CC BY
109
игорь Борушко
руководитель группы по разработке и использованию аэростатических летательных аппаратов военной академии республики Беларусь
ш
-ш -
будущее мониторинга земной поверхности за аэростатами и дирижаблями
привязные аэростаты (пА) представляют собой платформы-носители средств телекоммуникаций и мониторинга. с их помощью осуществляется наблюдение на высоте около 3 тыс. м в течение месяца без посадки аппарата. аэростаты также могут применяться для коммуникации и в других целях. рабочая высота зависит от веса полезного груза. На борт аэростатической платформы (Ап) можно устанавливать существующие РЛ-датчики и оптоэлек-тронную аппаратуру, которые по эффективности будут на порядок выше аналогичных наземных. Объединение нескольких аэростатных систем в единую локальную радиосеть позволяет в режиме реального времени получать информацию с огромных площадей (десятки тысяч км2) и в диапазоне высот от уровня земной поверхности до нескольких километров; производить комплексную обработку, селекцию и передачу информации в интересах различных ведомств Беларуси.
Обладая такими возможностями, дирижабли со смежными модулями (грузовыми, пожарными, строительными, специальными и др.) могут стать универсальным транспортным средством и получить широкое применение в различных областях народного хозяйства.
Сфера применения привязного аэростата «Кажан»
Высокоэффективный привязной аэростат «Кажан» (рис. 1) предназначен для работы на средней высоте, оснащен современным оборудованием и позволяет осуществлять мониторинг значительной территории.
В состав комплекса входят привязной аэростат с комплектом аппаратуры мониторинга, наземный пункт управления (НПУ) и причальная мачта. Он является полностью автономным и все его компоненты размещаются на базе автомобиля с прицепом. Это
позволяет быстро менять местоположение комплекса и своевременно реагировать на изменение погодных условий. Кроме аппаратуры мониторинга и другого следящего оборудования, ПА могут нести на борту различную аппаратуру связи, будучи сравнительно недорогой альтернативой спутниковым носителям. Обтекатель аэростата вмещает цифровые передатчики голосовых данных, телевизионного изображения и радиоволн, обеспечивая связь на частотах любого типа (телефонную, пейджинговую, телевизионную и др.) на территории до 100 о0о км2.
Конструкция
Бортовая аппаратура (рис. 2), размещаемая на поворотной турели под аэростатом, включает обычную аппаратуру мониторинга с дневным и ночным режимами работы и лазерный дальномер.
пА является частью аэростатного комплекса. помимо самого аэростата, комплекс содержит кабель-трос, полезный груз и комплекс наземного обслуживания. пА представляет собой плат-
Рис. 1. Внешний вид привязного аэростата на причальной мачте
форму-носитель полезного груза, кабель-трос удерживает его во время подъема, спуска и стоянки на рабочей высоте, обеспечивая электроснабжение бортовых систем и полезного груза, а также, в случае с аэростатом «Кажан», отвод молнии и статического электричества. Наземный комплекс обслуживания гарантирует нормальное функционирование аэростата на рабочей высоте, его подъем и спуск, наземное обслуживание на всех этапах работы, а также обслуживание полезного груза.
Комплекс наземного обслуживания включает в себя аэростатное удерживающее устройство, оснащенное аэростатной лебедкой, средства газо-воздухораспределения и профилактического обслуживания, систему энергоснабжения, наземный пункт управления, радиосвязь.
ПА состоит из оболочки с баллонетом, воздухонаполненного обтекателя, полезного груза, носового усиления, воздухонаполненного оперения, такелажа, комбинированных (воздушных и газовых) предохранительных клапанов, пневмоклапана, шлангов подвода воздуха; системы воздухоподполнения (включая систему поддержания избыточного давления в баллонете, оперении и обтекателе, регулирующие и обратные клапаны в системе поддержания избыточного давления), пилотажно-навигационного оборудования, блока аварийного энергоснабжения и молниезащиты.
полезный груз размещается на ферме, подвешенной под оболочкой, в защитном мягком герметичном обтекателе аэродинамической формы. Расчетное давление во всех воздушных и газовых полостях оболочки, баллонета, обтекателя и оперения в любом режиме работы ПА (во время подъема, стоянки на рабочей высоте и удерживающем аэростатном устройстве) автоматически поддерживается с помощью клапанов и бортовых вентиляторов. Во время швартовки на удерживающем устройстве возможно подключение наземного вентилятора. Газонаполнение и подполнение осуществляется через заправочные клапаны.
Оперение аэростата состоит из трех одинаковых стабилизаторов: верхнего вертикального и двух нижних, каждый из которых расположен под углом 56° к вертикальной оси аэростата.
и I.
Рис. 2. Схема привязного аэростата «Кажан»
Таблица
Основные характеристики аэростатов Российской Федерации
Наименование Значение характеристики
характеристики Кордон-2 Ягуар Пума
Фирма-разработчик «Авгуръ» «Росаэро-системы» «Росаэро-системы»
Длина аэростата, м 18 55,2 60,7
Максимальный диаметр оболочки, м 6 32,5 35,8
Газовый объем аэростата, м3 350 8900 11 809
Высота подъема, м до 1000 до 4000 до 5000
Взлетный вес, кг 380 3500 4200
Грузоподъемность, кг 300 1700 2200
Допустимая скорость ветра, м/с 25 30 46
Время полета без дозаправки газом, суток 14 30 25
Система связи по кабель-тросу оптиковолоконная линия помехозащищенная цифровая система телекодовой связи
Потребляемая мощность, кВт 3 (по тросу) 20 32 (по тросу) (по тросу)
Расчет, чел. 2 3-4 3-4
Стабилизаторы соединены расчалками и находятся под постоянным избыточным давлением, что позволяет им принимать нагрузки в пределах допустимых деформаций. В хвостовой части оболочки расположен воздушный отсек, соединенный со стабилизаторами посредством шлангов, предназначенный для выравнивания давления в стабилизаторах.
Передача данных на наземный пункт, управление бортовыми датчиками и контроль за техническим состоянием аэростата осуществляются с помощью оптоволоконной линии связи, проложенной вдоль кабель-троса. Центральный пункт управления включает систему отображения, накопления видеоинформации, а также аппаратуру для ретрансляции полученных материалов внешним пользователям. Управление бортовой аппаратурой и полетом аэростата ведется только с наземного пункта управления.
расчет аэростатного комплекса состоит из двух-четырех человек. Курс обучения по его эксплуатации рассчитан на месяц. Первые две недели проводятся занятия по летной эксплуатации аппарата, а оставшиеся две отведены на изучение комплекта оптоэлектрон-ной аппаратуры и получение персоналом практических навыков работы в качестве оператора.
В таблице приведены тактико-технические характеристики указанных аэростатов (дирижаблей).
Эффективность работы ПА в решении проблемы «последней мили»
Система ПА «последней мили» (рис. 3) состоит из антенн и воло-коннооптического кабеля, которыми оснащен гелиевый аэростат, поднятый на высоту 1,5 км. Новая технология включает революционную концепцию «супер-соты» для широкополосной передачи данных (более 1 Мб) без раздела сервисного пакета за счет высокоскоростного обмена информации в равноценном двустороннем режиме по линии (симметричный сервис) при доступной стоимости (10% от стоимости оптоволокна).
Эта новая услуга заметно усилит всю цепь передачи информации до конечного пользователя. Будет задействован оптоволоконный скоростной сервис в формате DSL, который имеет высокий статус у сетевых операторов, работающих с большими сетевыми массивами. по расчетам экспертов, благодаря этому будут минимизированы затраты пользователя при сокращении времени передачи данных.
Теперь конечным пользователям не потребуется отдельный канал связи (модем, ISDN или абонируемый канал). Система использует беспроводный радиоканал, транслируемый через надземную платформу на пользовательскую тарелку, схожую с тарелкой цифрового ТВ. Одна система LIBRA сможет обеспечить
Рис. 4. Система стабилизации антенны позволяет аэростату оставаться на месте
15 тыс. линий связи при скорости передачи данных 2 Мбит/с и покрыть область площадью более 3200 км2, что эквивалентно охвату 2 тыс. традиционных беспроводных базовых станций. Здесь базовая станция стандартного оборудования установлена и подключена к внешним сетям через оптоволокно и/или высокоскоростную микроволновую связь. Проблемы, связанные с плохой погодой, решаются при помощи системы стабилизации антенны, которая позволит аэростату оставаться на одном и том же месте независимо от ветра, дождя и других погодных условий (Рис. 4). Следует отдельно отметить, что подобная приемно-передающая начинка предполагает ее двойное назначение. По-видимому, развертывание системы полного покрытия всей страны не только связано с желанием улучшить возможности доступа в Интернет, но и призвано решить целый ряд стратегических оборонных задач, в том числе антитеррористических.
Наполненный гелием привязной аэростат — это прекрасный подъемный кран для работы в городе или труднодоступной местности. Телекамеры помогают оператору управлять крановыми лебедками, поднимать, перемещать и устанавливать груз на место. Система подруливающих двигателей-стабилизаторов, спутниковая или лазерная система контроля положения в пространстве позволяют аэростату выполнять монтажные работы с высокой точностью.
Несколько аэростатов, удерживающих трубопровод или ленту транспортера, позволяют создавать временные линии перемещения жидких и сыпучих грузов в горах, через реки, болота и другие препятствия. Аэростат с системой передатчиков и антенн способен обеспечить трансляцию сигналов для сотовой связи, радио, телевидения, доступ к сети Интернет и web-радио. Зона уверенного приема сигналов радио- и оптического диапазонов зависит от высоты установки аэростата и может достигать нескольких сотен километров.
Еще большую эффективность имеет система из нескольких привязных аэростатов, связанных между собой оптоволоконным кабелем. Сравнительно низкая высота установки ретрансляторов позволяет снизить задержку сигналов, имеющую место в спутниковых системах связи. В США в середине 80-х гг. было создано специализированное подразделение Westinghouse — ТСОМ (Tethered Communications — привязные коммуникации), и ныне самостоятельное, и являющееся одним из мировых лидеров в области разработки, производства и использования привязных аэростатических комплексов связи. TCOM занималось совершенствованием телефонной связи в труднодоступных районах Южной Америки. Им был изготовлен аэростат объемом свыше 14 тыс. м3, который обеспечивал телефонную связь для 2700 абонентов, ретрансляцию телевизионного и радиосигнала. При этом расходы на его создание и эксплуатацию по сравнению с наземными кабельными средствами были снижены более чем вдвое. Эффект оказался столь значительным, что системы TCOM и Westinghouse нашли применение не только в США, но еще и в 17 странах мира.
«Аэростатная» система Уральского оптико-механического завода (уомз) построена на основе гиростабилизированной платформы,
* + ■■ ■■ KpvinwBkSffwsa
:
/ ! :
'* Лииир каимвде?стэни
g :1
■yÇ
} ■ ■ ■ "orpefiHiej-ь ■ ::;.:... Базсиал inahjjw
CsMSbi ИшВЭЧЫ Рис. 3. Решение проблемы «последней мили» с помощью ПА
на которой размещена видеокамера высокой разрешающей точности. В зависимости от потребности заказчиков системы могут комплектоваться другими информационными каналами — ночным телевизионным, тепловизионным — и обеспечивать круглосуточ-ность наблюдения. Трансляция изображения, получаемого при помощи гиростабилизированной оптико-электронной системы в наземном Центральном пункте управления гАи, позволит предупреждать аварийные ситуации, оперативно фиксировать нарушения и отслеживать ситуацию на дорогах в радиусе 3—4 км (для аэростатов). Средняя скорость такого дирижабля около 60 км/час, а продолжительность полета — 5 часов без дозаправки.
В настоящее время УОМЗ расширяет рынок применения гражданских оптико-электронных систем. Так, идут испытания в Сургуте и в Самаре, где установленная на вертолет гиростабилизированная система, оснащенная тепловизором, осуществляет круглосуточный мониторинг состояния газопровода, контроль утечек и предотвращение аварий.
С РАО ЕЭС ведутся переговоры об установке гиростабилизиро-ванной оптико-электронной системы на дирижабль для мониторинга линий электропередач.
Оптико-электронные системы УОМЗ, установленные на гражданские вертолеты или аэростаты, могут выполнять функции отслеживания состояния тепло- и электросетей, найти применение в сфере ЖКХ и энергетики, служить для патрулирования с воздуха. эти системы расширят возможности охраны потенциально опасных объектов — аэропортов, АЭС, ТЭС, мониторинга пожаров службами МЧС и поисково-спасательных работ.
С точки зрения размещения аппаратуры мониторинга, дирижабль имеет следующие достоинства: малый уровень вибрации, большую продолжительность полета, возможность размещения в защищенном от внешних условий пространстве крупногабаритных антенных устройств. Использование ПА возможно и в качестве дирижабля-ретранслятора связи.
м
Ш.т
Рис. 5. Швартовка дирижабля к причальной мачте
По сравнению с другими видами транспорта, у дирижабля есть еще два существенных преимущества. Во-первых, он способен доставлять крупногабаритные грузы непосредственно от ворот заводского цеха до пункта назначения без посадок аппарата, перегрузочных кранов, демонтажа опор ЛЭП, разбора мостов и углубления русла рек по всему пути следования крупногабаритного оборудования. Во-вторых, в отличие от грузового самолета, который может летать только туда, где есть аэродромы с необходимым оборудованием, способные принять тяжелый «транспортник», дирижаблю для посадки нужно лишь небольшое поле, причальная мачта и диспетчер с минимальным набором навигационных приборов (рис. 5).
Таким образом, в тех случаях, когда нет необходимости в срочной переброске грузов или людей и в пункте назначения отсутствует наземная аэродромная инфраструктура, у дирижаблей фактически нет конкурентов.
Дирижабли обладают целым комплексом присущих только им свойств, обусловливающих большую грузоподъемность, дальность и продолжительность полета, возможность транспортировки неделимых крупногабаритных грузов химического и энергетического машиностроения, вертикальный взлет и посадку, работу в режиме длительного зависания, безопасность эксплуатации при отказе силовой установки или системы управления, относительно малые расходы топлива, всепогодность, незначительное воздействие на окружающую среду. Они имеют большие технологические перспективы в связи с растущими потребностями экономики. Новые технологии и материалы в сочетании с новейшими методами проектирования и экономичными двигателями позволяют использовать эти машины для особых областей применения, где они оказываются вне всякой конкуренции либо просто незаменимы.
Литература
1. Циолковский К.Э. Собрание сочинений. М., 1961.
2. Пятышев Р.В. Аэростатические платформы / Сборник ФИАН. М., 1989.
3. Собрание статей по чтениям, посвященным наследию К.Э. Циолковского. Калуга, 1970-1990.
4. Об экономическом, научно-техническом и военном потенциале государств СНГ и технических средствах его выявления / Сборник ВИНИТИ. М., 2000— 2003.
5. Броуде Б.Г. Воздухоплавательные аппараты. М., 1986.
6. Гохман Р.А. Проектирование крупных АЛА. М., 1989.
7. Бычков А. Новый американский аэростатный разведывательный комплекс RAID // Зарубежное военное обозрение, 2004, № 4. С. 34—35.
8. Михайлов И. Аэростатные средства контроля воздушного пространства на океанских и морских акваториях // Зарубежное военное обозрение, 2004, № 7. C. 63—64.
9. Бендин С. Стратосферный дирижабль «Беркут». www.CNews.ru.
10. Борушко И. Обоснование необходимости разработки многоцелевого аэростата разведывательного дозора // Вестник Военной академии Республики Беларусь, 2004, № 1. С. 91—99.
