Günstiger Betrachtungswinkel
Stratosphärische Höhen in der Größenordnung von 18-30 Kilometern werden vom Menschen schlecht beherrscht. In dieser Art von "nahem Weltraum" werden Flugzeuge selten geflogen, und es gibt dort keine Raumfahrzeuge. Aber eine solche Schicht in der Luftschicht der Erde ist sehr praktisch für die verdeckte Beobachtung. Erstens können Flugzeuge in solchen Höhen ein Gebiet vergleichbar mit den Territorien Afghanistans oder Syriens vermessen und gleichzeitig ein Territorium lange Zeit patrouillieren. Gleichzeitig überspringt der umlaufende Satellit das Gelände ziemlich schnell und hat oft keine Zeit, wichtige Objekte und Prozesse zu erfassen. Zweitens sind bodengestützte Luftverteidigungssysteme noch nicht dafür ausgelegt, solche kleinen und großen Aufklärungsflugzeuge zu suchen und zu zerstören. Berechnungen zufolge kann die effektive Streufläche 0,01 m. erreichen2… Natürlich wird die Luftverteidigung mit dem massiven Auftauchen solcher Pseudosatelliten am Himmel Lösungen zum Abfangen finden, aber die Kosten der Zerstörung können unerschwinglich sein. Neben der Aufklärung können Höhendrohnen auch Kommunikation und Navigation übernehmen.
Die meisten der bisher entwickelten Drohnen, die für solche Höhen ausgelegt sind, werden auf Basis von Solarzellen und Batterien gebaut. In Höhen von mehreren zehn Kilometern wird die Sonnenenergie viel effizienter „absorbiert“, wodurch die Flügelmaschine nicht nur Elektromotoren antreiben, sondern auch Energie in Batterien speichern kann. Nachts nutzen die Drohnen das, was sie tagsüber speichern, im Morgengrauen wiederholt sich der Kreislauf. Es entpuppt sich als eine Art Perpetuum Mobile, mit dem Maschinen von mehreren Tagen bis zu mehreren Jahren in Höhen von bis zu 30 Kilometern fliegen können. Wenn ein solcher Pseudosatellit beispielsweise den berühmten Global Hawk ersetzt, spart allein der Betreiber rund 2000 Tonnen Treibstoff pro Jahr. Dabei werden die geringeren Kosten und die viel längere Betriebszeit nicht berücksichtigt. All diese Informationen sind jedoch theoretisch: Bisher liegt der Rekord für die Flugdauer solcher Geräte bei 26 Tagen. Dies gelang 2018 dem europäischen Pseudosatelliten Airbus Zephyr.
Im Vergleich zu klassischen Satelliten sind Höhendrohnen natürlich viel günstiger und näher an der Erde, was eine qualitativ hochwertige Aufnahme und Beobachtung gewährleistet. Der bereits erwähnte Airbus Zephyr ist 10-mal billiger als Global Hawk und 100-mal billiger als World-View-Satelliten. In diesem Fall befinden sich die Pseudosatelliten unterhalb der Ionosphäre, was die Genauigkeit der Navigation und die Standortbestimmung von Radioemissionsquellen erhöht. Im Gegensatz zu einem Satelliten kann ein Flugzeug wie ein Adler lange Zeit über dem Beobachtungsobjekt schweben und alle darunter ablaufenden Veränderungen verfolgen.
Was ist das Konzept eines Pseudosatelliten für den Stratosphärenflug? Es handelt sich um eine leichte Verbundzelle mit guten aerodynamischen Eigenschaften, die mit hocheffizienten Sonnenkollektoren, Akkumulatoren und Brennstoffzellen ausgestattet ist. Darüber hinaus werden hocheffiziente Elektromotoren benötigt, leichte Steuergeräte mit geringem Energieverbrauch, die in der Lage sind, im Flug schnell und selbstständig auf Notsituationen zu reagieren. Solche Höhenfahrzeuge zeichnen sich durch ihre geringe Tragfähigkeit (bis zu 100-200 Kilogramm) und extreme Langsamkeit - bis zu mehreren zehn Kilometern pro Stunde - aus. Die ersten davon erschienen in den 1980er Jahren in den Vereinigten Staaten.
Fliegende Sonnenkollektoren
Experimentelle Pseudosatelliten des HALSOL-Programms waren die ersten unter diesen Geräten in den Vereinigten Staaten. Durch den elementaren Technologierückstand wurde nichts Vernünftiges daraus: Es gab keine großen Batterien und keine effizienten Solarzellen. Das Projekt wurde geschlossen, aber das Aussehen der Prototypen wurde nicht freigegeben, und die Initiative ging an die NASA über. Seine Spezialisten stellten 1994 ihren Pathfinder vor, der tatsächlich zum Goldstandard für zukünftige Pseudosatelliten wurde. Das Gerät hatte eine Spannweite von 29,5 Metern, ein Abfluggewicht von 252 Kilogramm und eine Flughöhe von 22,5 Kilometern. Im Laufe mehrerer Jahre wurde das Projekt immer wieder modernisiert; der letzte in der serie war der Helios HP, dessen Flügel auf 75 Meter gestreckt waren, das Startgewicht wurde auf 2,3 Tonnen aufgefangen. Dieses Gerät in einer der Generationen konnte auf 29.524 Meter steigen - ein Rekord für horizontal fliegende Flugzeuge ohne Strahltriebwerke. Aufgrund der unvollkommenen Wasserstoff-Brennstoffzellen brach Helios HP beim zweiten Flug in der Luft zusammen. Sie kehrten nicht zu der Idee ihrer Restaurierung zurück.
Das zweite bekannte Modell eines Doppelzweck-Pseudo-Satelliten kann als Zephyr-Familie aus dem britischen QinetiQ bezeichnet werden, die 2003 am künstlichen Horizont auftauchte. Nach umfangreichen Tests und Designverbesserungen wurde das Projekt 2013 von Airbus Defence and Space gekauft und in zwei Hauptmodelle weiterentwickelt. Der erste hat eine Spannweite von 25 m und beinhaltet: einen Gleitschirm aus ultraleichter Kohlefaser, Solarpanels aus amorphem Silizium von United Solar Ovonic, Lithium-Schwefel-Batterien (3 kWh) von Sion Power, einen Autopiloten und ein Ladegerät von QinetiQ. Sonnenkollektoren erzeugen bis zu 1,5 kW Strom, was für einen Rund-um-die-Uhr-Flug in 18 km Höhe ausreicht. Der zweite, größere Pseudosatellit war der Zephyr T mit zwei Leitwerken und einer vergrößerten Flügelspannweite (von 25 m auf 33 m). Diese Konstruktion ermöglicht das Anheben der vierfachen Nutzlast (Gewicht 20 kg, ausreichend, um eine Radarstation in 19.500 m Höhe unterzubringen).
Zephyr wurde bereits von den Armeen Großbritanniens und der Vereinigten Staaten in Einzelmengen unter Vertrag genommen. Sie hatten noch keine Zeit, sich vollständig an die Truppen zu gewöhnen, als im März 2019 einer von ihnen in der Nähe eines Montagewerks in Farnborough, Hampshire, abstürzte. Bei diesem Unfall zeigte sich der Hauptnachteil solcher Flugzeuge in voller Pracht - ihre hohe Empfindlichkeit gegenüber meteorologischen Bedingungen während des Starts und der Landung. In vielen Kilometern Arbeitshöhe haben die Pseudosatelliten keine Angst vor Niederschlag und Wind, aber am Boden fühlen sie sich unwohl.
Auch DARPA blieb einem so vielversprechenden Thema nicht fern und initiierte Ende der 2000er Jahre das VULTURE-Programm (Very-high Altitude, Ultraendurance, Loitering Theatre Element – ein superhohes Beobachtungssystem mit ultralangem Herumlungern über einem Operationssaal). Der Erstgeborene war der Pseudosatellit Solar Eagle, der von Boeing Phantom Works in Zusammenarbeit mit QinetiQ und Venza Power Systems entwickelt wurde. Dieser Riese hat eine Flügelspannweite von 120 Metern, Lithium-Schwefel-Batterien, acht Motoren, die sowohl von Sonnenkollektoren als auch von Wasserstoffzellen angetrieben werden. Aktuell haben die Amerikaner das Projekt klassifiziert und testen den Solar Eagle höchstwahrscheinlich bereits in Form von Vorserien-Prototypen.
Der modernste der nicht klassifizierten Prototypen ist ein von BAE und Prismatic Ltd gemeinsam entwickelter Pseudosatellit - PHASA-35 (Persistent High Altitude Solar Aircraft, Long-Term High Altitude Solar Aircraft). Im Februar 2020 wurde es auf der Royal Air Force Base in South Australia zum ersten Mal in die Luft geschossen. Ein fliegendes Solarpanel mit Flügeln kann 21 Kilometer klettern und eine Nutzlast von bis zu 15 Kilogramm tragen. Nach den Maßstäben von Höhendrohnen hat die PHASA-35 eine geringe Spannweite von 35 Metern und ist, wie die Entwickler selbst schreiben, für Überwachung, Kommunikation und Sicherheit gedacht. Der erste und wichtigste Weg des Pseudosatelliten wird jedoch die Kampfarbeit sein. Diesbezüglich kommentierte Ian Muldoney, Technischer Direktor von BAE Systems, nach den Ergebnissen des Erstflugs:
Dies ist ein herausragendes frühes Ergebnis und zeigt das Tempo, das erreicht werden kann, wenn wir die besten britischen Fähigkeiten vereinen. Der Übergang vom Design zum Flug in weniger als zwei Jahren (20 Monate) zeigt, dass wir die Herausforderung meistern können, die die britische Regierung der Branche gestellt hat, um das zukünftige Luftkampfsystem im nächsten Jahrzehnt zu bauen.
Bis Ende dieses Jahres war geplant, die Tests abzuschließen und nach 12 Monaten die ersten Serienfahrzeuge an den Kunden zu übergeben. Aber die Pandemie wird natürlich innerhalb des vorgegebenen Zeitrahmens ihre eigenen Anpassungen vornehmen.
Inzwischen wächst das Interesse an solchen Höhendrohnen stetig, und die Ausweitung des Entwicklungsgebiets beweist dies. Neben den Erfolgen Chinas, Indiens, Taiwans und Südkoreas sind russische Designbüros an der Gestaltung von Pseudosatelliten beteiligt. Die erste inländische experimentelle Höhendrohne wurde an der S. A. entwickelt. Lawotschkin und nannte LA-251 "Aist". Es wurde zum ersten Mal auf dem Forum Army-2016 vorgestellt. Die Drohne ist nach dem üblichen aerodynamischen Design gefertigt und ist ein freitragender Eindecker mit einer Spannweite von 16 m und einer Masse von ca. 145 kg. Der Eindecker hat zwei Heckausleger, vier 3-kW-Motoren und ist mit einer 240-Ah-Batterie ausgestattet. Flughöhe bis 12 Tausend Meter, Dauer bis 72 Stunden. Entwickelt wird eine größere "Aist" mit einer Spannweite von 23 Metern und einer Nutzlast von 25 kg. Ein solcher Pseudosatellit steigt bereits 18 Kilometer hoch und kann mehrere Tage in der Luft bleiben. Um das Design zu erleichtern, wurde das Flugzeug mit einem Strahl belassen und die Anzahl der Motoren von vier auf zwei reduziert. Die Weiterentwicklung des heimischen Themas Pseudosatelliten wird durch fehlende Technologien zur Herstellung von Lithium-Schwefel-Batterien mit einer spezifischen Energieleistung von 400–600 Wh/kg behindert. Darüber hinaus benötigen wir Sonnenkollektoren mit einem spezifischen Gewicht von 0,32 kg / m2 mit einem Wirkungsgrad von mindestens 20 %. Davon hängt in vielerlei Hinsicht ab, ob Russland in der Lage sein wird, den bestehenden Abstand zu den führenden Politikern der Welt zu verringern. Bei einem so riesigen Territorium kann unser Land in Zukunft einfach nicht auf solche Pseudosatelliten verzichten.
