Крила сонця: чистий політ

В даний час тривалість польоту безпілотних літальних апаратів обмежена в основному запасом енергії. Переведення на сонячну енергію дозволить різко збільшити час перебування БПЛА в повітрі.

Перші кроки

Першим у світі БПЛА із сонячною енергоустановкою став Sunrise I, який піднявся в небо 4 листопада 1974 року на полігоні Байсикл-Лейк військової бази Форт-Ірвін у Каліфорнії. Апарат побудувала американська компанія Astro Flight, яка отримала контракт від Lockheed на створення демонстраційного зразка БПЛА на сонячній тязі. На крилах Sunrise I встановили 1000 сонячних елементів загальною потужністю 450 Вт. Розмах крил у Sunrise I був 9,75 м, вага - 12 кг, а практична стеля в безхмарний день - 6100 м. Через рік в повітря піднялася поліпшена версія - Sunrise II, яка була обладнана 4480 сонячними елементами потужністю 600 Вт і важила всього 1,8 кг. З більшою тягою і меншою масою швидкопідйомність зросла до 90 м/хв, або 6,1 км/год, а практична стеля повинна бути скласти 23 000 м (втім, проблеми з управлінням значно знизили цю величину).

Без пілота і без палива

Зліва направо: 1. Sunrise I, 1974. Піонер сонячних польотів, розроблений конструктором Р.Боушером з компанії Astro Flight за контрактом з ARPA (дослідницьким агентством американського військового відомства). 4096 сонячних елементів давали 450 Вт, що підтримувати літак масою 12 кг і розмахом крил 9,76 м в повітрі протягом більше трьох годин. 2. Pathfinder, 1993. 254-кг безпілотник компанії AeroVironment c розмахом крил 30 м, створений на замовлення уряду США, був частиною програми NASA зі створення літака для досліджень навколишнього середовища ERAST (Environmental Research Aircraft Sensor Technology). Неодноразово бив рекорди висоти: у 1995 році - 15 392 м, у 1997 - на 21 802 м. 3. Helios, 1999. Helios повинен був стати першим «вічним літаком», конструктори мали намір (але не змогли) продемонструвати як мінімум 24-годинний безпосадковий політ. У 2001 році апарат поставив новий неофіційний світовий рекорд висоти в 29 524 м. 26 червня 2003 року під час випробувального польоту Helios втратив управління і впав у Тихий океан.

Наступний етап сонячної авіації почався 1980 року. Американська фірма AeroVironment за підтримки корпорації Dupont зробила спробу створення пілотованого літака на сонячній енергії для перельоту з Франції до Великобританії. Перший зразок - Gossamer Penguin - був крихким і володів не дуже хорошими льотними якостями. Другий варіант - Solar Challenger - важив 90 кг, а його крила, розмахом 14,3 м, були покриті 16 128 сонячними елементами загальною потужністю 2600 Вт. Стеля Solar Challenger становила 3700 м, і в липні 1981 року вона стала першим в історії літаком, який пролетів 262 км від Парижа до британського Менстона, використовуючи виключно сонячну енергію.

Американські висоти

Успіх Solar Challenger підстьобнув інтерес до використання сонячної енергії в авіації. AeroVironment почала роботу над проектом «Висотного сонячного безпілотного літака» (High Altitude Solar, HALSOL), який вперше піднявся в небо в червні 1983 року. HALSOL являв собою просте, дуже легке і міцне крило з розмахом 30 м, виготовлене з вуглепластику, кевлара, полістиролу і обтягнуте плівкою з майлара. Розробка проекту HALSOL проходила в режимі суворої секретності, влітку 1983 року літак здійснив дев'ять польотів на військовій базі Грум-Лейк в штаті Невада (де в тому ж році проходили випробування легендарного літака - «невидимки» F-117). На першому етапі HALSOL ще не оснастили сонячними елементами, для польотів використовували акумулятори і систему радіоуправління. Вивчивши аеродинаміку моделі, конструктори дійшли висновку, що сонячні елементи ще недостатньо досконалі для цього проекту.

Зліва направо: 1. SOLITAIR, 1998. Побудований в Інституті польотних систем німецького аерокосмічного центру DLR, цей технологічний демонстратор з розмахом крил 5,2 м оснащений поворотними сонячними панелями для оптимізації використання сонячного світла при польоті на широті Північної Європи. 2. Heliplat, 2000. Європейський проект Helinet, здійснюваний під керівництвом Туринського Політехнічного інституту, призвів до побудови невеликого (розмах крил 24 м) прототипу майбутнього 750-кг апарату Heliplat з розмахом крил 73 м, призначеного для моніторингу та телекомунікацій. 3. SkySailor, 2004. Перший прототип масою 2,6 кг і розмахом крил 3,2 м, розроблений Швейцарським Технологічним інститутом в Лозанні на замовлення Європейського космічного агентства, повинен довести можливість тривалих польотів на сонячній енергії в розрідженій атмосфері Марса. 4. Zephyr, 2005. Британська компанія QinetiQ побудувала два 30-кг надлегких апарати з розмахом крил 16 м, які здійснили перший політ в Нью-Мексико в 2005 році. В даний час Zephyr є власником неофіційного рекорду серед БПЛА за тривалістю польоту - більше 54 годин.

Знадобилося понад 10 років для того, щоб проект повернули до життя. Тепер їм зайнялися люди з NASA. 11 вересня 1995 року сонячний літак Pathfinder досяг висоти 15 400 м, встановивши таким чином новий рекорд для літаків на сонячній енергії. Через три роки з'явилася модифікація Pathfinder Plus - з подовженим крилом.

А 6 серпня 1998 року цей літак досяг висоти 24 445 м, рекордної для літаків з гвинтовими двигунами. Метою польоту було оцінити двигун і сонячні елементи, а також аеродинамічні та інші параметри для розробки літака Centurion зі стелею 30 000 м, який планувався на зміну сімейству Pathfinder. Однією з головних відмінностей версії Plus від звичайної були нові, більш потужні і ефективні (з ККД 19% проти 14% у Pathfinder) сонячні батареї, розроблені каліфорнійською фірмою SunPower. В результаті стало можливим збільшити максимальну потужність з 7500 Вт у Pathfinder до 12 500 Вт у Pathfinder Plus.

Ідея довготривалого польоту без використання палива володіє не тільки умами конструкторів безпілотних апаратів. З початку 1980-х років будуються пілотовані літальні апарати, які ставлять все нові рекорди. Заповітна мрія пілотів - безпосадковий навколосвітній переліт з використанням сонячної енергії. Саме таке завдання поставила команда під керівництвом Бертрана Пікара, потомчого дослідника і шукача пригод, який здійснив у 1999 році безпосадкову навколосвітню подорож на гібридному гелієво-тепловому аеростаті Breitling Orbiter. Перші польоти літального апарату Solar Impulse («Сонячний імпульс») плануються на 2008 рік.

БПЛА наступного покоління - Centurion - легкий безпілотний літак типу «літаюче крило» з сонячними елементами. Він став хорошим прикладом того, як можна використовувати сонячну енергію для тривалих польотів на великих висотах. Розмах крил Centurion (63 м) удвічі перевищував розмах Pathfinder (30 м). У 1998 році NASA провело випробування Centurion, а через рік його модифікували і перейменували в Helios, на ім'я грецького бога сонця.