Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Для марсианского передвижного зонда см. Mars Pathfinder .
Патфайндер
Патфайндер Плюс
Самолет на солнечных батареях Pathfinder над Гавайями.jpg
Следопыт в полете над Гавайями
РольБПЛА с дистанционным управлением
ПроизводительAeroVironment
Основной пользовательПрограмма НАСА ЭРАСТ
Количество построенных1
Разработан вНАСА Центурион
НАСА Гелиос

NASA Pathfinder и NASA Pathfinder Plus был первые два самолета разработан в рамках эволюционной серии солнечного - и топливных элементы -СИСТЕМЫ питания беспилотных летательных аппаратов . Компания AeroVironment, Inc. разработала аппараты в рамках программы НАСА по программе « Самолеты и сенсорные технологии для исследования окружающей среды» (ERAST). Они были построены для разработки технологий, которые позволят долгосрочным высотным самолетам служить в качестве спутников в атмосфере , выполнять задачи исследования атмосферы, а также служить в качестве коммуникационных платформ. [1] Они были развиты в NASA Centurion иСамолет НАСА Гелиос .

Pathfinder [ править ]

Компания AeroVironment инициировала разработку полномасштабных летательных аппаратов на солнечной энергии с транспортных средств Gossamer Penguin и Solar Challenger в конце 1970-х - начале 1980-х годов после новаторской работы Роберта Баучера , который построил первые летающие модели на солнечной энергии в 1974 году. Компания AeroVironment построила четыре поколения беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) с длительным сроком службы, первым из которых был Pathfinder.

Развитие [ править ]

В 1983 году AeroVironment получила финансирование от неуказанного правительственного агентства США для тайного исследования концепции БПЛА, обозначенной как High Altitude Solar или HALSOL. Первый полет прототипа HALSOL состоялся в июне 1983 года. Девять полетов HALSOL состоялись на озере Грум в Неваде. Полеты проводились с использованием радиоуправления и батарейного питания, так как самолет не был оснащен солнечными батареями. Аэродинамика HALSOL была подтверждена, но расследование привело к выводу, что ни фотоэлектрические элементы, ни технология накопления энергии не были достаточно зрелыми, чтобы реализовать эту идею на данный момент, и поэтому HALSOL был помещен на хранение. [2]

В 1993 году, после десяти лет хранения, самолет был возвращен в состояние полета для кратковременного полета Организацией противоракетной обороны (BMDO). С добавлением небольших солнечных батарей осенью 1993 г. и в начале 1994 г. было выполнено пять контрольных полетов на малой высоте в рамках программы BMDO в NASA Dryden на комбинации солнечной энергии и энергии батарей. [3]

В 1994 году самолет был передан программе NASA ERAST для разработки авиационной техники на научной платформе. Он был переименован в «Следопыт», потому что он был «буквально путеводителем для будущего парка самолетов на солнечных батареях, которые могли бы оставаться в воздухе в течение недель или месяцев в рамках научных миссий по отбору проб и визуализации». [3] Была запланирована серия полетов, чтобы продемонстрировать, что чрезвычайно легкая и хрупкая конструкция самолета с очень большим удлинением(соотношение между размахом крыла и хордой крыла) может успешно взлетать и приземляться из аэропорта и может подниматься на очень большие высоты (от 50000 футов (15000 м) до 80000 футов (24000 м)) с помощью силы солнце. Кроме того, проект ERAST также хотел определить возможность использования такого БПЛА для переноски инструментов, используемых в различных научных исследованиях. [4]

21 октября 1995 года хрупкость самолета была четко продемонстрирована, когда он был серьезно поврежден в результате аварии в ангаре, но впоследствии был восстановлен. [4]

Описание самолета [ править ]

Pathfinder приводился в движение восемью электродвигателями - позже их количество сократилось до шести, - которые сначала питались от батарей. Он имел размах крыла 98,4 фута (30,0 м). Две подкрыльевые капсулы содержат шасси, батареи, систему приборов с тройным резервированием и компьютеры управления полетом с двойным резервированием. К тому времени, когда самолет был включен в проект ERAST в конце 1993 года, уже были добавлены солнечные элементы, которые в конечном итоге покрыли всю верхнюю поверхность крыла. [1] Солнечные батареи обеспечивают питание электродвигателей, авионики, средств связи и других электронных систем самолета. Pathfinder также имел систему резервных аккумуляторов, которая могла обеспечивать питание от двух до пяти часов, чтобы обеспечить ограниченный полет после наступления темноты. [3]

Pathfinder летит со скоростью всего от 15 миль в час (24 км / ч) до 25 миль в час (40 км / ч). Управление по тангажу обеспечивается за счет использования крошечных рулей высоты на задней кромке крыла. Управление поворотом и рысканием осуществляется за счет замедления или ускорения двигателей на внешних частях крыла. [3]

Летные испытания и записи [ править ]

Основные научные мероприятия миссий Pathfinder включали определение статуса питательных веществ в лесах, возобновление роста лесов после ущерба, нанесенного ураганом Иники в 1992 году, концентрации отложений / водорослей в прибрежных водах и оценку состояния коралловых рифов. Научная деятельность координируется Исследовательским центром Эймса НАСА и включает исследователей из Гавайского и Калифорнийского университетов.. В полете Pathfinder были испытаны два научных инструмента, разработанных ERAST, цифровой сканирующий интерферометр с высоким спектральным разрешением (DASI) и бортовая система визуализации в реальном времени с высоким пространственным разрешением (ARTIS), оба из которых были разработаны в Эймсе. Эти полеты проводились на высоте от 22 000 футов (6700 м) до 49 000 футов (15 000 м) в 1997 году [3].

11 сентября 1995 года Pathfinder установил неофициальный рекорд высоты для самолета на солнечных батареях - 50 000 футов (15 000 м) во время 12-часового полета из НАСА Драйден . [1] [4] Эта и последующие записи, заявленные НАСА для Pathfinder, остаются неофициальными, поскольку они не были подтверждены FAI , международно признанным органом по установлению мировых рекордов в области авиации. Национальная ассоциация аэрокосмической представила NASA-индустрию Эраст команду с наградой за одной из «10 самых запоминающихся Рекордных полетов» в 1995 году [3]

После дальнейших модификаций, самолет был перемещен в ВМС США «s Pacific Missile Range Facility (PMRF) на гавайском острове Кауаи . В одном из семи полетов весной и летом 1997 года Pathfinder поднял рекорд высоты для самолетов на солнечных батареях, а также самолетов с винтом, до 71 530 футов (21 800 м) 7 июля 1997 года. Во время этих полетов, Pathfinder нес два легких инструмента для получения изображений, чтобы больше узнать о наземных и прибрежных экосистемах острова, продемонстрировав потенциал таких самолетов в качестве платформ для научных исследований. [1]

Pathfinder-Plus [ править ]

Pathfinder-Plus в полете над Гавайями, июнь 2002 г., оснащенный оборудованием связи Skytower.
Pathfinder-Plus на выставке в Центре Удвар-Хейзи

В 1998 году Pathfinder был модифицирован в конфигурацию с более длинным крылом Pathfinder-Plus. Он использовал четыре из пяти секций оригинального крыла Pathfinder, но заменил новую центральную секцию крыла длиной 13 м (44 фута), которая включала в себя высокогорный аэродинамический профиль, разработанный для последующего Centurion / Helios. Новая секция была вдвое длиннее оригинала и увеличила общий размах крыльев с 98,4 футов (30,0 м) до 121 футов (37 м). Новая центральная часть была увенчана более эффективными кремниевыми солнечными элементами, разработанными SunPower Corporation из Саннивейла, Калифорния., которые могут преобразовывать почти 19 процентов получаемой солнечной энергии в полезную электрическую энергию для питания двигателей, авионики и систем связи корабля. Это по сравнению с примерно 14-процентной эффективностью для старых солнечных батарей, которые покрывают большую часть поверхности средних и внешних панелей крыла от оригинального Pathfinder. Максимальная потенциальная мощность была увеличена с примерно 7500 Вт на Pathfinder до примерно 12500 Вт на Pathfinder-Plus. Количество электродвигателей увеличили до восьми, а в качестве двигателей использовались более мощные агрегаты, предназначенные для последующих самолетов. [3]

Опытные полеты Pathfinder-Plus, совершенные на PMRF летом 1998 года, подтвердили силовые, аэродинамические и системные технологии его преемника, Centurion. 6 августа 1998 года Pathfinder-Plus подтвердил свою конструкцию, подняв национальный рекорд высоты до 80 201 футов (24 445 м) для самолетов с солнечной батареей и винтом. [1] [5]

Испытания атмосферных спутников [ править ]

В июле 2002 года Pathfinder-Plus перевозил коммерческое оборудование для ретрансляции связи, разработанное Skytower, Inc., дочерней компанией AeroVironment , в ходе испытания использования самолета в качестве платформы для вещания. Skytower в сотрудничестве с НАСА и Министерством связи Японии проверили концепцию « атмосферного спутника », успешно используя самолет для передачи как сигнала HDTV, так и IMT-2000.сигнал беспроводной связи с расстояния 65 000 футов (20 000 м), что дает самолету эквивалент башни передатчика высотой 12 миль (19 км). Из-за большого угла обзора самолета для передачи использовался только один ватт мощности, или 1/10 000 мощности, необходимой наземной вышке для обеспечения того же сигнала. [6]По словам Стюарта Хиндла, вице-президента по стратегии и развитию бизнеса SkyTower, «платформы SkyTower по сути представляют собой геостационарные спутники без временной задержки». Кроме того, Хиндл сказал, что такие платформы, летающие в стратосфере, в отличие от реальных спутников, могут обеспечить гораздо более высокие уровни использования частот. «Единая платформа SkyTower может обеспечить пропускную способность фиксированного широкополосного местного доступа в 1000 раз больше, чем у геостационарного спутника, используя ту же полосу частот, из расчета байт в секунду на квадратную милю». [7]

Рэй Морган, президент AeroVironment, описал эту концепцию следующим образом: «Мы пытаемся создать то, что мы называем« атмосферным спутником », который работает и выполняет многие из функций, как спутник в космосе, но выполняет это очень близко, в атмосфере » [8]

Технические характеристики [ править ]

Pathfinder Plus (слева) и Helios Prototype (справа) на рампе Драйден
Эволюция солнечных самолетов в рамках программы ERAST
Технические характеристики [1] [3] [9] [10] [11]
 СледопытПатфайндер-ПлюсЦентурионГелиос HP01Гелиос HP03
Длина ft (м)12 (3,6)12 (3,6)12 (3,6)12 (3,6)16,5 (5,0)
Длина хорды (м)8 (2,4)
Размах крыльев ft (м)98,4 (29,5)121 (36,3)206 (61,8)247 (75,3)
Соотношение сторон12 к 115 к 126 к 130,9 к 1
Коэффициент скольжения18 к 121 к 1???
Скорость полета узлы (км / ч)15–18 (27–33)16,5–23,5 (30,6–43,5)?
Максимальная высота ft (м)71 530 (21 802)80 201 (24 445)н / д96 863 (29 523)65 000 (19 812)
Вес пустого фунта (кг)???1322 (600)?
Максимум. вес фунт (кг)560 (252)700 (315)± 1 900 (± 862)2048 (929)2320 (1052)
Полезная нагрузка фунт (кг)100 (45)150 (67,5)100–600 (45–270)726 (329)?
Двигателиэлектрическая, 2 л.с. (1,5 кВт) каждая
Кол-во двигателей68141410
Мощность солнечной энергии (кВт)7,512,531 год35 год18,5
Дополнительная мощностьбатарейкибатарейкибатарейкиЛитиевые батареиЛитиевые батареи, топливный элемент

См. Также [ править ]

  • Электрический самолет
  • Электромобиль
  • История беспилотных летательных аппаратов
  • Пегас БПЛА
  • Qinetiq Zephyr
  • Регенеративный топливный элемент
  • Чешуйчатые композиты Proteus
  • Солнечный импульс

Ссылки [ править ]

Эта статья содержит материал, изначально взятый из веб-статьи Грега Гебеля «Беспилотные летательные аппараты» , которая существует в открытом доступе.  В эту статью включены материалы, являющиеся  общественным достоянием, с веб-сайтов или документов Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства .

  1. ^ a b c d e f Информационный бюллетень NASA Helios
  2. ↑ Гебель, Грег, «Предыстория БПЛА на выносливость», Беспилотные летательные аппараты , глава 12. Существует в общественном достоянии. Архивировано 11 февраля 2009 г. в Wayback Machine.
  3. ^ a b c d e f g h Информационный бюллетень NASA Pathfinder, заархивированный на archive.org
  4. ^ a b c Информационный бюллетень NASA Pathfinder, архив на archive.org
  5. ^ База данных записей NAA. Архивировано 12 февраля 2012 г. на Wayback Machine.
  6. ^ «SkyTower успешно тестирует первые в мире коммерческие телекоммуникационные приложения с расстояния более 65 000 футов (20 000 м) в стратосфере», Ewire , 22 июля 2002 г., по состоянию на 11 сентября 2008 г. Архивировано 20 ноября 2006 г., на Archive.today
  7. ↑ Дэвид, Леонард, «Стратосферная платформа служит спутником» Space.com, 24 июля 2002 г., по состоянию на 11 сентября 2008 г. Архивировано 15 мая 2008 г., Wayback Machine
  8. ^ Кнапп, Дон. «Атмосферные спутники могут снизить стоимость связи», CNN, 11 августа 1998 г., по состоянию на 13 сентября 2008 г.
  9. ^ Исследование Helios Прототип самолета Mishap - Том 1, TE Ноллдр января 2004.
  10. ^ Информационный бюллетень NASA Centurion заархивирован на archive.org
  11. ^ http://www.dfrc.nasa.gov/Gallery/Photo/Helios/HTML/EC99-45140-11.html
  • «Photovoltaic Finesse: Лучшие солнечные элементы - с проводами там, где не светит солнце», статья Дэниела Чо на странице тридцать три сентябрьского номера журнала Scientific American за 2003 г.

Внешние ссылки [ править ]

  • Проект НАСА Helios
  • Гелиос для детей
  • Модель Helios от DesignsbyALX .
  • "3G протестирован на высоте 65 000 футов (20 000 м) в стратосфере" Пресс-релиз 3G от 23 июля 2002 г.
  • Статья в Science Daily о рекорде высоты Pathfinder Plus
  • Достижения Telecom relay в международном аэропорту
  • Статья Space.com
  • История БПЛА на солнечной энергии в будущем вещей
  • Pathfinder Plus в NASM
  • Контракт NASA-AeroVironment для последующих проектов
  • Статья о попытке записи Гелиоса
  • Коллекции изображений НАСА:
    • НАСА Следопыт
    • НАСА Pathfinder Plus
    • НАСА Центурион
    • Прототип НАСА Гелиос