Příznivý pozorovací úhel
Stratosférické výšky řádově 18-30 kilometrů jsou lidmi špatně zvládnuty. V tomto druhu „blízkého vesmíru“jsou letadla přijímána jen zřídka a žádná kosmická loď tam není. Ale taková vrstva ve vzduchové vrstvě Země je velmi vhodná pro skryté pozorování. Za prvé, letadla v takových nadmořských výškách mohou zkoumat oblast srovnatelnou s územími Afghánistánu nebo Sýrie a současně dlouhodobě hlídat nad jedním územím. Satelit na oběžné dráze zároveň přeskakuje terén poměrně rychle, často nemá čas zachytit důležité objekty a procesy. Za druhé, pozemní systémy protivzdušné obrany ještě nejsou navrženy k vyhledávání a ničení takových malých a výškových průzkumných letadel. Podle výpočtů může efektivní rozptylová plocha dosáhnout 0,01 m2… S masivním výskytem takovýchto pseudosatelitů na obloze protivzdušná obrana samozřejmě najde řešení pro odposlech, ale náklady na zničení mohou být nepřiměřené. Kromě průzkumu mohou vysokohorské drony zajišťovat komunikaci a navigaci.
Většina dosud vyvinutých dronů, určených do takových výšek, je postavena na základě solárních článků a baterií. Ve výškách několika desítek kilometrů je sluneční energie „absorbována“mnohem efektivněji, což umožňuje okřídlenému stroji nejen pohánět elektromotory, ale také ukládat energii do baterií. V noci drony využívají toho, co během dne ukládají; za úsvitu se cyklus opakuje. Ukazuje se, že jde o druh stroje s trvalým pohybem, který umožňuje strojům létat od několika dnů do několika let ve výškách až 30 kilometrů. Pokud například jeden takový pseudosatelit nahradí slavný Global Hawk, pak samotný provozovatel ušetří zhruba 2000 tun paliva ročně. To nebere v úvahu nižší náklady a mnohem delší provozní dobu. Všechny tyto informace jsou však teoretické: až dosud je záznam o délce letu takového zařízení 26 dní. Toho v roce 2018 dosáhl evropský pseudosatelit Airbus Zephyr.
Ve srovnání s klasickými satelity jsou drony s vysokou nadmořskou výškou přirozeně mnohem levnější a blíže k Zemi, což zajišťuje vysoce kvalitní střelbu a pozorování. Zmíněný Airbus Zephyr je 10krát levnější než Global Hawk a 100krát levnější než satelity World View. V tomto případě jsou pseudosatelity umístěny pod ionosférou, což zvyšuje přesnost navigace a určení umístění zdrojů radiových emisí. Na rozdíl od satelitu je letadlo schopno se vznášet nad objektem pozorování po dlouhou dobu, jako orel, a sledovat všechny změny probíhající níže.
Jaký je koncept pseudosatelitu pro stratosférický let? Jedná se o lehký kompozitní drak s dobrými aerodynamickými vlastnostmi, vybavený vysoce účinnými solárními panely, akumulátory a palivovými články. Kromě toho jsou vyžadovány vysoce účinné elektromotory, lehká řídicí zařízení s nízkou spotřebou energie, schopná pohotově a nezávisle reagovat na nouzové situace za letu. Takováto vysokohorská vozidla se vyznačují nízkou nosností (až 100-200 kilogramů) a extrémní pomalostí-až několik desítek kilometrů za hodinu. První z nich se objevil v 80. letech ve Spojených státech.
Létající solární panely
Experimentální pseudo-satelity programu HALSOL byly prvními mezi takovými zařízeními ve Spojených státech. Vzhledem k elementárnímu zpoždění technologie z nich nic rozumného nevyšlo: neexistovaly žádné prostorné baterie ani účinné solární články. Projekt byl uzavřen, ale vzhled prototypů nebyl odtajněn a iniciativa přešla na NASA. Jeho specialisté představili svůj Pathfinder v roce 1994, který se stal ve skutečnosti zlatým standardem pro budoucí pseudo-satelity. Zařízení mělo rozpětí křídel 29,5 metru, vzletovou hmotnost 252 kilogramů a výšku 22,5 kilometru. V průběhu několika let byl projekt opakovaně modernizován; posledním v řadě byl Helios HP, jehož křídla byla natažena na 75 metrů, vzletová hmotnost byla zachycena až 2,3 tuny. Toto zařízení v jedné z generací dokázalo vystoupat na 29 524 metrů - rekord horizontálně létajících letadel bez proudových motorů. Kvůli nedokonalým vodíkovým palivovým článkům se Helios HP během druhého letu zhroutil ve vzduchu. K myšlence na její obnovu se nevrátili.
Druhý známý model dvojúčelového pseudosatelitu lze nazvat rodinou Zephyrů z britského QinetiQ, která se objevila na umělém horizontu v roce 2003. Po rozsáhlých testovacích a konstrukčních vylepšeních projekt v roce 2013 koupila společnost Airbus Defence and Space a vyvinul se do dvou hlavních modelů. První má rozpětí křídel 25 m a obsahuje: kluzák vyrobený z ultralehkých uhlíkových vláken, solární panely z amorfního křemíku od United Solar Ovonic, lithium-sírové baterie (3 kWh) od Sion Power, autopilot a nabíječku od QinetiQ. Solární panely generují až 1,5 kW elektrické energie, což je dostačující pro nepřetržitý let ve výšce 18 km. Druhým, větším pseudosatelitem byl Zephyr T se dvěma ocasními rameny a zvýšeným rozpětím křídel (z 25 m na 33 m). Tato konstrukce umožňuje zvednout čtyřnásobek užitečného zatížení (o hmotnosti 20 kg, což je dostačující pro umístění radarové stanice ve výšce 19 500 m).
Zephyr již byl armádami Velké Británie a Spojených států uzavřen v jediném množství. Ještě si nestihli plně zvyknout na jednotky, když v březnu 2019 jeden z nich havaroval poblíž montážního závodu ve Farnborough ve státě Hampshire. Při této nehodě byla v plné slávě odhalena hlavní nevýhoda takových letadel - jeho vysoká citlivost na meteorologické podmínky při vzletu a přistání. V pracovních výškách mnoha kilometrů se pseudosatelity nebojí srážek a větru, ale na zemi se cítí nepříjemně.
DARPA také nezůstala stranou od tak slibného tématu a na konci roku 2000 zahájila program VULTURE (Very-high Altitude, Ultraendurance, Loitering Theater Element-super-high Observation System with ultra-long loitering over a theatre of operations). Prvorozený byl pseudo satelit Solar Eagle, vytvořený společností Boeing Phantom Works ve spojení s QinetiQ a Venza Power Systems. Tento obr má rozpětí křídel 120 metrů, lithium-sírové baterie, osm motorů poháněných jak solárními panely, tak vodíkovými články. V současné době Američané projekt klasifikovali a s největší pravděpodobností již testují Solar Eagle ve formě předvýrobních prototypů.
Nejmodernější z nezařazených prototypů je pseudosatelit společně vyvinutý společnostmi BAE a Prismatic Ltd-PHASA-35 (Persistent High Altitude Solar Aircraft, dlouhodobé vysokohorské solární letadlo). V únoru 2020 byl poprvé vypuštěn do vzduchu na Královské vojenské letecké základně v jižní Austrálii. Létající solární panel s křídly je schopen vylézt 21 kilometrů a nést užitečné zatížení o hmotnosti až 15 kilogramů. Podle standardů dronů s vysokou nadmořskou výškou má PHASA-35 malé rozpětí křídel 35 metrů a je, jak píší sami vývojáři, určeno pro monitorování, komunikaci a zabezpečení. Počáteční a hlavní cestou pseudosatelitu však bude bojová práce. V tomto ohledu po výsledcích prvního letu Ian Muldoney, technický ředitel BAE Systems, uvedl:
Jedná se o vynikající prvotní výsledek a ukazuje tempo, kterého lze dosáhnout, když spojíme to nejlepší z britských schopností. Přechod od designu k letu za méně než dva roky (20 měsíců) ukazuje, že se dokážeme postavit výzvě, kterou britská vláda postavila před průmysl, aby v příštím desetiletí vybudovala budoucí letecký bojový systém.
Do konce letošního roku bylo naplánováno dokončení testů a po 12 měsících převedení prvních sériových vozidel k zákazníkovi. Pandemie ale samozřejmě provede vlastní úpravy ve stanoveném časovém rámci.
Nyní je o takové výškové drony stálý růst zájmu a expanze vývojové oblasti je toho důkazem. Kromě úspěchů Číny, Indie, Tchaj-wanu a Jižní Koreje se na konstrukci pseudosatelitů podílejí ruské designérské kanceláře. První domácí experimentální výškový dron byl vyvinut v S. A. Lavočkin a nazýval LA-251 „Aist“. Poprvé byl představen na fóru Army-2016. Dron je vyroben v souladu s běžným aerodynamickým designem a jedná se o volně přepravitelný jednoplošník s rozpětím křídel 16 m a hmotností přibližně 145 kg. Jednoplošník má dva zadní výložníky, čtyři 3 kW motory a je vybaven baterií 240 Ah. Letová výška až 12 tisíc metrů, doba trvání až 72 hodin. Vyvíjí se větší „Aist“s rozpětím křídel 23 metrů a užitečným zatížením 25 kg. Takový pseudosatelit již stoupá na 18 kilometrů a může zůstat ve vzduchu několik dní. Kvůli odlehčení konstrukce zůstal letadlu jeden paprsek a počet motorů se snížil ze čtyř na dva. Dalšímu rozvoji domácího tématu pseudosatelitů brání nedostatek technologií pro výrobu lithium-sírových baterií se specifickým energetickým výkonem 400–600 Wh / kg. Kromě toho potřebujeme solární panely se specifickou hmotností 0,32 kg / m2 s účinností minimálně 20%. V mnoha ohledech na tom závisí, zda bude Rusko schopno snížit stávající mezeru se světovými lídry. S tak obrovským územím se naše země bez takových pseudosatelitů v budoucnu jednoduše neobejde.
