АИСТ В ВЕТРОВОМ ПОТОКЕ
Доктор технических наук Г. МАЛЫШЕВ, научный руководитель Центральной научно-исследовательской лаборатории "АСТРА МАИ"
У наземных и космических ретрансляционных, радиолокационных и телекоммуникационных систем в скором времени может появиться серьезный конкурент - Аэродинамическая интегральная система телекоммуникаций (АИСТ), спроектированная специалиста ми Центральной научно-исследовательской лаборатории "АСТРА МАИ". Работая в тропосфере на высоте около 10 км, АИСТ сможет выполнять функции наземных и спутниковых систем связи. По расчетам, он будет стоить значительно дешевле своих предшественников и превзойдет их по многим техническим и эксплуатационным характеристикам. Идею АИСТа конструкторам подсказало известное метеорологам и климатологам глобальное природное явление - тропосферный ветер, который постоянно дует на высоте 9-12 км в одном направлении. На широтах России его скорость достигает 15-25 м/с. Характеристики ветра лишь незначительно меняются в зависимости от времени суток, года и состояния атмосферы, подверженного влиянию погодных условий, солнечной активности и некоторых других факторов. В каждой конкретной точке тропосферного ветрового потока скорость и направление ветра стабильны. Исходя из этого, конструкторы решили использовать его для удержания на 10-километровой высоте летательного аппарата, который мог бы нести на себе технические средства связи и другое оборудование.
Верхнюю границу тропосферы (в умеренных широтах она достигает высоты 10-12 км) много лет назад первыми начали осваивать привязные аэростаты и свободно парящие дирижабли. Современные аппараты в техническом отношении ушли далеко вперед от первых моделей 1920-х - 1930-х годов, но так и не смогли избавиться от двух существенных недостатков. Во-первых, дирижабли и аэростаты достигают огромных размеров (в объеме - нескольких тысяч кубометров, а в длину и высоту - ста метров и более); во-вторых, не реже чем один раз в месяц их необходимо опускать на землю и дозаправлять гелием. Эта процедура на длительное время выводит аппарат из строя и дорого обходится (1 кг гелия стоит более 1000 долларов). В Европе и США современные высотные дирижабли и аэростаты прижились, их используют не только для воздушных путешествий, но и как носители ретрансляторов. В России же из-за больших проблем с финансированием столь дорогостоящие проекты выглядят экзотикой.
Применяются для этих целей и самолетные системы, как пилотируемые, так и беспилотные. Самолеты, несущие на борту средства связи, сменяя друг друга через каждые 8-12 часов, непрерывно баражируют над зоной обслуживания. Обходятся такие услуги тоже очень дорого. А при использовании АИСТа стоимость связи на порядок дешевле, поэтому его вполне можно рассматривать как один из альтернативных вариантов существующих телекоммуникационных систем.
Специалисты лаборатории "АСТРА МАИ" всерьез стали думать о реализации этого проекта всего несколько лет назад, когда в их распоряжении появились малогабаритные телекоммуникационные приборы, оборудование и легкие, прочные тросовые системы, изготовленные по космическим технологиям.
По замыслу проектировщиков, войдя в набегающий ветровой поток, АИСТ будет парить в небе, подобно воздушному змею. Чтобы "привязать" аппарат к земле, в "Астра МАИ" создали оригинальную наземную подъемно-транспортную тросовую систему. Ее устанавливают на автомобиль или катер, который доставляет аппарат к месту старта и разгоняет его по прямой или по спирали до скорости самостоятельного полета. Далее за счет собственной аэродинамики АИСТ поднимается на заданную высоту и зависает над зоной обслуживания (время подъема 1,5 часа, радиус зоны обслуживания - 100 км). Трос из высокопрочных полимерных материалов толщиной всего около 5 мм, обладающий тройным запасом прочности (разрывное усилие - 280 кг/мм2), удерживает систему в стабильном состоянии, которое корректируется аэродинамическим управлением крылатого аппарата.
Разработка общей концепции и принципа работы новой системы, а также подбор радиоэлектронной и оптической аппаратуры для ее оснащения проблемы не составили. Оставалось самое главное - сконструировать и построить планер. В результате кропотливых расчетов, подтвержденных испытаниями в аэродинамической трубе Московского авиационного института, родился некий гибридный летательный аппарат, обладающий свойствами планера и коробчатого воздушного змея.
АИСТ представляет собой необычного вида биплан, построенный по схеме "утка". В передней части фюзеляжа расположены управляющие полетом крылья, а сзади - внушительных размеров несущий коробчатый модуль из двух параллельных крыльев: одно - на уровне фюзеляжа, другое - над ним. Они связаны между собой тремя стабилизаторами: один - посередине, два других - на концах консолей крыла. За счет них образуется замкнутый контур 28-метровой ширины, призванный обеспечить подъемную силу аппарата.
Прошедшие летом этого года испытания модели АИСТа, выполненной в масштабе 1:10, подтвердили расчеты специалистов. Оригинальная конструкция биплана дала удачное сочетание высокого аэродинамического качества (отношения подъемной силы к лобовому сопротивлению) и очень малой удельной нагрузки на крыло. При собственном весе 800 кг аппарат, целиком построенный из современных композиционных материалов, сможет поднять на расчетную высоту трос весом 280 кг и 250 кг полезного груза. Для питания бортового оборудования на АИСТе будет работать собственный ветроэлектрогенератор.
Какие же функции наземных и космических телекоммуникационных систем берет на себя новый летательный аппарат? Все зависит от его технического оснащения. Трансляция теле- и радиосигналов, мобильная телефонная связь, Интернет, радиолокация, наблюдения в видимом и инфракрасном диапазонах. АИСТ можно использовать и для других целей. Например, в реальном масштабе времени получать информацию о состоянии дорог, линий электропере дачи, нефтепроводов, тепловых сетей, подземных сооружений, без промедления определять места аварий, контролировать тепло- и водопотери. Или проводить экологический мониторинг городов, сбор данных для детального планирования строительных площадок, транспортных и инженерных путей, составления карт. Наконец, при соответствующем оснащении АИСТ может стать эффективным средством пограничного контроля, пригодится он и в чрезвычайных ситуациях, например для аэросъемки местности с целью обнаружения лесных пожаров или наводнений.
Чтобы всеми этими услугами могли пользоваться целые районы, области и даже регионы, вся их территория должна попасть в зону обслуживания высотной системы, а для этого нужно запустить в небо несколько АИСТов. В Москве, например, теле- и радиовещание, мобильную телефонную связь обеспечивают две высотные телебашни (Останкинская и Шуховская) и сотни малых, высотой до 80 м. Те же функции могли бы взять на себя всего три высотных аппарата АИСТ. Их стоимость не превышает десятой доли затрат на эти цели. Кстати, АИСТ очень пригодился бы, когда на Останкинской башне случился пожар. "Воздушная телебашня" высотой 10 км "возводится" всего за несколько часов.
Благодаря высокой экономичности, простоте производства и быстроте развертывания АИСТ вполне способен конкурировать с современными кабельными сетями, оптоволоконными и спутниковыми системами. Например, с его помощью можно быстро и с наименьшими затратами наладить мобильную телефонную связь, только в таком случае она будет не "сотовой", а "АИСТовой". Этим уже заинтересовались в тех регионах России, где наземные телекоммуникационные сети либо отсутствуют, либо развиты недостаточно. Идут переговоры и о сотрудничестве с другими странами.
Создатели АИСТа получили за свою разработку два патента Российской Федерации. Они верят, что его ждет большое будущее: самый низкоскоростной летательный аппарат вполне может стать одним из звеньев глобальной телекоммуникационной сети.
Читайте в любое время
