WikiDer > НАСА Следопыт

NASA Pathfinder
Для марсианского передвижного зонда см. Марс-следопыт.
Следопыт
Pathfinder Plus
Самолет на солнечных батареях Pathfinder над Гавайями.jpg
Следопыт в полете над Гавайями
РольУправляемый дистанционно БПЛА
ПроизводительAeroVironment
Основной пользовательПрограмма НАСА ЭРАСТ
Количество построенных1
Разработан вНАСА Центурион
НАСА Гелиос

В НАСА Следопыт и НАСА Pathfinder Plus были первыми двумя самолетами, разработанными как часть эволюционной серии солнечный- и Топливный элемент-системное питание беспилотные летательные аппараты. AeroVironment, Inc. разработал аппараты под руководством НАСА Самолеты и сенсорная техника для экологических исследований (ERAST) программа. Они были построены для разработки технологий, которые позволили бы долгосрочным высотным самолетам служить атмосферные спутники, для выполнения задач исследования атмосферы, а также в качестве коммуникационных платформ.[1] Они получили дальнейшее развитие в НАСА Центурион и НАСА Гелиос самолет.

Следопыт

AeroVironment инициировала разработку полномасштабного самолета на солнечной энергии с Пингвин-паутинка и Солнечный Челленджер транспортных средств в конце 1970-х - начале 1980-х годов, после новаторской работы Роберт Буше, который построил первые летающие модели на солнечных батареях в 1974 году. В рамках ERAST компания AeroVironment построила четыре поколения длительных беспилотных летательных аппаратов (БПЛА), первым из которых был Pathfinder.

Развитие

В 1983 году AeroVironment получила финансирование от неуказанного правительственного агентства США для тайного расследования БПЛА концепция, обозначенная как «High Altitude Solar» или HALSOL. Первый полет прототипа HALSOL состоялся в июне 1983 года. Девять полетов HALSOL состоялись в г. Groom Lake в Неваде. Полеты проводились с использованием радиоуправления и батарейного питания, так как самолет не был оснащен солнечными батареями. Аэродинамика HALSOL была подтверждена, но расследование привело к выводу, что ни фотоэлектрический Ячейки и аккумуляторы энергии не были достаточно зрелыми, чтобы реализовать эту идею на данный момент, и поэтому HALSOL был помещен в хранилище.[2]

В 1993 году, после десяти лет хранения, самолет был возвращен в состояние полета для короткого полета. Организация противоракетной обороны (БМДО). С добавлением небольших солнечных батарей осенью 1993 года и в начале 1994 года в рамках программы BMDO в NASA Dryden было выполнено пять контрольных полетов на малой высоте на комбинации солнечной энергии и энергии батарей.[3]

В 1994 году самолет передан в Программа НАСА ЭРАСТ разработать научную платформу авиационной техники. Он был переименован в «Следопыт», потому что он был «буквально путеводителем для будущего парка самолетов на солнечной энергии, которые могли бы оставаться в воздухе в течение недель или месяцев для научных исследований и получения изображений».[3] Была запланирована серия полетов, чтобы продемонстрировать, что чрезвычайно легкая и хрупкая конструкция самолета с очень высокой соотношение сторон (соотношение между размахом крыла и хордой крыла) может успешно взлетать и приземляться из аэропорта и может подниматься на очень большие высоты (от 50 000 футов (15 000 м) до 80 000 футов (24 000 м)) за счет силы солнце. Кроме того, проект ERAST также хотел определить возможность такого БПЛА для переноски инструментов, используемых в различных научных исследованиях.[4]

21 октября 1995 года была наглядно продемонстрирована хрупкость самолета, когда он был серьезно поврежден в результате аварии в ангаре, но впоследствии был восстановлен.[4]

Описание самолета

Pathfinder приводился в движение восемью электродвигателями - позже их количество сократилось до шести - которые сначала питались от батарей. Он имел размах крыла 98,4 футов (30,0 м). Две подкрыльевые капсулы содержат шасси, батареи, систему приборов с тройным резервированием и компьютеры управления полетом с двойным резервированием. К тому времени, когда самолет был включен в проект ERAST в конце 1993 года, уже были добавлены солнечные батареи, которые в конечном итоге покрыли всю верхнюю поверхность крыла.[1] Солнечные батареи обеспечивают питание электродвигателей, авионики, средств связи и других электронных систем самолета. Pathfinder также имел систему резервных аккумуляторов, которая могла обеспечивать питание от двух до пяти часов, чтобы обеспечить ограниченный полет после наступления темноты.[3]

Pathfinder летит со скоростью всего от 15 миль в час (24 км / ч) до 25 миль в час (40 км / ч). Управление по тангажу обеспечивается за счет использования крошечных рулей высоты на задней кромке крыла. Управление поворотом и рысканием осуществляется за счет замедления или ускорения двигателей на внешних частях крыла.[3]

Летные испытания и записи

Основная научная деятельность миссий Pathfinder включала определение статуса питательных веществ в лесах, восстановление лесов после повреждений, вызванных Ураган Иники в 1992 г. - концентрация отложений / водорослей в прибрежных водах и оценка состояния коралловых рифов. Научная деятельность координируется НАСА. Исследовательский центр Эймса и включить исследователей в Гавайский университет и Калифорнийский университет. В полете Pathfinder были испытаны два научных инструмента, разработанных ERAST, цифровой сканирующий интерферометр с высоким спектральным разрешением (DASI) и бортовая система визуализации в реальном времени с высоким пространственным разрешением (ARTIS), оба из которых были разработаны в Эймсе. Эти полеты проводились на высоте от 22000 футов (6700 м) до 49000 футов (15000 м) в 1997 году.[3]

11 сентября 1995 года Pathfinder установил неофициальный рекорд высоты для самолетов на солнечных батареях - 50 000 футов (15 000 м) во время 12-часового полета из НАСА Драйден.[1][4] Эта и последующие записи, заявленные НАСА для Pathfinder, остаются неофициальными, поскольку они не были подтверждены FAI, международно признанный орган по санкционированию мировых рекордов в области авиации. В Национальная ассоциация аэронавтики вручил отраслевой команде NASA ERAST награду за один из "10 самых запоминающихся рекордных полетов" 1995 года.[3]

После доработок самолет был переведен на ВМС СШАс Тихоокеанский ракетный полигон (PMRF) на гавайском острове Кауаи. Во время одного из семи полетов весной и летом 1997 года Pathfinder поднял рекорд высоты для самолетов на солнечной энергии, а также самолетов с винтом, до 71 530 футов (21 800 м) 7 июля 1997 года. Во время этих полетов, Pathfinder нес два легких инструмента для получения изображений, чтобы больше узнать о наземных и прибрежных экосистемах острова, продемонстрировав потенциал таких самолетов в качестве платформ для научных исследований.[1]

Патфайндер-Плюс

Pathfinder-Plus в полете над Гавайями, июнь 2002 г., оборудован средствами связи Skytower.

В 1998 году Pathfinder был модифицирован в конфигурацию с более длинным крылом Pathfinder-Plus. Он использовал четыре из пяти секций оригинального крыла Pathfinder, но заменил новую центральную секцию крыла длиной 13 м (44 фута), которая включала в себя высокогорный аэродинамический профиль, разработанный для последующего Centurion / Helios. Новая секция была вдвое длиннее оригинала и увеличила общий размах крыльев с 98,4 футов (30,0 м) до 121 футов (37 м). Новую центральную секцию увенчали более эффективные кремниевые солнечные элементы, разработанные Корпорация SunPower из Саннивейл, Калифорния, которые могут преобразовывать почти 19 процентов получаемой солнечной энергии в полезную электрическую энергию для питания двигателей, авионики и систем связи корабля. Это по сравнению с примерно 14-процентной эффективностью для более старых солнечных батарей, которые покрывают большую часть поверхности средних и внешних панелей крыла от оригинального Pathfinder. Максимальная потенциальная мощность была увеличена с примерно 7500 Вт на Pathfinder до примерно 12 500 Вт на Pathfinder-Plus. Число электродвигателей было увеличено до восьми, а в качестве двигателей использовались более мощные агрегаты, предназначенные для последующих самолетов.[3]

Опытные полеты Pathfinder-Plus, совершенные на PMRF летом 1998 года, подтвердили силовые, аэродинамические и системные технологии его преемника, Centurion. 6 августа 1998 года Pathfinder-Plus подтвердил свою конструкцию, подняв национальный рекорд высоты до 80 201 футов (24 445 м) для самолетов с солнечной батареей и винтом.[1][5]

Атмосферные спутниковые испытания

В июле 2002 года Pathfinder-Plus перевозил коммерческое оборудование для ретрансляции связи, разработанное Skytower, Inc., дочерней компанией AeroVironment, в испытании использования самолета в качестве платформы для вещания. Skytower в сотрудничестве с НАСА и Министерство связи Японии, протестировали концепцию "атмосферный спутник"путем успешного использования самолета для передачи как HDTV сигнал, а также IMT-2000 сигнал беспроводной связи с расстояния 65 000 футов (20 000 м), что дает самолету эквивалент башни передатчика высотой 12 миль (19 км). Из-за большого угла обзора самолета для передачи использовался только один ватт мощности, или 1/10 000 мощности, необходимой наземной вышке для обеспечения того же сигнала.[6] По словам Стюарта Хиндла, вице-президента по стратегии и развитию бизнеса SkyTower, «платформы SkyTower в основном представляют собой геостационарные спутники без временной задержки». Кроме того, Хиндл сказал, что такие платформы, летающие в стратосфере, в отличие от реальных спутников, могут обеспечить гораздо более высокие уровни использования частот. «Единая платформа SkyTower может обеспечить пропускную способность фиксированного широкополосного местного доступа в 1000 раз больше, чем у геостационарного спутника, используя ту же полосу частот, из расчета байт в секунду на квадратную милю».[7]

Рэй Морган, президент AeroVironment, описал эту концепцию следующим образом: «Мы пытаемся создать то, что мы называем« атмосферным спутником », который работает и выполняет многие из функций, как спутник в космосе, но выполняет это очень близко, в атмосфере "[8]

Характеристики

Pathfinder Plus (слева) и Helios Prototype (справа) на рампе Драйден
Эволюция солнечных самолетов в рамках программы ERAST
Характеристики[1][3][9][10][11]
 СледопытПатфайндер-ПлюсЦентурионГелиос HP01Гелиос HP03
Длина ft (м)12 (3.6)12 (3.6)12 (3.6)12 (3.6)16.5 (5.0)
Длина хорды (м)8 (2.4)
Размах крыльев ft (м)98.4 (29.5)121 (36.3)206 (61.8)247 (75.3)
Соотношение сторон12 к 115 к 126 к 130,9 к 1
Коэффициент скольжения18 к 121 к 1???
Скорость полета узлы (км / ч)15–18 (27–33)16.5–23.5 (30.6–43.5)?
Максимальная высота ft (м)71,530 (21,802)80,201 (24,445)н / д96,863 (29,523)65,000 (19,812)
Вес пустого фунта (кг)???1,322 (600)?
Максимум. вес фунт (кг)560 (252)700 (315)±1,900 (±862)2,048 (929)2,320 (1,052)
Полезная нагрузка фунт (кг)100 (45)150 (67,5)100–600 (45–270)726 (329)?
Двигателиэлектрический, 2 л.с. (1,5 кВт) каждая
Кол-во двигателей68141410
Мощность солнечной энергии (кВт)7.512.5313518.5
Дополнительная мощностьбатареибатареибатареиЛитиевые батареиЛитиевые батареи, топливный элемент

Смотрите также

использованная литература

Эта статья содержит материал, изначально взятый из веб-статьи. «Беспилотные летательные аппараты» Грега Гебеля, который существует в открытом доступе. Эта статья включаетматериалы общественного достояния с веб-сайтов или документов Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства.

  1. ^ а б c d е ж Информационный бюллетень НАСА Гелиос
  2. ^ Гебель, Грег, «Предыстория БПЛА Endurance», Беспилотные летательные аппараты, глава 12. Существует в свободном доступе. В архиве 2009-02-11 в Wayback Machine
  3. ^ а б c d е ж г час Информационный бюллетень NASA Pathfinder, архив на archive.org
  4. ^ а б c Информационный бюллетень NASA Pathfinder, заархивированный на archive.org
  5. ^ База данных записей NAA В архиве 2012-02-12 в Wayback Machine
  6. ^ «SkyTower успешно тестирует первые в мире коммерческие телекоммуникационные приложения с расстояния более 65 000 футов (20 000 м) в стратосфере», Ewire, 22 июля 2002 г., по состоянию на 11 сентября 2008 г. В архиве 20 ноября 2006 г., г. Archive.today
  7. ^ Дэвид, Леонард, "Стратосферная платформа служит спутником" Space.com, 24 июля 2002 г., по состоянию на 11 сентября 2008 г. В архиве 15 мая 2008 г. Wayback Machine
  8. ^ Кнапп, Дон. «Атмосферные спутники могут снизить стоимость связи», CNN, 11 августа 1998 г., по состоянию на 13 сентября 2008 г.
  9. ^ Расследование неудачи с прототипом самолета Гелиос - Том 1, Т. Нолл и др., Январь 2004 г.
  10. ^ Информационный бюллетень NASA Centurion заархивирован на archive.org
  11. ^ http://www.dfrc.nasa.gov/Gallery/Photo/Helios/HTML/EC99-45140-11.html
  • «Photovoltaic Finesse: Лучшие солнечные элементы - с проводами там, где не светит солнце», статья Дэниела Чо на странице тридцать третьей сентябрьского номера журнала 2003 г. Scientific American

внешние ссылки