Korzystny kąt widzenia
Wysokości stratosferyczne rzędu 18-30 kilometrów są słabo opanowane przez ludzi. W tego rodzaju "bliskiej kosmosie" samoloty są brane rzadko i nie ma tam statków kosmicznych. Ale taka warstwa w warstwie powietrza Ziemi jest bardzo wygodna do tajnej obserwacji. Po pierwsze, samoloty na takich wysokościach mogą badać obszar porównywalny do terytorium Afganistanu czy Syrii, a jednocześnie patrolować przez długi czas jedno terytorium. Jednocześnie orbitujący satelita dość szybko omija teren, często nie mając czasu na uchwycenie ważnych obiektów i procesów. Po drugie, naziemne systemy obrony powietrznej nie są jeszcze zaprojektowane do wyszukiwania i niszczenia takich małych samolotów zwiadowczych na dużych wysokościach. Według obliczeń efektywna powierzchnia rozpraszania może osiągnąć 0,01 m2… Oczywiście przy masowym pojawieniu się takich pseudosatelitów na niebie obrona powietrzna znajdzie rozwiązania do przechwytywania, ale koszt zniszczenia może być wygórowany. Oprócz rozpoznania, drony na dużych wysokościach mogą zapewniać komunikację i nawigację.
Większość dotychczas opracowanych dronów, przeznaczonych na takie wysokości, zbudowana jest w oparciu o ogniwa słoneczne i baterie. Na wysokości kilkudziesięciu kilometrów energia słoneczna jest „pochłaniana” znacznie wydajniej, co pozwala skrzydlatej maszynie nie tylko zasilać silniki elektryczne, ale także magazynować energię w akumulatorach. W nocy drony wykorzystują to, co przechowują w ciągu dnia, o świcie cykl się powtarza. Okazuje się, że jest to rodzaj perpetum mobile, który pozwala maszynom latać od kilku dni do kilku lat na wysokości do 30 kilometrów. Na przykład, jeśli jeden taki pseudosatelita zastąpi słynnego Global Hawka, to sam operator zaoszczędzi około 2000 ton paliwa rocznie. Nie uwzględnia to niższych kosztów i znacznie dłuższego czasu eksploatacji. Jednak wszystkie te informacje są teoretyczne: do tej pory rekord czasu lotu takiego sprzętu wynosi 26 dni. Osiągnął to w 2018 roku europejski pseudosatelita Airbus Zephyr.
W porównaniu z klasycznymi satelitami drony wysokogórskie są naturalnie znacznie tańsze i znajdują się bliżej Ziemi, co zapewnia wysoką jakość fotografowania i obserwacji. Wspomniany Airbus Zephyr jest 10 razy tańszy niż Global Hawk i 100 razy tańszy niż satelity World View. W tym przypadku pseudosatelity znajdują się poniżej jonosfery, co zwiększa dokładność nawigacji i określenie lokalizacji źródeł emisji radiowej. W przeciwieństwie do satelity samolot jest w stanie unosić się nad obiektem obserwacji przez długi czas, niczym orzeł, śledząc wszystkie zmiany zachodzące poniżej.
Jaka jest koncepcja pseudosatelity do lotów stratosferycznych? Jest to lekki płatowiec kompozytowy o dobrych właściwościach aerodynamicznych, wyposażony w wysoce wydajne panele słoneczne, akumulatory i ogniwa paliwowe. Ponadto wymagane są wysokowydajne silniki elektryczne, lekkie urządzenia sterujące o niskim zużyciu energii, zdolne do szybkiego i niezależnego reagowania na sytuacje awaryjne w locie. Takie pojazdy wysokościowe wyróżniają się niską nośnością (do 100-200 kilogramów) i ekstremalną powolnością - do kilkudziesięciu kilometrów na godzinę. Pierwszy z nich pojawił się w latach 80. w Stanach Zjednoczonych.
Latające panele słoneczne
Eksperymentalne pseudosatelity programu HALSOL były pierwszymi tego typu urządzeniami w Stanach Zjednoczonych. Nic sensownego z nich nie wyszło ze względu na elementarne opóźnienie technologiczne: nie było pojemnych baterii ani wydajnych ogniw słonecznych. Projekt został zamknięty, ale wygląd prototypów nie został odtajniony, a inicjatywa przeszła na NASA. Jej specjaliści zaprezentowali w 1994 roku swojego Pathfindera, który stał się de facto złotym standardem dla przyszłych pseudosatelitów. Urządzenie miało rozpiętość skrzydeł 29,5 metra, masę startową 252 kilogramy i wysokość 22,5 kilometra. Na przestrzeni kilku lat projekt był wielokrotnie modernizowany; ostatnim z serii był Helios HP, którego skrzydła rozciągnięto do 75 metrów, masa startowa doszła do 2,3 tony. To urządzenie w jednej z generacji było w stanie wznieść się na 29 524 metry - rekord dla samolotów latających poziomo bez silników odrzutowych. Z powodu niedoskonałych wodorowych ogniw paliwowych Helios HP zapadł się w powietrzu podczas drugiego lotu. Nie wrócili do idei jego restauracji.
Drugi znany model dwufunkcyjnego pseudosatelity można nazwać rodziną Zephyr z brytyjskiego QinetiQ, który pojawił się na sztucznym horyzoncie w 2003 roku. Po szeroko zakrojonych testach i ulepszeniach projektowych projekt został zakupiony przez Airbus Defence and Space w 2013 roku i rozwinięty w dwa główne modele. Pierwsza ma rozpiętość skrzydeł 25 m i obejmuje: szybowiec wykonany z ultralekkiego włókna węglowego, panele słoneczne z krzemu amorficznego firmy United Solar Ovonic, baterie litowo-siarkowe (3 kWh) firmy Sion Power, autopilot i ładowarkę firmy QinetiQ. Panele słoneczne generują do 1,5 kW energii elektrycznej, co wystarcza na całodobowy lot na wysokości 18 km. Drugim, większym pseudosatelitą był Zephyr T z dwoma bomami ogonowymi i zwiększoną rozpiętością skrzydeł (z 25 m do 33 m). Taka konstrukcja pozwala na czterokrotne podniesienie ładunku (o wadze 20 kg, wystarczającej do umieszczenia stacji radarowej na wysokości 19500 m).
Zephyr został już zakontraktowany przez armie Wielkiej Brytanii i Stanów Zjednoczonych w pojedynczych ilościach. Nie zdążyli jeszcze w pełni przyzwyczaić się do żołnierzy, gdy w marcu 2019 r. jeden z nich rozbił się w pobliżu zakładu montażowego w Farnborough w Hampshire. W tym wypadku w pełnej krasie ujawniła się główna wada takiego samolotu - jego wysoka wrażliwość na warunki meteorologiczne podczas startu i lądowania. Na wielokilometrowych wysokościach roboczych pseudosatelity nie boją się opadów i wiatru, ale przy ziemi czują się niekomfortowo.
DARPA również nie trzymała się z daleka od tak obiecującego tematu i pod koniec 2000 roku zainicjowała program VULTURE (Very-high Altitude, Ultraendurance, Loitering Theatre Element - super-wysoki system obserwacyjny z ultra długim włóczeniem się po teatrze działań). Pierworodnym był pseudosatelita Solar Eagle, stworzony przez Boeing Phantom Works we współpracy z QinetiQ i Venza Power Systems. Ten gigant ma 120 metrów rozpiętości skrzydeł, baterie litowo-siarkowe, osiem silników zasilanych zarówno panelami słonecznymi, jak i ogniwami wodorowymi. Obecnie Amerykanie sklasyfikowali projekt i najprawdopodobniej już testują Solar Eagle w formie prototypów przedprodukcyjnych.
Najnowocześniejszym z niesklasyfikowanych prototypów jest pseudosatelita opracowany wspólnie przez BAE i Prismatic Ltd - PHASA-35 (Persistent High Altitude Solar Aircraft, długoterminowe samoloty słoneczne na dużych wysokościach). W lutym 2020 roku został po raz pierwszy wystrzelony w powietrze w bazie Royal Air Force Base w Australii Południowej. Latający panel słoneczny ze skrzydłami jest w stanie pokonać 21 kilometrów i unieść ładunek o wadze do 15 kilogramów. Według standardów dronów na dużych wysokościach PHASA-35 ma niewielką rozpiętość skrzydeł 35 metrów i jest przeznaczony, jak piszą sami twórcy, do monitorowania, komunikacji i bezpieczeństwa. Jednak początkową i główną ścieżką pseudosatelity będzie praca bojowa. W związku z tym, po wynikach pierwszego lotu, Ian Muldoney, dyrektor techniczny BAE Systems, skomentował:
To znakomity, wczesny wynik, który pokazuje tempo, jakie można osiągnąć, łącząc najlepsze brytyjskie możliwości. Przejście od projektu do lotu w mniej niż dwa lata (20 miesięcy) pokazuje, że możemy sprostać wyzwaniu, jakie rząd Wielkiej Brytanii postawił przed przemysłem, aby zbudować przyszły system walki powietrznej w ciągu następnej dekady.
Do końca tego roku planowano zakończyć testy, a po 12 miesiącach przekazać klientowi pierwsze seryjne pojazdy. Ale pandemia, oczywiście, dokona własnych korekt w określonych ramach czasowych.
Obecnie obserwuje się stały wzrost zainteresowania takimi wysokogórskimi dronami, czego dowodem jest poszerzanie obszaru rozwoju. Oprócz sukcesów Chin, Indii, Tajwanu i Korei Południowej, rosyjskie biura projektowe zajmują się projektowaniem pseudosatelitów. W S. A. opracowano pierwszy krajowy eksperymentalny dron na dużych wysokościach. Ławoczkina i nazwał LA-251 „Aist”. Po raz pierwszy został zaprezentowany na forum Army-2016. Dron wykonany jest zgodnie z normalną konstrukcją aerodynamiczną i jest wolnonośnym jednopłatem o rozpiętości skrzydeł 16 mi masie około 145 kg. Jednopłat posiada dwie belki ogonowe, cztery silniki o mocy 3 kW i jest wyposażony w akumulator 240 Ah. Wysokość lotu do 12 tysięcy metrów, czas trwania do 72 godzin. Opracowywany jest większy „Aist” o rozpiętości skrzydeł 23 metrów i ładowności 25 kg. Taki pseudosatelita wznosi się już na 18 kilometrów i może przebywać w powietrzu przez kilka dni. W celu odciążenia konstrukcji samolot pozostawiono z jedną belką, a liczbę silników zmniejszono z czterech do dwóch. Dalszy rozwój rodzimej tematyki pseudosatelitów utrudnia brak technologii produkcji baterii litowo-siarkowych o jednostkowej wydajności energetycznej 400–600 Wh/kg. Dodatkowo potrzebujemy paneli słonecznych o ciężarze właściwym 0,32 kg/m2 z wydajnością co najmniej 20%. Pod wieloma względami od tego zależy, czy Rosja zdoła zmniejszyć istniejący dystans do światowych przywódców. Przy tak ogromnym terytorium nasz kraj po prostu nie może w przyszłości obejść się bez takich pseudosatelitów.
