Технологии

Аэродинамическая система телекоммуникаций АИСТ

Современный рынок космических услуг (в основном, систем связи) по обороту финансов вышел на первое место - около 30 млрд. долл. США в год, а еще через 3-4 года этот показатель, видимо, удвоится. Естественно, эти "плодоносящие угодья" уже поделены, монополизированы, и войти туда можно только неординарными путями. Один из них - высотные ретрансляционные системы, которые по характеристикам - техническим, экономическим, эксплуатационным и долговечности - будут превосходить существующие наземные и космические.

В последние годы и в России, и за рубежом активно продолжается создание ретрансляторов, базирующихся на высотах 10-20 км. Для того чтобы поднять соответствующую технику на такие высоты и обеспечить длительное ее пребывание там, до сих пор рассматривали три варианта: привязные аэростатические системы, свободно летающие дирижабли и барражирующие самолеты. Однако все эти носители не лишены тех или иных недостатков.

У первых двух - очень невыгодное соотношение между внешними параметрами и массой, поднимаемой ими в разреженные слои атмосферы. В современных проектах применяют аэростаты и дирижабли с оболочками до тысяч кубометров в объеме и размерами в сотни метров. Помимо того, что у такой системы большое аэродинамическое сопротивление, ее каждые две-три недели нужно опускать на Землю для дозаправки гелием, что очень дорого (1 т газа стоит 1 млн. долл.).

Использование для ретрансляционных нужд барражирующих самолетов в сравнении с предыдущими вариантами имеет ряд преимуществ (маневренность, универсальность и др.). Однако все опять упирается в огромные затраты: стоимость 1 ч полета достигает нескольких сотен, а иногда и тысяч долл.

Несмотря на перечисленные недостатки, такие ретрансляционные сети все же действуют в США и Западной Европе. В России они развития не получили, и нашему институту поручили разработать альтернативный вариант. В результате рассмотрения различных подходов к решению вопроса родился совершенно уникальный проект.

Дело в том, что существует такое природное явление, как тропосферный ветер, постоянно дующий на высоте 9-12 км со скоростью 15- 25 м/с (в зависимости от времени года и координатной точки над поверхностью Земли, а также от глобального состояния атмосферы в связи с солнечной активностью и погодными аномалиями). Исчерпывающей информацией об этом феномене ученые владели давно, но практически использовать ее пока никто не смог, и у нас родилась идея восполнить этот пробел.

Мы исходили из того, что в любом конкретном регионе скорость и направление тропосферного ветра практически всегда постоянные, да и высота, на которой он дует, оказалась вполне подходящей. Идея заключалась в том, чтобы создать "привязанный" к Земле летательный аппарат, парящий в ветровом потоке приблизительно в 10 км от поверхности планеты и несущий на себе соответствующую технику Воплощение задуманного стало вполне реальным с развитием аэродинамики малых скоростей. Успеху дела способствовало и создание сверхлегких полимерных тросовых систем, новых неметаллических конструкционных материалов. Дело оставалось за "малым" - привлечь все необходимые научные и технические достижения и разработать соответствующий летательный аппарат.

Постановка задачи подсказывала: это должен быть планер, но конструкция его пока не вырисовывалась. В итоге долгого поиска и множества расчетов мы остановились на биплане, но очень своеобразного вида. Небольшие крылья, управляющие полетом, решили поместить впереди фюзеляжа. Находящийся сзади и сверху него коробчатый модуль должен был обеспечить подъемную силу. Последний, как у каждого биплана, представлял собой два параллельных крыла (одно на уровне фюзеляжа, другое выше), связанных четырьмя вертикальными стабилизаторами, два из которых находятся по краям, образуя замкнутый контур.

Напомню читателю, что любую крылатую систему - от стрекозы до наисовременнейшего истребителя - характеризует сочетание аэродинамического качества (соотношение подъемной силы и лобового сопротивления) и нагрузки на крыло. Если, скажем, для самолета и планера первое равно 20 и 50 соответственно, а нагрузка - 120-200 кг/м 2 , то у нашего детища эти показатели нестандартны - 30 и 5-10 кг/м 2 . В результате оказалось: созданный нами летательный аппарат совмещает в себе свойства классического планера, мотопланера, воздушного змея и парашюта-крыла.

Итак, летающая основа искомой системы была найдена. Оставалось решить вопрос ее "привязки" к Земле и подъема на заданную высоту В первом случае мы использовали самые современные синтетические материалы типа "Кевлар", который применяют даже в бронежилетах. Это позволило изготовить связующий трос диаметром не более 4,5 мм с коэффициентом запаса прочности, равного 3. При этом его аэродинамическое сопротивление соизмеримо с таковым самого несущего аппарата. Что же касается запуска последнего в зону тропосферного ветра, то мы решили разгонять его по прямой трассе или по спирали, используя либо автомобиль, либо катер.

Словом, была разработана аэродинамическая привязная подъемно-транспортная система, или система высотной подвески аппарата высокого аэродинамического качества и малой удельной нагрузки на крыло, обеспечивающая всей конструкции парение под действием среднестатистических по высоте ветровых нагрузок при тросовой фиксации относительно земной поверхности или подвижного буксира. При собственном весе планера 800 кг, он поднимает полезный груз до 250 кг на высоту около 10 км и находится там неограниченное время.

Будущий комплекс получил название - аэродинамическая интегральная (или иерархическая) система телекоммуникаций "АИСТ". Почему так? Дело в том, что один аппарат может обеспечить телевизионную, телефонную и радиосвязь, а также передачу данных (Интернет, видеоконференции и др.) пусть в обширной, но все-таки ограниченной зоне, с радиусом приблизительно 100 км. Для того чтобы теми же услугами мог пользоваться район, занимающий большую площадь, требуется несколько "АИСТов", причем один из них будет выполнять функции связующего или узлового.

Следующая иерархическая единица этой системы - регион, представляющий собой комплекс районов, расположенных на достаточно большом расстоянии друг от друга. Информация между ними передается зональными наземными центрами, оснащенными соответствующей аппаратурой, с использованием кабельной или спутниковой связи. Дальнейшее расширение системы предусматривает создание межрегиональной или глобальной сети.

Что же мы выгадываем от внедрения "АИСТа"? Ответим на примере территории Москвы и области. В настоящее время для обеспечения эфирного вещания здесь применяют две высотные (Останкинская и Шуховская) и тысячу малых башен высотой 70-80 м. Наша система для тех же самых функций (на самом деле их гораздо больше, о чем я еще скажу) потребует запуска трех аппаратов, причем ее стоимость будет составлять всего ... 4-5% от ныне существующей. Когда проект был уже разработан, выяснилось: на самом деле возможности будущего изделия гораздо шире, чем мы предполагали. Кроме роли ретранслятора большого радиуса действия, отдельно взятый "АИСТ" можно использовать и для других целей, в зависимости от его технической "начинки".

В частности, поместив на него оптические приборы, работающие в видимой и инфракрасной области, удастся контролировать площадь в 200 км с разрешением менее полуметра, в реальном режиме времени получая информацию о состоянии зданий, дорог, линий электропередачи, тепловых сетей, подземных сооружений. "АИСТ" поможет точно определять места аварий различных коммуникаций, контролировать теплопотери производственных и жилых помещений, осуществлять экологический мониторинг города. Мало того, собранные им данные будут способствовать детальному планированию строительных площадок, транспортных и инженерных путей, составлению геоинформационной карты заданного района. И уж совсем, казалось, фантастическая идея - создание на базе "АИСТа" противопожарной системы для высотных и недоступных объектов, с помощью которой можно было бы тушить очаги возгорания с очень высокой точностью.

И это еще не все. Снабдив планер соответствующей аппаратурой, легко превратить его в очень эффективную стационарную ветроэнергоустановку, а смонтированные на нем радиолокационные станции позволят образовать на границах нашего государства линии противосамолетной и противоракетной защиты с дальностью обзора до 250 км.

Сейчас мы рассматривали возможности системы, когда "АИСТ", "привязанный" к Земле, парит на высоте 10 км под действием тропосферного ветра. Но, оказывается, существуют и другие варианты его использования. Если снабдить планер кабиной пилота, а сделать это очень просто, то он может лететь в тросовой связке с наземным или водным буксиром, маневрируя по высоте и, частично, по курсу, перевозить людей или груз массой до 1000 кг на достаточно большие расстояния.

Дальнейшие исследования показали: на этом функции системы не заканчиваются. В частности, в таком варианте "АИСТ" пригодится в спортивно-рекламной сфере - для развития парашютного и планерного спорта, создания высотных оптических эффектов, обеспечения постоянной подсветки соответствующих объектов и т.д. Причем все это можно выполнять как в автоматическом, так и пилотируемом режиме.

Впрочем, перечислять все широчайшие и уникальные возможности "АИСТа" мы не будем, так как сами до конца их пока не знаем, но уверены: наша система имеет все шансы войти в Книгу рекордов Гиннесса в качестве "самого низкоскоростного летательного аппарата тяжелее воздуха". На свои разработки мы получили два патента РФ.


Доктор технических наук Г.В. МАЛЫШЕВ, Московский авиационный институт

Финверсия https://www.finversia.ru/ Портал финансовой информации
Авторские права на статьи принадлежат их авторам
Проект компании Kocmi LTD