Новые виды транспорта

была порядка 12 тонн, а полезная нагрузка достигала 1,5 тонны.

После первой волны разработок "беспилотников" в 1970-х - 1980-х годах

наступило длительное затишье. Армию оснащали дорогостоящими пилотируемыми

самолетами. Под них выделяли большие средства. Этим и определялся выбор

тематики разработок. Правда, все эти годы "беспилотниками" активно

занималось Казанское опытно-конструкторское бюро "Сокол". ОКБ "Сокол"

стало, по существу, специализированным предприятием по производству

беспилотных авиационных систем. Основное направление - беспилотные

воздушные мишени, на которых отрабатываются боевые действия различных

военных комплексов и наземных служб, в том числе и комплексов ПВО.

Сегодня беспилотные летательные аппараты "мини"- и "миди"-класса

представлены достаточно широко. Их производство под силу многим странам,

поскольку с этой задачей могут справиться небольшие лаборатории или

институты. Что же касается аппаратов класса "макси", то для их создания

нужны ресурсы целого авиастроительного комплекса.

В чем же преимущества беспилотных летательных аппаратов? Во-первых, они

в среднем на порядок дешевле пилотируемых самолетов, которые нужно оснащать

системами жизнеобеспечения, защиты, кондиционирования… Нужно, наконец,

готовить пилотов, а это стоит больших денег. В итоге получается, что

отсутствие экипажа на борту существенно снижает затраты на выполнение того

или иного задания.

Во-вторых, легкие (по сравнению с пилотируемыми самолетами) беспилотные

летательные аппараты потребляют меньше топлива. Представляется, что для них

открывается более реальная перспектива и при возможном переходе на

криогенное топливо.

В-третьих, в отличие от пилотируемых самолетов, машинам без пилота не

нужны аэродромы с бетонным покрытием. Достаточно построить грунтовую

взлетно-посадочную полосу длиной всего 600 метров. ("Беспилотники" взлетают

с помощью катапульты, а приземляются "по-самолетному", как истребители на

авианосцах.) Это очень серьезный аргумент, поскольку 70% аэродромов в

Украине нуждаются в реконструкции, а темпы ремонта сегодня - один аэродром

в год.

Основной критерий выбора типа летательных аппаратов - стоимость.

Благодаря стремительному развитию вычислительной техники существенно

подешевела "начинка" - бортовые компьютеры "беспилотников". На первых

аппаратах использовались тяжелые и громоздкие аналоговые вычислительные

машины. С внедрением современной цифровой техники их "мозг" стал не только

дешевле, но и умнее, компактнее и легче. Это означает, что аппаратуры на

борт можно взять больше, а ведь именно от нее зависят функциональные

возможности беспилотных самолетов.

Если же говорить о военном аспекте, то беспилотные летательные аппараты

находят применение там, где в разведывательной операции или воздушном бою

можно обойтись без пилота. На IХ международной конференции по

"беспилотникам", прошедшей в 2001 году во Франции, прозвучала мысль о том,

что в 2010-2015 годах боевые операции сведутся к войне автоматизи рованных

систем, то есть к противоборству роботов.

Специалисты "ОКБ Сухого" проанализировали развитие существующих в мире

научно-технических программ по созданию "беспилотников" и обнаружили

стойкую тенденцию к увеличению их размеров и массы, а также высоты и

продолжительности полета. Аппараты с большим весом могут дольше находиться

в воздухе, выше подниматься и дальше "видеть". "Макси" берут на борт более

500 кг полезной нагрузки, которая позволяет решать задачи большого объема и

с лучшим качеством.

Анализ показал, что беспилотные самолеты класса "макси" и "супермакси"

сегодня востребованы как никогда. Судя по всему, они могут изменить расклад

сил на мировом рынке летательных аппаратов. Пока эта ниша освоена только

американскими конструкторами, которые начали работать над "беспилотниками"

"макси"-класса на 10 лет раньше нас и успели создать несколько очень

хороших самолетов. Наиболее популярный из них "Глобал Хоук" (рис.5.1): он

поднимается на высоту до 20 км, весит 11,5 тонны, имеет продолжительность

крейсерского полета более 24 часов. Конструкторы этой машины отказались от

поршневых моторов и оснастили ее двумя турбореактивными двигателями. Именно

после показа "Глобал Хоука" на авиасалоне в Ле-Бурже в 2001 году на

Западе началась борьба за захват нового сектора рынка.

[pic]

Рисунок 5.1. .Американский беспилотный самолет "макси"-класса «Глобал Хоук»

Еще во время создания первых беспилотных самолетов "макси"-класса

"Орел" и "Ромб" была разработана концепция, согласно которой начали строить

беспилотные аппараты, обеспечивающие наилучшие условия для размещения в них

полезной нагрузки. На "Ромбе", например, смогли совместить большие антенные

блоки размером 15-20 м с элементами самолета. Получилась "летающая

антенна". Сегодня создается, по сути, летающуя платформа для аппаратуры

наблюдения. Соединив полезную нагрузку с бортовыми системами, можно

получить полноценный интегрированный комплекс, максимально оснащенный

радиоэлектронным оборудованием (рис.5.2). Это будет качественно новый вид

авиационной техники - стратосферная платформа для решения задач, которые

либо не по силам низко-, средневысотным пилотируемым и беспилотным машинам,

либо требуют неоправданно больших затрат при выполнении их спутниковыми

группировками.

[pic]

Рисунок 5.2. Многоцелевой беспилотный летательный аппарат "Протеус"

производства США

Весь мир уже осознал, какую пользу и экономию могут принести

беспилотные летательные аппараты не только в военной, но и в гражданской

сфере. Их возможности во многом зависят от такого параметра, как высота

полета. Сегодня предел составляет 20 км, а в перспективе и до 30 км. На

такой высоте беспилотный самолет может конкурировать со спутником.

Отслеживая все, что происходит на территории площадью около миллиона

квадратных километров, он сам становится своего рода "аэродинамическим

спутником". Беспилотные самолеты могут взять на себя функции спутниковой

группировки и выполнять их в режиме реального времени в рамках целого

региона.

Чтобы из космоса вести фото- и киносъемку или наблюдать за каким-нибудь

объектом, нужны 24 спутника, но и тогда информация от них будет поступать

один раз в час. Дело в том, что спутник находится над объектом наблюдения

всего 15-20 минут, а затем уходит из зоны его видимости и возвращается на

то же место, совершив оборот вокруг Земли. Объект же за это время уходит из

заданной точки, поскольку Земля вращается, и снова оказывается в ней только

через 24 часа. В отличие от спутника, беспилотный самолет сопровождает

точку наблюдения постоянно. Проработав на высоте около 20 км более 24

часов, он возвращается на базу, а ему на смену в небо уходит другой. Еще

одна машина находится в резерве. Это огромная экономия, поскольку

беспилотные самолеты на порядок дешевле спутников.

Беспилотные самолеты могут конкурировать со спутниками и в сфере

создания телекоммуникационных сетей и навигационных систем.

На "беспилотники" можно возложить непрерывное круглосуточное наблюдение

за поверхностью Земли в широком диапазоне частот. Используя их, можно

создать информационное поле страны, охватывающее контроль и управление

движением воздушного и водного транспорта, поскольку эти машины в состоянии

взять на себя функции наземных, воздушных и спутниковых локаторов

(совместная информация от них дает полную картину того, что делается в

небе, на воде и на земле).

Беспилотные летательные аппараты помогут решить целый спектр научных и

прикладных задач, связанных с геологией, экологией, метеорологией,

зоологией, сельским хозяйством, с изучением климата, поиском полезных

ископаемых… Они будут следить за миграцией птиц, млекопитающих, косяков

рыбы, изменением метеоусловий и ледовой обстановки на реках, за движением

судов, перемещением транспорта и людей, вести аэро-, фото- и киносъемку,

радиолокационную и радиационную разведку, многоспектральный мониторинг

поверхности, проникая вглубь до 100 метров.

Потребность мирового рынка в беспилотных авиационных системах с большой

высотой и продолжительностью полета представлена в виде диаграммы на рис.

5.3.

[pic]

Рисунок 5.3. Потребности мирового рынка в беспилотных авиационных системах

с большой высотой и продолжительностью полета.

Сферы применения гражданского беспилотного самолета

ОБНАРУЖЕНИЕ МАЛОРАЗМЕРНЫХ ОБЪЕКТОВ:

. воздушных

. надводных

. наземных

УПРАВЛЕНИЕ ВОЗДУШНЫМ ДВИЖЕНИЕМ:

. в труднодоступных районах

. при стихийных бедствиях и авариях

. на временных воздушных трассах в авиации народного хозяйства

КОНТРОЛЬ МОРСКОГО СУДОХОДСТВА:

. поиск и обнаружение судов

. предупреждение аварийных ситуаций в портах

. контроль морских границ

. контроль правил рыболовства

РАЗВИТИЕ РЕГИОНАЛЬНЫХ И МЕЖРЕГИОНАЛЬНЫХ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ СЕТЕЙ:

. системы связи, в том числе мобильные

. телерадиовещание

. ретрансляция

. навигационные системы

АЭРОФОТОСЪЕМКА И КОНТРОЛЬ ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ:

. аэрофотосъемка (картография)

. инспекция соблюдения договорных обязательств

. (режим «открытого неба»)

. контроль гидро-, метеообстановки

. контроль активно излучающих объектов контроль ЛЭП

КОНТРОЛЬ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ОБСТАНОВКИ:

. радиационный контроль

. газохимический контроль

. контроль состояния газо- и нефтепроводов

. опрос сейсмических датчиков

ОБЕСПЕЧЕНИЕ СЕЛЬХОЗРАБОТ И ГЕОЛОГОРАЗВЕДКИ:

. определение характеристик почвы

. разведка полезных ископаемых

. подповерхностное (до 100 м) зондирование Земли

ОКЕАНОЛОГИЯ:

. разведка ледовой обстановки

. слежение за волнением моря

. поиск косяков рыбы

6.Гелиотранспорт

Электромобили, солнцемобили, солнечные велосипеды, электромоторные суда

с солнечными батареями - все эти экологически чистые транспортные средства

появились всего лет 15-20 назад. За прошедшие годы электромобили перестали

быть редкостью. Они находят все большее применение, особенно в крупных

городах, перенасыщенных автотранспортом. Что касается солнцемобилей, то

сегодня их можно встретить на дороге очень редко. Это очень дорогое

удовольствие. Между тем становится все более популярным и доступным по цене

водный гелиотранспорт - маломерные суда, приводимые в движение солнечной

энергией. Более всего они подходят для водного туризма и рыбалки.

Солнцемобили в большинстве своем машины уникальные. В их конструкции

используются оригинальные технические решения и новейшие материалы. Отсюда

и очень высокая цена. Например, двухместный солнцемобиль "Мечта" (рис.6.1)

обошелся японской автомобильной компании "Хонда" в 2 миллиона долларов. Но

деньги были потрачены не напрасно. Трассу трансавстралийского ралли 1996

года протяженностью 3000 км он прошел со средней скоростью почти 90 км/ч, а

на прямом скоростном участке достиг 135 км/ч. Рекорд "Мечты" до сих пор

никем не побит.

[pic]

Рисунок 6.1. Солнцемобиль-рекордсмен "Мечта"

Солнцемобиль - это электромобиль, снабженный фотоэлектрическими

преобразователями (солнечными батареями) достаточно большой мощности, в

которых энергия света преобразуется в электрический ток, питающий тяговый

двигатель и заряжающий аккумуляторы.

Конструирование солнцемобилей и испытание их в гонках постепенно

оформились в новый технический вид спорта - "брейнспорт". По сути дела -

это состязания интеллектов создателей солнцемобилей. На них отрабатываются

параметры транспортных средств будущего. Чтобы солнцемобиль с максимальной

мощностью солнечных батарей и электромотора всего 1,5-2 кВт мог соперничать

с автомобилем, необходимо использовать самые легкие и прочные

конструкционные материалы, высокоэффективные системы электропривода,

последние достижения аэродинамики, гелио- и электротехники, электроники и

других наук.

Специалисты полагают, что солнечный транспорт станет всерьез

конкурировать с автомобильным, когда эффективность доступных по цене

солнечных элементов (фотоэлектрических преобразователей) составит 40-50%.

Пока же их КПД всего 10-12%. Чтобы солнцемобили с мощностью солнечных

батарей 1,5-2 кВт "догнали" автомобили с двигателями в 100 раз мощнее,

необходимо использовать легкие и прочные конструкционные материалы,

эффективные системы электропривода, достижения аэродинамики, гелио- и

электротехники, электроники и других наук. Конструкции транспортных средств

будущего и отрабатываются на ралли солнцемобилей.

У солнцемобилей достигнут минимальный для наземных экипажей коэффициент

аэродинамического сопротивления (0,1). Опыт концерна "General Motors" при

разработке рекордного солнцемобиля "Sunracer" ("Солнечный гонщик")

(рис.6.2) использован в проектировании электромобиля "Impact" ("Удар"),

серийное производство которого началось в 1996 г. Его скорость достигает

130 км/ч, до 100 км/ч он разгоняется за 9 с и на обычных свинцово-кислотных

аккумуляторах проходит 100 км.

Рисунок 6.2. Солнцемобиль Sunraycer

Специально для солнцемобилей сконструированы легкие бесколлекторные

двигатели постоянного тока с магнитами из редкоземельных металлов и КПД до

98%, а также эффективные микропроцессорные системы управления. В 1993 г. на

трех солнцемобилях - лидерах трансавстралийских гонок впервые

низкооборотные двигатели встроили непосредственно в ступицы ведущих колес.

Идея мотор-колеса, сама по себе не новая, в солнцемобилях позволила

отказаться от трансмиссии и довести КПД привода до 96-97%. В 1996 г. в

трансавстралийском ралли участвовало уже 12 таких конструкций, а компания

"Honda", вдохновленная успехом своей "Мечты", приступила к серийному

выпуску электровелосипедов с мотор-колесом. Известные производители шин -

"Michelin", "Bridgestone", "Dunlop" - разрабатывают новые материалы и

протекторы для покрышек солнцемобилей. Уже созданы шины, которые при

хорошем сцеплении с дорогой обладают самым низким коэффициентом

сопротивления качению - всего 0,007. Фирма "Michelin" производит подобные

энергосберегающие шины и для серийных автомобилей.

Солнечные батареи небольшой мощности на обычных автомобилях

кондиционируют воздух в салонах и подзаряжают пусковые аккумуляторы на

стоянках, питают радио- и телеаппаратуру.

Однако существует гелиотранспорт, который, весьма вероятно, станет

популярным и доступным в самое ближайшее время. Речь идет о маломерных

судах, лодках, катерах, катамаранах, яхтах и других водных транспортных

средствах, приводимых в движение солнечной энергией. Именно на воде задолго

до появления электромобиля было испытано первое транспортное средство с

электрическим приводом. В 1833 году лодка с двумя электромоторами и 27

гальваническими батареями поднялась по Неве на несколько километров.

Принадлежала она работавшему в Петербурге немецкому инженеру Морицу Якоби.

Но из-за низкой энергоемкости батарей эксперименты пришлось прекратить.

В начале ХХ века появились маломерные суда с двигателями внутреннего

сгорания. Энергоемкость углеводородного топлива была значительно выше той,

что могли дать гальванические батареи. Лодки и катера с мощными бензиновыми

моторами очень быстро получили самое широкое распространение. А

электромоторные суда и их сухопутные "братья" - электромобили - из-за

ограниченного ресурса аккумуляторных батарей и сложности их зарядки до

недавнего времени оставались исключительной редкостью.

Сегодня суда с бензиновыми моторами есть практически на каждом водоеме.

Они отравляют воду и воздух, своим ревом, выхлопными газами, вызывающей

эрозию берегов сильной волной нарушают условия жизни обитателей рек, озер и

морей. Дело дошло до того, что приходится ограничивать, а кое-где запрещать

движение моторных лодок. Так что у электромоторных судов с солнечными

батареями появился шанс стать им реальной альтернативой. Экологически

чистые "солнечные" суда лучше других подходят для активного отдыха, спорта,

рыбалки и туризма.

Превратить в "солнечный" транспорт водное судно гораздо проще, чем

машину: на палубе катера или лодки намного больше места для размещения

солнечных батарей, чем в кузове автомобиля. Есть и другие плюсы. На

открытых водоемах фотоэлектрические преобразователи не затеняются ни

деревьями, ни домами, ни машинами и поэтому отдают больше энергии. Водному

транспорту не приходится преодолевать затяжные подъемы и спуски,

стремительно разгоняться и тормозить на светофорах, а значит, им нужно

меньше энергии.

На всех транспортных средствах с солнечным приводом есть аккумуляторы.

Их емкость и вес зависят от назначения судна. На катерах или лодках для

воскресных прогулок они могут быть небольшими. Если "солнечной" лодкой

пользоваться только по выходным, аккумуляторы можно заряжать в рабочие дни,

причем солнечные батареи для зарядки аккумуляторов стоит размещать не на

самой лодке, а на стационарной береговой гелиостанции.

В коротком плавании можно обойтись и без аккумуляторов. Но тогда на

случай непогоды нужно иметь на борту резервный движитель: весла, педали или

парус. Роль паруса могут играть солнечные панели. Из них получается и

навес, который защитит от солнца и дождя.

В отличие от ДВС современные лодочные электромоторы практически не

требуют ухода. Не нужно держать на судне емкости для топлива и смазочных

масел и менять масло в двигателе.

Первое электромоторное судно, приводимое в движение солнечной энергией,

построил в 1975 году англичанин Алан Фримен. Его электрокатамаран развивал

скорость до 5 км/ч. В наши дни, всего через четверть века, скорость

электролодок с солнечными панелями возросла более чем вдвое, и их можно

купить в магазинах спорттоваров, например, в Германии, Швейцарии и других

странах.

Электромоторные суда на солнечных батареях не раз проходили испытания в

длительных морских путешествиях. В 1985 году японский яхтсмен Кеничи Хори

на "солнечном" катере "Сикрикерк" в одиночку пересек Тихий океан. За 75

суток он преодолел 8700 морских миль. Скорость 3-5 узлов, с которой

"Сикрикерк" шел от Гавайских островов до острова Бонин вблизи западного

побережья США, была близка к средней скорости 9-метровой крейсерской

парусной яхты.

У "солнечного" судна есть немало преимуществ перед парусным: плавание

на нем гораздо меньше зависит от капризов погоды, удобно и то, что можно

пользоваться электрическими средствами связи и бытовыми приборами.

Например, на катере Кеничи Хори работали холодильник, СВЧ-печь, телевизор и

видеокамера, спутниковая навигационная система, радиолокатор,

метеорологические приборы и бортовой компьютер. Путешественник взял с собой

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8