Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

SHARP , сокращение от Stationary High Altitude Relay Platform , был экспериментальным летательным аппаратом, в котором использовалась силовая установка с лучевым приводом, разработанная Канадским исследовательским центром связи (CRC) и построенная Институтом аэрокосмических исследований Университета Торонто (UTIAS) в течение 1980-х годов. Компания SHARP использовала микроволны для получения энергии от наземной станции, которая приводила в действие электродвигатели, вращающие пропеллеры, чтобы поддерживать самолет в воздухе. Питание также использовалось для бортовой электроники. SHARP мог оставаться в воздухе бесконечно долго и предназначался для использования в качестве своего рода низковысотного спутника связи для небольших географических областей.

История [ править ]

Фон [ править ]

Идея использования мощности луча для приведения в движение самолета была изобретена почти в одиночку Уильямом С. Брауном . [1] После присоединения к Raytheon в 1940-х годах Браун начал работу над улучшением своих магнетронных продуктов. Это привело к разработке усилителя со скрещенными полями - простого, надежного и высокоэффективного СВЧ- усилителя . Позже он работал с коллегами над разработкой ректенны , которая принимает микроволны ((ан) «тенна») и преобразует их напрямую в мощность постоянного тока («прямая» антенна). [2]

У Брауна теперь была система, которая могла преобразовывать входную мощность в микроволны с КПД до 70% и преобразовывать ее обратно в электроэнергию с КПД 70%, в результате чего общий КПД составлял около 50%. Браун искал возможности применения этой технологии, работая как над спутниками на солнечной энергии (SPS), так и над концепцией высокогорной платформы (HAPP). Это исследование дошло до пилотирования модели вертолета с использованием лучевой энергии в 1965 году [3].

НАСА также инвестировало в концепцию ректенны в рамках своей работы по SPS. Это было проверено в эксперименте «земля-земля» в 1975 г. [4], и как часть этого они разработали облегченные версии ректенны. В 1982 году Браун и Джеймс Тример (НАСА) объявили о новой версии ректенны с использованием печатных схем , которая уменьшила вес в десять раз. [2] Это сделало авиастроение более привлекательным.

Релейная платформа [ править ]

В эпоху до того, как стало возможным узкоугольное вещание со спутников связи, телевещательные компании столкнулись с проблемой наличия только технологии, подходящей для больших мегаполисов, порядка 100 км, с использованием обычных наземных антенн, или больших частей континента, использующих спутники. Обращение к диапазону между этими двумя крайностями обычно требовало сети ретрансляционных антенн, которые были дорогими, учитывая меньшее население, которое они обычно обслуживали.

Поскольку спутник находился слишком высоко, а наземная антенна - слишком низко, требовалась платформа между ними, охватывающая территорию в несколько сотен километров в радиусе - размером с канадскую провинцию. Для этого платформа должна будет лететь на высоте около 70 000 футов (21 км). Самолеты и вертолеты могли это сделать, но только с небольшим запасом хода. Другой возможностью были сверхвысокие аэростаты . Из доступных технологий вертолеты оказались слишком тяжелыми, а аэростаты, в шутку называемые «паутинкой Гинденберга», не были хорошо изучены. Сверхлегкий самолет с электроприводом оказался лучшим решением. В то время система, использующая солнечные элементы и батареи, считалась слишком тяжелой. [5]

Экономика системы была привлекательной для замены обычных спутников даже при развертывании на больших площадях. По оценке CRC, самолет будет стоить около 100 000 долларов каждый и будет стоить от 2 до 3 миллионов долларов в год. Напротив, только запуск спутника обошелся примерно в 150 миллионов долларов. Кроме того, в то время как спутник той эпохи мог иметь срок службы около 10 лет, самолет можно было периодически возвращать на землю для обслуживания и модернизации, что позволяло ему работать бесконечно долго. Они считали, что это будет привлекательно для рынков третьего мира . [5]

SHARP [ править ]

После работы над HAPP, CRC начал работу над своей собственной версией с конкретным намерением создать коммуникационную платформу. SHARP будет использовать группу небольших параболических тарелок диаметром 80 м, излучающих 500 кВт мощности на самолет на частоте 5,8 ГГц. На высоте луч фокусировался на площадь, чуть превышающую размер самолета. Самолет обычно летел по кругу диаметром около 2 км, поэтому лучу достаточно было поворачивать только на несколько градусов. [2]

В 1981 году SED Systems получила контракт на изучение требований к питанию коммуникационной платформы, в то время как Джон Ф. Мартин из Martin Communications и Джеймс ДеЛорье из UTIAS изучали конфигурации самолетов. В сентябре 1982 года Департамент связи дал добро на создание в CRC официальной исследовательской группы, которая изучала конструкцию ректенн, что привело к выдаче нескольких патентов на тонкопленочные версии. [2]

В 1982 году ЮТИАС построил прототип самолета с крылом с удлинением 1,3 метра, установленным непосредственно над фюзеляжем, и обычным Т-образным хвостовым оперением в задней части. Эта модель оснащалась небольшим бензиновым двигателем и не поддерживала ректенну. Прототип продемонстрировал несколько аэродинамических проблем, что привело к усовершенствованной конструкции, в которой горизонтальный стабилизатор перемещен в передней части самолета в форму утка . Он прошел испытания в аэродинамической трубе UTIAS в 1985 и 86 гг. [2]

Все эти исследования завершились принятием решения о создании восьмой модели предлагаемого серийного автомобиля SHARP, который будет приводиться в движение двумя небольшими электродвигателями. Питание для взлета будет обеспечиваться батареями до тех пор, пока он не наберет достаточную высоту, чтобы с этого момента он мог получать микроволновый луч и собственное питание. Модель с размахом крыла 4,5 метра была построена в 1987 году [2].

Его первый полет на CRC состоялся 17 сентября 1987 года. Система работала, как и ожидалось, позволяя запускать от батарей и захватывать радиостанцию ​​мощностью 1 кВт вскоре после взлета. Первоначальное 20-минутное время полета было увеличено до более часа к 5 октября, а 6-го числа была организована публичная демонстрация для министра связи Флоры Макдональд . [2] Их работа выиграла "Diplôme d'Honneur" Международной авиационной федерации в 1988 году.

После SHARP [ править ]

Несмотря на свой успех, исследование SHARP завершилось из-за значительного сокращения канадских исследовательских бюджетов. Готовые к испытаниям длительных полетов, полевые мыши атаковали самолет SHARP, пока он находился на хранении, и полеты так и не состоялись. [2]

Работа была проведена в Японии в Центре радиоатмосферных наук при Киотском университете. Сразу после успеха SHARP профессор Хироши Мацумото разработал аналогичный автомобиль, который совершил полет 29 августа 1992 г. [6]

По сравнению с SHARP, их транспортное средство MILAX (эксперимент с микроволновым подъемом самолета) имело две новые конструктивные особенности. Ректенна на самолете была встроена в крылья и хвостовое оперение, что исключает необходимость в отдельном корпусе антенны. Радиовещательная антенна была основана на активной фазированной решетке , что позволяло ей управлять без физического движения. Система была протестирована путем установки радиовещательной антенны на задней части легкового грузовика и езды на нем, пока за ним следовал MILAX. [7]

Другим экспериментом с использованием лучевой энергии в Японии был проект ETHER, который передавал 5,8 кВт мощности на надутый гелием дирижабль. [8]

За годы, прошедшие после того, как система была впервые предложена, достижения в области солнечных элементов и аккумуляторных технологий опровергли первоначальные расчеты. NASA Pathfinder продемонстрировал длительный солнечный полет приведенного в ролях , по существу , идентичном SHARP. В 2000-х годах компания Titan Aerospace начала разработку такого транспортного средства специально для работы в сфере связи, в данном случае в качестве интернет- ретранслятора. [9]

Ссылки [ править ]

Заметки [ править ]

  1. ^ Шелдон Hochheiser, "Уильям Браун: Биография" , IEEE Global History Network, 29 августа 2008
  2. ^ a b c d e f g h Джордж Джулл, "Обзор SHARP" , Друзья КПР, июль 1997 г.
  3. ↑ Уильям Браун, «Экспериментальная бортовая платформа с микроволновым излучением, окончательный отчет. Июнь 1964 - апрель 1965» , RADC-TR-65-188, База ВВС в Риме, декабрь 1965
  4. ^ Мацумото, стр. 7
  5. ^ a b Дуг Пейн, «Спутники связи спускаются на Землю» , New Scientist , 26 мая 1983 г., стр. 545
  6. ^ Грегг Мариняк, "Статус международных экспериментов в области беспроводной передачи энергии", Солнечная энергия , том 56, выпуск 1 (январь 1996 г.), стр. 87-91
  7. ^ Мацумото, стр. 9
  8. ^ Y. Фуджинодр всего, «Система двойной поляризации СВЧ мощность передачи для СВЧ Propelled дирижабля Эксперимента» , Труды ВИГА '96, стр. 393–396
  9. ^ "Google покупает" спутник атмосферы "Titan Aerospace" . Арстехнический . 14 апреля 2014 г.

Библиография [ править ]

  • Хироши Мацумото, «Японские исследования яркой и чистой энергии из космоса» , Университет Киото, 2003 г.

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Артур Фишер, « Секрет вечного полета? Самолет с лучевой мощностью », Popular Science , январь 1988 г., стр. 62-65, 106-107