Angolo di visione favorevole
Le altezze stratosferiche dell'ordine di 18-30 chilometri sono scarsamente dominate dagli umani. In questo tipo di "vicino allo spazio" gli aerei vengono presi di rado e non ci sono veicoli spaziali lì. Ma un tale strato nello strato d'aria della Terra è molto conveniente per l'osservazione segreta. In primo luogo, gli aerei a tali altitudini possono sorvegliare un'area paragonabile ai territori dell'Afghanistan o della Siria e allo stesso tempo pattugliare a lungo un territorio. Allo stesso tempo, il satellite in orbita salta il terreno piuttosto rapidamente, spesso non avendo il tempo di catturare oggetti e processi importanti. In secondo luogo, i sistemi di difesa aerea a terra non sono ancora progettati per cercare e distruggere tali velivoli da ricognizione di piccole dimensioni e ad alta quota. Secondo i calcoli, l'area di dispersione effettiva può raggiungere 0,01 m2… Naturalmente, con l'apparizione massiccia di tali pseudo-satelliti nel cielo, la difesa aerea troverà soluzioni per l'intercettazione, ma il costo della distruzione può essere proibitivo. Oltre alla ricognizione, i droni ad alta quota possono fornire comunicazioni e navigazione.
La maggior parte dei droni sviluppati finora, progettati per tali altezze, sono costruiti sulla base di celle solari e batterie. Ad altitudini di diverse decine di chilometri, l'energia solare viene "assorbita" in modo molto più efficiente, il che consente alla macchina alata non solo di alimentare i motori elettrici, ma anche di immagazzinare energia nelle batterie. Di notte, i droni usano ciò che immagazzinano durante il giorno; all'alba, il ciclo si ripete. Si scopre una sorta di macchina del moto perpetuo che consente alle macchine di volare da diversi giorni a diversi anni ad altitudini fino a 30 chilometri. Ad esempio, se uno di questi pseudo-satelliti sostituisce il famoso Global Hawk, l'operatore da solo risparmierà circa 2000 tonnellate di carburante all'anno. Questo non tiene conto del costo inferiore e dei tempi operativi molto più lunghi. Tuttavia, tutte queste informazioni sono teoriche: fino ad ora, il record per la durata del volo di tali apparecchiature è di 26 giorni. Ciò è stato ottenuto nel 2018 dallo pseudo-satellite europeo Airbus Zephyr.
Rispetto ai satelliti classici, i droni ad alta quota sono naturalmente molto più economici e sono più vicini alla Terra, il che garantisce riprese e osservazioni di alta qualità. Il suddetto Airbus Zephyr è 10 volte più economico di Global Hawk e 100 volte più economico dei satelliti World View. In questo caso, gli pseudo-satelliti si trovano al di sotto della ionosfera, il che aumenta l'accuratezza della navigazione e la determinazione della posizione delle sorgenti di emissione radio. A differenza di un satellite, un aereo è in grado di librarsi a lungo sull'oggetto di osservazione, come un'aquila, seguendo tutti i cambiamenti che si verificano al di sotto.
Qual è il concetto di pseudo-satellite per il volo stratosferico? È una cellula composita leggera con buone caratteristiche aerodinamiche, dotata di pannelli solari, accumulatori e celle a combustibile altamente efficienti. Inoltre, sono richiesti motori elettrici ad alta efficienza, dispositivi di controllo leggeri e a basso consumo energetico, in grado di reagire prontamente e in modo indipendente alle situazioni di emergenza in volo. Tali veicoli ad alta quota si distinguono per la loro bassa capacità di carico (fino a 100-200 chilogrammi) e l'estrema lentezza - fino a diverse decine di chilometri all'ora. Il primo di questi è apparso negli anni '80 negli Stati Uniti.
Pannelli solari volanti
Gli pseudo-satelliti sperimentali del programma HALSOL sono stati i primi tra questi dispositivi negli Stati Uniti. A causa dell'elementare ritardo nella tecnologia non ne è venuto fuori nulla di sensato: non c'erano batterie capienti o celle solari efficienti. Il progetto è stato chiuso, ma l'aspetto dei prototipi non è stato declassificato e l'iniziativa è passata alla NASA. I suoi specialisti hanno presentato il loro Pathfinder nel 1994, che è diventato, di fatto, il gold standard per i futuri pseudo-satelliti. Il dispositivo aveva un'apertura alare di 29,5 metri, un peso al decollo di 252 chilogrammi e un'altitudine di 22,5 chilometri. Nel corso di diversi anni, il progetto è stato più volte modernizzato; l'ultimo della serie è stato l'Helios HP, le cui ali sono state allungate a 75 metri, il peso al decollo è stato raggiunto fino a 2,3 tonnellate. Questo dispositivo in una delle generazioni è stato in grado di salire fino a 29.524 metri, un record per gli aerei che volano orizzontalmente senza motori a reazione. A causa delle celle a combustibile a idrogeno imperfette, l'Helios HP è crollato in aria durante il secondo volo. Non sono tornati all'idea del suo restauro.
Il secondo modello noto di uno pseudo-satellite a doppio scopo può essere chiamato la famiglia Zephyr dal britannico QinetiQ, che è apparso all'orizzonte artificiale nel 2003. Dopo numerosi test e miglioramenti del design, il progetto è stato acquistato da Airbus Defence and Space nel 2013 e sviluppato in due modelli principali. Il primo ha un'apertura alare di 25 m e comprende: un aliante in fibra di carbonio ultraleggera, pannelli solari in silicio amorfo di United Solar Ovonic, batterie litio-zolfo (3 kWh) di Sion Power, un pilota automatico e un caricabatterie di QinetiQ. I pannelli solari generano fino a 1,5 kW di elettricità, sufficiente per un volo 24 ore su 24 a un'altitudine di 18 km. Il secondo pseudo-satellite più grande era lo Zephyr T con due tail boom e un'apertura alare aumentata (da 25 m a 33 m). Questo design consente di sollevare quattro volte il carico utile (del peso di 20 kg, sufficiente per ospitare una stazione radar a un'altitudine di 19.500 m).
Zephyr è già stato contratto dagli eserciti della Gran Bretagna e degli Stati Uniti in quantità singole. Non avevano ancora avuto il tempo di abituarsi completamente alle truppe, quando nel marzo 2019 uno di loro si è schiantato vicino a un impianto di assemblaggio a Farnborough, nell'Hampshire. In questo incidente, il principale inconveniente di tali aerei è stato rivelato in piena gloria: la sua elevata sensibilità alle condizioni meteorologiche durante il decollo e l'atterraggio. Ad altezze di lavoro di molti chilometri, gli pseudo-satelliti non temono le precipitazioni e il vento, ma a terra si sentono a disagio.
Anche la DARPA non si è allontanata da un argomento così promettente e alla fine degli anni 2000 ha avviato il programma VULTURE (Altissima altitudine, Ultraendurance, Loitering Theatre Element - un sistema di osservazione super-alto con bighellonare ultra-lungo su un teatro di operazioni). Il primogenito è stato lo pseudo satellite Solar Eagle, creato da Boeing Phantom Works in collaborazione con QinetiQ e Venza Power Systems. Questo gigante ha un'apertura alare di 120 metri, batterie al litio-zolfo, otto motori alimentati sia da pannelli solari che da celle a idrogeno. Attualmente, gli americani hanno classificato il progetto e, molto probabilmente, stanno già testando la Solar Eagle sotto forma di prototipi di pre-produzione.
Il più moderno dei prototipi non classificati è uno pseudo-satellite sviluppato congiuntamente da BAE e Prismatic Ltd - PHASA-35 (Persistent High Altitude Solar Aircraft, aereo solare ad alta quota a lungo termine). Nel febbraio 2020, è stato lanciato in aria per la prima volta presso la Royal Air Force Base nel South Australia. Un pannello solare volante con le ali è in grado di percorrere 21 chilometri e trasportare un carico utile fino a 15 chilogrammi. Per gli standard dei droni d'alta quota, il PHASA-35 ha una piccola apertura alare di 35 metri ed è destinato, come scrivono gli stessi sviluppatori, al monitoraggio, alla comunicazione e alla sicurezza. Tuttavia, il percorso iniziale e principale dello pseudo-satellite sarà il lavoro di combattimento. A tal proposito, a seguito dei risultati del primo volo, Ian Muldoney, Direttore tecnico di BAE Systems, ha commentato:
Questo è un eccezionale risultato iniziale e dimostra il ritmo che può essere raggiunto quando uniamo il meglio delle capacità britanniche. Passare dalla progettazione al volo in meno di due anni (20 mesi) mostra che possiamo raccogliere la sfida che il governo del Regno Unito ha posto all'industria per costruire il futuro sistema di combattimento aereo nel prossimo decennio.
Entro la fine di quest'anno era previsto il completamento dei test e, dopo 12 mesi, il trasferimento al cliente dei primi veicoli di produzione. Ma la pandemia, ovviamente, effettuerà i propri aggiustamenti entro il periodo di tempo specificato.
Ora c'è una crescita costante dell'interesse per questi droni d'alta quota, e l'espansione dell'area di sviluppo ne è la prova. Oltre ai successi di Cina, India, Taiwan e Corea del Sud, gli uffici di progettazione russi sono coinvolti nella progettazione di pseudo-satelliti. Il primo drone sperimentale d'alta quota domestico è stato sviluppato presso la S. A. Lavochkin e chiamò LA-251 "Aist". È stato presentato per la prima volta al forum Army-2016. Il drone è realizzato secondo il normale design aerodinamico ed è un monoplano a trasporto libero con un'apertura alare di 16 m e una massa di circa 145 kg. Il monoplano ha due bracci di coda, quattro motori da 3 kW ed è dotato di una batteria da 240 Ah. Altitudine di volo fino a 12mila metri, durata fino a 72 ore. È in fase di sviluppo un "Aist" più grande con un'apertura alare di 23 metri e un carico utile di 25 kg. Un tale pseudo-satellite sale già di 18 chilometri e può rimanere in aria per diversi giorni. Per alleggerire il design, l'aereo è stato lasciato con un raggio e il numero di motori è stato ridotto da quattro a due. L'ulteriore sviluppo del tema domestico degli pseudosatelliti è ostacolato dalla mancanza di tecnologie per la produzione di batterie litio-zolfo con una potenza specifica di 400-600 Wh / kg. Inoltre, abbiamo bisogno di pannelli solari con un peso specifico di 0,32 kg/m2 con un rendimento di almeno il 20%. Per molti aspetti, dipende da questo se la Russia sarà in grado di ridurre il divario esistente con i leader mondiali. Con un territorio così vasto, il nostro paese semplicemente non può fare a meno di tali pseudo-satelliti in futuro.
