Привязные аэростаты и их применение.  оскбэс маи. aэростатическая платформа на базе семейства гибридных аэростатов «колибри Аэростат наблюдения

В современных условиях особую актуальность приобретает использование беспилотных и аэростатных комплексов для решения различных задач народного хозяйства и оборонного комплекса. В обсуждении вопросов конструирования беспилотных систем принимает участие директор по государственным программам ЗАО "Воздухоплавательный центр "Авгуръ", к.т.н. Пономарев Павел Ардалионович.

Одним из наиболее перспективных и экономически целесообразных средств, используемых для подъема и удержания аппаратуры на заданной высоте, являются аэростатные носители. Они решают задачи по обеспечению связи, разведки, мониторинга территории, ретрансляции, как в военных, так и в гражданских целях. Существует огромное разнообразие возможных вариантов полезной нагрузки размещаемой на привязном аэростате (ПА). При этом с точки зрения проектирования носителя значение имеют только ее массово-инерционные характеристики, габаритные размеры, потребляемая мощность, а также условия функционирования: рабочая высота, температурный диапазон и максимальная скорость ветра. Исходя из этих параметров, определяется объем и параметры канат-кабеля.

Наличие типового ряда позволяет не только сократить номенклатуру канат-кабелей и материалов для оболочек , но и использовать для новых целей уже разработанные ПА, проводя лишь незначительную модернизацию. Это значительно сокращает затраты и сроки как на разработку, так и на изготовление, позволяет использовать типовые технологические операции, а также унифицированные узлы и агрегаты.

Типовой ряд ПА ЗАО "Воздухоплавательный центр "Авгуръ" состоит из трех групп. К первой группе относятся ПА объемом от 75 до 400 м3: Au-6, Au-25 и Au-17 "Барс", имеющие жесткое оперение и стягивающую систему компенсации объема. При этом энергоснабжение полезной нагрузки обеспечивается за счет бортовых аккумуляторов или легкосъемного кабеля.

Ко второй группе относятся ПА, объемом от 450 до 1200 м3: Au-27 "Рысь" и Au-33 "Гепард". Несмотря на различное оперение: жесткое и воздухонаполненное, данные аппараты имеют схожую компоновку и созданы на основе типовых решений. Аэростаты снабжены автоматической системой поддержания избыточного давления.

К третьей группе относится крупнейший в мире ПА Au-21 "Пума" объемом 12000 м3, состоящий из оболочки с баллонетом, воздухонаполненного обтекателя, воздухонаполненного оперения, такелажа; воздушных и газовых клапанов, системы воздухоподполнения; пилотажно-навигационного оборудования и молниезащиты.

Таким образом, в настоящее время ВЦ "Авгуръ" располагает типовым рядом ПА которые обеспечивают работу различной полезной нагрузки на высоте, соответственно по группам: массой 25-80 кг на высотах до 700 м; 80-300 кг на высотах до 1500 м с электроснабжением до 2 кВт; массой 250-2250 кг на высотах до 5000 м с электроснабжением до 25 кВт. Данные аппараты функционируют в широком диапазоне климатических и погодных условий.

HTML clipboard

Привязные аэростаты и их применение

Полковник Н. Мехоношин

Привязные аэростаты применяются в военных целях с конца XVIII века. Сначала они использовались для наблюдения за полем боя и передвижениями войск в районе боевых действий, а в дальнейшем и для корректировки огня артиллерии. Во время второй мировой войны такие аэростаты служили главным образом в качестве средств воздушного заграждения для обороны от низколетящих самолетов. Особенно широко они применялись в ПВО Великобритании, где поднимались на стальном привязном тросе на высоту до 1000 м, даже легкого столкновения с тросом было достаточно, чтобы вывести самолет из строя,

В ходе агрессивной войны во Вьетнаме американцы на привязных аэростатах поднимали в воздух радиоретрансляционные станции с целью облегчения связи между командными пунктами и передовыми подразделениями сухопутных войск. Применялись два типа аэростатов: объемом оболочки 150 м3 с трехкилевым хвостовым оперением и объемом 170 м3 с крестообразным хвостовым оперением. Аэростаты с радиоретрансляционными станциями поднимались на высоту почти 300 м, что позволяло передавать принимаемые из-за холмов радиосообщения на дальность до 35 км. Аэростаты с объемом 150м3 использовались также для предупреждения своих войск о проникновении противника. Для этой цели на находящемся на небольшой высоте аэростате устанавливались высокочувствительный микрофон и радиопередатчик, с помощью которых подслушивались разговоры и команды проникающего в джунгли противника и передавались сигналы предупреждения своим войскам.

Опыт использования привязных аэростатов в войне в Юго-Восточной Азии пробудил заинтересованность государственных органов США и промышленности в дальнейшем совершенствовании их конструкции и оборудования. Так, в 1968 году лабораторией полигонных измерений космического центра имени Кеннеди начала осуществляться специальная программа НИОКР по привязным аэростатам, в рамках которой была разработана и испытана серия аэростатов BJ (по начальным буквам имен конструкторов) с объемом оболочек 600-2500 м3. На тандемной связке из двух аэростатов этой серии был осуществлен рекордный для того времени подъем на высоту 4000 м верхнего аэростата и на 3000 м - нижнего. В 1968-1972 годах министерством обороны США проводились работы по привязным аэростатам. В их ходе было построено более 50 аэростатов типа «Фэмили-2» с объемом оболочек 5600 м3 - более 11000 м3. Они использовались для решения различных военных и коммерческих задач, включая ретрансляцию радиопередач, радиолокационное наблюдение, радио- и радиотехническую разведку.

Дальнейшее развитие привязных аэростатов в США шло в направлении повышения массы полезной нагрузки и подъема ее на большую высоту. А это прямо связано с увеличением объема оболочки аэростата, поскольку 1 м 3 несущего газа гелия может поднимать только 1 кг массы, включая массу конструкции и полезной нагрузки аэростата. Некоторое увеличение полезной нагрузки осуществлялось путем облегчения конструкции благодаря изготовлению ее из более легких и прочных материалов. Кроме того, совершенствовалась и аппаратура, входящая в полезную нагрузку, - снижалась ее масса и улучшались характеристики. Привязные аэростаты продемонстрировали возможность их успешной эксплуатации на высотах порядка 5500 м. За последние 10 лет в развитие привязных аэростатов для военных и коммерческих целей в США было вложено более 300 млн. долларов и, по оценке иностранной прессы, свыше 400 млн. долларов израсходовано на сооружение и оборудование для их эксплуатации в различных районах земного шара.

В последние годы американские специалисты стали уделять внимание привязным аэростатам относительно небольших размеров, создаваемым на базе аэростатов типа «Фэмили-2». После 1981 года было разработано и изготовлено восемь систем аэростатов с объемом оболочки около 700 м3 и пять систем с объемом оболочки порядка 1500 м3. Большинство из них было развернуто на надводных кораблях длиной 40-70 м, а несколько - на мобильных наземных установках. Все они, за исключением одной аэростатной системы, несли в качестве полезной нагрузки обзорные РЛС и использовались для различных военных и коммерческих целей, включая борьбу с контрабандой наркотиков. Одна из систем применялась для развертывания антенны длинноволновой радиостанции, в качестве которой служил привязной трос. Аэростат с места хранения транспортировался в пункт подъема, швартовался, наполнялся гелием, поднимался на высоту 900 м и приводился в готовность для радиопередач на длинных волнах. Эта операция выполнялась за 5 ч.

Основными поставщиками привязных аэростатов в США являются фирмы ILC Dover, RCA и ТСОМ (филиал фирмы «Вестингауз»).

Фирма ILC Dover выпускает стандартные привязные аэростаты с объемом оболочки до 7000 м3 следующих типов.

Аэростаты серии SSP (Stable Sensor Platform) разработаны на базе аэростата «Фэмили-207» и имеют оболочку с объемом 85 - 1070 м3. У типичного аэростата этой серии SSP-6000 оболочка эллиптической формы с трехкилевым оперением. Максимальный объем заполняемой гелием оболочки 170 м 3, объем баллонета с воздухом 28 м3. Для регулировки давления в оболочке в зависимости от подъема или снижения, температуры наружного воздуха и других факторов на аэростате установлен нагнетатель, работающий от электрической батареи, и автоматический клапан регулировки давления. Максимальная высота подъема аэростата 1500 м, допустимая скорость ветра до 80 км/ч.

Рис. 1. Привязной аэростат 25М системы STARS американской фирмы ТСОМ

Рис. 2. Привязной аэростат 365В,Н (Mk7-S) в варианте LASS

Рис. 3. Английский привязной аэростат «Снайнет» пассивной системы ПВО «Рэмпарт»

Аэростат с объемом оболочки 7000 м3 создан для ВВС США и предназначен для радиолокационного наблюдения. Оболочка аэростата эллиптической формы, с крестообразным хвостовым оперением.

Длина оболочки 53,3 м, максимальный диаметр 17,3 м. Внутри ее размещен баллонет объемом до 3000 м3. Аэростат может поднимать полезную нагрузку массой 450 кг на высоту около 3600 м. Одним из вариантов полезной нагрузки является радиолокационная станция AN/DPS-5, способная обнаруживать с высоты 3000 м низколетящие (на высоте 30 м) цели с эффективной площадью рассеяния 5 м2 на дальностях до 280 км.

Фирма RCA выпускает привязные аэростаты с объемом оболочки 1300- 7000 м3, используемые как носители радиолокационных, электронно-оптических и акустических датчиков. Ниже приводятся данные о типичных стандартных привязных аэростатах фирмы RCA.

Аэростат с объемом оболочки 1586 м3 предназначен для развертывания на судах длиной порядка 60 м. Оболочка имеет длину 33г4 м, максимальный диаметр 5,56 м. Внутри ее размещен баллонет объемом 453 м3. Полезная нагрузка аэростата включает модифицированную РЛС AN/APS-128J, способную обнаруживать с рабочей высоты 760 М морские цели на дальностях до 110 км. Привязной трос аэростата рассчитан на усилие на разрыв до 6350 кг. По электрическому кабелю в тросе может передаваться электроэнергия для питания РЛС и другого оборудования с мощностью до 8 кВ А.

Аэростат с объемом оболочки 7000 м3 представляет собой модифицированный аэростат фирмы ILS Dover и используется для радиолокационного наблюдения. На нем устанавливается обзорная РЛС AN/DPS-5 и вспомогательная аппаратура AN/APX-76 системы опознавания с дальностью действия до 460 км. Аэростат может применяться как со стационарных, так и с мобильных наземных установок.

Фирма ТСОМ изготавливает оболочки аэростатов из слоев ткани тедлар, майлар и дакрон, склеенных полиэфирной смолой, что обеспечивает при небольшой удельной массе высокую прочность и стойкость по отношению к погодным условиям, Привязные тросы изготавливаются из синтетического материала кевлар-29. Внутри тросов содержится электропроводка для питания аппаратуры на аэростате. Выпускаемые тросы имеют прочность на разрыв от 5000 кг (для небольших аэростатов) до 30 000 кг (для крупных) с суммарной мощностью потребляемой электроэнергии 3,5 - 31,5 кВт. Наибольшее распространение получили следующие аэростаты этой фирмы.

Аэростат 25М системы STARS (Small Tethered Aerostat Relocatable System)
«Литтон») либо AN/APG-66 («Вестингауз»). При высоте подъема аэростата 750 м дальность действия РЛС по морским целям составляет 110 км. Аэростат системы STARS может эксплуатироваться при горизонтальном ветре до 90 км/ч и при порывах ветра до 130 км/ч. Заполненный гелием, он способен находиться в воздухе непрерывно в течение двух недель, после чего требуется спустить его, пополнить гелием и провести техническое обслуживание радиоэлектронной аппаратуры. имеет оболочку объемом 700 м3, длину 25 м и максимальный диаметр 8 м. Несущий газ гелий, трехкилевое хвостовое оперение и хвостовой конус оболочки наполняются воздухом. Баллонет максимальным объемом 200 м3, заполняемый воздухом для регулировки давления несущего газа, образуется нижней поверхностью оболочки и гибкой диафрагмой, отделяющей воздух баллонета от гелия, находящегося в основном объеме оболочки. Полезная нагрузка аэростата массой 125 кг, размещаемая в обтекателе под нижней частью оболочки, может включать французскую радиолокационную станцию LMT для наблюдения за полем боя или американские обзорные РЛС 504 (фирмы

Система STARS развертывается на судах малого водоизмещения или на мобильных наземных установках, размещаемых на одном либо двух прицепах (рис. 1). Развернутая на судах система STARS успешно применялась за Северным полярным кругом в море Бофорта, а также на юге в Карибском море.

Аэростат 365В/Н (Mk7-S) имеет оболочку объемом 11 640 м 3, длиной 59,2 м и максимальным диаметром 17,3 м. Крестообразное хвостовое оперение и основной объем оболочки заполняются гелием. Баллонет с воздухом для регулировки давления в оболочке имеет объем 5300 - 6300 м3. Оболочка аэростата изготавливается из тех же материалов, что и аэростата системы STARS. Общая масса аэростата 365В/Н 5200 кг, в том числе масса полезной нагрузки 1800 кг. В качестве ее используется аппаратура радио- и радиотехнической разведки, радиолокационная станция и аппаратура передачи данных. РЛС AN/TPS-63, которая может устанавливаться на аэростате, обеспечивает с высоты 3000 м обнаружение низколетящих целей на дальностях до 280 км. Рабочая высота подъема аэростата 3000 - 4500 м в зависимости от варианта. Он эксплуатируется на наземной установке с монорельсовым путем по окружности (радиус 30 м), позволяющей ориентировать аэростат по ветру. Привязная система рассчитана на скорость ветра у земли до 160 км/ч.

Вариант аэростата под обозначением LASS (Low Altitude Surveillance System, рис. 2) эксплуатируется в интересах таможенной службы США на Багамских о-вах. Этот же вариант аэростата с РЛС AN/TPS-63 в 1986 году демонстрировался в Саудовской Аравии в качестве дополнения и резервирования самолетов дальнего радиолокационного обнаружения и управления Е-ЗА системы АВАКС.

Дальнейшее развитие привязных аэростатов в США намечается вести в направлении увеличения высоты их подъема (7500- 9000 м). Для подъема необходимой полезной нагрузки на эти высоты потребуется оболочка аэростата объемом около 28 000 м3. Планируется также создать более легкие и прочные материалы для оболочки и привязного троса и усовершенствовать конструкцию Самой оболочки.

В Великобритании продолжаются работы над привязными аэростатами, используемыми в качестве средств воздушного заграждения. В частности, фирм а «Уоллоп индастриз» разработала систему пассивной ПВО «Рэмпарт» с привязными аэростатами «Скайнет» (рис. 3). В этой системе аэростаты совместно с дымообразующими приборами, противорадиолокационными отражателями и ИК ловушками поднимаются на привязном тросе из кевлара на высоту порядка 1000 м. Привязной трос служит также и для повреждений низколетящих самолетов.

Английская фирма «Эрборн индастриз» создала аэростатную систему первоначальной подготовки парашютистов, использующую для подъема парашютистов на высоту привязной аэростат. В состав системы входят собственно аэростат с максимальным объемом оболочки 1510 м3, гондола, в которой размещаются шесть парашютистов и инструктор, стальной привязной трос, грузовой автомобиль с гидравлической лебедкой, приводимой от дизельного двигателя мощностью 115 Л. с. Гондола с парашютистами может быть поднята аэростатом на любую высоту, допускаемую 1500-м привязным тросом, однако стандартная высота подъема при тренировках составляет 300 м. Цикл подъема аэростата на эту высоту, прыжков шести парашютистов и спуска аэростата для подготовки к последующему подъему занимает 10 мин. Эксплуатация системы показала, что привязной аэростат для первоначальной подготовки парашютистов применять в несколько раз экономичнее, чем транспортный самолет. Кроме того, при прыжках парашютистов из гондолы аэростата в невозмущенную турбулентной спутной струей самолета воздушную среду значительно снижается возможность Отказа в раскрытии парашюта.

Идея применения привязных аэростатов для парашютного спорта не нова. В книге Г. Пожарова и В. Шевченко «Прыжки с парашютом с аэростата» (издательство ДОСААФ, 1956г.) подробно описана методика выполнения таких прыжков. Авторы утверждают, что пропускная способность аэростата выше, чем у самолёта, методика обучения проста, а стоимость существенно ниже.

Так, по данным Московского городского комитета ДОСААФ, зимой 1955 года с привязного аэростата за два с половиной месяца было выполнено более пяти тысяч прыжков, и при этом израсходовано не более полутора тонн автомобильного бензина.

Аэростат К-1500 «Колибри» относится к классу гибридных привязных аэростатов. Классические аэростаты стоят в воздушном потоке под углом примерно 5° и при усилении ветра или его порывах совершают волнообразные и подныривающие движения, а у гибридного аэростата (угол в потоке примерно 20°) аэродинамическая подъёмная сила его стабилизирует. При этом аэростатическая подъёмная сила не даёт аппарату упасть при стихании порыва ветра. В случае применения гибридного аэростата для тренировки парашютистов наличие аэродинамической подъёмной силы даёт ещё одно преимущество перед классическим аэростатом: значительное натяжение удерживающего троса. Так, для шестиместного аэростата (1500 м 3) усилие будет составлять от 600 до 2000 кгc, в зависимости от веса полезной нагрузки и силы ветра, что позволит производить подъём парашютистов на рабочую высоту двумя способами:

1. Обычный: гондола поднимается на рабочую высоту вместе с аэростатом.
2. Аэростат находится на рабочей высоте, а вверх поднимается гондола с парашютистами, закрепленная на закольцованном тросе: в то время пока заполненная гондола идёт вверх, пустая спускается (аналог канатной дороги). Учитывая скороподъёмность 4 м/с, на высоту 2000 метров (при вместимости 6 человек), получаем цикл выброски 5-6 парашютистов за 10 минут. Кроме того, этот способ позволяет избежать неприятного для всех аэростатов момента прохода приземных турбулентных потоков и нахождения у земли в незашвартованном состоянии. Подъёмная гондола может быть оборудована парашютной баллистической системой спасения.

Применение прыжкового аэростатного комплекса К-1500 «Колибри» значительно снижает стоимость прыжка, позволяет сохранить ресурс самолетам, работающим на выброску парашютистов, и привлечь большее число желающих совершить первый и последующие прыжки. При соответствующей высоте подъёма становятся доступными ознакомительные прыжки с инструктором (тандем) и спортивные прыжки в рамках дисциплин классической точности приземления и скоростного пилотирования купола.

В качестве стартовой платформы аэростатного комплекса используется мобильное удерживающее устройство — специально оборудованный автомобиль либо автомобильный прицеп, оснащённый лебёдкой, причальными опорами, комплектом снаряжения, системами энергообеспечения, газонаполнения, вакуумирования.

Область применения аэростатов К-1500 — преимущественно первоначальная подготовка с парашютными системами, уложенными на принудительное раскрытие основного купола, что позволяет охватить не только гражданский сектор, но и прыжки в рамках военной подготовки военнослужащих при значительном снижении стоимости прыжка по сравнению с использованием для выброски самолётов и вертолётов.

Технические характеристики гибридного аэростата для обучения парашютистов К-1500 «Колибри»: