Налет на стратосферу
Долгопрудненское конструкторское бюро автоматики (ДКБА) продемонстрировало на МАКС-2011 "летающую тарелку" - уменьшенную копию линзообразного дирижабля ДП-27 "Анюта (диаметр - 17 метров, грузоподъемность - 200 кг, высота подъема и скорость - 800 м и 80 км/ч соответственно). Полноразмерный ДП-27, который планируется построить к 2013 году, будет выглядеть куда более солидно: диаметр оболочки составит 200 м, аппарат сможет подниматься на 5000 м и преодолевать до 800 км со скоростью 90 км/ч - преимущественно в беспилотном режиме.
Классический дирижабль - аппарат легче воздуха, наполненный водородом или гелием (иногда метаном). Он держится в воздухе исключительно за счет аэростатической подъемной силы, а двигатели используются только для поступательного движения. На этом основаны все преимущества и недостатки подобных машин.
С одной стороны, такие аппараты не тратят топливо на то, чтобы просто держаться в небе (аппараты тяжелее воздуха расходуют на это от 2/3 горючего). Отсюда экономичность, гораздо большая, чем у самолетов и вертолетов (в 3-5 и 14-17 раз соответственно). Как следствие - огромная дальность полета. При этом поднять в воздух большой груз аэростатическим способом куда проще. В отличие от "аэропланов", которым нужно гасить скорость при приземлении, дирижабли не нуждаются во взлетно-посадочных полосах, даже если перевозят массу груза, сопоставимую с тяжелыми транспортными самолетами. Иными словами, использование дирижаблей позволяет дешево перебрасывать огромный груз туда, куда нужно, а не туда, где есть аэродром..
Дирижабли поднялись в воздух раньше самолетов (в 1852 году) и достаточно успешно конкурировали с самолетами в первые десятилетия после их появления. Однако преимущества аппаратов легче воздуха имеют и оборотную сторону - что и предопределило их закат.
Во-первых, водород и метан взрывоопасны, а инертный гелий достаточно дорог. Во-вторых, для создания аэростатической подъемной силы с помощью легких газов аппарат должен иметь объем не менее 1 кубического метра на каждый килограмм взлетного веса, что предопределяет огромные размеры дирижаблей. Это порождает большое аэродинамическое сопротивление - и, как следствие, низкую скорость, плохую маневренность. Огромная парусность в сочетании с "легкостью" делает дирижабль слишком зависимым от метеоусловий. В "комплекте" с низкой маневренностью и необходимостью преодолевать тянущую вверх аэростатическую подъемную силу это затрудняет посадку (для ее осуществления даже небольшим дирижаблям требовалась помощь нескольких человек, а в случае с крупными - сотен).
Кроме того, подъемная сила во время полета может оказаться избыточной. В итоге по мере расходования топлива приходится сокращать и количество "подъемного" газа в оболочке - у классических дирижаблей он просто сбрасывался в атмосферу. Хорошо, если это был дешевый водород, однако сбрасывать приходилось и достаточно дорогой гелий. Наконец, разгрузив, скажем, 20 тонн груза, дирижабль должен взять ровно такое же количество балласта. Быстро улететь сразу после разгрузки он не может, а в случае грузоперевозок зачастую вынужден тащить огромный груз "вхолостую", что сильно нивелирует преимущество в экономичности.
Поэтому, когда оказалось возможным создать надежные самолеты с большой грузоподъемностью и дальностью полета, дирижабли мгновенно сошли со сцены. Нефть тогда была копеечной, преимущество "короткой" посадки было перехвачено вертолетами, шумность при тогдашней плотности авиасообщения никого особо не волновала - как и экологичность.
Однако в последние десятилетия шли два взаимодополняющих процесса. С одной стороны, возрастала потребность в "дирижабельных" характеристиках в традиционных нишах разведки и грузоперевозок, открывались новые сферы применения. С другой - дирижабли медленно, но верно избавлялись от своих ключевых недостатков.
Появились системы "управления плавучестью", регулирующие аэростатическую подъемную силу без сброса гелия в атмосферу. Они работают либо за счет откачки или нагнетания газа в оболочку, либо по принципу термобалластирования - то есть за счет нагрева/охлаждения газа или просто воздуха. Другой вариант - дирижабли, летающие с "перетяжем". В этом случае недостаток аэростатической подъемной силы компенсируется либо "по-самолетному" - за счет аэродинамической подъемной силы, возникающей при обтекании оболочки специальной формы или крыльев набегающим потоком воздуха, либо "по-вертолетному" - за счет роторов, создающих тягу по вертикальной оси.
Очень часто на одном аппарате используется несколько схем одновременно. Так или иначе, современные гибридные машины либо "чуть тяжелее" воздуха, либо становятся таковыми при необходимости. В итоге отсекаются проблемы со сбросом гелия, невозможностью самостоятельной посадки и, в большинстве случаев, с балластом. Устойчивость к боковому ветру и маневренность теоретически может улучшить и использование новой формы оболочки - линзообразной ("летающая тарелка").
Прогресс коснулся и материалов. Так, у DARPA есть материал, способный сохранять прочность два десятилетия при температурах около минус ста по Цельсию. Это позволяет, например, годами "болтаться" на больших высотах в беспосадочном режиме, что открывает ряд интересных возможностей.
Типичными представителями нового поколения можно считать разработанный в рамках проекта LEMV (Long Endurance Multi Intelligence Vehicle) беспилотный дирижабль P791 и Aeroscraft ML866, сооружаемый WorldWide Aeros Corporation при поддержке Пентагона. Оба аппарата построены по схеме "тяжелее воздуха": у P791 гелий компенсирует 80% веса, у ML866 - 65%, а оставшиеся 20-35% добираются за счет обтекания потоком воздуха корпуса более или менее "крылообразного" профиля и формы. Кроме того, ML866 способен компенсировать часть веса "по-вертолетному". Есть и система управления аэростатическим компонентом подъемной силы - откачка или нагнетание гелия в оболочку
Полноценная система LEMV будет представлять собой беспилотный аппарат, способный непрерывно патрулировать 21 день на высоте 7 км с грузом более тонны. При патрулировании в эшелоне 3000 м нагрузка может составлять 2,3 тонны. Используя радары и оптические сенсоры, дирижабль способен контролировать территорию в радиусе примерно 150 км.
Aeroscraft ML866 - своего рода потомок программы Walrus ("Морж"), предусматривавшей создание огромных военно-транспортных дирижаблей с нагрузкой 500-1000 тонн и "зарезанной" из-за вызванного войной в Ираке пентагоновского безденежья. Aeroscraft - поскромнее, он будет способен в беспилотном режиме переместить груз в 50 тонн на дальность до 5000 км. Основное назначение - транспортировка грузов в труднодоступные районы, где нет густой сети аэродромов, железных и автомобильных дорог. Если эксплуатация Aerocraft не преподнесет неприятных сюрпризов, его намерены сертифицировать и для пассажирских перевозок.
Из отечественных гибридных аппаратов наиболее известны термопланы - дисковидные машины, использующие термобалластировку. Однако проекты термопланов словно преследует злой рок - прототип полноразмерного аппарата, АЛА-40, потерпел крушение в 1992-м. Попытка возродить программу термопланов, предпринятая фирмой "Ломоскай" в конце "нулевых", не вышла за рамки анонсирования проекта.
Впрочем, и классическим аппаратам легче воздуха можно найти применение - там, где не требуются регулярный взлет и посадка. Прежде всего, это "стационарное" наблюдение (в том числе радарное) и ретрансляция сигнала. Например, американская армия все более широко использует привязные аэростаты PTDS и PGSS, не считая простейших небольших аэростатов Hover, оснащенных единственной видеокамерой.
PGSS - небольшой (22 м длины, 700 кубометров объема) гелиевый аэростат, способный поднять 70 кг на высоту 600 м. Собственно аппаратура весит 50 кг, и ее возможностей достаточно, чтобы обнаружить грузовик на расстоянии 18 км, человека - с 12 км и идентифицировать личность на расстоянии 4 км. Кроме визуального наблюдения, аэростат мониторит местность на предмет источников инфракрасного и электромагнитного излучения и акустических "проявлений". Иными словами, это что-то вроде гипертрофированной наблюдательной вышки с расширенными возможностями. Подобные аппараты уже достаточно давно используют израильтяне.
На основе PTDS (производитель - Lockheed Martin) созданы высокомобильная система 74К (объем оболочки - 2100 кубометров, рабочая высота - 1500 м, полезная нагрузка - 500 кг), используемая в Афганистане и Ираке, и стационарная система 420К (объем оболочки - 12000 кубометров, рабочая высота - 4600 м, нагрузка - 1 т, загоризонтный охват радара - 274 км), развернутая в том числе вдоль границы с Мексикой. Последняя входит в большую аэростатно-радарную систему TARS, создаваемую на территории США. Другой ее элемент - радарные аэростаты JLENS (длина - 74 м) компании Raytheon, достигающие в высоту 3-4,5 км и способные обнаруживать крылатые ракеты на дальности до 200 км - причем не только обнаруживать, но и наводить на них зенитные ракеты. Длительность непрерывного висения достигает 30 дней. Примерный аналог американской 74К - российская система "Гепард" (объем - 1200-1900 кубометров, рабочая высота - 2 км, полезная нагрузка - 300 кг).
Смысл радарных дирижаблей вполне очевиден: наземные радары имеют весьма ограниченные возможности по обнаружению низковысотных целей - на испытаниях древние воздушные радарные комплексы гарантированно били наземников, обнаруживая крылатую ракету на 10 минут раньше. Иными словами, в случае с низковысотными целями "летающий" радар всегда лучше "ездящего". Однако организация постоянного патрулирования самолетов дальнего радиолокационнного обнаружения (ДРЛО) - очень дорогое "упражнение". Аэростаты и дирижабли позволяют решить эту проблему, поднимая радары в воздух дешево.
Другой областью применения стационарных дирижаблей является ретрансляция сигнала. Чем больше высота, на которой расположены радар или ретранслятор, тем дальше радиогоризонт и больше зона их эффективного действия. Вдобавок, выше 19-20 км находится своего рода дирижабельный рай: скорость ветра составляет около 10 км/с, а плотность атмосферы - считанные проценты от плотности на уровне моря. В итоге нагрузки на дирижабль в 30-40 раз меньше, что позволяет использовать легкие эффективные конструкции.
Поэтому с появлением материалов, способных долго выдерживать низкие температуры, были созданы стратосферные дирижабли (HAPS - High Altitude Platform Station), осваивающие высоты в 20-22 км. Их основные функции - наблюдение и связь. Огромная высота дает весьма впечатляющий эффект: 8 стратосферных радарных дирижаблей могут закрыть всю западную границу России. Единственный ретранслятор, поднятый на высоту порядка 20 км, способен принимать и передавать сигналы для территории около 800 тыс. км. По сути, это дешевая иэффективная альтернатива спутникам связи и разведки.
Первый полет стратосферного ретранслятора (HALE-D), состоявшийся в начале августа, оказался неудачным - аппарат не достиг запланированной высоты. Однако это явно не последняя попытка реализовать весьма привлекательную технологию. Возможно отечественный проект стратосферного дирижабля - "Беркут" - окажется более успешным.
Евгений Пожидаев
На МАКСе-2011 представят линзообразный дирижабль ДП-27 "Анюта"
Американские конструкторы дали вторую жизнь дирижаблям
Канадская Aviation Capital заказала дирижабль для перевозки грузов
Активисты: Петербуржцев от пробок спасут канатная дорога, дирижабль и маглев