Направления развития космических и стратосферных БПЛА

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.

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.