Gunstige kijkhoek
Stratosferische hoogten in de orde van 18-30 kilometer worden slecht beheerst door mensen. In dit soort "nabije ruimte" worden zelden vliegtuigen genomen en er zijn daar geen ruimtevaartuigen. Maar zo'n laag in de luchtlaag van de aarde is erg handig voor geheime observatie. Ten eerste kunnen vliegtuigen op dergelijke hoogte een gebied overzien dat vergelijkbaar is met het grondgebied van Afghanistan of Syrië, en tegelijkertijd gedurende lange tijd over één gebied patrouilleren. Tegelijkertijd slaat de in een baan om de aarde draaiende satelliet vrij snel het terrein over en heeft hij vaak geen tijd om belangrijke objecten en processen vast te leggen. Ten tweede zijn luchtverdedigingssystemen op de grond nog niet ontworpen om dergelijke kleine verkenningsvliegtuigen op grote hoogte te zoeken en te vernietigen. Volgens berekeningen kan het effectieve verstrooiingsgebied 0,01 m. bereiken2… Met de massale verschijning van dergelijke pseudo-satellieten in de lucht, zal de luchtverdediging natuurlijk oplossingen vinden voor onderschepping, maar de kosten van vernietiging kunnen onbetaalbaar zijn. Naast verkenning kunnen drones op grote hoogte zorgen voor communicatie en navigatie.
De meeste drones die tot nu toe zijn ontwikkeld, ontworpen voor dergelijke hoogtes, zijn gebouwd op basis van zonnecellen en batterijen. Op hoogtes van enkele tientallen kilometers wordt zonne-energie veel efficiënter "geabsorbeerd", waardoor de gevleugelde machine niet alleen elektrische motoren kan aandrijven, maar ook energie kan opslaan in batterijen. 'S Nachts gebruiken de drones wat ze overdag opslaan; bij zonsopgang herhaalt de cyclus zich. Het blijkt een soort perpetuum mobile te zijn waarmee machines van enkele dagen tot meerdere jaren op hoogtes tot 30 kilometer kunnen vliegen. Als een dergelijke pseudo-satelliet bijvoorbeeld de beroemde Global Hawk vervangt, bespaart de operator alleen al ongeveer 2000 ton brandstof per jaar. Hierbij wordt geen rekening gehouden met de lagere kosten en veel langere operationele tijd. Al deze informatie is echter theoretisch: tot nu toe is het record voor de vluchtduur van dergelijke apparatuur 26 dagen. Dit werd in 2018 gerealiseerd door de Europese pseudo-satelliet Airbus Zephyr.
Vergeleken met klassieke satellieten zijn drones op grote hoogte natuurlijk veel goedkoper en staan ze dichter bij de aarde, wat opnamen en observatie van hoge kwaliteit garandeert. De eerder genoemde Airbus Zephyr is 10 keer goedkoper dan Global Hawk en 100 keer goedkoper dan World View-satellieten. In dit geval bevinden de pseudo-satellieten zich onder de ionosfeer, wat de nauwkeurigheid van de navigatie en de bepaling van de locatie van radio-emissiebronnen verhoogt. In tegenstelling tot een satelliet is een vliegtuig in staat om lange tijd boven het object van observatie te zweven, zoals een adelaar, en alle veranderingen die hieronder plaatsvinden te volgen.
Wat is het concept van een pseudo-satelliet voor stratosferische vluchten? Het is een lichtgewicht composiet casco met goede aerodynamische eigenschappen, uitgerust met zeer efficiënte zonnepanelen, accu's en brandstofcellen. Bovendien zijn zeer efficiënte elektromotoren en lichtgewicht bedieningsapparatuur met een laag energieverbruik nodig, die in staat is om snel en onafhankelijk te reageren op noodsituaties tijdens de vlucht. Dergelijke voertuigen op grote hoogte onderscheiden zich door hun lage draagvermogen (tot 100-200 kilogram) en extreme traagheid - tot enkele tientallen kilometers per uur. De eerste hiervan verscheen in de jaren tachtig in de Verenigde Staten.
Vliegende zonnepanelen
Experimentele pseudo-satellieten van het HALSOL-programma waren de eerste van dergelijke apparaten in de Verenigde Staten. Er kwam niets zinnigs van hen vanwege de elementaire achterstand in de technologie: er waren geen ruime batterijen of efficiënte zonnecellen. Het project was gesloten, maar het uiterlijk van de prototypes werd niet vrijgegeven en het initiatief ging over naar NASA. De specialisten presenteerden hun Pathfinder in 1994, die in feite de gouden standaard werd voor toekomstige pseudo-satellieten. Het toestel had een spanwijdte van 29,5 meter, een startgewicht van 252 kilogram en een hoogte van 22,5 kilometer. In de loop van meerdere jaren is het project herhaaldelijk gemoderniseerd; de laatste in de serie was de Helios HP, waarvan de vleugels waren uitgerekt tot 75 meter, het startgewicht werd opgevangen tot 2,3 ton. Dit apparaat kon in een van de generaties klimmen tot 29.524 meter - een record voor horizontaal vliegende vliegtuigen zonder straalmotoren. Door de imperfecte waterstofbrandstofcellen stortte Helios HP tijdens de tweede vlucht in de lucht. Ze kwamen niet terug op het idee van de restauratie.
Het tweede bekende model van een dual-purpose pseudo-satelliet kan de Zephyr-familie worden genoemd van de Britse QinetiQ, die in 2003 aan de kunstmatige horizon verscheen. Na uitgebreide tests en ontwerpverbeteringen werd het project in 2013 gekocht door Airbus Defense and Space en ontwikkeld tot twee hoofdmodellen. De eerste heeft een spanwijdte van 25 m en omvat: een zweefvliegtuig van ultralicht koolstofvezel, zonnepanelen van amorf silicium van United Solar Ovonic, lithium-zwavelbatterijen (3 kWh) van Sion Power, een stuurautomaat en een oplader van QinetiQ. Zonnepanelen wekken tot 1,5 kW elektriciteit op, genoeg voor een 24-uursvlucht op een hoogte van 18 km. De tweede, grotere pseudo-satelliet was de Zephyr T met twee staartbomen en een grotere spanwijdte (van 25 m tot 33 m). Dit ontwerp maakt het mogelijk om vier keer het laadvermogen te tillen (met een gewicht van 20 kg, voldoende voor een radarstation op 19.500 m hoogte).
Zephyr is al in enkele hoeveelheden gecontracteerd door de legers van Groot-Brittannië en de Verenigde Staten. Ze hadden nog geen tijd gehad om volledig aan de troepen te wennen, toen in maart 2019 een van hen neerstortte in de buurt van een assemblagefabriek in Farnborough, Hampshire. Bij dit ongeval werd het belangrijkste nadeel van dergelijke vliegtuigen in volle glorie onthuld - de hoge gevoeligheid voor meteorologische omstandigheden tijdens het opstijgen en landen. Op werkhoogten van vele kilometers zijn de pseudo-satellieten niet bang voor neerslag en wind, maar op de grond voelen ze zich ongemakkelijk.
DARPA bleef ook niet weg van zo'n veelbelovend onderwerp en startte eind jaren 2000 het VULTURE-programma (Very-high Altitude, Ultraendurance, Loitering Theatre Element - een superhoog observatiesysteem met ultralange rondhangen over een operatiegebied). De eerstgeborene was de pseudo-satelliet Solar Eagle, gemaakt door Boeing Phantom Works in samenwerking met QinetiQ en Venza Power Systems. Deze reus heeft een spanwijdte van 120 meter, lithium-zwavelbatterijen, acht motoren aangedreven door zowel zonnepanelen als waterstofcellen. Momenteel hebben de Amerikanen het project geclassificeerd en zijn ze hoogstwaarschijnlijk al bezig met het testen van de Solar Eagle in de vorm van pre-productie prototypes.
Het modernste van de niet-geclassificeerde prototypes is een pseudo-satelliet die gezamenlijk is ontwikkeld door BAE en Prismatic Ltd - PHASA-35 (Persistent High Altitude Solar Aircraft, langetermijnvliegtuig op grote hoogte op zonne-energie). In februari 2020 ging het voor het eerst de lucht in op de Royal Air Force Base in Zuid-Australië. Een vliegend zonnepaneel met vleugels kan 21 kilometer klimmen en een laadvermogen tot 15 kilogram dragen. Volgens de normen van drones op grote hoogte heeft de PHASA-35 een kleine spanwijdte van 35 meter en is bedoeld, zoals de ontwikkelaars zelf schrijven, voor monitoring, communicatie en beveiliging. Het initiële en belangrijkste pad van de pseudo-satelliet zal echter gevechtswerk zijn. In dit verband merkte Ian Muldoney, technisch directeur van BAE Systems, na de resultaten van de eerste vlucht op:
Dit is een uitstekend vroeg resultaat en toont het tempo aan dat kan worden bereikt als we het beste van de Britse capaciteiten combineren. De overgang van ontwerp naar vlucht in minder dan twee jaar (20 maanden) laat zien dat we de uitdaging aan kunnen die de Britse regering de industrie heeft gesteld om het toekomstige luchtgevechtssysteem in het komende decennium te bouwen.
Het was de bedoeling om tegen het einde van dit jaar de tests af te ronden en na 12 maanden de eerste productievoertuigen over te dragen aan de klant. Maar de pandemie zal natuurlijk zijn eigen aanpassingen maken binnen het gestelde tijdsbestek.
Nu is er een gestage groei in de belangstelling voor dergelijke drones op grote hoogte, en de uitbreiding van het ontwikkelingsgebied is daar het bewijs van. Naast de successen van China, India, Taiwan en Zuid-Korea zijn Russische ontwerpbureaus betrokken bij het ontwerpen van pseudo-satellieten. De eerste binnenlandse experimentele drone op grote hoogte werd ontwikkeld in de S. A. Lavochkin en noemde LA-251 "Aist". Het werd voor het eerst gepresenteerd op het Army-2016-forum. De drone is gemaakt volgens het normale aerodynamische ontwerp en is een vrijdragende eendekker met een spanwijdte van 16 m en een massa van ongeveer 145 kg. De eendekker heeft twee staartgieken, vier motoren van 3 kW en is uitgerust met een 240 Ah accu. Vlieghoogte tot 12.000 meter, duur tot 72 uur. Er wordt een grotere "Aist" ontwikkeld met een spanwijdte van 23 meter en een laadvermogen van 25 kg. Zo'n pseudo-satelliet stijgt al 18 kilometer en kan meerdere dagen in de lucht blijven. Om het ontwerp lichter te maken, bleef het vliegtuig over met één straal en werd het aantal motoren teruggebracht van vier naar twee. De verdere ontwikkeling van het binnenlandse thema van pseudosatellieten wordt belemmerd door het gebrek aan technologieën voor de productie van lithium-zwavelbatterijen met een specifieke energie-output van 400-600 Wh / kg. Daarnaast hebben we zonnepanelen nodig met een soortelijk gewicht van 0,32 kg/m2 met een rendement van minimaal 20%. Het hangt er in veel opzichten van af of Rusland in staat zal zijn de bestaande kloof met wereldleiders te verkleinen. Met zo'n enorm territorium kan ons land in de toekomst gewoon niet meer zonder zulke pseudo-satellieten.
