Дубинина М.Г., Дубинин В.В.
В статье дан обзор современных разработок космических и страто-сферных БПЛА, их видов, способов использования и перспектив даль-нейшего развития в разных странах.
Ведение. Беспилотные летательные аппараты (БПЛА) повсеместно используются во всем мире для решения широкого круга задач, как военных, так и гражданских. В настоящее время ряд стран проводят исследования и разрабатывают собственные космические БПЛА (Unmanned space vehicles, USV).
Военные космические БПЛА. В специальном отчете министерства обороны США «The 2014 Quadrennial Defense Review» [1] указывалось, что космос является жизненно важным для безопасности США и требует использования всех возможностей разведки, наблюдения и вмешательства, которые могут быть обеспечены с помощью спутников и беспилотных авиационных систем. Именно поэтому в последнее время активизировались работы в области создания космических БПЛА.
Одна из разработок беспилотного космического корабля принадлежит американской компании Boeing. Проект был запущен в 1999 г. под совместной разработкой NASA и Boeing. На проект было выделено 173 млн. долл. Первоначально предполагалось, что аппарат будет использоваться для доставки на орбиту небольших спутников и грузов. В результате в 2003 г. было проведено наземное испытание X-37A для отработки маневрирования и посадки. В 2002 г. Boeing получил еще 301 млн. долл. на разработку орбитальной версии аппарата, который должен был быть запущен на орбиту в 2006 г. Но в 2004 г. проект из NASA перешел в ведение DAPRA [2].
В 2006 г. были проведены тестовые сбрасывания аппарата, а первые летные испытания космический аппарат X-37B прошел в 2010 г. В декабре 2012 г. этот аппарат был вновь выведен на орбиту, и провел в космосе почти 2 года, благополучно приземлившись на Землю в октябре 2014 г. Следующую миссию планируется осуществить в 2015 г.
Аппарат работает от солнечных батарей и имеет также топливные баки и реактивный двигатель, что позволяет ему совершать маневры на орбите. Первоначально X-37B создавался для разведывательных целей, но в итоге оказался универсальным. Он может выполнять функции космического перехватчика, выводить на орбиту спутники и доставлять вооружение. Аппарат снабжен теплозащитным экраном, что позволяет ему несколько раз проходить через атмосферу Земли [3].
Кроме того, в планах США – создание многоразового гиперзвукового космического беспилотника под обозначением XS-1. Перед разработчиками была поставлена задача выполнить ряд обязательных требований к проекту. Этот аппарат должен нести полезную нагрузку до 2.27 т, выдерживать серию ежедневных запусков в течение 10 дней подряд, при этом не нуждаясь в ремонте и дополнительном техническом обслуживании. Стоимость его запуска не должна быть дороже 5 млн. долл. К проекту привлечены несколько компаний (XCOR, Blue Origin и Virgin Galactic), каждая должна разработать собственный вариант аппарата. На основе этих разработок будет создан первый прототип [4].
Для разрабатываемого космического корабля предполагается создать систему удаленного управления автоматическим режимом его сближения и стыковки с другими космическими аппаратами, оснастить корабль космической навигационной системой для контроля точности посадки аппарата, а также системой предотвращения аварийных ситуаций [5].
Беспилотные космические челноки. Китай следом за США приступил к созданию беспилотного космического челнока Shenlong, и уже в 2007 г. провел тестовые наземные испытания этого космического аппарата. В 2012 г. в ряде СМИ появилось сообщение о первых летных испытаниях Shenlong. Если ранее отставание Китая в авиакосмических разработках составляло более 10 лет, то в настоящее время разрыв существенно сократился, и в области военного космического БПЛА составил всего 1 год [6].
Созданием космического БПЛА занимаются и европейские страны. Так, Италия в 2007 г. провела испытания исследовательского аппарата Castor, разработанного Центром аэрокосмических исследований (Center for Aerospace Research, CIRA). Аппарат был поднят аэростатом на высоту в 21 км, после чего в свободном падении развил скорость около 1300 км/ч, однако при приземлении он получил значительные повреждения из-за сбоя в парашютной системе. Следующий образец CIRA, названный Polluce, совершил удачный полет в 2010 г. Он был поднят на высоту 24 км, откуда перешел в фазу свободного падения, развил скорость около 1500 км/ч и благополучно приводнился. Эти аппараты являются прототипами для отработки технологии мягкой посадки космических челноков. Проект был рассчитан до 2012 г. и оценивался в 179 млн. евро [7].
В 2014 г. был осуществлен запуск первого европейского суборбитального БПЛА IXV (Intermediate eXperimental Vehicle — Промежуточный экспериментальный аппарат). В ходе полета, продолжавшегося всего 100 минут, аппарат поднялся на высоту 412 км и затем приземлился с помощью парашюта в Тихом океане. Важность проекта состоит в его исключительно мирных целях. Раньше подобные миссии проводились только в рамках военных программ [8]. IXV является совместным проектом программы подготовки будущих стартов ESA, французского космического агентства CNES и компании Arianespace. Стоимость проекта, продолжавшегося 5 лет, оценивается в 150 млн. евро. Аппарат считается прототипом космического челнока, который сможет, как обычный самолет, приземляться на взлетнопосадочную полосу [9].
Возможность использования космических беспилотных аппаратов несколько раз определяет ряд их преимуществ перед обычными пусковыми установками. Полезные нагрузки таких аппаратов могут быть изменены в соответствии с задачами, а их универсальность дает некоторую экономию, особенно для разведывательных целей. Стоимость ракетных ускорителей для вывода космического самолета на орбиту оценивается в 150-200 млн. долл. [6].
В табл.1 приведены технические характеристики некоторых космических БПЛА.
Таблица 1. Беспилотные космические летательные аппараты.
Космические БПЛА |
X-37B [10] |
XS-1 [11] |
Skylon [12] |
Shenlong [6] |
ScramSpace [13] |
|
Страна |
США |
США |
ЕС, Великобри-тания |
Китай |
Австралия |
|
Производитель |
Boeing |
DARPA |
Reaction Engines Limited, |
Chinese Academy of Launcher Technology |
The University of Queensland |
|
Длина, м |
8.9 |
19.5 |
82 |
5.8 |
1.8 |
|
Размах крыла, м |
4.5 |
13 |
25 |
н.д. |
н.д. |
|
Взлетная масса, кг |
4989 |
|
275000 |
н.д. |
н.д. |
|
Масса полезного груза, кг |
900 |
2270 |
12000 |
н.д. |
н.д. |
|
Первый полет |
2010 |
2018 |
2019 |
2007– тест |
2013 – закончился неудачей |
|
Скорость, км/ч |
28044 |
11500 |
н.д. |
н.д. |
8600 |
|
Стоимость раз- работки, млн. долл. |
474 |
27 |
12000 |
н.д. |
14 |
|
Беспилотные космические системы для исследования других планет. Космические программы ряда стран нацелены на исследование различных планет. Для осуществления поставленных целей необходимы космические аппараты, способные достигнуть этих планет, а также провести на них исследования, разведку, передать на Землю важные сведения. Ученые предлагают использовать для миссий на планетах БПЛА.
Для исследования и изучения Титана, фотографирования поверхности этого спутника Сатурна создан космический беспилотник Aviatr, разработка которого финансируется NASA. Предполагается, что аппарат сможет достаточно долгое время находиться над поверхностью спутника, а в конце своей миссии приземлиться на его поверхность. Стоимость самого аппарата и его доставки на орбиту оценивается в 715 млн. долл., а старт миссии запланирован на 2017 г. [14].
В октябре 2014 г. был запущен китайский космический БПЛА, который провел тестовые маневры на орбите Луны. Через 8 дней после начала полета на Землю вернулась возвращаемая капсула, а служебный модуль оставался на орбите до февраля 2015 г. Полет состоял из трех этапов с разной скоростью, конфигурацией орбиты и высотой. Эти испытания проводились в рамках программы Китая по изучению Луны и отрабатывали технологии для планируемого в 2017 г. запуска лунного модуля «Чанъэ-5» [15].
Для готовящейся марсианской экспедиции Jet Propulsion Laboratory разрабатывает беспилотник «Mars Helicopter», который представляет собой вертолет квадратной формы небольших размеров. Он должен будет не только передавать данные на Землю, но и разрабатывать безопасные маршруты по марсианской поверхности для марсохо дов. Питание «Mars Helicopter» будет осуществляться с помощью солнечной энергии. Если разработка будет успешной, то для экспедиции будут произведены десятки таких дронов, которые смогут собирать информацию, геологические и метеорологические данные в различных районах Марса [16].
Стратосферные БПЛА. В разных странах разрабатываются проекты стратосферных БПЛА. Одним из первых аппаратов подобного вида был Global Observer производства американской компании AeroVironment, разработка которого была начата в 2007 г. в рамках программы NASA Joint Capability Technology Demonstration. На разработку аппарата было выделено 140 млн. долл. [17]. Этот аппарат имеет возможность вести разведку с высоты до 20 км, находясь в воздухе 5-7 дней без посадки и дозаправки. Создание этого БПЛА позволило американским военным использовать его в качестве защищенной стратосферной платформы для разведки и коммуникации, заменяя тем самым космические спутники связи. В 2010 г. начались работы над проектом стратосферного БПЛА компании Boeing Vulture (Solar Eagle), который должен быть способен находиться в полете 5 лет. Под этот проект компания получила 89 млн. долл.
В настоящее время разработка стратосферных БПЛА перешла на новую стадию, когда появилась возможность использовать эти аппараты в качестве геостационарных спутников, но гораздо более дешевых и легко заменяемых. Их экономическая эффективность в сочетании с использованием новых технологий длительного нахождения на одном месте (от нескольких недель до нескольких лет) определяет их коммерческую ценность, особенно в тех регионах, которые не разработали альтернативной наземной инфраструктуры для сотовой связи, таких как Африка, Китай и Индия.
Стратосферные БПЛА способны выполнять ряд задач, ставящихся перед космическими искусственными спутниками, но при этом они обладают способностью садиться на поверхность для технического обслуживания и пополнения запасов энергии, что делает их применение экономически выгодным. Они могут проводить тепловую и аэросъемку, осуществлять контроль за экологической ситуацией, поддерживать работы аварийных и спасательных служб, создавать временные коммуникационные и навигационные системы.
В рамках программы High Altitude Pseudo-Satellite (HAPS) был создан беспилотник Zephyr, который в сентябре 2014 г. поднялся на ре кордную высоту, превышающую 18 км, и находился в воздухе почти сутки. Вес аппарата составляет всего 34 кг при размахе крыльев в 18 м. Аналогичная разработка была осуществлена компанией Titan Aerospace, создавшей атмосферные БПЛА Solara 50 и Solara 60, работающие на солнечных батареях. Возможности, открывающиеся в связи с использованием таких БПЛА, привлекли компанию Google, и в апреле 2014 г. она приобрела Titan Aerospace. Ранее планы на ее приобретение имела компания Facebook, но в результате ею была куплена британская компания Ascenta, участвовавшая в разработке упоминавшегося ранее БПЛА Zephyr [18].
Покупка Google и Facebook компаний, производящих стратосферные БПЛА, имеет одинаковую цель – обеспечить покрытие сетью Интернет труднодоступных регионов Земли, а также районов, пострадавших от различных природных катаклизмов. Стратосферные БПЛА, находясь на высоте около 20 км, в будущем смогут обеспечивать подключение к Интернету со скоростью до 1 Гбит/с местности в радиусе 1.6 км, при этом не требуя ремонта в течение 5 лет [19]. Кроме того, беспилотники Solara будут вести фотосъемку для карт Google, контролировать состояние атмосферы и т.д.
Полеты в стратосфере могут осуществлять и два БПЛА разработки компании ARCA: AirStrato Explorer и AirStrato Pioneer. Эти модели похожи на военные беспилотники, Первый аппарат больше по размерам и весу и способен подняться на высоту до 18 км. Управление аппаратами осуществляется через спутник или GPS. В 2015 г. ожидается начало серийного производства этих БПЛА, а стоимость их оценивается в 140 и 80 тыс. долл. соответственно [3].
Компания Homeland Security Market Research еще в 2008 г. высоко оценивала потенциал рынка стратосферных БПЛА для обеспечения мобильной связью труднодоступных регионов Земли. А компания Market Info Group, оценивая рынок стратосферных БПЛА примерно в 100 млн. долл. в 2012 г., прогнозирует его рост по пессимистическому сценарию до 37.8 млрд. долл., а по самому оптимистическому – до 720 млрд. долл.[20].
Заключение. Таким образом, с одной стороны, космические и стратосферные БПЛА открывают новые возможности для человечества, как в области исследования других планет, так и для улучшения жизни на Земле, а с другой – использование их в военных целях, размещение на них вооружения может привести к непредсказуемым последствиям.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. The Quadrennial Defense Review 2014 – U.S. Department of Defence, 2014.
2. Unknown Budget, Unknown Purpose: U.S. Air Force Plans to Launch X-37B Orbital Test Vehicle. 04.04.2010. URL: http://www.cryptogon.com/?p=14626 (дата обращения – 16.03.15)
3. Портал GizMod. URL: http://gizmod.ru/ (дата обращения - 14.03.15)
4. Американские военные создадут многоразовый космический беспилотник // Альманах "Искусство войны", от 13.02.2014. URL: http://navoine.info/spaceuav.html (дата обращения - 04.03.15)
5. Планы НАСА: Надувные модули космических станций, орбитальная заправочная станция и космические беспилотники // Портал DailyTechInfo. 25.02.2010. URL: http://www.dailytechinfo.org/space/1066-plany-nasa-naduvnye-moduli-kosmicheskix-stancij.html (дата обращения - 14.03.15)
6. Collins G., Erickson A. Shenlong ‘Divine Dragon’ Takes Flight: Is China devel-oping its first spaceplane? // China SignPost, 4 May 2012. URL: http://www.chinasignpost.com/2012/05/04/shenlong-divine-dragon-takes-flight-is-china-developing-its-... (дата обращения: март 2015 г.)
7. Итальянская программа USV (Unmanned Space Vehicle). 04.03.2010. URL: http://novosti-kosmonavtiki.ru/forum/forum13/topic10617/ (дата обращения – 25.03.15)
8. ЕКА: полет беспилотника IXV прошел успешно // РиаНовости. 11.02.2015. URL: http://ria.ru/space/20150211/1047164544.html (дата обращения - 14.03.15)
9. В феврале в космос отправится первый европейский космический беспилотник // АИР. 27.11.2014. URL: http://www.innoros.ru/news/14/11/v-fevrale-v-kosmos-otpravitsya-pervyi-evropeiskii-kosmicheskii-besp... (дата обращения - 14.03.15)
10. X-37 Demonstrator to Test Future Launch Technologies in Orbit and Reentry Environments / NASA Factsheet number: FS-2003-05-65-MSFC. URL: http://www.nasa.gov/centers/marshall/news/background/facts/x37facts2.html (дата обращения: март 2015 г.)
11. DARPA Experimental Spaceplane 1 (XS-1). URL: http://www.darpa.mil/NewsEvents/Releases/2014/07/15.aspx (дата обращения: март 2015 г.)
12. Space Access: SKYLON – Technical / Reaction Engines Ltd, 2014. URL: http://www.reactionengines.co.uk/space_skylon_tech.html (дата обращения: март 2015 г.)
13. SCRAMSPACE Fact Sheet / Center for Hypersonics, University of Queensland, Australia. URL: http://hypersonics.mechmining.uq.edu.au/scramspace-fact-sheet (дата обращения: март 2015 г.)
14. AVIATR – Unmanned Aircraft Mission for Titan // UAS Vision. 09.01.2012. URL: http://www.uasvision.com/2012/01/09/aviatr-unmanned-aircraft-mission-for-titan/ (дата обращения - 30.03.15)
15. Китайский космический беспилотник завершил тесты на окололунной орбите. 09.02.2015. URL: http://ekd.me/2015/02/moon-mission-complete/ (дата обращения - 14.03.15)
16. Для исследования Марса готовят новые беспилотники // GlobalScience.ru. 02.02.2015. URL: http://globalscience.ru/article/read/25891/ (дата обращения - 14.03.15)
17. Aerovironment’s Global Observer: Flying High, Again // Defense Industry Daily. 06.04.2011. URL: http://www.defenseindustrydaily.com/aerovironments-global-observer-flying-high-again-03902/#Contract... (дата обращения – 23.03.15)
18. Titan Aerospace продался Гуглу // Rusbase. 15.04.2014. URL: http://rusbase.vc/news/titan-aerospace-prodalsya-guglu/ (дата обращения - 15.03.15)
19. Google купила производителя дронов на солнечной энергии Titan Aerospace // ITC.ua. 15.04.2014. URL: http://itc.ua/news/google-kupila-proizvoditelya-dronov-na-solnechnoy-energii-titan-aerospace/ (дата обращения – 27.03.15)
20. Stratospheric UAV Payloads – Technology and Market Forecast – 2012-2021 / Market Info Group LLC, 2011.