Беспилотные летательные аппараты на солнечных батареях

Во всем мире беспилотным летательным аппаратам (БПЛА) уделяется сейчас повышенное внимание. Ведь легким, маневренным аппаратам под силу выполнять такие работы, которые не могут выполнить их тяжелые пилотируемые собратья. Изначально беспилотники разрабатывались для применения исключительно в военных целях. Но, как оказалось, что с успехом их могут использовать спасатели, геологи, топографы, вулканологи, да и просто обычные любители фото- видеосъемок. Полетное время большинства аппаратов ограничено из-за недостатка топлива или энергии. Но использование солнечных батарей в качестве источника энергии на борту БПЛА дает возможность увеличить полетное время до нескольких месяцев.

Китайская «Радуга» в ближнем космосе

В июне 2017 года в Китае провели испытания прототипа крупногабаритного дрона, работающего на энергии, вырабатываемой солнечными батареями. Этот беспилотник получил название «Цайхун» («Радуга»). Он самостоятельно разогнался и взлетел на испытательном полигоне, набрал высоту 20 километров и на этой высоте летал достаточно продолжительное время. После чего перешел в режим снижения и благополучно приземлился на полигоне. Обработав телеметрическую информацию, полученную во время полета беспилотника, китайские инженеры убедились в том, что принятая концепция является верной и теперь можно будет серийно выпускать подобные аппараты, у которых, как говорят специалисты, будет большое будущее.

Технические детали китайские авиастроители не раскрыли, но отдельные конструктивные особенности стали доступны. Во-первых, это схема конструкции. За основу была принята двухбалочная схема, то есть хвостовое оперение крепится к несущему крылу на двух балках. Размах несущего крыла – 40 метров. На его верхней поверхности размещены солнечные батареи, которые обеспечивают энергией восемь винтовых двигателей. Избыток вырабатываемого электричества направляется на зарядку аккумуляторов, которые должны поддерживать работу двигателей в ночное время.

Китайский беспилотник «Цайхун»

В испытательном полете «Цайхун» поднялся на высоту 20000 метров, но он способен подниматься на высоту до 30000 метров и развивать скорость до 200 километров в час. В такой конфигурации аппарат может находиться в полете несколько месяцев. В серийном производстве его предполагается изготавливать для нужд военных, а также для постоянного мониторинга климатических катаклизмов, для метеонаблюдений, для обеспечения навигации и связи.

AtlantikSolar устанавливает рекорды

В отделе механико-технологической инженерии Цюрихского института робототехники и интеллектуальных систем сотрудники группы воздушных транспортных средств Лаборатории автономных систем в рамках работ над проектом AtlantikSolar создали беспилотный летательный аппарат, получивший название проекта. Это полностью автономный, роботизированный аппарат, работающий исключительно на энергии, получаемой от бортовых солнечных батарей. Изначально предложение разработать такой аппарат поступило от гляциологов, проводящих мониторинг состояния снежного покрова и ледников Гренландии.

Первый полет (модель Rafz RC) состоялся летом 2015 года. Беспилотник весом 6.8 килограмма поднялся в воздух 30 июня в 11 часов 14 минут, имея на борту заряженные на 57% аккумуляторы, навигационную аппаратуру и систему управления. За три часа полета аккумуляторы дрона зарядились на 100%, и этот заряд не расходовался до тех пор, пока солнце на начало заходить. После захода солнца бортовая аппаратура и двигатель дрона перешли на питание от аккумулятора. Ночью аппарат продолжил свой полет под управлением навигационной системы и автопилота. Установленные на крыльях индикаторные лампы позволили наблюдателям следить за полетом.

Швейцарский беспилотник AtlantikSolar

Ночью дрон летел со средней скоростью 8.5 м/сек, при этом мощность, потребляемая всей аппаратурой и двигателем, составляла порядка 43 ватт. К моменту, когда взошло солнце и солнечные батареи начали снова вырабатывать электричество, заряд аккумуляторов составил 35%. Ровно через 24 часа после старта, первого июля в 11.15 минут, заряд аккумуляторов составил 84%, а через полтора часа аккумуляторы были заряжены на 100%. Через 28 часов после старта была дана команда на снижение, и в 15 часов 35 минут AtlantikSolar благополучно приземлился на клубном аэродроме в Цюрихе.

Через несколько недель после этого полета инженеры снарядили аппарат для нового полета. На этот раз полетная программа была рассчитана на 80 часов. Разработчики планировали установить новый рекорд полета для солнечных беспилотников этого класса. AtlantikSolar поднялся в воздух и приземлился через 81.5 часов, установив тем самым новый мировой рекорд для аппаратов этого класса. За время своего более чем трехсуточного полета AtlantikSolar пролетел 2316 километров, установив абсолютный рекорд в этом классе. 98% полетного времени аппарат летал полностью в автономном режиме и только 2% времени – под ручным управлением. После приземления аккумуляторы беспилотника были полностью заряжены, а это означает, что аппарат мог летать еще очень длительное время.

В стратосфере российский «Аист»

В НПО имени С.А. Лавочкина создан и прошел испытания беспилотный летательный аппарат, работающий от солнечных батарей. Аппарат получил название ЛА-252 «Аист». Предназначался он, разумеется, в первую очередь, для военных целей, но, как показывает опыт, очень быстро подобные конструкции завоевывают место и в гражданской жизни. Как и все аппараты подобного типа, разрабатываемые в НПО, этот дрон имеет традиционную самолетную конструкцию – фюзеляж, несущее крыло, хвостовое оперение. Несущее крыло имеет длину 25 метров и покрыто солнечными батареями. Два электродвигателя вращают винты, обеспечивая движение аппарата. В фюзеляже расположены аккумуляторная батарея, бортовые системы контроля и управления полетом, а также полезная нагрузка.

Российский беспилотник Ла-252 «Аист»

Взлетный вес БПЛА составляет 125 килограммов, и он способен нести полезную нагрузку до 25 килограммов. По своим характеристикам эта машина относится к классу атмосферных спутников и предназначен для работы на высотах от 15 до 25 километров. При создании аппарата были использованы самые современные высокопрочные, но легкие композитные материалы, а сам он имеет превосходные аэродинамические характеристики. Дрон рассчитан на длительный – до ста суток — автономный беспосадочный полет в стратосфере. Проведенные летом и осенью 2017 года наземные и летные испытания полностью подтвердили практически все расчетные параметры, исключая только подъем на максимальную высоту, в стратосферу. Дело в том, что для осуществления полета в стратосферу необходимо пройти специальную регистрацию БПЛА.

Сейчас БПЛА используются не только в военных целях. Дроны, работающие на гелиевых батареях, успешно работают в стратосфере, создавая с помощью бортовой аппаратуры особую инфраструктуру, обеспечивая доступ в интернет для самых отдаленных и наименее развитых уголков Земли.