían tenido tiempo de acostumbrarse por completo a las tropas, cuando en marzo de 2019 uno de ellos se estrelló cerca de una planta de ensamblaje en Farnborough, Hampshire. En este accidente, el principal inconveniente de dicho avión se reveló en todo su esplendor: su alta sensibilidad a las condiciones meteorológicas durante el despegue y el aterrizaje. A alturas de trabajo de muchos kilómetros, los pseudo-satélites no temen las precipitaciones y el viento, pero en el suelo se sienten incómodos.

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DARPA tampoco se mantuvo alejado de un tema tan prometedor y, a fines de la década de 2000, inició el programa VULTURE (Altitud muy alta, Ultra resistencia, Elemento de teatro merodeador: un sistema de observación súper alto con merodeo ultralargo sobre un teatro de operaciones). El primogénito fue el pseudo satélite Solar Eagle, creado por Boeing Phantom Works junto con QinetiQ y Venza Power Systems. Este gigante tiene una envergadura de 120 metros, baterías de litio-azufre, ocho motores alimentados tanto por paneles solares como por celdas de hidrógeno. Actualmente, los estadounidenses han clasificado el proyecto y, lo más probable, ya están probando el Solar Eagle en forma de prototipos de preproducción.

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El más moderno de los prototipos sin clasificar es un pseudo-satélite desarrollado conjuntamente por BAE y Prismatic Ltd - PHASA-35 (Persistent High Altitude Solar Aircraft, avión solar de gran altitud a largo plazo). En febrero de 2020, se lanzó al aire por primera vez en la Royal Air Force Base en Australia del Sur. Un panel solar volador con alas es capaz de trepar 21 kilómetros y transportar una carga útil de hasta 15 kilogramos. Según los estándares de los drones de gran altitud, el PHASA-35 tiene una pequeña envergadura de 35 metros y está destinado, como escriben los propios desarrolladores, al monitoreo, la comunicación y la seguridad. Sin embargo, el camino inicial y principal del pseudo-satélite será el trabajo de combate. Al respecto, tras los resultados del primer vuelo, Ian Muldoney, Director Técnico de BAE Systems, comentó:

Este es un resultado inicial sobresaliente y demuestra el ritmo que se puede alcanzar cuando combinamos lo mejor de las capacidades británicas. Pasar del diseño al vuelo en menos de dos años (20 meses) muestra que podemos estar a la altura del desafío que el gobierno del Reino Unido ha presentado a la industria para construir el futuro sistema de combate aéreo durante la próxima década.

A finales de este año, estaba previsto completar las pruebas y, después de 12 meses, transferir los primeros vehículos de producción al cliente. Pero la pandemia, por supuesto, hará sus propios ajustes dentro del plazo especificado.

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Ahora hay un crecimiento constante en el interés en estos drones de gran altitud, y la expansión del área de desarrollo es una prueba de esto. Además de los éxitos de China, India, Taiwán y Corea del Sur, las oficinas de diseño rusas están involucradas en el diseño de pseudo-satélites. El primer dron experimental doméstico de gran altitud se desarrolló en la S. A. Lavochkin y llamado LA-251 "Aist". Se presentó por primera vez en el foro Army-2016. El dron está hecho de acuerdo con el diseño aerodinámico normal y es un monoplano de transporte libre con una envergadura de 16 my una masa de aproximadamente 145 kg. El monoplano tiene dos brazos de cola, cuatro motores de 3 kW y está equipado con una batería de 240 Ah. Altitud de vuelo hasta 12 mil metros, duración hasta 72 horas. Se está desarrollando un "Aist" más grande con una envergadura de 23 metros y una carga útil de 25 kg. Tal pseudo-satélite ya se eleva 18 kilómetros y puede permanecer en el aire durante varios días. Para aligerar el diseño, la aeronave se quedó con una viga y el número de motores se redujo de cuatro a dos. El mayor desarrollo del tema doméstico de los pseudosatélites se ve obstaculizado por la falta de tecnologías para la producción de baterías de litio-azufre con una producción de energía específica de 400-600 Wh / kg. Además, necesitamos paneles solares con una gravedad específica de 0,32 kg / m2 con una eficiencia de al menos el 20%. En muchos aspectos, depende de esto si Rusia será capaz de reducir la brecha existente con los líderes mundiales. Con un territorio tan grande, nuestro país simplemente no puede prescindir de tales pseudo-satélites en el futuro.

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