Станислав Зигуненко - 100 великих рекордов авиации и космонавтики

Конкурировать с ними собралась и небольшая фирма Millenium Airship, которая продемонстрировала прототип Sky Freighter, который, по мнению авторов разработки, сможет транспортировать негабаритные грузы со скоростью 160 км/ч на расстояние до 9500 км без дозаправки.

Впрочем, когда из дирижаблей пытаются сделать воздушные грузовики, способные увезти сразу целый состав разных грузов или огромную гидротурбину в полном сборе, то дело, как правило, далее штучных проектов не продвигается. Однако недавно для дирижаблей, похоже, открылась новая экологическая ниша, которая, возможно, наконец-таки позволит этим воздушным кораблям перестать быть своего рода экзотикой.

Для этого им придется подняться на высоту порядка 20–22 км, в стратосферу. Почему именно туда, а не, скажем, на 10–12 км? Дело в том, что сила ветра, достигая своего максимума на высотах порядка 10 км (более 30 м/с), к высотам 20 км спадает и составляет около 10 м/с.

Кроме того, там воздух имеет меньшую плотность и нагрузки, действующие на конструкцию, в 30–40 раз меньше. Важно и то, что пассажирские самолеты летают на высотах до 12 км и, следовательно, дирижабли не будут мешать воздушному движению.

Но за все приходится платить. И платой станут размеры аэростатов, достигающие объема в сотни тысяч кубометров гелия или водорода и длины порядка сотни метров, а то и нескольких сотен метров.

На главный вопрос «зачем» есть простой ответ — есть необходимость в передаче громадных потоков информации. Но существуют же спутниковые и кабельные системы, которые вроде бы справляются со своими задачами? Справляются сегодня, но в последние годы происходит взрывной рост мобильной телефонии и Интернета и существующие технологии подходят к пределу своих возможностей.

Есть и еще один важный фактор — цена. Так, запуск одного спутника обходится в миллионы долларов, а после завершения срока службы спутник остается на орбите бесполезным хламом. Стратосферные дирижабли позволят выполнять ту же работу за меньшие деньги.

Ныне в ряде стран существуют проекты стратосферных дирижаблей. Опишем хотя бы некоторые из них.

Американская фирма Sky Station исследует возможность создания стратосферных аэростатов, предназначенных для широкополосной связи, мониторинга местности и разведки.

Аэростаты будут базироваться на высоте 21 км, обеспечивая высокую пропускную способность и плотность передачи данных при низком потреблении энергии. В качестве несущего газа используется гелий, который, в отличие от водорода, не взрывоопасен, хотя и имеет несколько меньшую подъемную силу.

Планируется, что срок службы аэростатов будет составлять 5–10 лет. Каждый дирижабль выполнен в виде гигантской капли длиной 160 м и диаметром 62 м и несет на себе топливные баки, солнечные батареи и аппаратуру весом до 1000 кг.

Система состоит из 250 стратосферных платформ, каждая сможет предоставлять услуги связи на территории площадью около 19 тыс. кв. км (приблизительно размеры Московской области). Абоненты передают данные при помощи маломощных передатчиков прямо на аэростат, а бортовой ретранслятор аэростата посылает сигналы другим пользователям.

Ретранслятор сможет принимать данные со скоростью 2 Мб/с и передавать их абонентам со скоростью 10 Мб/с. Это позволяет предоставлять пользователям широкий спектр услуг, таких, как высокоскоростной доступ в Интернет, web-телевидение, проведение видеоконференций, мобильная телефония и т. д.

Схожую со Sky Station систему разрабатывает группа профессора Б.-Х. Креплина из Аэрокосмического института в Штутгарте (Германия). Одна воздушная платформа позволит Одновременно поддерживать до 100 тысяч телефонных переговоров. Аэростаты используют солнечную энергию и крейсируют на высоте 20 км. Диаметр охвата составит 400 км, что соответствует площади 20 тыс. кв. км. В настоящее время создан прототип аэростата Lotte длиной 16 м, функционирующий на солнечных батареях.

Испытания прототипа показали необходимость иметь легкие солнечные батареи с высоким КПД и эффективные системы аккумулирования энергии. В течение дня фотоэлементы снабжают энергией двигатели, которые удерживают аппарат в заданной точке, а также обеспечивают работу электронной аппаратуры. Однако ночью солнечные батареи бесполезны и приходится запасать энергию впрок. При этом использовать традиционные аккумуляторы не выгодно, поскольку они имеют большую массу. Более перспективным считается использование топливных элементов.

Днем солнечные батареи напрямую питают двигательную установку и аппаратуру, а часть энергии идет на расщепление воды из бортового бака в электролизере на водород и кислород.

Ночью водород и кислород в топливных ячейках снова превращаются в воду. При этом вырабатывается электрическая энергия. На следующие сутки процесс повторяется.

Другой возможностью энергообеспечения беспилотных летательных аппаратов или свободных аэростатов является использование СВЧ-излучения, передаваемого на борт аппарата с земли. Были проведены испытания этой технологии с передачей энергии на расстояние с мощностью 30 кВт. Эффективность передачи — 54 %.

Однако против такой системы протестуют экологи. «Только подумайте, что случится с птицей при попадании в зону излучения!» — говорят они.

Специалисты Йоркского университета в Великобритании создали проект относительно небольшого дирижабля, который должен обеспечить хорошую связь в сельской местности, не прибегая к прокладке дорогих оптоволоконных линий связи. На дирижабле размещают передатчики, которые и ретранслируют всю необходимую информацию с высоты в несколько километров на всю округу.

Проект финансируется Евросоюзом. И если первый опыт окажется удачным, то лет через десять по всей Европе появляются такие летающие ретрансляторы.

Правда, пока в осуществлении этого проекта есть и одна техническая трудность. Для того, чтобы перекрыть единой сетью всю Европу, необходимо также наладить бесперебойный обмен информацией и между отдельными дирижаблями — ретрансляторами. А это оказалось не таким уж простым делом. Во всяком случае, по мнению инженеров Немецкого центра аэрокосмических исследований, такая связь может быть обеспечена посредством лазерных трансмиттеров, которые способны довести скорость передачи до 1000 мегабит в секунду для каждого из тысяч компьютеров, включенных в данную систему.

Правда, как говорит руководитель проекта Иоахим Хорват, при такой передаче необходимо учитывать малейшие отклонения летательного аппарата — до 0,005 градуса. Кроме того, воздух в атмосфере очень часто колеблется — это мы замечаем, например, ночью, когда нам кажется, что звезды мерцают. И такая неоднородность вызывает преломление лазерного луча, вносит помехи в передачу.

Тем не менее ученые уже придумали, как компенсировать эти помехи. Одна и та же информация передается синхронно сразу двумя лазерами и на разной частоте. И в конечном пункте производят некоторое усреднение принятого сигнала, сводя помехи к минимуму. В экспериментах уже удавалось транслировать таким способом видеофильмы с достаточно высокой четкостью изображения, подтвердив тем самым практическую реализуемость проекта.

Так что в 2008 году, возможно, мы уже увидим в небе первые дирижабли-ретрансляторы.

Еще один примечательный проект разрабатывает калифорнийская компания JP Aerospace. Ее сотрудники уверены, что наполненные гелием воздушные шары и дирижабли, которые способны достигать высоты 40–60 км и находиться там месяцами, смогут выполнять функции орбитальных космических станций, принимая сменные экипажи с Земли.

Причем дело тут не ограничивается просто разговорами. В период с 7 по 21 июня 2004 года в пустынной местности западного Техаса JP Aerospace уже испытала гигантский беспилотный V-образный воздушный корабль-прототип Ascender. Заполненный гелием аппарат с дистанционным управлением, оснащенный воздушными винтами, достиг расчетной высоты 30,5 км.

Он также продемонстрировал способность реагировать на команды с земли, зависать над заданной точкой, компенсируя моторами действие ветра, а также проходить путь между произвольно заданными пунктами на поверхности.

Испытание проводилось в первую очередь для американских ВВС, которые с интересом смотрят на высотные аэростаты как на перспективные средства разведки и ретрансляционные станции связи.

Кстати, стоимость постройки Ascender составила $500 тысяч. Это намного дешевле беспилотных самолетов-разведчиков, таких как широко известный Global Hawk. (Он, между прочим, вместе с наземным оборудованием стоит 30 млн. долларов.)