НАСА Патфайндер
Беспилотный летательный аппарат на солнечных батареях
Следопыт
Следопыт Плюс
Pathfinder в полете над Гавайями
Общая информация
ТипДистанционно управляемый БПЛА
ПроизводительАэроСреда
Основной пользовательПрограмма НАСА ERAST
Количество построенных1
История
Развился вНАСА Центурион
НАСА Гелиос

NASA Pathfinder и NASA Pathfinder Plus были первыми двумя самолетами, разработанными в рамках эволюционной серии беспилотных летательных аппаратов, работающих на солнечных и топливных элементах . Компания AeroVironment, Inc. разработала эти аппараты в рамках программы NASA Environmental Research Aircraft and Sensor Technology (ERAST). Они были построены для разработки технологий, которые позволили бы долгосрочным высотным самолетам служить в качестве атмосферных спутников , выполнять задачи по исследованию атмосферы, а также служить в качестве коммуникационных платформ. [1] Они были далее усовершенствованы в самолеты NASA Centurion и NASA Helios .

Искатель следов

Компания AeroVironment начала разработку полномасштабных летательных аппаратов на солнечных батареях с моделей Gossamer Penguin и Solar Challenger в конце 1970-х и начале 1980-х годов, следуя новаторской работе Роберта Буше , который построил первые летающие модели на солнечных батареях в 1974 году. В рамках программы ERAST компания AeroVironment под руководством Рэя Моргана построила четыре поколения беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) большой продолжительности полета, первым из которых стал Pathfinder.

Разработка

В 1983 году компания AeroVironment получила финансирование от неуказанного правительственного агентства США для тайного исследования концепции БПЛА под названием «High Altitude Solar» или HALSOL. Прототип HALSOL впервые поднялся в воздух в июне 1983 года. Девять полетов HALSOL состоялись в Грум-Лейк в Неваде. Полеты проводились с использованием радиоуправления и питания от аккумуляторов, поскольку самолет не был оснащен солнечными батареями. Аэродинамика HALSOL была подтверждена, но расследование привело к выводу, что ни фотоэлектрические элементы, ни технология хранения энергии не были достаточно зрелыми, чтобы сделать эту идею практической на тот момент, и поэтому HALSOL был отправлен на хранение. [2]

В 1993 году, после десяти лет хранения, самолет был возвращен в состояние полета для короткой миссии Организацией по противоракетной обороне (BMDO). С добавлением небольших солнечных батарей было проведено пять низковысотных контрольных полетов в рамках программы BMDO в NASA Драйден осенью 1993 года и в начале 1994 года на сочетании солнечной и аккумуляторной энергии. [3]

В 1994 году самолет был передан в программу NASA ERAST для разработки технологии научной платформы самолета. Он был переименован в «Pathfinder», потому что это был «буквально путеводитель для будущего парка самолетов на солнечных батареях, которые могли бы оставаться в воздухе в течение недель или месяцев для научных миссий по отбору проб и получению изображений». [3] Была запланирована серия полетов, чтобы продемонстрировать, что чрезвычайно легкая и хрупкая конструкция самолета с очень высоким удлинением (соотношение между размахом крыла и хордой крыла) может успешно взлетать и приземляться в аэропорту и может летать на чрезвычайно больших высотах (от 50 000 футов (15 000 м) до 80 000 футов (24 000 м)) с помощью энергии солнца. Кроме того, проект ERAST также хотел определить осуществимость такого БПЛА для перевозки инструментов, используемых в различных научных исследованиях. [4]

21 октября 1995 года хрупкость самолета была наглядно продемонстрирована, когда он был серьезно поврежден в результате аварии в ангаре, но впоследствии был восстановлен. [4]

Описание самолета

Pathfinder приводился в действие восемью электродвигателями — позже их число сократили до шести — которые сначала питались от батарей. Размах его крыльев составлял 98,4 фута (30,0 м). Два подкрыльевых отсека содержали шасси, батареи, тройную избыточную систему приборов и двойные избыточные компьютеры управления полетом. К тому времени, когда самолет был принят в проект ERAST в конце 1993 года, были добавлены солнечные батареи, в конечном итоге покрывающие всю верхнюю поверхность крыла. [1] Солнечные батареи обеспечивают питание электродвигателей самолета, авионики, связи и других электронных систем. Pathfinder также имел резервную аккумуляторную систему, которая могла обеспечивать питание в течение от двух до пяти часов, что позволяло совершать ограниченный по продолжительности полет после наступления темноты. [3]

Pathfinder летает со скоростью всего от 15 миль в час (24 км/ч) до 25 миль в час (40 км/ч). Управление тангажом осуществляется с помощью крошечных рулей высоты на задней кромке крыла. Управление поворотом и рысканием осуществляется путем замедления или ускорения двигателей на внешних секциях крыла. [3]

Летные испытания и записи

Основные научные мероприятия миссий Pathfinder включали определение состояния питательных веществ в лесах, восстановление лесов после повреждений, вызванных ураганом Иники в 1992 году, концентрации осадков/водорослей в прибрежных водах и оценку здоровья коралловых рифов. Научные мероприятия координируются исследовательским центром NASA Ames и включают исследователей из Гавайского и Калифорнийского университетов . Полет Pathfinder испытал два научных прибора, разработанных ERAST, цифровой сканирующий интерферометр с высоким спектральным разрешением (DASI) и бортовую систему визуализации в реальном времени с высоким пространственным разрешением (ARTIS), оба разработанные в Эймсе. Эти полеты проводились на высоте от 22 000 футов (6700 м) до 49 000 футов (15 000 м) в 1997 году. [3]

11 сентября 1995 года Pathfinder установил неофициальный рекорд высоты для самолетов на солнечных батареях в 50 000 футов (15 000 м) во время 12-часового полета с аэродрома NASA Dryden . [1] [4] Этот и последующие рекорды, заявленные NASA для Pathfinder, остаются неофициальными, поскольку они не были подтверждены FAI , международно признанным органом, санкционирующим мировые рекорды в авиации. Национальная ассоциация аэронавтики вручила команде NASA-industry ERAST награду за один из «10 самых памятных рекордных полетов» 1995 года. [3]

После дальнейших модификаций самолет был перемещен на Тихоокеанский ракетный полигон ВМС США (PMRF) на гавайском острове Кауаи . В одном из семи полетов туда весной и летом 1997 года Pathfinder поднял рекорд высоты для самолетов на солнечных батареях, а также для винтовых самолетов, до 71 530 футов (21 800 м) 7 июля 1997 года. Во время этих полетов Pathfinder нес два легких инструмента для получения изображений, чтобы узнать больше о наземных и прибрежных экосистемах острова, демонстрируя потенциал таких самолетов в качестве платформ для научных исследований. [1]

Pathfinder-Плюс

Pathfinder-Plus в полете над Гавайями, июнь 2002 г., оснащенный оборудованием связи Skytower
Pathfinder-Plus на выставке в Центре Удвар-Хейзи

В 1998 году Pathfinder был модифицирован в конфигурацию Pathfinder-Plus с более длинным крылом. Он использовал четыре из пяти секций оригинального крыла Pathfinder, но заменил их новой центральной секцией крыла длиной 44 фута (13 м), которая включала высотный аэродинамический профиль, разработанный для последующего Centurion/Helios. Новая секция была в два раза длиннее оригинальной и увеличила общий размах крыльев самолета с 98,4 футов (30,0 м) до 121 фута (37 м). Новая центральная секция была увенчана более эффективными кремниевыми солнечными элементами, разработанными корпорацией SunPower из Саннивейла, Калифорния , которые могли преобразовывать почти 19 процентов получаемой ими солнечной энергии в полезную электрическую энергию для питания двигателей, авионики и систем связи самолета. Для сравнения, эффективность старых солнечных батарей, которые покрывают большую часть поверхности средних и внешних панелей крыла оригинального Pathfinder, составляла около 14 процентов. Максимальная потенциальная мощность была увеличена с примерно 7500 Вт на Pathfinder до примерно 12500 Вт на Pathfinder-Plus. Количество электродвигателей было увеличено до восьми, а используемые двигатели были более мощными, разработанными для последующих самолетов. [3]

Опытные полеты Pathfinder-Plus, проведенные в PMRF летом 1998 года, подтвердили мощность, аэродинамику и системные технологии для его преемника, Centurion. 6 августа 1998 года Pathfinder-Plus, пилотируемый Дереком Лисоски, подтвердил свою конструкцию, подняв национальный рекорд высоты до 80 201 фута (24 445 м) для самолетов на солнечных батареях и с винтовым приводом. [1] [5]

Атмосферные спутниковые испытания

В июле 2002 года Pathfinder-Plus нес коммерческое оборудование для ретрансляции связи, разработанное Skytower, Inc., дочерней компанией AeroVironment , в ходе испытаний использования самолета в качестве вещательной платформы. Skytower в партнерстве с NASA и Министерством телекоммуникаций Японии протестировала концепцию « атмосферного спутника », успешно используя самолет для передачи как сигнала HDTV, так и сигнала беспроводной связи IMT-2000 с высоты 65 000 футов (20 000 м), что дало самолету эквивалентность башне передатчика высотой 12 миль (19 км). Из-за большого угла обзора самолета передача потребляла всего один ватт мощности, или 1/10 000 мощности, необходимой наземной башне для обеспечения того же сигнала. [6] По словам Стюарта Хиндла, вице-президента по стратегии и развитию бизнеса SkyTower, «платформы SkyTower в основном являются геостационарными спутниками без временной задержки». Далее Хиндл сказал, что такие платформы, летающие в стратосфере, в отличие от реальных спутников, могут достичь гораздо более высоких уровней использования частот. «Одна платформа SkyTower может обеспечить более чем в 1000 раз большую емкость фиксированного широкополосного локального доступа, чем геостационарный спутник, использующий тот же диапазон частот, на основе байтов в секунду на квадратную милю». [7]

Рэй Морган, президент AeroVironment, описал эту концепцию следующим образом: «Мы пытаемся создать то, что мы называем «атмосферным спутником», который работает и выполняет многие функции, которые спутник выполняет в космосе, но делает это очень близко, в атмосфере» [8].

Технические характеристики

Pathfinder Plus (слева) и Helios Prototype (справа) на рампе Драйдена
Эволюция солнечной авиации через программу ERAST
Технические характеристики [1] [3] [9] [10] [11]
 Искатель следовPathfinder-ПлюсЦентурионГелиос HP01Гелиос HP03
Длина фут(м)12 (3,6)12 (3,6)12 (3,6)12 (3,6)16,5 (5,0)
Хорда фут(м)8 (2.4)
Размах крыльев фут(м)98,4 (29,5)121 (36,3)206 (61,8)247 (75,3)
Соотношение сторон12 к 115 к 126 к 130,9 к 1
Коэффициент скольжения18 к 121 к 1???
Скорость полета уз(км/ч)15–18 (27–33)16,5–23,5 (30,6–43,5)?
Максимальная высота фут(м)71,530 (21,802)80,201 (24,445)н/д96,863 (29,523)65 000 (19 812)
Пустой вес фунт(кг)???1,322 (600)?
Макс. вес фунт(кг)560 (252)700 (315)±1900 (±862)2,048 (929)2320 (1052)
Полезная нагрузка фунт(кг)100 (45)150 (67,5)100–600 (45–270)726 (329)?
Двигателиэлектрические, 2 л.с. (1,5 кВт) каждая
Количество двигателей68141410
Выход солнечной энергии (кВт)7.512.5313518.5
Дополнительная мощностьбатареибатареибатареиЛитиевые батареиЛитиевые батареи, топливные элементы

Смотрите также

Ссылки

Эта статья содержит материал, который изначально был взят из веб-статьи "Беспилотные летательные аппараты" Грега Гебеля, которая находится в общественном достоянии.Общественное достояние  Эта статья включает в себя материалы, находящиеся в общественном достоянии, с веб-сайтов или документов Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства .

  1. ^ abcdef "NASA Armstrong Fact Sheet: Helios Prototype". NASA . 13 августа 2015 г. Архивировано из оригинала 2023-04-19.
  2. ^ Гебель, Грег, «Предыстория БПЛА Endurance», Беспилотные летательные аппараты, глава 12. Существует в открытом доступе. Архивировано 11.02.2009 на Wayback Machine
  3. ^ abcdefgh Информационный листок NASA Pathfinder, архив на archive.org
  4. ^ abc NASA Pathfinder информационный листок, архив на archive.org
  5. ^ База данных записей NAA. Архивировано 12.02.2012 на Wayback Machine.
  6. ^ "SkyTower успешно тестирует первые в мире коммерческие телекоммуникационные приложения с высоты более 65 000 футов (20 000 м) в стратосфере", Ewire, 22 июля 2002 г., дата обращения 11 сентября 2008 г. Архивировано 20 ноября 2006 г. на archive.today
  7. ↑ Дэвид, Леонард, «Стратосферная платформа служит спутником» Space.com, 24 июля 2002 г., дата обращения 11 сентября 2008 г. Архивировано 15 мая 2008 г. на Wayback Machine
  8. ^ Кнапп, Дон. «Атмосферные спутники» могли бы сократить расходы на связь», CNN, 11 августа 1998 г., доступ получен 13 сентября 2008 г.
  9. ^ Расследование аварии прототипа самолета Helios – Том 1, TE Noll et al., Январь 2004 г.
  10. ^ Информационный листок NASA Centurion, архив на archive.org
  11. ^ NASA.gov
  • «Фотоэлектрическое совершенство: лучшие солнечные элементы — с проводами там, где солнце не светит», статья Дэниела Чо на странице тридцать три выпуска журнала Scientific American за сентябрь 2003 г.
На Викискладе есть медиафайлы по теме AeroVironment Pathfinder .
  • Проект НАСА «Гелиос»
  • Гелиос для детей
  • Модель Helios от DesignsbyALX. Архивировано 19 мая 2011 г. на Wayback Machine .
  • «3G протестирован на высоте 65 000 футов (20 000 м) в стратосфере» Пресс-релиз 3G от 23 июля 2002 г.
  • Статья Science Daily о рекорде высоты Pathfinder Plus
  • Достижения в области телекоммуникаций в международном аэропорту
  • Статья на Space.com
  • История беспилотных летательных аппаратов на солнечных батареях на выставке The Future of Things
  • Pathfinder Plus в NASM
  • Контракт NASA-AeroVironment на последующие проекты
  • Статья о попытке рекорда Гелиоса
  • Коллекции изображений НАСА:
    • NASA Pathfinder Архивировано 15 апреля 2013 г. на Wayback Machine
    • НАСА Патфайндер Плюс
    • НАСА Центурион
    • Прототип NASA Helios
Retrieved from "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=NASA_Pathfinder&oldid=1272779607"