НАСА Следопыт
Следопыт Следопыт Плюс | |
---|---|
![]() Pathfinder в полете над Гавайями | |
Общая информация | |
Тип | с дистанционным управлением БПЛА |
Производитель | АэроВиронмент |
Основной пользователь | NASA ERAST Program |
Количество построенных | 1 |
История | |
Развитый в | НАСА Центурион НАСА Гелиос |
NASA Pathfinder и NASA Pathfinder Plus были первыми двумя самолетами, разработанными как часть эволюционной серии солнечных батареях и топливных элементах работающих на беспилотных летательных аппаратов, . Компания AeroVironment, Inc. разработала транспортные средства в рамках программы НАСА по исследованию окружающей среды в области самолетов и сенсорных технологий (ERAST). Они были построены для разработки технологий, которые позволили бы долгосрочным высотным самолетам служить в качестве атмосферных спутников , выполнять задачи по исследованию атмосферы, а также служить платформами связи. [ 1 ] Они получили дальнейшее развитие в самолетах NASA Centurion и NASA Helios .
Следопыт
[ редактировать ]AeroVironment начала разработку полномасштабных самолетов на солнечной энергии с помощью транспортных средств Gossamer Penguin и Solar Challenger в конце 1970-х и начале 1980-х годов, после новаторской работы Роберта Баучера , который построил первые летающие модели на солнечной энергии в 1974 году. В рамках программы ERAST компания AeroVironment построила четыре поколения беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) длительного действия под руководством Рэя Моргана, первого из которых был Pathfinder.
Разработка
[ редактировать ]В 1983 году AeroVironment получила финансирование от неустановленного правительственного агентства США для тайного исследования концепции БПЛА, получившей название «High Altitude Solar» или HALSOL. Прототип HALSOL впервые поднялся в воздух в июне 1983 года. Девять полетов HALSOL состоялись в Грум-Лейк в Неваде. Полеты проводились с использованием радиоуправления и питания от аккумуляторов, поскольку самолет не был оснащен солнечными батареями. Аэродинамика HALSOL была подтверждена, но расследование привело к выводу, что ни фотоэлектрический элемент, ни технология хранения энергии не были достаточно развиты, чтобы сделать эту идею практичной на данный момент, и поэтому HALSOL был отправлен на хранение. [ 2 ]
В 1993 году, после десяти лет хранения, самолет был возвращен в полетный режим для выполнения короткого задания Организацией по защите от баллистических ракет (BMDO). С добавлением небольших солнечных батарей осенью 1993 года и в начале 1994 года в рамках программы BMDO в НАСА Драйден было выполнено пять проверочных полетов на малой высоте с использованием комбинации солнечной и аккумуляторной энергии. [ 3 ]
В 1994 году самолет был передан в программу НАСА ERAST по разработке технологии самолетов на научной платформе. Его переименовали в «Следопыт», потому что он был «буквально первооткрывателем будущего парка самолетов на солнечных батареях, которые могли оставаться в воздухе неделями или месяцами, выполняя научные миссии по отбору проб и визуализации». [ 3 ] Была запланирована серия полетов, чтобы продемонстрировать, что чрезвычайно легкая и хрупкая конструкция самолета с очень большим удлинением (соотношением размаха крыла к хорде крыла) может успешно взлетать и приземляться с аэродрома, а также подниматься на чрезвычайно высокие высоты. высоты (от 50 000 футов (15 000 м) до 80 000 футов (24 000 м)) и приводятся в движение силой Солнца. Кроме того, проект ERAST также хотел определить возможность использования такого БПЛА для перевозки инструментов, используемых в различных научных исследованиях. [ 4 ]
21 октября 1995 года хрупкость самолета была наглядно продемонстрирована, когда он был серьезно поврежден в результате аварии в ангаре, но впоследствии был восстановлен. [ 4 ]
Описание самолета
[ редактировать ]Pathfinder был оснащен восемью электродвигателями (позже их число сократилось до шести), которые сначала питались от аккумуляторов. Размах крыла составлял 98,4 фута (30,0 м). В двух подкрыльевых отсеках размещены шасси, аккумуляторы, приборная система с тройным резервированием и компьютеры управления полетом с двойным резервированием. К тому времени, когда самолет был принят в проект ERAST в конце 1993 года, к нему добавлялись солнечные элементы, в конечном итоге закрывающие всю верхнюю поверхность крыла. [ 1 ] Солнечные батареи обеспечивают питание электродвигателей самолета, авионики, средств связи и других электронных систем. У Pathfinder также была система резервных батарей, которая могла обеспечивать питание от двух до пяти часов, что позволяло совершать полеты ограниченной продолжительности после наступления темноты. [ 3 ]
Pathfinder летает со скоростью всего от 15 миль в час (24 км/ч) до 25 миль в час (40 км/ч). Управление по тангажу осуществляется с помощью крошечных рулей высоты на задней кромке крыла. Управление поворотом и рысканьем осуществляется за счет замедления или ускорения двигателей на внешних секциях крыла. [ 3 ]
Летные испытания и рекорды
[ редактировать ]Основная научная деятельность миссий Pathfinder включала определение состояния питательных веществ в лесах, возобновление роста лесов после ущерба, причиненного ураганом Иники в 1992 году, концентрацию отложений/водорослей в прибрежных водах и оценку состояния коралловых рифов. Научная деятельность координируется Исследовательским центром Эймса НАСА и включает исследователей Гавайского университета и Калифорнийского университета . В полете Pathfinder были испытаны два научных прибора, разработанных ERAST: цифровой сканирующий интерферометр с высоким спектральным разрешением (DASI) и бортовая система визуализации в реальном времени с высоким пространственным разрешением (ARTIS), оба разработанные 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 самолетов на солнечных батареях - 50 000 футов (15 000 м) во время 12-часового полета из НАСА Драйден . [ 1 ] [ 4 ] Этот и последующие рекорды, заявленные НАСА для Pathfinder, остаются неофициальными, поскольку они не были подтверждены FAI , международно признанным органом, санкционирующим мировые авиационные рекорды. Национальная ассоциация аэронавтики вручила команде ERAST, работающей в НАСА, награду за один из «10 самых памятных рекордных полетов» 1995 года. [ 3 ]
После дальнейших модификаций самолет был переведен на США ВМС Тихоокеанский ракетный полигон (PMRF) на гавайском острове Кауаи . Во время одного из семи полетов весной и летом 1997 года Pathfinder поднял рекорд высоты для самолетов на солнечных батареях, а также для винтовых самолетов, до 71 530 футов (21 800 м) 7 июля 1997 года. Во время этих полетов Pathfinder имел два легких прибора для визуализации, чтобы узнать больше о наземных и прибрежных экосистемах острова, демонстрируя потенциал таких самолетов в качестве платформ для научных исследований. [ 1 ]
Следопыт-Плюс
[ редактировать ]

В 1998 году Pathfinder был модифицирован в конфигурацию Pathfinder-Plus с более длинным крылом. В нем использовались четыре из пяти секций оригинального крыла Pathfinder, но они были заменены новой центральной секцией длиной 44 фута (13 м), которая включала в себя высотный профиль, разработанный для последующего Centurion/Helios. Новая секция была вдвое длиннее исходной и увеличила общий размах крыла корабля с 98,4 футов (30,0 м) до 121 фута (37 м). Новую центральную часть увенчали более эффективные кремниевые солнечные элементы, разработанные корпорацией SunPower Corporation из Саннивейла, Калифорния , которые могли преобразовывать почти 19 процентов получаемой солнечной энергии в полезную электрическую энергию для питания двигателей корабля, авионики и систем связи. Это по сравнению с эффективностью около 14 процентов у старых солнечных батарей, которые покрывают большую часть поверхности средних и внешних панелей крыла оригинального Pathfinder. Максимальная потенциальная мощность была увеличена с примерно 7500 Вт на Pathfinder до примерно 12 500 Вт на Pathfinder-Plus. Количество электродвигателей было увеличено до восьми, причем в качестве моторов использовались более мощные агрегаты, предназначенные для самолетов последующих поколений. [ 3 ]
В ходе опытно-конструкторских полетов Pathfinder-Plus, проведенных в PMRF летом 1998 года, были проверены силовые, аэродинамические и системные технологии его преемника Centurion. 6 августа 1998 года Pathfinder-Plus, пилотируемый Дереком Лисоски, доказал свою конструкцию, подняв национальный рекорд высоты до 80 201 фута (24 445 м) для самолетов с солнечными и винтовыми двигателями. [ 1 ] [ 5 ]
Испытания спутников в атмосфере
[ редактировать ]В июле 2002 года Pathfinder-Plus нес коммерческое ретрансляционное оборудование, разработанное Skytower, Inc., дочерней компанией AeroVironment , для испытания использования самолета в качестве платформы вещания. Skytower в партнерстве с НАСА и Министерством телекоммуникаций Японии протестировала концепцию « атмосферного спутника », успешно используя самолет для передачи как сигнала HDTV , так и IMT-2000 сигнала беспроводной связи с высоты 65 000 футов (20 000 м). , что дает самолету эквивалент передатчика высотой 12 миль (19 км). Из-за большого угла обзора самолета передача использовала только один ватт мощности, или 1/10 000 мощности, необходимой наземной вышке для передачи 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 достичь гораздо более высокого уровня использования частот. «Одна платформа SkyTower может обеспечить более чем в 1000 раз большую пропускную способность локального фиксированного широкополосного доступа, чем геостационарный спутник, использующий ту же полосу частот, в пересчете на байты в секунду на квадратную милю». [ 7 ]
Рэй Морган, президент AeroVironment, описал эту концепцию так: «То, что мы пытаемся сделать, — это создать то, что мы называем «атмосферным спутником», который работает и выполняет многие функции, которые спутник мог бы выполнять в космосе, но это очень близко, в атмосфере" [ 8 ]
Технические характеристики
[ редактировать ]

Следопыт | Следопыт-Плюс | Центурион | Гелиос HP01 | Гелиос HP03 | |
---|---|---|---|---|---|
Длина фут(м) | 12 (3.6) | 12 (3.6) | 12 (3.6) | 12 (3.6) | 16.5 (5.0) |
Хорда фут(м) | 8 (2.4) | ||||
Размах крыльев, фут(м) | 98.4 (29.5) | 121 (36.3) | 206 (61.8) | 247 (75.3) | |
Соотношение сторон | 12 к 1 | 15 к 1 | 26 к 1 | 30,9 к 1 | |
Коэффициент планирования | 18 к 1 | 21 к 1 | ? | ? | ? |
Скорость полета узлов (км/ч) | 15–18 (27–33) | 16.5–23.5 (30.6–43.5) | ? | ||
Максимальная высота, футы (м) | 71,530 (21,802) | 80,201 (24,445) | н/д | 96,863 (29,523) | 65,000 (19,812) |
Пустой вес, фунт (кг) | ? | ? | ? | 1,322 (600) | ? |
Макс. вес фунт (кг) | 560 (252) | 700 (315) | ±1,900 (±862) | 2,048 (929) | 2,320 (1,052) |
Полезная нагрузка фунт (кг) | 100 (45) | 150 (67,5) | 100–600 (45–270) | 726 (329) | ? |
Двигатели | электрические, по 2 л.с. (1,5 кВт) каждый | ||||
Количество двигателей | 6 | 8 | 14 | 14 | 10 |
Мощность солнечной энергии (кВт) | 7.5 | 12.5 | 31 | 35 | 18.5 |
Дополнительная мощность | батарейки | батарейки | батарейки | литиевые батареи | Литиевые батареи, топливные элементы |
См. также
[ редактировать ]- Электрический самолет
- История беспилотных летательных аппаратов
- Регенеративный топливный элемент
- НАСА Центурион (первый полет 10 ноября 1998 г.)
- НАСА/AeroVironment Прототип Helios (первый полет 8 сентября 1999 г.)
- QinetiQ/ Airbus Zephyr (первый полет в 2008 г.)
- Facebook Aquila (первый полет 28 июня 2016 г.)
- SoftBank/AeroVironment HAPSMobile (первый полет 11 сентября 2019 г.)
- BAE Systems PHASA-35 (первый полет 17 февраля 2020 г.)
Ссылки
[ редактировать ]Эта статья содержит материал, который изначально взят из веб-статьи Грега Гебеля «Беспилотные летательные аппараты» , которая находится в открытом доступе.
Эта статья включает общедоступные материалы с веб-сайтов или документов Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства .
- ^ Jump up to: а б с д и ж «Информационный бюллетень НАСА Армстронг: прототип Гелиоса» . НАСА . 13 августа 2015 г. Архивировано из оригинала 19 апреля 2023 г.
- ^ Гебель, Грег, «Предыстория БПЛА Endurance», Беспилотные летательные аппараты , глава 12. Существует в свободном доступе. Архивировано 11 февраля 2009 г. в Wayback Machine.
- ^ Jump up to: а б с д и ж г час Информационный бюллетень NASA Pathfinder, заархивировано на archive.org.
- ^ Jump up to: а б с Информационный бюллетень NASA Pathfinder, заархивировано на archive.org.
- ^ База данных записей NAA. Архивировано 12 февраля 2012 г. в Wayback Machine.
- ^ «SkyTower успешно тестирует первые в мире коммерческие телекоммуникационные приложения на высоте 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., archive.today .
- ↑ Дэвид, Леонард, «Стратосферная платформа служит спутником» Space.com, 24 июля 2002 г., по состоянию на 11 сентября 2008 г. Архивировано 15 мая 2008 г., на Wayback Machine.
- ^ Кнапп, Дон. «Атмосферные спутники могут сократить стоимость связи», CNN, 11 августа 1998 г., по состоянию на 13 сентября 2008 г.
- ^ Расследование аварии прототипа самолета Helios - Том 1, TE Noll et al., Январь 2004 г.
- ^ Информационный бюллетень NASA Centurion, заархивированный на archive.org.
- ^ NASA.gov
- «Фотоэлектрическая утонченность: лучшие солнечные элементы - с проводами, где не светит солнце», статья Дэниела Чо на тридцать третьей странице сентябрьского номера журнала Scientific American за 2003 год.
Внешние ссылки
[ редактировать ]
- Проект НАСА Гелиос
- Гелиос для детей
- Модель Helios от DesignsbyALX. Архивировано 19 мая 2011 г. в Wayback Machine .
- «3G протестировано на высоте 65 000 футов (20 000 м) в стратосфере» пресс-релиз 3G от 23 июля 2002 г.
- Статья Science Daily о рекорде высоты Pathfinder Plus
- Достижения в области телекоммуникационной ретрансляции в Международном аэропорту
- Статья на Space.com
- История БПЛА на солнечных батареях в «Будущем вещей»
- Pathfinder Plus в NASM
- Контракт NASA-AeroVironment на последующие проекты [ постоянная мертвая ссылка ]
- Статья о попытке установить рекорд Гелиоса
- Коллекции изображений НАСА:
- NASA Pathfinder. Архивировано 15 апреля 2013 г. в Wayback Machine.
- НАСА Патфайндер Плюс
- НАСА Центурион
- Прототип Гелиоса НАСА