ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ И МЕТОДЫ ПОИСКА ОПТИМАЛЬНОГО ВАРИАНТА, КОНСТРУКЦИИ И ОБЩИХ ТЕХНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК СТРАТОСФЕРНОГО БЕСПИЛОТНОГО ДИРИЖАБЛЯ НА ЭТАПЕ НИР

© В.И.Маврицкий, А.В.Редькин
© Государственный музей истории космонавтики им. К.Э. Циолковского, г. Калуга
Секция "Авиация и воздухоплавание"
2007 г.

Известно, что в настоящее время техническая задача создания беспилотной стратосферной аэростатической платформы (или стратодирижабля) является актуальной, как реальная низкостоимостная альтернатива геостационарным спутниковым платформам. Стратодирижабль способен нести многоцелевую полезную нагрузку, выполняя задачи ретрансляции для создания новых сетей мобильной связи и интернета с высокой пропускной способностью, а также мониторинга атмосферы, земной поверхности и задачи обнаружения воздушных и наземных целей.

На этапе НИР по данной тематике необходимо решить ряд важнейших задач, определяющих концепцию и технические характеристики проектируемого аппарата, зависящих от конкретных требований заказчика. Основные требования, влияющие на размерность и другие характеристики аппарата – это географическая зона барражирования аппарата, продолжительность и сезон выполнения полёта. Серьёзными факторами также являются энергопотребление и масса полезной нагрузки. В зависимости от данных требований будет выбираться вариант исполнения энергетической системы, конструкция оболочки и аэродинамическая компоновка аппарата. Тип энергетической системы и способ энергообеспечения аппарата являются важнейшими вопросами, т. к. предполагается в перспективе достигнуть продолжительности полёта, соизмеримой со спутниковыми системами (3-5 лет). При этом высотный дирижабль должен использовать только солнечную энергию, преобразуемую в электрическую с помощью солнечных элементов, а также систему аккумулирования электроэнергии, построенную на основе системы электрохимический генератор – электролизёр. Однако для решения локальных задач, требующих меньшей продолжительности полёта, оптимально использовать аппарат небольшой размерности и имеющий компоненты энергосистемы с наименьшей стоимостью. Выбор оптимального варианта определяется экономическими факторами и требованиями заказчика, а также особенностями эксплуатации аппарата.

Для проведения данной работы необходим важнейший инструмент – алгоритм и программа расчёта основных технических параметров аппарата с учётом всех климатических и инсоляционных условий, а также с учётом модели функционирования целевой нагрузки. Такая программа позволит быстро и эффективно выполнить процесс оптимизации решений.

Этап верификации принятых решений и расчётных данных может быть осуществлён в аэродинамических трубах ЦАГИ (аэродинамическая компоновка) и термопрочностных вакуумных камерах (конструкция и материал оболочки, силовая установка). Стендовая модель энергосистемы может быть также испытана с использованием термопрочностной вакуумной камеры. Данные испытания позволят сэкономить средства и уменьшить риск ошибочных технических решений.

Дальнейшим этапом создания стратосферного дирижабля представляется этап изготовления и испытания ряда экспериментальных аппаратов, имеющих минимальный объём оболочки, соответствующий цели данного этапа испытаний. Такие испытания позволят отработать с наименьшими затратами основные решения по системе управления аппаратом, энергетической системе и схеме старта и посадки, которые могут быть реализованы в конструкции прототипа целевого аппарата на этапе опытно-конструкторских работ.