andrej kraft (andrej_kraft) wrote,
andrej kraft
andrej_kraft

Category:

Разлетались: Испытания аэростатов Raven Aerostar в США

В продолжение темы:

Коллега ленар константинов упорно настаивает, что ПН (полезная нагрузка) свободнолетящих в стратосфере аэростатов в принципе не способна более-менее эффективно решать те задачи, которые на них хотят возложить вооруженные силы США. Конечно, доводы серьезные. Но плюс-минус такие же мы слышали по поводу того, что у Китая не получится отгородиться стеной в Интернете, у Илона Маска не получится в вертикальную посадку, дрон массой 19 грамм не может нести онлайн камеру Full HD и т.п. В любом случае, без доступа к результатам практических испытаний Raven Aerostar дальнейший спор по этому вопросу неизбежно сваливается в почти религиозный диспут с доводами типа "верю – не верю". Читатели блога могут попытаться сами выбрать одну из сторон на основе имеющихся открытых данных.

01
Collage © Adam Kehoe



Подразделение Raven Aerostar компании Raven Industries со штаб-квартирой в Сиу-Фоллс, Южная Дакота (Sioux Falls, S.D.) почти 60 лет сотрудничает с силовыми ведомствами США по летательным аппаратам легче воздуха. Но в последние годы это были большей частью привязные аэростаты разведки и наблюдения для армии, ВМС, береговой охраны и таможенной службы. Класс стратостатов в Raven Aerostar тоже разрабатывался, хотя и заметно менее активно, а основным заказчиком являлось агентство NASA для отдельных научных исследований, а также предварительного тестирования перспективных космических технологий дистанционного зондирования, связи и т.п.

Но настоящим драйвером взрывного развития этого направления стала гражданская программа Loon Project для предоставления интернет-доступа жителям сельской местности и удалённых регионов. Реализацией проекта занималась одноименная компания Loon LLC – дочка Alphabet, которая изначально была подразделением Google X, затем просто X, а в июле 2018-го выделилась в отдельную компанию. Для создания беспроводных сетей мобильной связи 4G и даже чуть ли не 5G в проекте планировалось использовать свободнолетящие аэростаты, дрейфующие в стратосфере на высотах 18-25 км. В июле 2019-го компания объявила, что достигла миллиона часов полета в стратосфере своих автономных воздушных шаров. Маневрирование в заданном районе (лавирование, зависание, восьмёрка и др.) обеспечивалось изменением высоты полета.

В январе 2021 года программу Loon закрыли, но к тому времени в Raven Aerostar накопили немалый опыт запуска и управления полетом аэростатов Loon balloon, разработанных специально для проекта на базе систем типа Thunderhead.

02 03
© Raven Aerostar / Loon

Thunderhead – это аэростат сверхвысокого давления с внутренней оболочкой для несущего газа (гелия), а пространство между ней и внешней оболочкой представляет собой баллонет с воздухом. Он нагнетается с помощью насоса и действует как балласт, позволяя аэростату изменять свой вес и являясь центральным элементом системы управления полетом. Продолжительность полета воздушного шара может превышать 30 суток. При этом он не способен сам изменять свой курс или скорость, но для навигации можно менять высоту. В различных атмосферных слоях господствуют постоянные или долгоживущие воздушные потоки различных направлений и скорости.

Под оболочкой на тросе аэростат несет рамную гондолу. На ней размещена система управления полетом с насосом, система электропитания с аккумуляторными батареями и солнечными панелями, а также та самая полезная нагрузка.

04 05
Запуск аэростата Thunderstorm в Сиу-Фоллс © Raven Aerostar

После закрытия Loon Project юристы Raven Industries занялись выкупом у Loon LLC своих патентов на интеллектуальную собственность по технологиям связи с использованием группировки автономных стратосферных аэростатов. Завершили этот щепетильный процесс 4 мая 2021-го. А тем временем инженеры Raven Aerostar уже вовсю тестировали возможности альтернативного использования системы Thunderhead, прежде всего в военных целях для разведки, наблюдения, связи, навигации-позиционирования-точного времени и др. При этом одним из достоинств таких систем сразу заявили их высоту полета, благодаря которой аэростаты сложно достижимы для традиционных систем ПВО.





Несмотря на то, что в большинстве стран военные эксперты уже прилично подзабыли о существовании свободнолетящих аэростатов, в последние годы интерес к ним возродился сразу у нескольких военных ведомств США, прежде всего, в качестве платформы для разведки и связи.

В прошлом материале читатели блога уже познакомились с некоторыми планами американской армии по использованию стратостатов. Осенью 2020-го Исполнительное управление программы СВ США по разведке, радиоэлектронной борьбе и датчикам PEO IEW&S (Program Executive Office for Intelligence, Electronic Warfare, and Sensors) провело брифинг на мероприятии во время дня ВПК. Несколько слайдов с этой презентации появились в Twitter, демонстрируя общее видение СВ США применения высотных аэростатов в качестве элемента более широкой и многоуровневой концепции многосферной системы зондирования MDSS (Multi-Domain Sensing System), которая сейчас находится на ранней стадии разработки.

06 07
Концепция многосферной системы зондирования MDSS армии США с использованием стратостатов © Steve Trimble / @TheDEWLine Twitter

В качестве ключевых возможностей будущей операционной концепции командование СВ США надеется на способность аэростатов проникать в оспариваемое воздушное пространство на длительные периоды времени, запуская при этом с больших высот рои БЛА, десантируя в тылу противника наземных роботов, а также используя бортовые РЛС, системы радиоэлектронной разведки и радиоэлектронной борьбы, ретрансляторы связи.

Интересно, что практически одновременно с этим в ноябре 2020-го на странице НАТО в Youtube выложили ролик NATO Science | High-altitude balloon-borne radar.


https://youtu.be/LurbzrKVGrk

Насколько можно судить, в Альянсе явно следуют за американскими наработками по данному направлению.

2019

Летом 2019-го Объединенное южное командование ВС США (SOUTHCOM – U.S. Southern Command) спонсировало запуск Raven Aerostar из Сиу-Фоллс до 25 модифицированных аэростатов Thunderhead, которые более месяца дрейфовали в шести штатах Среднего Запада (Южная Дакота Миннесота, Айова, Висконсин, Миссури и Иллинойс). В соответствии с документами Федеральной комиссии по связи FCC (Federal Communications Commission), эти аэростаты предназначались для проверки возможностей стратосферных систем постоянного наблюдения в качестве дополнительного инструмента для пресечения незаконного оборота наркотиков и борьбы со стихийными бедствиями, а также экспериментов по решению общих задач сбора разведывательной информации в интересах внутренней безопасности. В связи с последним пунктом The Guardian 2 августа 2019-го сообщила о серьезной озабоченности местных жителей тем, что американские военные будут нарушать их гражданские права.

2020

Через год летом 2020-го специалисты Raven Aerostar отправили в полет следующую серию аэростатов. По итогам отчитались о выдающейся способности своих систем длительное время продолжать стратосферный полет над заданным районом в оспариваемом воздушном пространстве.

08

В частности, запущенный в 9:59 утра 2 июля аэростат HBAL0412 поставил частный рекорд Raven Aerostar для систем Thunderhead. При общей продолжительности полета в 59 суток он пролетел 13 923 морских миль (25,8 тыс. км) и провел над двумя заданными районами разведки в общей сложности 481 час (34% времени).

2021

По специальному разрешению FCC, действовавшему на период с 5 апреля по 2 октября 2021 г., в испытаниях над обоими побережьями Северной Америки летали не менее 20 аэростатов.

Началось с учения ВМС США UxS IBP 21 (Unmanned Systems Integrated Battle Problem) в рамках комплексной боевой задачи Тихоокеанского флота по объединению возможностей пилотируемых и беспилотных систем. Командование ВМС США особо не раскрывало сценарий и замысел учения UxS IBP 21, но на представленном МО США видео операторы и инженеры в касках с логотипом Raven Aerostar запускают 25 апреля аэростат Thunderhead.


https://youtu.be/_yQw8eANl8I

Дальше больше. Только за неделю 11-18 мая 2021 года в полет отправили не менее 9 аэростатов. Наблюдения за траекториями их полета по данным системы "АЗН-В" демонстрируют удивительную способность воздушных шаров лететь против направления господствующих ветров в приземном слое атмосферы.

09 10
Треки полетов высотных воздушных шаров у побережья южной Калифорнии: слева – во время учения ВМС UxS IBP 21, справа – HBAL0526 и HBAL0527 11-18 мая © Adam Kehoe

Хотя в приложении к заявке в FCC на согласование полетов аэростатов перечислены только районы в Калифорнии, но в дальнейшей переписке появляются и упоминания разрешений на дополнительные районы вдоль восточного побережья

11

Наверное, именно по этому разрешению аэростаты летали над Вирджинией (скриншот внизу слева). А за рамками открытой переписки полеты проводились и над континентальной частью на юго-востоке страны. Например, жители Джексона в штате Миссисипи заметили извилистую дорожку воздушного шара 4 мая этого года (скриншот справа).

12 13
© Adam Kehoe

Несмотря на близость ГВМБ Норфолк Атлантического флота ВМС США, скорее всего, полеты у восточного побережья большей частью связаны с проверкой способности аэростатов решать специальные задачи в интересах армии США. В соответствии с заявкой в FCC, в качестве основной цели полетов высотных аэростатов были заявлены испытания сетевых радиосистем Silvus 4400E и Silvus 4200E.

14 15
Слева – Silvus 4400E, справа – Silvus 4200E © Silvus Technologies

Хотя в записях FCC не указана какая-либо иная ПН, кроме тестируемых радиостанций, примечательно, что по итогам этих полетов Raven Aerostar отчиталась о запуске пилотной программы использования аэростатов Thunderhead Balloon System для мониторинга лесных пожаров. Наблюдения из стратосферы позволяли выявлять их очаги, а также прогнозировать направление и скорость распространения огня. В качестве иллюстрации к новости представили такое двойное изображение, снятое одним из аэростатов Raven Aerostar:

16
Одновременный снимок бортовых камер в ИК-диапазоне и в видимой части спектра. В то время как справа дым полностью закрывает обзор, слева отчетливо видны яркие белые точки открытого огня © Raven Aerostar



Интеграция стратосферной полезной нагрузки Raven Aerostar

В апреле 2021 года Raven Аэростар поделилась некоторыми подробностями интеграции той самой ПН на своих стратосферных платформах легче воздуха по заказу NASA, Google и многих других своих клиентов для связи, ретрансляции данных, наблюдения, разведки, и многого другого.

17
Вверху – эскиз гондолы Thunderhead с ПН под блоком управления полетом. В качестве ПН – аварийная посадочная подушка нестандартной конструкции от NASA. Слева внизу – запуск прототипа космического аппарата NASA V-R3X Cubesat на подвеске аэростата Raven Aerostar Lightning © Raven Aerostar

До настоящего времени в Raven Aerostar работали с несколькими основными видами ПН:

научные ПН – проведение экспериментов и исследований (например, нефелометры НАСА).
коммерческие ПН – оказание услуг (например, проект Loon Project/Alphabet Inc. предоставления услуг мобильной связи 4G и 5G)
коммуникационные ПН – радиоретрансляторы для увеличения дальности связи (Министерство обороны)
ПН разведки, наблюдения и целеуказания – различные датчики обнаружения, местоопределения и идентификации целей (Министерство обороны)

Группа интеграции ПН в Raven Aerostar состоит всего из пяти человек – инженер-механик, инженер-электрик и техники. От заказчиков они получают аппаратуру и технику ПН. При этом заказчик может либо взять готовые устройства и контейнера Raven Aerostar чтобы разместить свою ПН в гондоле аэростата, либо заказать ее установку группе интеграции ПН компании.

ПН нужно закрепить механически и подключить ее электрически. Иногда стандартных шин питания недостаточно и необходимо устанавливать электрический преобразователь. Механическая интеграция ПН включает ее установку в гондоле таким образом, чтобы обеспечить безопасность во время запуска, полета и посадки.

Серьезным препятствием для полетов на стратостатах являются экстремальные погодные условия. Температура воздуха в стратосфере может колебаться в диапазоне –25° … –80°C. На таком морозе электроника обычно подвисает, но мощные ПН наоборот, могут иметь проблемы с перегревом, а традиционные методы охлаждения при помощи вентиляторов не эффективны из-за чрезвычайно низкого давления. Для одних надо устанавливать обогреватели и климат-контроль, другим нужны специальные радиаторы для отвода тепла. Чтобы проверить способность ПН выдерживать температуры и давления стратосферного полета в компании используют холодовую камеру. Испытания в ней нередко затягиваются – ПН по нескольку раз выходят из строя. Приходится их дорабатывать и проводить повторные испытания, прежде чем ПН допустят к полету.

Помимо технической поддержки, в Raven Aerostar предлагают клиентам услугу по доступу к информации об их ПН во время полета в режиме реального времени. Можно установить радиокомплект, который обеспечивает канал связи от ПН до наземной станции.

18
Слева – контроль данных оператором из Raven Aerostar на учении СВ США Thunder Clowd в Норвегии; справа – операционная система Thunderstorm © Raven Industries

Также Raven Industries может предоставить своим пользователям удаленный доступ к информации ПН. Для этого в компании разработали специальное программное приложение Thunderstorm. Операционная система имеет удобный интерфейс, через который в едином рабочем изображении можно отслеживать аэростат и управлять им в стратосфере, прогнозировать траекторию полета, контролировать характеристики и отображать данные датчиков. Использовать ПО Thunderstorm можно через защищенный портал с любого мобильного устройства, планшета или компьютера из любой точки мира, где есть доступ в интернет с достаточной скоростью передачи данных.

Источники:
1) Joseph Trevithick, The Army Wants To Launch Drone Swarms Behind Enemy Lines From High-Altitude Balloons (November 30, 2020)
2) Adam Kehoe, What We Know About The High-Altitude Balloons Recently Lingering Off America's Coastlines (May 17, 2021)
3) How Raven Aerostar stratospheric payload integrations are made (April 09, 2021)



Сдается мне, что мы еще не раз услышим об аэростатах Raven Aerostar над США, и не только. Будем следить за дальнейшим развитием этой порядком подзабытой военными платформы. В общем, как обычно, продолжаем наблюдение.



Счетчик посещений Counter.CO.KZ
Tags: us army, us navy, США, аэростаты, разведка, связь
Subscribe

Posts from This Journal “связь” Tag

  • Post a new comment

    Error

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

    When you submit the form an invisible reCAPTCHA check will be performed.
    You must follow the Privacy Policy and Google Terms of use.
  • 9 comments