Solara - первый коммерческий атмосферный "спутник" на солнечной энергии

На одном из аэродромов, расположенных восточней города Мориарти, Нью-Мексико, находится огромный ангар под номером 76. Этот ангар является одновременно офисом и мастерской компании Titan Aerospace, где специалисты этой компании занимаются созданием высотных летательных аппаратов-роботов серии Solara, которые могут находиться в воздухе непрерывно в течение нескольких лет и летают только за счет энергии, получаемой от энергии лучей Солнца.

Первый из летательных аппаратов, Solara 50 будет иметь около 3 тысяч фотогальванических элементов, которыми будет покрыта вся поверхность его крыльев, размах которых будет равен 50 метрам.

Этот летательный аппарат предназначен для полета в стратосфере на высоте около 20 километров, где атмосфера всегда спокойна и постоянна. Летательные аппараты типа Solara называют атмосферными «спутниками» из-за того, что они могут выполнять множество функций, присущих космическим аппаратам, находящимся на низкой околоземной орбите. Это обеспечение покрытия широкополосных беспроводных коммуникаций и сотовой связи, высотная съемка, наблюдение, контроль государственных границ, наблюдение за атмосферой Земли и многое другое.

Но, в отличие от искусственных спутников, такие атмосферные «спутники» имеют гораздо меньшую собственную стоимость и стоимость их запуска. Кроме этого, в случае необходимости, высотный летательный аппарат может быть посажен на землю, где можно будет произвести его модернизацию, ремонт и замену оборудования.

И летательный аппарат Solara 50 станет первым коммерческим атмосферным «спутником», которые сможет выполнять большинство из вышеперечисленных функций. Первые испытания летательного аппарата Solara 50 будут произведены уже в этом году, а производство аппаратов будет начато в 2015 году.

Компания Titan Aerospace является далеко не первой компанией, которая работает в данном направлении. Пионером в этой области была компания AstroFlight, «солнечный» летательный аппарат которой поднялся в воздух в 1974 году. В 1980 году «солнечный» летательный аппарат компании AeroVironment пересек Ламанш, а в 2001 году летательный аппарат этой компании поднялся на высоту 29 километров и провел там около 40 минут времени.

А в 2010 году британская компания QinetiQ доказала полную работоспособность идеи длительных «солнечных» полетов с помощью летательного аппарата Zephyr, который провел в воздухе около двух недель.

Рис. 1.

К сожалению, никакой из вышеперечисленных компаний так и не удалось коммерциализировать разработанные ими технологии. Это произошло в силу нескольких причин, к которым можно отнести низкую эффективность солнечных батарей, ограниченную емкость и долговечность аккумуляторных батарей, малую надежность сверхлегкой конструкции летательных аппаратов, которая с легкостью может быть повреждена при подъеме на высоту сквозь «бурные» нижние слои атмосферы.

«Если проследить историю подобных проектов, то можно заметить, что все такие летательные аппараты были разрушены, попав лишь в очень слабые атмосферные возмущения» – рассказывает Кевин Джонс (Kevin Jones), один из космических инженеров, работающих на американских военных.

Но ключевые технологии, необходимые для реализации долговременных высотных полетов, достаточно «назрели» к настоящему времени.

Эффективность солнечных батарей увеличилась с 10 до 40 процентов, а аккумуляторные батареи уже имеют высокую надежность и высокие показатели плотности хранимой энергии по отношению к весу активной массы батареи. Материалы, на основе соединений из углеродистого волокна, имеют весьма высокую прочность и малый вес, из них можно изготавливать конструкции летательных аппаратов, рассчитанные на длительную непрерывную эксплуатацию.

С учетом уровня развития современных технологий реализация высотных полетов, длительность которых исчисляется месяцами, уже реализуема. Более длительные полеты, с учетом прогнозов, станут возможны не ранее чем через несколько лет.

«Литиевые аккумуляторы, которые будут обеспечивать полет аппарата в ночное время, могут выдержать около 200 циклов, чего достаточно для непрерывного шестимесячного полета» – рассказывает Кевин Джонс, – «О более длительных сроках пребывания в воздухе можно будет говорить лишь тогда, когда появятся высокоэффективные технологии получения водорода из воды, его накопления и высокоэффективного его преобразования в энергию при помощи топливных элементов».

IEEE Spectrum