Аннотация:
Британская компания BAE Systems добавляет новую возможность беспроводного источника питания к своему высотному солнечному дрону PHASA-35, который использует наземную станцию для направленного излучения микроволновой энергии летающему дрону в дополнение к его мощности. Проект получил поддержку по контракту в размере 15,7 миллиона фунтов стерлингов и примерно 21 миллион долларов США от Британского агентства перспективных исследований и изобретений (ARIA) с целью завершения разработки технологий и летной проверки в течение следующих трех с половиной лет. Если испытание пройдёт успешно, этот метод, как ожидается, решит проблему высотных дронов на солнечной энергии, которым трудно поддерживать полет ночью и при недостатке солнечного света зимой.
PHASA-35 — это высотный и долговечный БПЛА на солнечной энергии, также классифицируемый как «высотный псевдолит» (HAPS). Он предназначен для работы в стратосфере на высоте около 20 000 метров. Он может избегать большинства погодных условий и традиционного воздушного движения и продолжать курсировать со скоростью около 90 километров в час. Самолет имеет 35-метровое композитное крыло из углеродного волокна. Фюзеляж очень легкий. На поверхности крыльев расположены солнечные батареи, обеспечивающие энергией электродвигатели и бортовое оборудование.
Самым большим преимуществом этого типа самолета является то, что он может длительное время оставаться над заданными территориями для выполнения задач. Высотные дроны на солнечных батареях дешевле в развертывании, чем традиционные спутники, которые необходимо запускать в космос и которые могут менять районы миссии, как обычные самолеты. В будущем PHASA-35 сможет выполнять ретрансляцию связи, наблюдение за землей, наблюдение и другие задачи, требующие длительной непрерывной работы.
Теоретически PHASA-35 может полагаться на солнечную энергию для выработки электроэнергии в течение дня, сохраняя при этом избыточную мощность в аккумуляторе для поддержания полета в ночное время. BAE Systems ранее поставила перед собой цель обеспечить до одного года непрерывного полета этого самолета. Однако эта способность сильно зависит от местных условий солнечного света.
Вблизи экватора, поскольку продолжительность дня и ночи меняется меньше в течение года, дронам на солнечных батареях легче получать достаточно солнечного света. Но в высоких широтах, таких как Великобритания, ситуация совершенно иная. Зимой дни значительно сокращаются, а ночи становятся длиннее. В некоторые периоды может даже наблюдаться длительное отсутствие эффективного солнечного света. Для самолетов, которым необходимо постоянно поддерживать высоту, емкость аккумулятора в конечном итоге становится критическим ограничением при определении времени полета.
Если добавить большое количество аккумуляторов, чтобы справиться с долгими зимними ночами, вес самолета еще больше увеличится. Для чрезвычайно легкого самолета на солнечной энергии, такого как PHASA-35, увеличение веса напрямую повлияет на эффективность полета, а также займет весовое пространство, которое в противном случае можно было бы использовать для оборудования связи, датчиков и других грузов миссии.
Поэтому ARIA запустила проект «Платформа постоянной атмосферы», надеясь разработать новую энергетическую систему, которая позволит высотным солнечным платформам избежать дневных, ночных и сезонных ограничений. Prismatic, дочерняя компания BAE Systems, будет использовать PHASA-35 в качестве реальной платформы для летной проверки для поэтапной разработки и тестирования наземной технологии беспроводного электропитания в течение следующих трех с половиной лет.
Основной принцип заключается в строительстве специальной станции передачи энергии с земли для преобразования электрической энергии в направленные микроволновые лучи и точной отправки энергии на PHASA-35, расположенный на большой высоте. Внутри крыла самолета будет интегрировано специальное приемное устройство, которое будет преобразовывать полученную микроволновую энергию в электрическую и затем подавать ее в двигатель и аккумуляторную систему самолета.
Это решение явно отличается от беспроводной зарядки в традиционном понимании. Дрон не приземляется на землю и не контактирует с каким-либо зарядным оборудованием. Вместо этого он продолжает лететь на высоте десятков тысяч метров, получая энергию от наземного оборудования дальнего действия. Таким образом, пока наземная станция может продолжать обеспечивать энергией местонахождение самолета, PHASA-35 может продолжать полет, даже если солнце зашло.
Для высотных дронов, работающих на солнечной энергии, самое большое значение этой технологии заключается не только в увеличении времени ночного полета, но и в возможности перераспределения ограниченного веса самолета. Если самолету больше не нужно нести аккумуляторы большой емкости, способные выдерживать долгие зимние ночи, вес аккумуляторов можно уменьшить, а освободившийся вес можно использовать для добавления оборудования связи, радара, электрооптических датчиков или другой полезной нагрузки.
BAE Systems заявила, что PHASA-35 ранее зарекомендовала себя как недорогая альтернативная спутниковая платформа, и в этом проекте будут дополнительно изучены способы повышения способности этого самолета к непрерывной работе. Конечная цель состоит в том, чтобы солнечные высотные платформы больше не были ограничены сезонным солнечным светом, тем самым действительно обеспечивая долгосрочное воздушное развертывание в течение всего года.
ФАСА-35 ранее прошел многочисленные летные и прочностные испытания. Самолет совершил свой первый полет в 2020 году и с тех пор прошел десятки часов ресурсных испытаний и всестороннюю проверку установленных на нем датчиков. Он предназначен для работы в стратосфере в течение длительных периодов времени и выполнения задач, которые экономически сложно выполнить традиционным спутникам и некоторым пилотируемым самолетам.
Если технология наземного обеспечения сверхвысокочастотной энергией будет наконец апробирована, сфера применения этого самолета может быть еще больше расширена. Для выполнения задач связи высотная платформа может длительное время зависать над целевой территорией, обеспечивая ретрансляцию связи в отдаленных районах; для миссий наблюдения и наблюдения за землей он может оставаться вблизи фиксированной зоны в течение длительного времени без необходимости приземляться и перезаряжаться так часто, как обычные дроны.
Однако беспроводное энергоснабжение с земли на высотные самолеты по-прежнему сталкивается со многими техническими проблемами, включая эффективность передачи микроволновой энергии, управление лучом на большие расстояния, вес приемного оборудования самолета, передачу энергии в сложных погодных условиях и безопасность полета. Одним из основных моментов этого проекта является проверка того, может ли эта технология стабильно работать в реальной атмосферной среде посредством реальных демонстрационных полетов.
Контракт с ARIA будет реализован в три этапа, с конечной целью PHASA-35, оснащенной полной системой для всесторонней летной демонстрации. В случае успеха высотные дроны на солнечных батареях могут перейти от режима работы, в котором «полагаются на солнце днем и полагаются на батареи ночью», на всепогодную энергетическую систему, которая «сочетает солнечную энергию с наземным беспроводным энергоснабжением».
Для PHASA-35 это означает, что его изначальная самая большая слабость — недостаток солнечного света ночью и зимой — как ожидается, будет решена за счет подачи энергии с земли. Для всей области HAPS эта технология может позволить высотным солнечным самолетам действительно иметь возможность оставаться в воздухе круглый год, образуя новую платформу между традиционными самолетами и спутниками в определенных миссиях связи, наблюдения и наблюдения за Землей.
Комментарии