Минобороны примет на вооружение беспилотные высотные летательные аппараты (БЛА) типа «Сова». Ожидается, что гигантские планеры заменят дорогостоящие низкоорбитальные спутники наблюдения и связи. Подпитываясь солнечной энергией и используя воздушные потоки, они будут вести постоянное патрулирование отдаленных районов Мирового океана и Арктики. Их задача - ведение разведки, а также передача сигналов управления и связь с кораблями и военными объектами, находящимися за Полярным кругом.
В фирме «Тайбер», которая разработала и изготовила уникальный БЛА, «Известиям» рассказали, что испытания новой техники шли последние полгода и завершатся в этом месяце. По их итогам в конструкцию «Совы» будут внесены изменения, после чего будет принято решение о постановке аппарата на вооружение.
Высотный ретранслятор «Сова» может находиться в воздухе круглогодично. Конструкция беспилотника создана из материалов на основе углеродных волокон, которые имеют высокую прочность, малый вес и рассчитаны на длительную непрерывную эксплуатацию.
Ретранслятор имеет размах крыла 28 м и может подниматься на высоту до 20 тыс. м. Благодаря солнечным батареям, установленным в плоскости крыла, аппарат может находиться в воздухе неограниченное время. Связь с ним осуществляется по нескольким резервированным каналам - спутниковым и нескольким защищенным радиоканалам.
Весь полет проходит в автоматическом режиме, но может корректироваться оператором. Поэтому в любой момент аппарат можно посадить и починить, заменив вышедшую из строя полезную нагрузку.
Эксперт в области беспилотной летательной техники, редактор отраслевого журнала UAV.ru Денис Федутинов рассказал «Известиям», что «Сова» - первый аппарат подобного класса в России. До его появления основное внимание специалистов было сосредоточенно вокруг проекта компании Facebook - Aquila. Это изделие способно выполнять полет на высоте более 18 тыс. м, что практически позволяет ему находиться выше всех возможных атмосферных явлений.
Аппарат летает выше облаков и погодных явлений, так что окружающая среда и ветер стабильны или, по крайней мере, предсказуемы. На такой высоте в поле зрения беспилотника попадает сразу около 45 тыс. кв. км земной поверхности. Поэтому базовая станция сотовой связи, установленная на Aquila, может заменить 100 таких объектов на поверхности Земли.
- Атмосферные спутники - недорогое решение глобальных задач, - рассказал Федутинов Федутинов. - Особенно там, где создание наземных базовых станций связи дорого и сложно в обслуживании. В последнее время у России появилась необходимость обеспечивать постоянную радиосвязь с кораблями в мировом океане и военными базами на Арктических островах. Необходимо контролировать Северный морской путь. «Сова» с ее возможностями полностью решит стоящие перед военными задачи.
Высотные БЛА, которые могут летать длительное время на солнечной энергии, часто называют атмосферными спутниками. Схож у них и функционал - беспилотные аппараты обеспечивают видеонаблюдение и связь над заданным районом.
Наиболее известный зарубежный военный аналог «Совы» - семейство высотных БЛА Zephyr. Их создала британская компания QinetiQ (сейчас разработка перешла компании Airbus Defence and Space). Эти аппараты активно закупаются Минобороны Великобритании. В гражданском секторе активно внедряется семейство высотных ретрансляторов Solara компании Titan Aerospace.

В России завершаются испытания беспилотного атмосферного спутника.

Минобороны примет на вооружение беспилотные высотные летательные аппараты (БЛА) типа «Сова». Ожидается, что гигантские планеры заменят дорогостоящие низкоорбитальные спутники наблюдения и связи. Подпитываясь солнечной энергией и используя воздушные потоки, они будут вести постоянное патрулирование отдаленных районов Мирового океана и Арктики. Их задача — ведение разведки, а также передача сигналов управления и связь с кораблями и военными объектами, находящимися за Полярным кругом.

В фирме «Тайбер» , которая разработала и изготовила уникальный БЛА, «Известиям» рассказали, что испытания новой техники шли последние полгода и завершатся в этом месяце. По их итогам в конструкцию «Совы» будут внесены изменения, после чего будет принято решение о постановке аппарата на вооружение.
Высотный ретранслятор «Сова» может находиться в воздухе круглогодично. Конструкция беспилотника создана из материалов на основе углеродных волокон, которые имеют высокую прочность, малый вес и рассчитаны на длительную непрерывную эксплуатацию.

Ретранслятор имеет размах крыла 28 м и может подниматься на высоту до 20 тыс. м . Благодаря солнечным батареям, установленным в плоскости крыла, аппарат может находиться в воздухе неограниченное время . Связь с ним осуществляется по нескольким резервированным каналам — спутниковым и нескольким защищенным радиоканалам.
Весь полет проходит в автоматическом режиме, но может корректироваться оператором . Поэтому в любой момент аппарат можно посадить и починить, заменив вышедшую из строя полезную нагрузку.
Эксперт в области беспилотной летательной техники, редактор отраслевого журнала UAV.ru Денис Федутинов рассказал «Известиям», что «Сова» — первый аппарат подобного класса в России . До его появления основное внимание специалистов было сосредоточенно вокруг проекта компании Facebook — Aquila. Это изделие способно выполнять полет на высоте более 18 тыс. м, что практически позволяет ему находиться выше всех возможных атмосферных явлений.
Аппарат летает выше облаков и погодных явлений , так что окружающая среда и ветер стабильны или, по крайней мере, предсказуемы. На такой высоте в поле зрения беспилотника попадает сразу около 45 тыс. кв. км земной поверхности. Поэтому базовая станция сотовой связи, установленная на Aquila, может заменить 100 таких объектов на поверхности Земли .
— Атмосферные спутники — недорогое решение глобальных задач, — рассказал Федутинов. — Особенно там, где создание наземных базовых станций связи дорого и сложно в обслуживании. В последнее время у России появилась необходимость обеспечивать постоянную радиосвязь с кораблями в мировом океане и военными базами на Арктических островах . Необходимо контролировать Северный морской путь . «Сова» с ее возможностями полностью решит стоящие перед военными задачи.
Высотные БЛА, которые могут летать длительное время на солнечной энергии, часто называют атмосферными спутниками. Схож у них и функционал — беспилотные аппараты обеспечивают видеонаблюдение и связь над заданным районом.
Наиболее известный зарубежный военный аналог «Совы» — семейство высотных БЛА Zephyr . Их создала британская компания QinetiQ (сейчас разработка перешла компании Airbus Defence and Space ). Эти аппараты активно закупаются Минобороны Великобритании. В гражданском секторе активно внедряется семейство высотных ретрансляторов Solara компании Titan Aerospace.

Довольно продолжительное время такой гигант как Google думает о возможности обеспечения интернетом той часть населения планеты куда сегодня телекоммуникационная индустрия не решается прокладывать дорогостоящие оптоволоконные линии. Не покидает идея обеспечения связью таких уголков планеты с воздуха. Если говорить о космических спутниках то в экономическом отношении это никак не дешевле чем оптоволоконные линии.

Таким образом чтобы избежать дорогостоящих пусков на орбиту необходимо использовать атмосферные коридоры. И таким летательным аппаратам уже приклеен термин «атмосферные спутники». В собственной разработке Гугл существовал их проект под названием «Loon». Недавно стало известно, что они приобретают молодую компанию Titan Aerospace , которые специализируются на разработке летательных дронов. Это небольшая группа разработчиков уже успела выпустить пару летательных аппаратов под названием Solara 50 и Solara 60.

Само понятие спутник подразумевает, что летательный аппарат должен после взлета находится в полете довольно продолжительное время. Так вот расчетное время полета Solara 50 составляет 5 лет. Этот аппарат с размахом крыльев около 50 метров весит всего 160 кг. Вся поверхность дрона покрыта солнечными элементами, за счет которых он и будет парить над Землей на высоте 18-20 км. Эта высота относится к верхней границе тропосферы и нижней стратосферы. Напомним, что гражданская авиация аутсайдеры в этой зоне, для которой предельная высота составляет около 15 км. Но это не единственная причина по которой была выбрана такая высота. В этом коридоре зона слабых ветров, скорость которых равна пешеходу. А также эта зона фактически безоблачная. Лишь только перистые облака преобладают в тропической зоне. Данный дрон способен обеспечить связью земную поверхность диаметром в 50 километров.

Вышеупомянутый проект «Loon» от Google выполнен в виде воздушного шара, полет которого должен быть обеспечен исключительно воздушными потоками.

В свою очередь непредсказуемость воздушных потоков ставят под сомнение управляемость таких воздушных шаров. Вероятно это и послужило причиной переориентирования в сторону самолетов-дронов.

О многообещающих горизонтах перспектив мы поговорили. Теперь попытаемся опуститься за землю и поразмыслить о реалиях данного проекта. Начнем с того, что полномасштабные проекты Titan собирался выпускать лишь только в этом году, а до этого момента были созданы кропнутые версии дронов. Также речь шла о единичных запусках, а не о группах дронов с целью обеспечения связи больших земных площадей. К примеру, для того, чтобы покрыть цифровой связью африканский континент необходимо 11 тысяч Solara 60, которые должны кружить бок о бок. А ведь координировать такой армией дронов не простая задача над решением которой еще не работали.

Вызывает сомнения энергетическая сторона дронов. Расчетное время полета около 5 лет. В свою очередь это более тысячи циклов заряда-разряда батареи. Литий-ионные батареи с самыми высокими характеристиками не смогут выдержать такой ресурс. Что касается солнечных элементов, то они способны накапливать максимальный процент энергии в дневное время и минимальный в ночное. А обеспечивать связью необходимо в течении всех суток. Разница между уровнем накопления энергии днем и ночью в десятки раз. Хотя в этом случае и ночная активность пользователей также падает. Весь вопрос в том, достаточно ли будет накапливаемой ночью энергии для обеспечения энергоснабжения системы связи и поддержания полета в целом.

Вопросы безопасности летающих дронов-самолетов также остаются острыми. Это не спутники, которые в случае аварии сгорают в слоях атмосферы. Представьте, сколько в воздухе,покрывая необходимую территорию, может парить дронов? На 50 метров диаметра Земли - 1 аппарат. Вероятность падения на фоне такого большого их числа, думаю, не низкая. От падения такого аппарата могут пострадать как гражданская авиация так и население Земли. Кроме того, один из факторов возможного падения - неравномерные воздушные потоки, воздействию которых подвержены дроны в разных слоях атмосферы в момент взлетов. Какие решения предложат инженеры, пока не известно.

С легкой руки журналистов летательные аппараты на солнечной энергии, способные находиться в воздухе неограниченное время, стали называть атмосферными спутниками, хотя это понятие вмещает в себя гораздо больше объектов, например аэростаты. Наиболее распиаренным проектом в этой области стал Solara 50 американской компании Titan Aerospace, картинки которого заполонили интернет и страницы журналов. Но реальных полетов так никто и не дождался. Концепция провалилась из-за того, что большой самолет нельзя сделать таким же, как маленький. Ролик получился очень красивым, но такой самолет, увы, не смог полететь.

Ночь продержались

С некоторой натяжкой «отцом» атмосферных спутников можно назвать беспилотный аппарат на солнечных батареях NASA Helios, который 3 августа 2001 года достиг высоты 29 524 м, что остается действующим на текущий момент мировым рекордом высоты устойчивого горизонтального полета для крылатых летательных аппаратов без реактивных двигателей, и провел на высоте более 29 км более 40 минут. Однако продержаться хотя бы сутки в воздухе ему не удалось, и в 2003 году в ходе испытательного полета на максимальную длительность нахождения в воздухе на высоте 850 м Helios попал в зону сильной турбулентности, разрушился и упал в Тихий океан.

Гораздо бóльших успехов добился разработанный британской компанией QinetiQ сверхлегкий беспилотник Zephyr, поставивший в 2007 году неофициальный мировой рекорд длительности полета для БПЛА — 54 часа. В 2008 году 30-килограммовый Zephyr-6 провел в воздухе 82,5 часа, а в 2010 году уже 30-килограммовый Zephyr-7 продержался над аризонской пустыней две недели, причем максимальная высота полета составляла 18 км. После этого компанию QinetiQ приобрела Airbus Defence and Space, и проект стал полностью военным и секретным. Новый Zephyr-8 в 2015 году продержался в воздухе те же две недели, но уже с полезной нагрузкой в 5 кг. И в этом году сообщается о начале испытаний Zephyr S с 22,5-метровым размахом крыльев. Проект Zephyr получил доступ к самым последним технологиям. Например, он использует литий-серные аккумуляторы Li-S, которые имеют удельную емкость в два раза выше, чем те, которые доступны на рынке.

В этом году в игру вступил могущественный Facebook, который ранее приобрел британскую компанию Ascenta, разработавшую гигантский высотный дрон Aquila. В июне 2016 года Aquila совершил первый, пока 90-минутный полет. О российских разработках в области атмосферных спутников долгое время не было слышно ничего до августа 2016 года.

Главный конструктор, летать и конструировать авиационную технику начал с 14 лет. Основные алгоритмы системы управления, вопросы устойчивости и управляемости.

2 августа 2016 года появилась новость, что в России удачно испытан беспилотный аппарат, который продержался в воздухе более 50 часов на высотах до 9 км. Заместитель генерального директора Фонда перспективных исследований Игорь Денисов объявил, что был совершен экспериментальный полет масштабной модели в рамках проекта «Сова», реализуемого Фондом перспективных исследований и компанией «Тайбер». И через неделю мы сидели в московском офисе «Тайбера» и расспрашивали руководителя проекта Юрия Тыцыка и главного конструктора Вячеслава Шпилевского о технических подробностях.

Новый подход

Мысль о самолете с гибким крылом пришла Юрию в голову два года назад. Он поделился идеей со своими друзьями по планерному спорту: почти вся команда разработчиков «Совы» — выходцы из планерных клубов, и это видно по проекту. Друзья его поддержали, и, не откладывая в долгий ящик, Юрий и Вячеслав из пенопласта смастерили первую модель с размахом крыльев под два метра. Сохранились трогательные кадры первых пусков, которые проходили во дворе дома. Модель полетела, да еще как! Так сформировался костяк команды — Юрий стал руководителем проекта, Вячеслав Шпилевский — главным конструктором, а Алексей Стратилатов взялся за интеграцию своей системы управления в новую схему летательного аппарата, электронную начинку и автопилоты. За прошедшие пару лет ребята сделали около двадцати прототипов. Год назад проект поддержал Фонд перспективных исследований, и в сентябре в воздух должен подняться полноразмерный аппарат с размахом крыльев в 28,5 м.

Связанные одной нитью

Как ведут себя в небе атмосферные спутники, которые должны находиться в воздухе месяцами? Днем они заряжают через солнечные панели свои аккумуляторные батареи и набирают максимально возможную высоту, накапливая потенциальную энергию. После захода солнца они должны как можно медленнее терять высоту, экономно расходуя электроэнергию, — летающих энергозаправщиков еще не придумали. Поэтому аппараты должны иметь аэродинамику на уровне самых лучших планеров, а еще лучше — превосходить их. Один из главных приемов увеличения аэродинамического качества (сколько метров может пролететь летательный аппарат при снижении на один метр) — удлинение крыла (отношение размаха крыла к средней ширине). Только у трех в мире рекордных планеров это значение превышает 50 единиц, и это практически предел. При классической компоновке сломаться крылу не дает лонжерон — мощный силовой элемент, располагающийся по всей длине крыла и воспринимающий изгибающий момент. Чем длиннее крыло, тем тяжелее лонжерон, и даже современные углепластики не спасают ситуацию. А от скручивания крыло спасает мощная обшивка. В любом учебнике по проектированию самолетов четко написано, что при увеличении линейных размеров самолета его масса растет в кубе, из-за чего масштабирование красивых ажурных моделей-прототипов на реальные размеры часто приводит к катастрофам. Именно поэтому мы не увидели полноразмерного спроектированного по классической схеме Solara.

Идея Юрия Тыцыка была необычной — сделать гибкое крыло без классических лонжеронов и работающей на кручение обшивки. Кто-нибудь слышал, чтобы у альбатроса в полете от нагрузок сломались крылья? А ведь эти птицы летают в штормовой ветер. Обычные самолеты избегают этого, не говоря уж об экспериментальных или рекордных аппаратах. Природа явно подсказывает применение «гибких решений». Также у птиц нет элеронов — для поворота они закручивают все крыло.

«Вот мы на фотографии втроем держим самолет, — Юрий открывает файл на компьютере. — Если два человека по краям отпустят, он сломается. Аппарат гибкий и непрочный. Мы его даже несколько раз ломали при переноске. Но в полете такого не происходит». Вячеслав Шпилевский пытается объяснить мне идею доступными образами: «Наш аппарат подобен косяку птиц, кончики крыльев которых связаны, чтобы им проще было держать дистанцию». По сути «Сова» — это три самолета, летящих в очень-очень плотном строю. Более плотном, чем летают легендарные «Стрижи». И если они сломают строй, самолет развалится. Полет данной схемы аппарата стал возможен благодаря электронике, на базе автопилота, созданного Алексеем, и уникальных алгоритмов, написанных Вячеславом.

У «Совы» нет и элеронов — классических аэродинамических органов управления на задней кромке крыла, регулирующих угол крена самолета. Креном управляют горизонтальные стабилизаторы на хвостовой части фюзеляжей боковых корпусов. За курс и тангаж отвечает оперение центрального корпуса. На «Сове» два электромотора. «Чем больше моторов, тем больше винтов, а чем их больше, тем меньше их диаметр и они легче. — У Юрия на все есть простые и логичные ответы. — К тому же моторы компенсируют вес хвостовых балок со стабилизаторами».

Планерные гены

Напоминая о планерных корнях создателей, спрашиваю, использует ли аппарат восходящие потоки. Набирает ли в них высоту в автоматическом режиме? «Сейчас у нас реализован алгоритм центрирования восходящего потока. Если аппарат натыкается на зону восходящих потоков, то закладывает вираж, смещаясь в область, где скороподъемность выше, — Юрий руками наглядно показывает маневр планера, — и в автоматическом режиме отрабатывает поток до самой кромки облаков. Восходящие потоки работают до высоты нижней кромки кучевой облачности — около 2000 м. Если поток пропадает, он продолжает лететь дальше по программе. Пока еще он не умеет самостоятельно искать восходящие потоки, да и никто сейчас не умеет. Но это скорее наш интерес как планеристов, ведь бóльшую часть времени «Сова» проводит выше облаков, где термические восходящие потоки почти отсутствуют. Мы использовали термики еще и для того, чтобы проверить живучесть аппарата в неспокойной атмосфере, — в них ощутимо трясет».

За все время полета заряд аккумуляторных батарей «Совы» не опускался ниже 30%, и я задаю вопрос, который собирался задать в самом начале беседы: если был такой запас по энергии, почему не установили новый рекорд? «Такой задачи у нас просто не было, — улыбается Юрий Тыцык. — А для того чтобы выяснить способность энергетической системы работать автономно, достаточно двух циклов зарядки-разрядки».

В настоящее время ряд стран занимаются разработкой беспилотных летательных аппаратов (БПЛА), способных выполнять широкий круг задач, в частности непрерывно обеспечивать связь и вести разведку в течение длительного срока. Предполагается, что в будущем они заменят дорогостоящие низкоорбитальные спутники связи и наблюдения. Тем не менее, существующие прототипы таких аппаратов могут находиться в воздухе не более 14 суток, чего недостаточно для работы в отдаленных районах. Кроме того, эти БПЛА должны поддерживать большую высоту полета, чтобы избежать столкновения с гражданской авиацией.

Новый многофюзеляжный атмосферный спутник «Сова» рассчитан на полеты на высотах более 13 000 метров. Аппарат изготовлен из прочного и легкого углепластика и имеет размах крыла 28 метров. Крыло беспилотника оснащено солнечными панелями - благодаря им и рекордному удлинению крыла атмосферный спутник может находиться в воздухе неограниченно долгое время. Сообщается, что небольшой массы «Совы» удалось добиться с помощью установки на фюзеляжи трех синхронизированных автопилотов. Это также позволило отойти от высокой жесткости крыла с сохранением устойчивости к атмосферным возмущениям.

«Сова» может выполнять полеты в полностью автоматическом режиме, однако допускает дистанционное вмешательство оператора: связь с аппаратом осуществляется по нескольким защищенным радио- и спутниковым каналам. Высота полета беспилотника (20 000 метров) позволяет ему оставаться выше атмосферных явлений. Предполагается, что он сможет обеспечить стабильную радиосвязь с военными базами на арктических островах и кораблями, а также вести постоянное патрулирование Арктики и труднодоступных районов Мирового океана. Испытания «Совы» продолжаются в течение полугода, завершить их планируется к апрелю. Другие подробности проекта не уточняются.

О начале испытаний нового российского атмосферного спутника стало известно летом 2016 года. В рамках испытательного полета, который проходил 14–17 июля возле Орла, прототип аппарата провел в воздухе 50 часов на высоте до 9 000 метров, после чего совершил принудительную посадку. Масса прототипа составила 11,8 килограмма, размах крыла - девять метров, мощность солнечных панелей - более 270 ватт. В планах компании было дополнительно оснастить беспилотник водородными топливными элементами, которые позволят ему продолжать работу в условиях низкой солнечной радиации. После завершения новых испытаний Минобороны РФ примет решение о постановке «Совы» на вооружение.

Ближайшим действующим аналогом российского атмосферного спутника является семейство британских БПЛА Zephyr, которые разрабатываются Airbus Defence and Space. При взлетном весе 32 килограмма и способности подниматься на высоту до 21 000 метров максимальная длительность их полета оценивается в 336 часов. Аппараты Zephyr активно закупаются оборонным ведомством Соединенного Королевства.