Góc nhìn thuận lợi
Độ cao của tầng bình lưu khoảng 18-30 km do con người làm chủ kém. Trong loại "không gian gần" này, máy bay được cất cánh không thường xuyên, và không có tàu vũ trụ nào ở đó. Nhưng một lớp như vậy trong lớp không khí của Trái đất rất thuận tiện cho việc quan sát bí mật. Thứ nhất, máy bay ở độ cao như vậy có thể khảo sát một khu vực tương đương với lãnh thổ của Afghanistan hoặc Syria, đồng thời tuần tra trên một vùng lãnh thổ trong thời gian dài. Đồng thời, vệ tinh quỹ đạo lướt qua địa hình khá nhanh, thường không có thời gian để chụp các đối tượng và quá trình quan trọng. Thứ hai, các hệ thống phòng không trên mặt đất chưa được thiết kế để tìm kiếm và tiêu diệt các máy bay trinh sát tầm cao và cỡ nhỏ như vậy. Theo tính toán, vùng tán xạ hiệu quả có thể đạt 0,01 m2… Tất nhiên, với sự xuất hiện ồ ạt của các vệ tinh giả như vậy trên bầu trời, lực lượng phòng không sẽ tìm ra giải pháp để đánh chặn, nhưng chi phí tiêu diệt có thể rất cao. Ngoài trinh sát, máy bay không người lái tầm cao có thể cung cấp thông tin liên lạc và điều hướng.
Hầu hết các máy bay không người lái được phát triển cho đến nay, được thiết kế cho những độ cao như vậy, đều được chế tạo trên cơ sở pin mặt trời và pin. Ở độ cao vài chục km, năng lượng mặt trời được “hấp thụ” hiệu quả hơn nhiều, điều này cho phép cỗ máy có cánh không chỉ cung cấp năng lượng cho động cơ điện mà còn có thể tích trữ năng lượng trong pin. Vào ban đêm, máy bay không người lái sử dụng những gì chúng lưu trữ trong ngày; vào lúc bình minh, chu kỳ lặp lại. Hóa ra là một loại máy chuyển động vĩnh viễn cho phép máy bay từ vài ngày đến vài năm ở độ cao lên đến 30 km. Ví dụ, nếu một vệ tinh giả như vậy thay thế Global Hawk nổi tiếng, thì chỉ riêng người điều hành sẽ tiết kiệm được khoảng 2000 tấn nhiên liệu mỗi năm. Điều này không tính đến chi phí thấp hơn và thời gian hoạt động lâu hơn. Tuy nhiên, tất cả thông tin này chỉ là lý thuyết: cho đến nay, kỷ lục về thời gian bay của thiết bị đó là 26 ngày. Điều này đã đạt được vào năm 2018 bởi máy bay Airbus Zephyr giả vệ tinh của châu Âu.
So với các vệ tinh cổ điển, máy bay không người lái ở độ cao tự nhiên rẻ hơn nhiều và gần Trái đất hơn, đảm bảo chất lượng cao cho việc chụp ảnh và quan sát. Chiếc Airbus Zephyr nói trên rẻ hơn 10 lần so với Global Hawk và rẻ hơn 100 lần so với vệ tinh World View. Trong trường hợp này, các vệ tinh giả được đặt bên dưới tầng điện ly, giúp tăng độ chính xác của việc dẫn đường và xác định vị trí của các nguồn phát xạ vô tuyến. Không giống như vệ tinh, một chiếc máy bay có khả năng bay lượn trên đối tượng quan sát trong thời gian dài, giống như một con đại bàng, theo dõi tất cả những thay đổi diễn ra bên dưới.
Khái niệm về vệ tinh giả cho chuyến bay trên tầng bình lưu là gì? Đây là một khung máy bay composite nhẹ với các đặc tính khí động học tốt, được trang bị các tấm pin năng lượng mặt trời, bộ tích lũy và pin nhiên liệu hiệu quả cao. Ngoài ra, cần có động cơ điện hiệu suất cao, thiết bị điều khiển nhẹ, tiêu thụ năng lượng thấp, có khả năng phản ứng kịp thời và độc lập với các tình huống khẩn cấp trong chuyến bay. Những phương tiện có độ cao như vậy được phân biệt bởi khả năng chuyên chở thấp (lên đến 100-200 kg) và cực kỳ chậm - lên đến vài chục km một giờ. Chiếc đầu tiên trong số này xuất hiện vào những năm 1980 tại Hoa Kỳ.
Tấm pin mặt trời bay
Vệ tinh giả thử nghiệm của chương trình HALSOL là vệ tinh đầu tiên trong số các thiết bị như vậy ở Hoa Kỳ. Không có gì hợp lý đến với họ do sự tụt hậu cơ bản trong công nghệ: không có pin dung lượng lớn hoặc pin mặt trời hiệu quả. Dự án đã kết thúc, nhưng diện mạo của các nguyên mẫu vẫn chưa được giải mật, và sáng kiến được chuyển cho NASA. Các chuyên gia của nó đã trình bày Pathfinder của họ vào năm 1994, trên thực tế, nó đã trở thành tiêu chuẩn vàng cho các vệ tinh giả trong tương lai. Thiết bị này có sải cánh dài 29,5 mét, trọng lượng cất cánh 252 kg và độ cao 22,5 km. Trong vài năm, dự án đã được hiện đại hóa nhiều lần; chiếc cuối cùng trong loạt là Helios HP, có cánh kéo dài tới 75 mét, trọng lượng cất cánh lên tới 2,3 tấn. Thiết bị này thuộc một trong những thế hệ đã có thể leo tới độ cao 29.524 mét - một kỷ lục đối với máy bay bay theo chiều ngang không có động cơ phản lực. Do các tế bào nhiên liệu hydro không hoàn hảo, Helios HP đã gục ngã trên không trong chuyến bay thứ hai. Họ đã không quay trở lại với ý tưởng về việc phục hồi nó.
Mô hình thứ hai được biết đến của một vệ tinh giả có mục đích kép có thể được gọi là họ Zephyr từ QinetiQ của Anh, xuất hiện trên đường chân trời nhân tạo vào năm 2003. Sau khi thử nghiệm rộng rãi và cải tiến thiết kế, dự án đã được Airbus Defense and Space mua vào năm 2013 và phát triển thành hai mẫu chính. Chiếc thứ nhất có sải cánh dài 25 m và bao gồm: một tàu lượn làm bằng sợi carbon siêu nhẹ, các tấm pin mặt trời làm bằng silicon vô định hình của United Solar Ovonic, pin lithium-sulfur (3 kWh) từ Sion Power, một máy lái tự động và một bộ sạc từ QinetiQ. Các tấm pin mặt trời tạo ra tới 1,5 kW điện, đủ cho một chuyến bay suốt ngày đêm ở độ cao 18 km. Vệ tinh giả thứ hai, lớn hơn là Zephyr T với hai cần đuôi và sải cánh tăng lên (từ 25 m lên 33 m). Thiết kế này cho phép nâng trọng tải gấp 4 lần (nặng 20 kg, đủ để bố trí một trạm radar ở độ cao 19.500 m).
Zephyr đã được quân đội Anh và Mỹ ký hợp đồng với số lượng đơn lẻ. Họ vẫn chưa có thời gian để làm quen với quân đội thì vào tháng 3 năm 2019, một trong số họ đã bị rơi gần một nhà máy lắp ráp ở Farnborough, Hampshire. Trong vụ tai nạn này, nhược điểm chính của chiếc máy bay như vậy đã được bộc lộ hết sức vinh quang - độ nhạy cao của nó đối với các điều kiện khí tượng khi cất cánh và hạ cánh. Ở độ cao làm việc nhiều km, các vệ tinh giả không ngại mưa gió, nhưng ở dưới đất thì cảm thấy khó chịu.
DARPA cũng không tránh xa một chủ đề đầy hứa hẹn như vậy và vào cuối những năm 2000 đã khởi xướng chương trình VULTURE (Độ cao rất cao, Độ bền siêu cao, Yếu tố Nhà hát Loitering - một hệ thống quan sát siêu cao với thời gian lảng vảng trên một nhà hát hoạt động). Vệ tinh đầu tiên là vệ tinh giả Solar Eagle, do Boeing Phantom Works kết hợp với QinetiQ và Venza Power Systems tạo ra. Người khổng lồ này có sải cánh dài 120 mét, pin lithium-lưu huỳnh, tám động cơ chạy bằng cả tấm pin mặt trời và tế bào hydro. Hiện tại, người Mỹ đã phân loại dự án và rất có thể, đã thử nghiệm Solar Eagle dưới dạng nguyên mẫu tiền sản xuất.
Hiện đại nhất trong số các nguyên mẫu chưa được phân loại là vệ tinh giả do BAE và Prismatic Ltd cùng phát triển - PHASA-35 (Máy bay năng lượng mặt trời độ cao bền bỉ, máy bay năng lượng mặt trời ở độ cao lâu dài). Vào tháng 2 năm 2020, nó được phóng lên không trung lần đầu tiên tại Căn cứ Không quân Hoàng gia ở Nam Úc. Một tấm pin mặt trời có cánh bay có khả năng bay cao 21 km và mang theo trọng tải lên tới 15 kg. Theo tiêu chuẩn của máy bay không người lái ở độ cao lớn, PHASA-35 có sải cánh nhỏ 35 mét và được các nhà phát triển dự định sử dụng để giám sát, liên lạc và bảo mật. Tuy nhiên, đường đi ban đầu và chính của vệ tinh giả sẽ là hoạt động chiến đấu. Về vấn đề này, sau kết quả của chuyến bay đầu tiên, Ian Muldoney, Giám đốc kỹ thuật của BAE Systems, nhận xét:
Đây là một kết quả ban đầu vượt trội và thể hiện tốc độ có thể đạt được khi chúng tôi kết hợp những khả năng tốt nhất của Anh. Chuyển từ thiết kế sang bay trong vòng chưa đầy hai năm (20 tháng) cho thấy rằng chúng ta có thể vượt qua thách thức mà chính phủ Anh đặt ra trước ngành xây dựng hệ thống tác chiến trên không trong tương lai trong thập kỷ tới.
Dự kiến cuối năm nay sẽ hoàn thành các bài kiểm tra và sau 12 tháng sẽ chuyển giao những chiếc xe sản xuất đầu tiên cho khách hàng. Nhưng tất nhiên, đại dịch sẽ tự điều chỉnh trong khung thời gian quy định.
Hiện nay mối quan tâm đến những chiếc máy bay không người lái ở độ cao như vậy đang tăng trưởng ổn định và việc mở rộng khu vực phát triển là bằng chứng cho điều này. Ngoài thành công của Trung Quốc, Ấn Độ, Đài Loan và Hàn Quốc, các phòng thiết kế của Nga cũng tham gia vào việc thiết kế vệ tinh giả. Máy bay không người lái thử nghiệm trong nước đầu tiên được phát triển tại S. A. Lavochkin và gọi LA-251 là "Aist". Nó được giới thiệu lần đầu tiên tại diễn đàn Army-2016. Máy bay không người lái này được chế tạo theo thiết kế khí động học thông thường và là một máy bay đơn chở tự do với sải cánh dài 16 m và khối lượng khoảng 145 kg. Máy bay đơn có hai cần đuôi, bốn động cơ 3 kW và được trang bị pin 240 Ah. Độ cao bay lên đến 12 nghìn mét, thời gian bay lên đến 72 giờ. Một chiếc "Aist" lớn hơn đang được phát triển với sải cánh dài 23 mét và trọng tải 25 kg. Một vệ tinh giả như vậy đã bay cao 18 km và có thể ở trên không trong vài ngày. Để làm nhẹ thiết kế, chiếc máy bay được để lại một chùm và số lượng động cơ giảm từ bốn xuống còn hai động cơ. Việc phát triển thêm chủ đề nội địa về vệ tinh giả bị cản trở do thiếu công nghệ sản xuất pin lithium-lưu huỳnh với sản lượng năng lượng cụ thể là 400-600 Wh / kg. Ngoài ra, chúng ta cần các tấm pin mặt trời có trọng lượng riêng 0,32 kg / m2 với hiệu suất ít nhất là 20%. Theo nhiều khía cạnh, điều này phụ thuộc vào việc liệu Nga có thể giảm khoảng cách hiện có với các nhà lãnh đạo thế giới hay không. Với một lãnh thổ rộng lớn như vậy, đất nước chúng ta đơn giản là không thể làm gì nếu không có những vệ tinh giả như vậy trong tương lai.
