Воздушные шары были первыми системами сбора информации, наблюдения и разведки, за которыми последовали дирижабли, беспилотные летательные аппараты, аэростаты. С развитием авиации эти базовые, менее управляемые платформы стали применяться в рекреационных целях.
Возрождение забытого
За последние 30 лет, особенно в последние годы, когда уровень угроз безопасности и технологий значительно вырос, а потребность в круглосуточных системах наблюдения увеличилась, воздушные шары, заполненные гелием, получили второе рождение. Они все чаще признаются полезными инструментами долгосрочного непрерывного наблюдения, поскольку у них нет главного недостатка самолетов – ограничений по топливу и времени полета. Они также могут обеспечить визуальное сдерживание незаконной деятельности, поскольку снижаются только для дозаправки и обслуживания.
По мере развития материалов и технологий надежность, безопасность, размер и грузоподъемность аэростатов увеличивались. Они могут переносить полезную нагрузку – от устройств связи до систем радио-, радиотехнической и электронной разведки, радаров, камер дневного и ночного видения со все большей надежностью, дальностью, качеством и разрешением. Так что такое аэростат? Фото такого летательного аппарата приведено в статье.
Что такое аэростат: определение
Название составлено из 2 греческих слов: ἀήρ (воздух) и στατός (стоящий). Таким образом, аэростат – летательный аппарат легче воздуха, подъемную силу которого обеспечивает несущий газ, такой как гелий или водород. Все известные работающие системы в качестве своего «подъемного» газа сегодня используют гелий. Он негорючий, поэтому безопаснее водорода. Кроме того, аэростаты сильно различаются по качеству, долговечности, сложности, размеру и грузоподъемности, возможностям переноса полезной нагрузки, дальности, стоимости и т. д. Учитывая наличие множества платформ и компонентов, далее расскажем об их основных отличиях.
Эксплуатация аэростата требует регулирования содержания гелия, питания и связи с платформой, а также привязки, запуска и поддержки базовой станции управления полезной нагрузкой, фактической работы по контролю, коммуникации или сбору информации в зависимости от задания.
Компоненты системы
Чтобы в полной мере понять, что такое аэростат, попробуем охарактеризовать его несколькими основными параметрами. Большинство систем включают следующие компоненты:
- сам аэростат;
- «воздушный блок» – эксплуатационную полезную нагрузку, представляющую собой датчики или устройства, обеспечивающие выполнение задачи (наблюдение, обнаружение, коммуникации и т. д.), плюс аппаратные средства, системы связи и энергоснабжения, необходимые для ее запуска;
- наземную станцию привязки, которая удерживает аэростат на месте;
- станцию, в которой наземные операторы управляют аппаратом и полезной нагрузкой;
- гелий и вспомогательное оборудование для поддержания системы с течением времени.
Форма
Аэростаты могут иметь различную аэродинамическую форму: круглую, квадратную, в виде тыквы, воздушного змея или рыбы. У каждой из них есть свои преимущества и недостатки.
Размер и объем
Зная, что такое аэростат, не сложно догадаться, что его размеры и, следовательно, относительная емкость определяют способность аппарата поднимать платформу, кабели, вспомогательное оборудование и полезную нагрузку на эксплуатационную высоту. Величина имеет значение – более крупные системы обладают большей грузоподъемностью, дольше остаются в воздухе на больших высотах и в более сложных погодных условиях. Как и следовало ожидать, эта повышенная мощность требует более тяжелых и более сложных опорных конструкций, большего количества обслуживающего персонала, энергоресурсов и гелия.
Грузоподъемность
Это вес, который аэростат может поднимать помимо своего собственного и троса. Грузоподъемность относится к эксплуатационной полезной нагрузке (например, видеокамере) и вспомогательным системам (питанию, средствам связи, компьютерам, освещению и т. д.).
Эксплуатационная высота
Рабочая высота – это высота над уровнем земной поверхности, на которой предполагается работа системы по перевозке заданного веса полезной нагрузки. Подъем и, следовательно, рабочая высота могут изменяться с учетом внешних условий, таких как давление воздуха, и операторы могут поднимать аэростат на разные высоты в допустимых пределах.
Привязка
Привязной трос – это специальный канат для удержания и связи аэростата с наземным блоком. Воздушная часть может постоянно прикрепляться к стационарной или мобильной базе (например, к транспортному средству) или отсоединяться, превращаясь в автономный летательный аппарат.
При привязке тросом воздушный блок должен оборудоваться независимым источником питания (аккумуляторами) и беспроводной связью, поэтому такие крепления используются в небольших системах с низкой потребляемой мощностью. В случае применения кабеля энергоснабжение и коммуникации с землей обеспечиваются им.
Энергоснабжение
Аэростатные системы обычно требуют питания от сети или генератора. Мощность наземного блока должна гарантировать оператору возможность поднимать, закреплять и управлять воздушным аппаратом, а также поддерживать связь с бортовой полезной нагрузкой.
В непривязанных и «мертвых» привязанных системах воздушный блок обеспечивается бортовым источником питания (аккумулятором). Вес батареи сокращает полезную нагрузку. «Живая» привязка обеспечивает подачу электроэнергии непосредственно по кабелю. Это позволяет аэростату оставаться в воздухе дольше и нести большую эксплуатационную нагрузку, но при этом аэростатная система и ее обслуживание обходятся дороже.
Связь
Что такое аэростат без системы связи? Она необходима для передачи данных из воздушного блока и полезной нагрузки на наземную станцию и команд оператора.
В непривязанных аэростатах, которые функционируют подобно беспилотным летательным аппаратам (БПЛА), и в «мертвых» привязанных управление платформой и бортовой аппаратурой, а также передача данных операторам производится с помощью беспроводного соединения. Такие системы потребляют больше мощности и, таким образом, ограничивают время и дальность полета, а вес коммуникационных компонентов может снизить вес полезной нагрузки.
В «живых» привязанных системах непрерывная кабельная связь между аэростатом и землей продлевает время нахождения в воздухе и обеспечивает более безопасную связь.
Полезная нагрузка
Аэростаты – летательные аппараты, которые могут нести разнообразную полезную нагрузку. В большинстве случаев это электронно-оптические приборы (камеры дневного и ночного видения) или телекоммуникационное оборудование. Большие аэростатические системы с постоянным источником питания могут нести более тяжелые и габаритные грузы в течение более длительных периодов времени. Дальность полета зависит от характеристик аэростатной платформы, высоты подъема и полезной нагрузки. Одна и та же система может иметь различную грузоподъемность в зависимости от конструкции платформы и станции.
Мобильность
Аэростатные системы могут летать (подобно БПЛА) или быть привязанными к земле. Последние отличаются степенью мобильности.
Летающие аэростаты функционируют подобно беспилотным летательным аппаратам. Поэтому сталкиваются с аналогичными ограничениями по времени полета, дальности и грузоподъемности, а также со специфическими проблемами, такими как скорость полета, потеря гелия и безопасность.
Большие аэростаты, как правило, имеют привязку к станции, поскольку для функционирования им обычно требуется тяжелый наземный блок, обеспечивающий достаточной мощностью, гелием и связью. Перед транспортировкой они разбираются.
Аэростаты меньшего размера могут иметь привязку к мобильным наземным блокам, которые включают анкер, достаточно тяжелый для крепления аппарата, но достаточно легкий для буксировки полевыми транспортными средствами. Такие системы летают ниже и имеют меньшую грузоподъемность.
Что такое аэростат: ограничения и безопасность
На работу аппарата влияют ветер, давление воздуха и дождь. Качественная аэростатная система может оставаться в воздухе дольше и в более суровых погодных условиях, обеспечивая качественную передачу данных, но она будет более дорогостоящей и может потребовать специального обучения и мер безопасности.
Любая система, работающая днем и ночью, также требует организации посменной работы операторов для обнаружения и реагирования на нарушения.
Для заправки гелием необходимо, чтобы аэростат был закреплен, а не находился в воздухе. Постоянная поставка гелия имеет решающее значение для работы аппарата, поэтому газ должен быть частью долгосрочных оценок эксплуатационных расходов.
