Angle de vision favorable
Les hauteurs stratosphériques de l'ordre de 18-30 kilomètres sont mal maîtrisées par l'homme. Dans ce genre d'"espace proche", les avions sont rarement pris et il n'y a pas de vaisseau spatial là-bas. Mais une telle couche dans la couche d'air de la Terre est très pratique pour l'observation secrète. Premièrement, les avions à de telles altitudes peuvent surveiller une zone comparable aux territoires de l'Afghanistan ou de la Syrie, et en même temps patrouiller sur un territoire pendant une longue période. Dans le même temps, le satellite en orbite saute le terrain assez rapidement, n'ayant souvent pas le temps de capturer des objets et des processus importants. Deuxièmement, les systèmes de défense aérienne au sol ne sont pas encore conçus pour rechercher et détruire ces avions de reconnaissance de petite taille et à haute altitude. Selon les calculs, la zone de diffusion effective peut atteindre 0,01 m2… Certes, avec l'apparition massive de tels pseudo-satellites dans le ciel, la défense aérienne trouvera des solutions d'interception, mais le coût de destruction peut être prohibitif. En plus de la reconnaissance, les drones à haute altitude peuvent assurer les communications et la navigation.
La plupart des drones développés jusqu'à présent, conçus pour de telles hauteurs, sont construits à base de cellules solaires et de batteries. A des altitudes de plusieurs dizaines de kilomètres, l'énergie solaire est "absorbée" beaucoup plus efficacement, ce qui permet à la machine ailée non seulement d'alimenter des moteurs électriques, mais aussi de stocker de l'énergie dans des batteries. La nuit, les drones utilisent ce qu'ils stockent pendant la journée; à l'aube, le cycle se répète. Il s'agit d'une sorte de machine à mouvement perpétuel qui permet aux machines de voler de plusieurs jours à plusieurs années à des altitudes allant jusqu'à 30 kilomètres. Par exemple, si l'un de ces pseudo-satellites remplace le célèbre Global Hawk, l'opérateur à lui seul économisera environ 2000 tonnes de carburant par an. Cela ne tient pas compte du coût inférieur et du temps de fonctionnement beaucoup plus long. Cependant, toutes ces informations sont théoriques: jusqu'à présent, le record de durée de vol de tels équipements est de 26 jours. Cela a été réalisé en 2018 par le pseudo-satellite européen Airbus Zephyr.
Par rapport aux satellites classiques, les drones à haute altitude sont naturellement beaucoup moins chers et sont plus proches de la Terre, ce qui garantit une prise de vue et une observation de haute qualité. L'Airbus Zephyr susmentionné est 10 fois moins cher que Global Hawk et 100 fois moins cher que les satellites World View. Dans ce cas, les pseudo-satellites sont situés sous l'ionosphère, ce qui augmente la précision de la navigation et la détermination de la localisation des sources d'émission radio. Contrairement à un satellite, un avion est capable de survoler l'objet d'observation pendant longtemps, à la manière d'un aigle, en suivant tous les changements qui se produisent en dessous.
Quel est le concept d'un pseudo-satellite pour le vol stratosphérique ? Il s'agit d'une cellule composite légère avec de bonnes caractéristiques aérodynamiques, équipée de panneaux solaires, d'accumulateurs et de piles à combustible hautement efficaces. De plus, des moteurs électriques hautement efficaces, des dispositifs de commande légers à faible consommation d'énergie, capables de réagir rapidement et de manière indépendante aux situations d'urgence en vol, sont nécessaires. Ces véhicules à haute altitude se distinguent par leur faible capacité de charge (jusqu'à 100-200 kilogrammes) et leur extrême lenteur - jusqu'à plusieurs dizaines de kilomètres par heure. Le premier d'entre eux est apparu dans les années 1980 aux États-Unis.
Panneaux solaires volants
Les pseudo-satellites expérimentaux du programme HALSOL ont été les premiers de ces dispositifs aux États-Unis. Rien de sensé n'en est sorti en raison du retard élémentaire de la technologie: il n'y avait pas de batteries de grande capacité ni de cellules solaires efficaces. Le projet a été fermé, mais l'apparence des prototypes n'a pas été déclassifiée et l'initiative est passée à la NASA. Ses spécialistes ont présenté leur Pathfinder en 1994, qui est devenu, de fait, l'étalon-or des futurs pseudo-satellites. L'appareil avait une envergure de 29,5 mètres, une masse au décollage de 252 kilogrammes et une altitude de 22,5 kilomètres. Au cours de plusieurs années, le projet a été modernisé à plusieurs reprises; le dernier de la série était l'Helios HP, dont les ailes étaient étirées à 75 mètres, la masse au décollage était rattrapée jusqu'à 2,3 tonnes. Cet appareil de l'une des générations a pu grimper à 29 524 mètres - un record pour les avions volant horizontalement sans réacteurs. En raison des piles à combustible à hydrogène imparfaites, Helios HP s'est effondré dans les airs lors du deuxième vol. Ils ne sont pas revenus à l'idée de sa restauration.
Le deuxième modèle connu d'un pseudo-satellite à double usage peut être appelé la famille Zephyr du britannique QinetiQ, qui est apparu à l'horizon artificiel en 2003. Après des tests approfondis et des améliorations de conception, le projet a été acheté par Airbus Defence and Space en 2013 et développé en deux modèles principaux. Le premier a une envergure de 25 m et comprend: un planeur en fibre de carbone ultra-léger, des panneaux solaires en silicium amorphe de United Solar Ovonic, des batteries lithium-soufre (3 kWh) de Sion Power, un pilote automatique et un chargeur de QinetiQ. Les panneaux solaires génèrent jusqu'à 1,5 kW d'électricité, ce qui est suffisant pour un vol 24h/24 à 18 km d'altitude. Le deuxième pseudo-satellite, plus grand, était le Zephyr T avec deux poutres de queue et une envergure accrue (de 25 m à 33 m). Cette conception permet de soulever quatre fois la charge utile (pesant 20 kg, suffisant pour accueillir une station radar à 19 500 m d'altitude).
Zephyr a déjà été contracté par les armées de Grande-Bretagne et des États-Unis en quantités uniques. Ils n'avaient pas encore eu le temps de s'habituer pleinement aux troupes, lorsqu'en mars 2019, l'un d'entre eux s'est écrasé près d'une usine d'assemblage à Farnborough, dans le Hampshire. Dans cet accident, le principal inconvénient d'un tel avion s'est révélé dans toute sa splendeur - sa grande sensibilité aux conditions météorologiques lors du décollage et de l'atterrissage. A des hauteurs de travail de plusieurs kilomètres, les pseudo-satellites n'ont pas peur des précipitations et du vent, mais au sol ils se sentent mal à l'aise.
La DARPA n'est pas non plus restée à l'écart d'un sujet aussi prometteur et a lancé à la fin des années 2000 le programme VULTURE (Very-high Altitude, Ultraendurance, Loitering Theatre Element - un système d'observation à très haute altitude avec une traînée ultra-longue sur un théâtre d'opérations). Le premier-né était le pseudo satellite Solar Eagle, créé par Boeing Phantom Works en collaboration avec QinetiQ et Venza Power Systems. Ce géant a une envergure de 120 mètres, des batteries lithium-soufre, huit moteurs alimentés à la fois par des panneaux solaires et des piles à hydrogène. Actuellement, les Américains ont classé le projet et, très probablement, testent déjà le Solar Eagle sous forme de prototypes de pré-production.
Le plus moderne des prototypes non classés est un pseudo-satellite développé conjointement par BAE et Prismatic Ltd - PHASA-35 (Persistent High Altitude Solar Aircraft, avion solaire à haute altitude à long terme). En février 2020, il a été lancé dans les airs pour la première fois à la Royal Air Force Base en Australie-Méridionale. Un panneau solaire volant avec des ailes est capable de grimper 21 kilomètres et de transporter une charge utile pesant jusqu'à 15 kilogrammes. Selon les normes des drones à haute altitude, le PHASA-35 a une petite envergure de 35 mètres et est destiné, comme l'écrivent les développeurs eux-mêmes, à la surveillance, à la communication et à la sécurité. Cependant, la trajectoire initiale et principale du pseudo-satellite sera le travail de combat. À cet égard, suite aux résultats du premier vol, Ian Muldoney, directeur technique de BAE Systems, a déclaré:
Il s'agit d'un premier résultat remarquable qui démontre le rythme qui peut être atteint lorsque nous combinons le meilleur des capacités britanniques. Passer de la conception au vol en moins de deux ans (20 mois) montre que nous pouvons relever le défi que le gouvernement britannique a lancé à l'industrie pour construire le futur système de combat aérien au cours de la prochaine décennie.
À la fin de cette année, il était prévu de terminer les tests et, après 12 mois, de transférer les premiers véhicules de production au client. Mais la pandémie, bien sûr, fera ses propres ajustements dans le délai spécifié.
Aujourd'hui, l'intérêt pour ces drones à haute altitude ne cesse de croître, et l'expansion de la zone de développement en est la preuve. Outre les succès de la Chine, de l'Inde, de Taïwan et de la Corée du Sud, les bureaux d'études russes sont impliqués dans la conception de pseudo-satellites. Le premier drone expérimental domestique à haute altitude a été développé à la S. A. Lavochkin et appelé LA-251 "Aist". Il a été présenté pour la première fois au forum Armée-2016. Le drone est fabriqué selon la conception aérodynamique normale et est un monoplan à transport libre avec une envergure de 16 m et une masse d'environ 145 kg. Le monoplan a deux poutres de queue, quatre moteurs de 3 kW et est équipé d'une batterie de 240 Ah. Altitude de vol jusqu'à 12 mille mètres, durée jusqu'à 72 heures. Un "Aist" plus grand est en cours de développement avec une envergure de 23 mètres et une charge utile de 25 kg. Un tel pseudo-satellite s'élève déjà à 18 kilomètres et peut rester dans les airs plusieurs jours. Afin d'alléger la conception, l'avion a été laissé avec un faisceau et le nombre de moteurs a été réduit de quatre à deux. Le développement ultérieur du thème domestique des pseudosatellites est entravé par le manque de technologies pour la production de batteries lithium-soufre avec une puissance spécifique de 400 à 600 Wh / kg. De plus, nous avons besoin de panneaux solaires avec une densité de 0,32 kg/m2 avec une efficacité d'au moins 20 %. À bien des égards, cela dépend de la capacité de la Russie à réduire l'écart existant avec les dirigeants mondiaux. Avec un territoire aussi vaste, notre pays ne pourra tout simplement pas se passer de tels pseudo-satellites à l'avenir.
