NASA Helios

Зліт безпілотного літального апарата на сонячних батареях NASA Helios



13 серпня 2001 року експериментальний безпілотний літальний апарат NASA Helios досяг висоти 29 524 м, установивши світовий рекорд для крилатих літальних апаратів, не обладнаних реактивними двигунами. Літак перебував на висоті за 29 000 м понад 40 хвилин, довівши свою ефективність на цих висотах.

 

Наприкінці 1990-х років науковці з NASA замислилися над створенням екологічно чистих безпілотних літальних апаратів, які могли б упродовж тривалого часу здійснювати польоти у горішніх шарах атмосфери, виконуючи функцію «атмосферних супутників». Їх можна було б використовувати як ретранслятори для систем зв'язку, а також для вивчення атмосферних процесів.

 

За створення літальних апаратів узялася компанія AeroVironment, Inc. Ідея не була новою — ще 1983 року ця сама компанія збудувала й успішно запустила «висотний сонячний безпілотний літак» («High Altitude Solar», HALSOL), який становило 30-метрове легке й міцне крило з композитних матеріалів зі встановленими на ньому сонячними батареями й електродвигунами зі пропелерами. Наявні на той час технології не давали змоги створити достатньо ефективні сонячні батареї, які змогли б забезпечити необхідну для тривалого польоту енергію, тому проєкт відтермінували про ліпший час.

 

І ось «ліпший час» настав — удосконалений прототип, який отримав назву NASA Pathfinder, піднявся в повітря 1994 року в рамках запущеної NASA програми «Авіаційні й сенсорні технології для дослідження навколишнього середовища» (Environmental Research Aircraft and Sensor Technology, ERAST). Pathfinder мав розмах крила 30 м, а зрушували його вісім електродвигунів (пізніше їхню кількість скоротили до шести). Всією верхньою частиною крила були сонячні батареї, які забезпечували працю електродвигунів, засобів зв'язку та інших електронних систем безпілотника. Система резервних акумуляторів давала можливість продовжувати політ упродовж двох-п'яти годин після настання темряви. Швидкість польоту становила від 24 до 40 км/год.

 

1998 року прототип літального апарата модифікували, замінивши центральну частину крила на довшу. Розмах крила Pathfinder-Plus (так тепер називався літак) становив уже 37 м, що допомогло використовувати більше сонячних батарей і збільшити сумарну потужність електродвигунів майже на 70 % — від 7500 Вт до 12 500 Вт. Завдяки внесеним змінам Pathfinder-Plus зміг піднятися на висоту 24 445 м, установивши рекорд для гвинтових літальних апаратів.

 

Перший прототип — NASA Pathfinder

 

Дальшим кроком у розвитку безпілотників на сонячних батареях став NASA Centurion. Конструктивно він дуже нагадував попередника, зате мав набагато більший розмах крила — аж 63 м. Двигунів стало 14, а кількість підкрильних контейнерів для транспортування акумуляторів, компонентів системи керування і шасі зросла зі двох до чотирьох. Цей літальний апарат уже міг нести корисне навантаження до 272,2 кг (600 фунтів). Перший політ «Центуріона» відбувся в листопаді 1998 року і тривав 1 годину 24 хвилини. Серія подальших випробувальних польотів показала ефективність літального апарата, давши підставу для створення нових апаратів іще більших розмірів.

 

Третій прототип — NASA Centurion

 

Четвертий безпілотник — той самий NASA Helios — отримав додаткову центральну секцію крила і п'яту стійку шасі. Як і з попередніми моделями, збільшення розмірів крила дало змогу додати сонячних батарей і збільшити сумарну потужність апарата. Розмах крила цього апарата становив уже 75 м (для порівняння, розмах крил пасажирського Boeing-747 не перевищує 68,5 м). Між кожною з шести секцій крила розташовувалося п'ять гондол — обтічних стійок шасі з відсіками для розміщення обладнання. Залежно від виконуваних завдань планували налаштування безпілотника NASA Helios за однією зі двох конфігурацій: для досягнення максимальної висоти (HP01) або для досягнення максимальної тривалості польоту (HP03). В останній версії кількість двигунів зменшили від 14 до 10, а для забезпечення енергією в нічний час використовували воднево-повітряні паливні елементи. Кожен двигун мав потужність 1,5 кВт, тому, залежно від версії літального апарата, сумарна потужність могла становити 15 або 21 кВт.

 

На жаль, за два роки після встановлення рекорду висоти NASA Helios зазнав аварії. Під час випробувань на максимальну тривалість польоту безпілотник потрапив у зону сильної турбулентності й почав руйнуватися, після чого впав до океану приблизно за 16 км на захід від Гавайського острова Кауаї. Як з'ясувалося, зміна конфігурації літального апарата призвела до значного перерозподілу мас без зміни конструкції, що значно знизило його надійність.

 

Програму ERAST продовжили. Проте науковці погоджуються, що розробка буде корисна в майбутньому для освоєння Марса (оскільки щільність атмосфери цієї планети відповідає щільності атмосфери Землі) на висотах, де безпілотник зарекомендував себе найкраще.

 


Еволюція безпілотних літальних апаратів на сонячних батареях у рамках програми ERAST




Ця стаття з крутого проєкту «Розумний плакат Планета Земля»! Хочеш дізнатися про нього докладніше? Тоді тисни сюди!


А ще у нас є захоплюючі плакати «Сонячна система» і «Глибини океану».