Ângulo de visão favorável
Alturas estratosféricas da ordem de 18-30 quilômetros são mal dominadas pelos humanos. Nesse tipo de "espaço próximo", os aviões são raramente pegos e não há nenhuma espaçonave lá. Mas tal camada na camada de ar da Terra é muito conveniente para observação oculta. Em primeiro lugar, as aeronaves em tais altitudes podem pesquisar uma área comparável aos territórios do Afeganistão ou da Síria e, ao mesmo tempo, patrulhar um território por um longo tempo. Ao mesmo tempo, o satélite em órbita pula o terreno rapidamente, muitas vezes não tendo tempo para capturar objetos e processos importantes. Em segundo lugar, os sistemas de defesa aérea baseados em solo ainda não foram projetados para procurar e destruir essas aeronaves de reconhecimento de pequeno e grande altitude. De acordo com os cálculos, a área efetiva de espalhamento pode chegar a 0,01 m2… Claro, com o aparecimento maciço de tais pseudo-satélites no céu, a defesa aérea encontrará soluções para interceptação, mas o custo de destruição pode ser proibitivo. Além de reconhecimento, drones de alta altitude podem fornecer comunicações e navegação.
A maioria dos drones desenvolvidos até agora, projetados para tais alturas, são construídos com base em células solares e baterias. Em altitudes de várias dezenas de quilômetros, a energia solar é "absorvida" com muito mais eficiência, o que permite que a máquina alada não apenas acione motores elétricos, mas também armazene energia em baterias. À noite, os drones usam o que armazenam durante o dia; ao amanhecer, o ciclo se repete. Acontece uma espécie de máquina de movimento perpétuo que permite que as máquinas voem de vários dias a vários anos em altitudes de até 30 quilômetros. Por exemplo, se um desses pseudo-satélites substituir o famoso Global Hawk, o operador sozinho economizará cerca de 2.000 toneladas de combustível por ano. Isso sem levar em conta o menor custo e muito mais tempo operacional. Porém, todas essas informações são teóricas: até o momento, o recorde para a duração do voo desse equipamento é de 26 dias. Isso foi alcançado em 2018 pelo pseudo-satélite europeu Airbus Zephyr.
Em comparação com os satélites clássicos, os drones de alta altitude são naturalmente muito mais baratos e estão mais próximos da Terra, o que garante filmagem e observação de alta qualidade. O supracitado Airbus Zephyr é 10 vezes mais barato do que o Global Hawk e 100 vezes mais barato do que os satélites World View. Nesse caso, os pseudo-satélites estão localizados abaixo da ionosfera, o que aumenta a precisão da navegação e a determinação da localização das fontes emissoras de rádio. Ao contrário de um satélite, uma aeronave é capaz de pairar sobre o objeto de observação por um longo tempo, como uma águia, rastreando todas as mudanças que ocorrem abaixo.
Qual é o conceito de pseudo-satélite para vôo estratosférico? É uma fuselagem leve e composta com boas características aerodinâmicas, equipada com painéis solares, acumuladores e células de combustível de alta eficiência. Além disso, são necessários motores elétricos de alta eficiência, dispositivos de controle leves e com baixo consumo de energia, capazes de reagir pronta e independentemente a situações de emergência em vôo. Esses veículos de alta altitude se distinguem por sua baixa capacidade de carga (até 100-200 quilogramas) e extrema lentidão - até várias dezenas de quilômetros por hora. O primeiro deles apareceu na década de 1980 nos Estados Unidos.
Painéis solares voadores
Os pseudo-satélites experimentais do programa HALSOL foram os primeiros entre esses dispositivos nos Estados Unidos. Nada de sensato surgiu deles devido ao atraso elementar da tecnologia: não havia baterias grandes ou células solares eficientes. O projeto foi encerrado, mas o surgimento dos protótipos não foi desclassificado, e a iniciativa passou para a NASA. Seus especialistas apresentaram seu Pathfinder em 1994, que se tornou, de fato, o padrão ouro para futuros pseudo-satélites. O dispositivo tinha uma envergadura de 29,5 metros, um peso de decolagem de 252 quilos e uma altitude de 22,5 quilômetros. Ao longo de vários anos, o projeto foi modernizado repetidamente; o último da série foi o Helios HP, cujas asas foram esticadas até 75 metros, o peso de decolagem foi alcançado até 2,3 toneladas. Este dispositivo em uma das gerações foi capaz de subir para 29.524 metros - um recorde para aeronaves voando horizontalmente sem motores a jato. Devido às células de combustível de hidrogênio imperfeitas, Helios HP entrou em colapso no ar durante o segundo vôo. Eles não voltaram à ideia de sua restauração.
O segundo modelo conhecido de um pseudo-satélite de duplo propósito pode ser chamado de família Zephyr do QinetiQ britânico, que apareceu no horizonte artificial em 2003. Após extensos testes e melhorias de design, o projeto foi adquirido pela Airbus Defense and Space em 2013 e desenvolvido em dois modelos principais. O primeiro tem uma envergadura de 25 me inclui: um planador feito de fibra de carbono ultraleve, painéis solares feitos de silício amorfo da United Solar Ovonic, baterias de lítio-enxofre (3 kWh) da Sion Power, um piloto automático e um carregador da QinetiQ. Os painéis solares geram até 1,5 kW de eletricidade, o que é suficiente para um vôo ininterrupto a uma altitude de 18 km. O segundo e maior pseudo-satélite foi o Zephyr T com dois booms de cauda e uma envergadura aumentada (de 25 m para 33 m). Este projeto permite elevar quatro vezes a carga útil (pesando 20 kg, o suficiente para acomodar uma estação de radar a uma altitude de 19.500 m).
Zephyr já foi contratado pelos exércitos da Grã-Bretanha e dos Estados Unidos em quantidades avulsas. Eles ainda não tiveram tempo de se acostumar totalmente com as tropas quando, em março de 2019, um deles caiu perto de uma fábrica de montagem em Farnborough, Hampshire. Neste acidente, a principal desvantagem dessa aeronave foi revelada em toda sua glória - sua alta sensibilidade às condições meteorológicas durante a decolagem e o pouso. A alturas de trabalho de muitos quilômetros, os pseudo-satélites não têm medo da precipitação e do vento, mas no solo eles se sentem desconfortáveis.
A DARPA também não se afastou de um tópico tão promissor e no final dos anos 2000 iniciou o programa VULTURE (Altitude Muito Alta, Ultraendurance, Loitering Theatre Element - um sistema de observação superalto com espera ultralonga em um teatro de operações). O primogênito foi o pseudo-satélite Solar Eagle, criado pela Boeing Phantom Works em conjunto com a QinetiQ e a Venza Power Systems. Este gigante tem uma envergadura de 120 metros, baterias de lítio-enxofre, oito motores movidos por painéis solares e células de hidrogênio. Atualmente, os americanos classificaram o projeto e, muito provavelmente, já estão testando o Solar Eagle na forma de protótipos de pré-produção.
O mais moderno dos protótipos não classificados é um pseudo-satélite desenvolvido em conjunto pela BAE e Prismatic Ltd - PHASA-35 (Aeronave Solar Persistente de Alta Altitude, aeronave solar de alta altitude de longo prazo). Em fevereiro de 2020, foi lançado ao ar pela primeira vez na Royal Air Force Base no sul da Austrália. Um painel solar voador com asas é capaz de subir 21 quilômetros e carregar uma carga útil de até 15 quilos. Pelos padrões dos drones de alta altitude, o PHASA-35 tem uma envergadura de asas pequena de 35 metros e foi projetado, como os próprios desenvolvedores escreveram, para monitoramento, comunicação e segurança. No entanto, o caminho inicial e principal do pseudo-satélite será o trabalho de combate. A este respeito, após os resultados do primeiro voo, Ian Muldoney, Diretor Técnico da BAE Systems, comentou:
Este é um excelente resultado inicial e demonstra o ritmo que pode ser alcançado quando combinamos o melhor das capacidades britânicas. Mudar do projeto para o vôo em menos de dois anos (20 meses) mostra que podemos enfrentar o desafio que o governo do Reino Unido colocou diante da indústria de construir o futuro sistema de combate aéreo na próxima década.
Até o final deste ano, estava previsto concluir os testes e, após 12 meses, transferir os primeiros veículos de produção para o cliente. Mas a pandemia, é claro, fará seus próprios ajustes dentro do prazo especificado.
Agora, há um crescimento constante no interesse por esses drones de alta altitude, e a expansão da área de desenvolvimento é a prova disso. Além dos sucessos da China, Índia, Taiwan e Coréia do Sul, os escritórios de design russos estão envolvidos no design de pseudo-satélites. O primeiro drone doméstico experimental de alta altitude foi desenvolvido no S. A. Lavochkin e chamou LA-251 de "Aist". Ele foi apresentado pela primeira vez no fórum Exército-2016. O drone é feito de acordo com o design aerodinâmico normal e é um monoplano de transporte livre com uma envergadura de 16 me uma massa de cerca de 145 kg. O monoplano tem duas lanças de cauda, quatro motores de 3 kW e está equipado com uma bateria de 240 Ah. Altitude de vôo de até 12 mil metros, duração de até 72 horas. Um "Aist" maior está sendo desenvolvido com uma envergadura de 23 metros e uma carga útil de 25 kg. Esse pseudo-satélite já se eleva 18 quilômetros e pode permanecer no ar por vários dias. Para tornar o projeto mais leve, a aeronave foi deixada com um feixe e o número de motores foi reduzido de quatro para dois. O desenvolvimento do tema doméstico dos pseudosatélites é dificultado pela falta de tecnologias para a produção de baterias de lítio-enxofre com uma produção de energia específica de 400-600 Wh / kg. Além disso, precisamos de painéis solares com gravidade específica de 0,32 kg / m2 com uma eficiência de pelo menos 20%. Em muitos aspectos, depende disso se a Rússia será capaz de reduzir a lacuna existente com os líderes mundiais. Com um território tão grande, nosso país simplesmente não pode prescindir desses pseudo-satélites no futuro.
