Журнал «Юный техник» - Юный техник, 2009 № 10

СЛЕДИМ ЗА СОБЫТИЯМИ

Вокруг света на солнцелете

Летом 2009 года в Швейцарии был публично продемонстрирован Solar Impulse («Солнечный импульс») — уникальный самолет, работа над которым была начата еще 6 лет тому назад. Именно на таком солнцелете команда под руководством потомственного исследователя и искателя приключений Бертрана Пикара, совершившего в 1999 году беспосадочное кругосветное путешествие на гибридном гелиево-тепловом аэростате Breitling Orbiter, собирается осуществить еще одну кругосветку.

Идея длительного полета без использования топлива владеет умами конструкторов летательных аппаратов уже не первое десятилетие. С начала 70-х годов XX века во всем мире строят пилотируемые и беспилотные солнцелеты — летательные аппараты, энергию для движения которым дают фотоэлементы, которыми обклеивается практически вся поверхность такого самолета (см. «Подробности для любознательных).

Первые испытания летательного аппарата Solar Impulse запланированы на 2009 год. Экспериментальные полеты намечены на ближайшие 3 года.

«Мы собираемся лететь вокруг земного шара в направлении с запада на восток (потому что так ночь короче и ветры попутные), — рассказал журналистам на прессконференции Бертран Пикар. — Максимальная скорость летательного аппарата — около 70 км/ч, размах крыла — 61 м, масса — 1600 кг, причем четверть веса приходится на солнечные батареи из монокристаллического кремния толщиной 130 мкм и общей площадью 250 кв. м.»…

Внешний вид «Солнечного импульса».

Для начала «Солнечный импульс» должен облететь нашу планету по тропику Рака с пятью посадками. Схема полета примерно такая. Днем пилот набирает максимальную высоту, заряжая попутно литиевые аккумуляторы в крыльях общей массой в 450 кг. Ночью накопленная энергия будет питать двигатели суммарной мощностью всего 12 л.с., совсем как у первого самолета братьев Райт. Более мощным движкам просто не хватит энергии, вырабатываемой «солнцечувствительным» крылом. И то до утра самолет останется в воздухе лишь в том случае, если треть темного времени сумеет неспешно планировать на выключенных моторах, теряя высоту с 8,5 до 3 км.

Кстати, установление рекордов — это у Пикаров семейное дело. Дед Бертрана, Огюст Пикар, был первым человеком, поднявшимся в стратосферу в собственного изобретения герметичной гондоле воздушного шара в 1931 (на 15 780 м) и в 1932 (на 16 201 м) годах. Сын Огюста и отец Бертрана, Жак, первым побывал на дне Марианской впадины. Сам Бертран уже облетел вокруг света на аэростате за 19 дней.

Промежуточные посадки обусловлены необходимостью смены пилотов, каждый из которых может находиться в полете не больше четырех-пяти суток подряд. При этом каждому придется спать 15–20 минут каждый час, доверив управление самолетом автопилоту, рассказал пилот Андре Боршерг.

Построенный самолет команда Пикара предполагает использовать только для тренировок. После накопления необходимого опыта будет построен второй самолет, возможно, больших размеров — с размахом крыла более 80 м. Вот на нем швейцарцы и планируют осуществить кругосветку, возможно, даже без промежуточных посадок.

Разработки российских авиаконструкторов пока на рекорды не претендуют. Причина нашего отставания банальна — нет денег, соответствующих материалов и оборудования. Ведь на сооружение «Солнечного импульса» ушло около 70 млн. евро, были использованы самые современные материалы.

В. ЧЕРНОВ

ПЕРВЫЕ «ПТЕНЦЫ»

Самый первый в мире беспилотный летательный аппарат (БПЛА) с солнечной энергоустановкой Sunrise I, разработанный конструктором Р. Боушером из компании Astro Flight по контракту с Пентагоном, поднялся в воздух 4 ноября 1974 года на полигоне Байсикл-Лейк военной базы Форт-Ирвин в Калифорнии.

Крылья Sunrise I несли 4096 фотоэлементов, дававших суммарную мощность 450 Вт. Этого оказалось достаточно, чтобы аппарат с размахом крыла 9,75 м и массой 12 кг достиг высоты 6100 м.

Спустя год в воздух поднялся Sunrise II, имевший 4480 фотоэлементов, дававших мощность 600 Вт. Но весила данная модель, благодаря использованию новейших композиционных материалов, всего 1,8 кг. Конструкторы надеялись, что аппарат поднимется на высоту 23 000 м, однако проблемы с управлением так и не позволили достичь этого.

Следующим «птенцом» солнечной авиации стал Gossamer Penguin, построенный в 1980 году конструкторами американской фирмы AeroVironment при поддержке корпорации Dupont. По идее этот пилотируемый самолет должен был перелететь через пролив Ла-Манш из Франции в Великобританию. Однако «птенец» оказался хрупким и летал плохо. Пришлось его в значительной степени усовершенствовать.

Второй вариант — Solar Challenger — весил 90 кг, а его крылья, размахом 14,3 м, были покрыты 16 128 солнечными элементами общей мощностью 2600 Вт. В июле 1981 года он стал первым в истории самолетом, который пролетел 262 км от Парижа до британского Мэнстона, используя исключительно солнечную энергию.

Успех, достигнутый Solar Challenger, подогрел интерес к созданию еще более совершенных солнцелетов. Так, сотрудники корпорации AeroVironment начали работу над проектом «Высотного солнечного беспилотного самолета» (High Altitude Solar, или HALSOL). Он представлял собой очень легкое и прочное крыло размахом 30 м, изготовленное из углепластика, кевлара, полистирола и обтянутое пленкой из майлара.

Разработка проекта HALSOL проходила в режиме строгой секретности. А потому, когда летом 1983 года самолет начал летать в районе военной базы Грум-Лейк в штате Невада, то наряду с самолетом-«невидимкой» F-117 добавил несколько новых фактов в летопись НЛО.

Впрочем, после десятка полетов испытания пришлось прервать. Дело в том, что поначалу для HALSOL не нашлось фотоэлементов достаточной эффективности и для полетов использовали бортовые аккумуляторы. А их тяжесть и громоздкость не позволила выявить аэродинамические характеристики аппарата в полной мере.

Прошло более 10 лет, прежде чем проект вернули к жизни специалисты NASA. Они поставили на аппарат космические фотоэлементы, и 11 сентября 1995 года солнцелет Pathfinder достиг рекордной высоты 15 400 м.

А спустя еще 3 года новая модификация Pathfinder Plus — с удлиненным крылом — поставила новый рекорд, достигнув 6 августа 1998 года высоты 24 445 м.

Впрочем, специалистов интересовал не столько сам рекорд, сколько эффективность нового поколения фотоэлементов, которые предполагалось использовать при разработке самолета Centurion с практическим потолком в 30 000 м.

Благодаря сотрудникам калифорнийской фирмы SunPower, сумевших повысить КПД фотоэлементов до 19 %, удалось увеличить и мощность моторов с 7500 до 12 500 Вт. А когда еще и размах крыла увеличили с 30 до 63 м, стало понятно, что Centurion представляет собой беспилотный самолет, пригодный для практической работы.

В 1999 году Centurion переименовали в Helios, по имени греческого бога солнца, модифицировали его еще раз, увеличив крыло до 75 м (больше, чем у Boeing 7471) и разместив на нем 62 120 фотоэлементов. В итоге получился аппарат, который официально назвали «самолет для исследований окружающей среды» или ERAST (Environmental Research Aircraft and Sensor Technology).

На самом деле Helios готовили для разведывательной работы, а потому он должен был летать не только днем, но и ночью. С этой целью его оснастили еще и топливными элементами, питавшими моторы в ночное время суток. Кроме того, такой БПЛА мог бы также выступать в роли радиоретранслятора, заменяя спутники связи, использоваться для наблюдений за погодой и многим другим.

Однако всем этим планам не суждено было сбыться.

Правда, 13 августа 2001 года Helios поставил неофициальный рекорд высоты для самолетов без реактивных двигателей, достигнув высоты 29 523 м. Однако спустя две недели, 26 июня 2003 года, во время очередного испытательного полета на Helios вышла из строя система управления, и он рухнул в океан в районе Гавайев.

После гибели аппарата Helios NASA стало разрабатывать проект беспилотника Vulture («Гриф»), который, по идее, будет способен оставаться в воздухе в течение 5 лет. Как будут продвигаться работы над этим проектом, мы вам еще расскажем. Пока же можем добавить, что согласно техническому заданию Vulture должен довольствоваться 5 кВт энергии, непрерывно работать в течение 5 лет и поднимать в стратосферу оборудование массой до 500 кг. По плану летательный аппарат должен быть принят на вооружение к 2015 году. Причем для большей надежности конструкцию Vulture сделают модульной, предполагающей быструю замену целых блоков резервных топливных элементов прямо в ходе полета.