Pseudo-satélites para pseudoespacio: en previsión de una revolución a gran altitud
Pathfinder Plus. Fuente: wikipedia.org
Ángulo de observación favorable
Las alturas estratosféricas de entre 18 y 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. Pero tal capa en la capa de aire de la Tierra es muy conveniente para la observación encubierta. Primero, 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 se 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 disipación efectiva puede alcanzar los 0,01 m2. Por supuesto, con la aparición masiva de tales pseudosatélites en el cielo, la defensa aérea encontrará soluciones para la intercepción, pero el costo de la destrucción puede ser prohibitivo. Además del reconocimiento, gran altitud drones puede proporcionar comunicación y navegación.
La mayoría de los desarrollados actualmente drones, diseñado para tales alturas, está construido a base de fotocélulas solares y baterías. A altitudes de varias decenas de kilómetros, la energía solar se "asimila" de manera mucho más eficiente, lo que permite que el automóvil alado no solo alimente motores eléctricos, sino también almacene energía en baterías. Por la noche, los drones utilizan lo que han almacenado durante el día, y al amanecer se repite el ciclo. Resulta una especie de máquina de movimiento perpetuo que permite que los automóviles vuelen desde varios días hasta varios años a altitudes de hasta 30 kilómetros. Por ejemplo, si uno de esos pseudosatélites reemplaza al famoso Global Hawk, entonces el operador de combustible solo ahorrará alrededor de 2000 toneladas por año. Esto no tiene en cuenta el menor costo y el uso operativo mucho más prolongado. Sin embargo, toda esta información es de carácter teórico: hasta ahora, el récord de duración del vuelo de dicho equipo es de 26 días. Esto lo logró en 2018 el pseudosatélite europeo Airbus Zephyr.
Ilustración de la aplicación pseudo-satélite Airbus Zephyr. Fuente: NPO Lavochkina JSC
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 disparos y observación de alta calidad. El mencionado Airbus Zephyr es 10 veces más barato que el Global Hawk y 100 veces más barato que los satélites World View. En este caso, los pseudosatélites se encuentran 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.
Uno de los prototipos del dron Helios. Fuente: ru.wikipedia.org
¿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, baterías y pilas de combustible de alta eficiencia. Además, se requieren motores eléctricos de alta eficiencia, dispositivos de control ligeros y de bajo consumo energético, capaces de reaccionar de forma rápida e independiente ante situaciones de emergencia en vuelo. Dichos vehículos de gran altitud se distinguen por una baja capacidad de carga (hasta 100-200 kilogramos) y una 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 EE. UU. 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 altura de vuelo 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 ascender a 29 metros, un récord para aviones que vuelan horizontalmente sin motores a reacción. Debido a las imperfectas pilas de combustible de hidrógeno, Helios HP colapsó en el aire durante el segundo vuelo. La idea de su restauración no fue devuelta.
El segundo modelo conocido de un pseudo-satélite de doble propósito es 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 las 18 horas del día a una altitud de 25 km. El segundo pseudo-satélite más grande fue Zephyr T con dos brazos de cola y una envergadura aumentada (de 33 ma 20 m). Este diseño permite levantar cuatro veces la carga útil (con un peso de 19500 kg, suficiente para albergar una estación de radar a una altitud de XNUMX 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 toda su gloria: 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.
Águila solar. Fuente: newatlas.com
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 en conjunto con QinetiQ y Venza Power Systems. Este gigante tiene una envergadura de 120 metros, baterías de litio-azufre y ocho motores que funcionan con paneles solares y celdas de hidrógeno. Actualmente, los estadounidenses han clasificado el proyecto y, muy probablemente, ya están probando el Solar Eagle en forma de prototipos de preproducción.
PHASA-35 Fuente: prismaticltd.co.uk
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 a largo plazo a gran altitud). En febrero de 2020, se lanzó al aire por primera vez en la Royal Air Force Base en Australia del Sur. El panel solar volador con alas es capaz de trepar 21 kilómetros y transportar una carga útil que pesa hasta 15 kilogramos. Según los estándares de los drones de gran altitud, el PHASA-35 tiene una pequeña envergadura de 35 metros y está diseñado, como escriben los propios desarrolladores, para monitoreo, comunicación y seguridad. Sin embargo, la ruta 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 lograr 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.
Para 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.
Nacional LA-251 "Aist". Fuente: missiles2go.files.wordpress.com
El segundo pseudo-satélite, LA-252 "Aist", aún está en desarrollo. Fuente: NPO Lavochkina JSC
Ahora hay un aumento constante del interés en estos drones de gran altitud, y la expansión del área de desarrollo es prueba de ello. 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. Ahora 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 estar 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 pseudo-satélites se ve obstaculizado por la falta de tecnologías para la producción de baterías de litio y azufre con una producción de energía específica de 400-600 Wh / kg. Además, se necesitan paneles solares con una gravedad específica de 0,32 kg / m.2 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 gigantesco, nuestro país simplemente no puede prescindir de tales pseudo-satélites en el futuro.
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