NASA Helios
| NASA Helios | |
|---|---|
 | |
| Беспилотный самолёт Helios с фотоэлементами на крыльях | |
| Тип | БПЛА |
| Производитель | AeroVironment |
| Первый полёт | 8 сентября 1999 г. |
| Статус | потерян в 2003 г. |
| Основные эксплуатанты |  США
|
| Единиц произведено | 1 |
NASA Helios (NASA Helios Prototype — лётный прототип «Ге́лиос», выпущенный по программе НАСА) — экспериментальный беспилотный летательный аппарат, использующий для работы энергию солнечных батарей и топливных энергетических ячеек.
Четвёртый и последний прототип, построенный в рамках последовательно развивавшейся серии беспилотных летательных аппаратов, был разработан на основе предшествующих моделей — NASA Pathfinder и en:NASA Centurion. Компания AeroVironment, Inc. разрабатывала данную серию в рамках программы Environmental Research Aircraft and Sensor Technology (ERAST) под эгидой НАСА. Программа была нацелена на разработку технологий создания «атмосферных спутников» — высотных летательных аппаратов, способных к длительному нахождению в воздухе, и предназначенных для выполнения функций, схожих с функциями искусственных спутников земли. В частности, предполагалось их использование для исследования процессов в атмосфере, а также в качестве ретрансляторов для систем связи.[1]
Содержание
История
Постройка и испытания
NASA Helios был изготовлен на базе предыдущей конструкции — NASA Centurion, путём добавления шестой 12-метровой секции крыла и пятой стойки шасси. Он стал четвёртым прототипом в серии самолётов — демонстраторов технологий, выполненных по схеме летающего крыла и питающихся от солнечных элементов. Увеличение крыла по сравнению с предшественниками позволяло разместить солнечные батареи большей площади, и, тем самым, обеспечить достаточную мощность для планируемых экспериментальных полётов на солнечной тяге.[1] Первый полёт прототипа состоялся 8 сентября 1999 года.[2]
При постройке прототипа планировалось достижение двух различных целей: 1) обеспечение устойчивого полёта на высоте около 30 000 м и 2) обеспечение полёта в течение не менее, чем 24 часов, из которых по крайней мере 14 часов аппарат должен был находится на высоте не ниже 15 000 м. С этой целью Helios мог настраиваться в двух различных конфигурациях:[3]
- HP01 — конфигурация, ориентированная на достижение максимальной высоты, использовала для питания двигателей сочетание солнечных батарей и аккумуляторов.
- HP03 — конфигурация, оптимизированная для достижения максимальной длительности полета, представляла собой сочетание солнечных батарей, аккумуляторов и водород-воздушных топливных элементов для обеспечения питания в ночное время. В этой конфигурации количество двигателей было снижено с 14 до 10.
Лётные испытания прототипа, проводившиеся во второй половине 1999 года на полигоне центра лётных исследований НАСА имени Хью Л. Драйдена, использовали традиционный пошаговый подход и включали програму полётов на малых высотах с питанием от аккумуляторных батарей. Помимо подтверждения пригодности к использованию длинного крыла и проверки лётных качеств аппарата, в их ходе также производились тестирование и настройка датчиков и аппаратуры управления для планировавшихся в дальнейшем экспериментов на достижение максимальных высоты и длительности полёта.[1]
Рекорды
13 августа 2001 года,[1] Helios, дистанционно пилотируемый Грегом Кендаллом, достиг высоты 29 524 м, что является действующим на текущий момент мировым рекордом высоты устойчивого горизонтального полёта для крылатых летательных аппаратов без реактивных двигателей.[4] Это достижение более чем на 3 400 м превысило предыдущий аналогичный рекорд высоты. Кроме того, самолёт провел более 40 минут на высоте свыше 29 000 м.[1]
Катастрофа
26 июня 2003 года, в ходе испытательного полёта, проводившегося в целях проверки систем дистанционного управления для намеченных на следующий месяц испытаний на максимальную длительность нахождения в воздухе, прототип NASA Helios разрушился и упал в Тихий океан примерно в 16 км к западу от Гавайского острова Кауаи.[5][6]
Прогноз погоды, сделанный утром в день аварии, указывал, что погодные условия находились в рамках пригодных для совершения полёта. Однако, непосредственно перед намеченным полётом, служба синоптиков определила погоду как «лётную, но очень плохую». Одной из главных проблем была пара зон сдвига ветра у побережья острова. Вылет был отложен на некоторое время, но не отменён, несмотря на отсутствие улучшений погоды. После взлёта Helios провел больше времени, чем ожидалось, в зоне низкой турбулентности на подветренной стороне Кауаи, так как он набирал высоту медленнее, чем обычно. Такое поведение аппарата было обусловлено значительной облачностью, что снизило отдачу солнечных батарей и вызвало падение мощности двигателей.
Самолёт поднялся на высоту около 850 м, и затем, как сказано в отчёте о расследовании аварии, «приблизительно через 30 минут полёта, попал в зону сильной турбулентности и принял „незапланированную устойчивую конфигурацию с сильным изгибом крыльев“. В результате такой формы крыла, аппарат стал неустойчив в большом диапазоне углов атаки, что вызвало колебания скорости набегающего воздушного потока, с пиковыми значениями, превышающими номинальные примерно вдвое. Вследствие превышения конструкционной скорости воздушного потока, и вызванных этим высоких динамических нагрузок на переднюю кромку крыла, произошло разрушение обшивки верхней плоскости крыла и отрыв расположенных на ней солнечных панелей. Аппарат упал в океан в пределах зоны испытательных полётов и полностью разрушился. Большая часть элементов конструкции была поднята из воды, за исключением блока водородно-воздушных топливных элементов и двух из десяти двигателей, которые затонули в океане.»[3]
Отчёт о расследовании указывает на две основных причины произошедшего:
- Отсутствие адекватных методов анализа обусловило неточную оценку последствий вносимых изменений, что привело к использованию конфигурации, крайне чувствительной к внешним воздействиям.
- Изменение конфигурации аппарата, обусловленное задачами выполняемой программы и технологическими ограничениями, привело к значительному перераспределению масс без изменений конструкции, что снизило надёжность и уровень безопасности.[3]
Конструкция
NASA Helios — сверхлегкий летательный аппарат, выполненный по схеме летающего крыла. Большая часть конструкции была изготовлена из композитных материалов — углеродного волокна, эпоксидных смол, арамидных нитей, пенопласта и тонкой прозрачной пластиковой пленки.
Геометрические параметры крыла аппарат унаследовал от своих предшественников — NASA Pathfinder и NASA Centurion. Хорда крыла — 2,4 м, толщина профиля составляла 290 мм (относительная толщина — 12 %) и была неизменной по всей его длине. Задняя кромка крыла имела небольшой изгиб профиля вверх, что обеспечивало улучшение его несущей способности при малых скоростях. Основу конструкции крыла составлял трубчатый лонжерон, выполненный из углеродного волокна, дополнительно усиленный в верхней и нижней части сечения волокнами Nomex и кевлара, для компенсации вертикальных изгибающих усилий, возникающих на крыле во время полета. Нервюры также изготавливались из углепластика (углеродное волокно и эпоксидная смола), передняя кромка крыла содержала пенопластовый заполнитель. В качестве обшивки использовалась прозрачная пластиковая пленка.
Размах крыльев прототипа — около 75 метров, превышал аналогичные характеристики крупнейших серийных самолетов, строившихся в США — военно-транспортного C-5 (67,88 м) и гражданского Boeing-747 (от 59,6 до 68,5 м у различных модификаций). Площадь крыла составила 183.6 м², что обеспечило при взлетной массе 726 кг нагрузку 3,95 кг/м². Крыло собиралось из шести 12-метровых секций, в месте соединения которых к нему подвешивались гондолы — обтекатели шасси. Концевые секции крыла были отклонены от горизонтали на 10° вверх, для придания самолету большей поперечной устойчивости. Гондолы изготавливались, в основном, из тех же материалов, что и крыло, неубирающееся шасси состояло из заднего колеса от горного велосипеда и переднего, меньшего диаметра, от скутера. Несколько большая, чем остальные, центральная гондола несла в себе аккумуляторы, батарею топливных элементов, датчики и блоки системы управления.
В движение аппарат приводился 14 (в конфигурации HP01) или 10 (HP03) электродвигателями, мощностью по 1,5 кВт каждый. Питание электродвигателей осуществлялось от аккумуляторов — во время взлета, а также в течение всего полета в период первоначальных испытаний. Панели солнечных батарей производства компании SunPower были установлены на верхней плоскости крыла в начале 2000 года, и, обеспечивали двигатели аппарата энергией во время полетов при его дальнейшей эксплуатации. В конфигурации HP03 силовая установка дополнительно оснащалась специально модифицированными коммерческими водород-воздушными топливными элементами для обеспечения питания в ночное время.
Аэродинамические органы управления состояли из отклоняемых поверхностей, расположенных по всей длине задней кромки крыла, управляемых сервомоторами и использовавшихся только для управления по тангажу. Для управления по рысканью использовалось тяга двигателей — для поворота аппарата увеличивались обороты двигателей, расположенных на одной консоли крыла, и уменьшались обороты двигателей на противоположной. В процессе испытаний также была исследована возможность управления посредством тяги двигателей и тангажом. Крыло Helios в полете имело значительный изгиб, и крайние двигатели оказывались подняты выше, чем расположенные ближе к центру конструкции. При такой конфигурации увеличение тяги крайних двигателей обеспечивало уменьшение тангажа и заставляло идти аппарат вниз, а увеличение тяги средних двигателей увеличивало тангаж и обеспечивало набор высоты.
Летно-технические характеристики
| Pathfinder | Pathfinder-Plus | Centurion | Helios HP01 | Helios HP03 | |
|---|---|---|---|---|---|
| Длина, м | 3.6 | 3.6 | 3.6 | 3.6 | 5.0 |
| Хорда крыла, м | 2.4 | ||||
| Размах крыла, м | 29.5 | 36.3 | 61.8 | 75.3 | |
| Удлиннение крыла | 12 | 15 | 26 | 30.9 | |
| Аэродинамическое качество | 18 | 21 | ? | ? | ? |
| Скорость, км/ч | 27–33 | 30.6–43.5 | ? | ||
| Макс. достигнутая высота, м | 21 802 | 24 445 | н/д | 29 524 | 19 812 |
| Масса пустого, кг | ? | ? | ? | 600 | ? |
| Максимальная взлетная масса, кг | 252 | 315 | 862 | 929 | 1 052 |
| Полезная нагрузка, кг | 45 | 67,5 | 45–270 | 329 | ? |
| Двигатели | электрические, 1.5 кВт каждый | ||||
| Количество двигателей | 6 | 8 | 14 | 14 | 10 |
| Источники питания | аккумуляторы, солнечные батареи | аккумуляторы, солнечные батареи | аккумуляторы, солнечные батареи | литиевые аккумуляторы, солнечные батареи | литиевые аккумуляторы, топливные элементы, солнечные батареи |
| Установленная мощность СБ, кВт | 7.5 | 12.5 | 31 | ? | 18.5 |
Напишите отзыв о статье "NASA Helios"
Примечания
- ↑ 1 2 3 4 5 6 [www.nasa.gov/centers/dryden/news/FactSheets/FS-068-DFRC.html NASA Helios factsheet]
- ↑ [web.archive.org/web/20030605105551/www.dfrc.nasa.gov/Research/Erast/helios.html NASA Helios fact sheet — old edition; archived at archive.org]
- ↑ 1 2 3 4 [www.nasa.gov/pdf/64317main_helios.pdf Investigation of the Helios Prototype Aircraft Mishap] — Volume 1, T.E. Noll et al., January 2004
- ↑ [www.fai.org/fai-record-file/?recordId=7354 Aviation and Space World Records]. Fédération Aéronautique Internationale. Проверено 14 октября 2013.
- ↑ [www.sciencedaily.com/releases/2003/06/030630111917.htm «Helios Prototype Solar Aircraft Lost In Flight Mishap», Science Daily, July 1, 2003, accessed September 8, 2003]
- ↑ [www.membrana.ru/lenta/?1856 Высотный самолёт на солнечных батареях разбился]
- ↑ [web.archive.org/web/20030810185046/www.dfrc.nasa.gov/Newsroom/FactSheets/FS-034-DFRC.html NASA Pathfinder fact sheet, archived at archive.org]
- ↑ [web.archive.org/web/20030628143415/www.dfrc.nasa.gov/Newsroom/FactSheets/FS-056-DFRC.html NASA Centurion Fact Sheet archived at archive.org]
 |
В другом языковом разделе есть более полная статья NASA Helios (англ.) Вы можете помочь проекту, расширив текущую статью с помощью перевода.
|
Отрывок, характеризующий NASA Helios
«Для достижения сей цели должно доставить добродетели перевес над пороком, должно стараться, чтобы честный человек обретал еще в сем мире вечную награду за свои добродетели. Но в сих великих намерениях препятствуют нам весьма много – нынешние политические учреждения. Что же делать при таковом положении вещей? Благоприятствовать ли революциям, всё ниспровергнуть, изгнать силу силой?… Нет, мы весьма далеки от того. Всякая насильственная реформа достойна порицания, потому что ни мало не исправит зла, пока люди остаются таковы, каковы они есть, и потому что мудрость не имеет нужды в насилии.«Весь план ордена должен быть основан на том, чтоб образовать людей твердых, добродетельных и связанных единством убеждения, убеждения, состоящего в том, чтобы везде и всеми силами преследовать порок и глупость и покровительствовать таланты и добродетель: извлекать из праха людей достойных, присоединяя их к нашему братству. Тогда только орден наш будет иметь власть – нечувствительно вязать руки покровителям беспорядка и управлять ими так, чтоб они того не примечали. Одним словом, надобно учредить всеобщий владычествующий образ правления, который распространялся бы над целым светом, не разрушая гражданских уз, и при коем все прочие правления могли бы продолжаться обыкновенным своим порядком и делать всё, кроме того только, что препятствует великой цели нашего ордена, то есть доставлению добродетели торжества над пороком. Сию цель предполагало само христианство. Оно учило людей быть мудрыми и добрыми, и для собственной своей выгоды следовать примеру и наставлениям лучших и мудрейших человеков.
«Тогда, когда всё погружено было во мраке, достаточно было, конечно, одного проповедания: новость истины придавала ей особенную силу, но ныне потребны для нас гораздо сильнейшие средства. Теперь нужно, чтобы человек, управляемый своими чувствами, находил в добродетели чувственные прелести. Нельзя искоренить страстей; должно только стараться направить их к благородной цели, и потому надобно, чтобы каждый мог удовлетворять своим страстям в пределах добродетели, и чтобы наш орден доставлял к тому средства.
«Как скоро будет у нас некоторое число достойных людей в каждом государстве, каждый из них образует опять двух других, и все они тесно между собой соединятся – тогда всё будет возможно для ордена, который втайне успел уже сделать многое ко благу человечества».
Речь эта произвела не только сильное впечатление, но и волнение в ложе. Большинство же братьев, видевшее в этой речи опасные замыслы иллюминатства, с удивившею Пьера холодностью приняло его речь. Великий мастер стал возражать Пьеру. Пьер с большим и большим жаром стал развивать свои мысли. Давно не было столь бурного заседания. Составились партии: одни обвиняли Пьера, осуждая его в иллюминатстве; другие поддерживали его. Пьера в первый раз поразило на этом собрании то бесконечное разнообразие умов человеческих, которое делает то, что никакая истина одинаково не представляется двум людям. Даже те из членов, которые казалось были на его стороне, понимали его по своему, с ограничениями, изменениями, на которые он не мог согласиться, так как главная потребность Пьера состояла именно в том, чтобы передать свою мысль другому точно так, как он сам понимал ее.
По окончании заседания великий мастер с недоброжелательством и иронией сделал Безухому замечание о его горячности и о том, что не одна любовь к добродетели, но и увлечение борьбы руководило им в споре. Пьер не отвечал ему и коротко спросил, будет ли принято его предложение. Ему сказали, что нет, и Пьер, не дожидаясь обычных формальностей, вышел из ложи и уехал домой.
На Пьера опять нашла та тоска, которой он так боялся. Он три дня после произнесения своей речи в ложе лежал дома на диване, никого не принимая и никуда не выезжая.
В это время он получил письмо от жены, которая умоляла его о свидании, писала о своей грусти по нем и о желании посвятить ему всю свою жизнь.
В конце письма она извещала его, что на днях приедет в Петербург из за границы.
Вслед за письмом в уединение Пьера ворвался один из менее других уважаемых им братьев масонов и, наведя разговор на супружеские отношения Пьера, в виде братского совета, высказал ему мысль о том, что строгость его к жене несправедлива, и что Пьер отступает от первых правил масона, не прощая кающуюся.
В это же самое время теща его, жена князя Василья, присылала за ним, умоляя его хоть на несколько минут посетить ее для переговоров о весьма важном деле. Пьер видел, что был заговор против него, что его хотели соединить с женою, и это было даже не неприятно ему в том состоянии, в котором он находился. Ему было всё равно: Пьер ничто в жизни не считал делом большой важности, и под влиянием тоски, которая теперь овладела им, он не дорожил ни своею свободою, ни своим упорством в наказании жены.
«Никто не прав, никто не виноват, стало быть и она не виновата», думал он. – Ежели Пьер не изъявил тотчас же согласия на соединение с женою, то только потому, что в состоянии тоски, в котором он находился, он не был в силах ничего предпринять. Ежели бы жена приехала к нему, он бы теперь не прогнал ее. Разве не всё равно было в сравнении с тем, что занимало Пьера, жить или не жить с женою?
Не отвечая ничего ни жене, ни теще, Пьер раз поздним вечером собрался в дорогу и уехал в Москву, чтобы повидаться с Иосифом Алексеевичем. Вот что писал Пьер в дневнике своем.
«Москва, 17 го ноября.
Сейчас только приехал от благодетеля, и спешу записать всё, что я испытал при этом. Иосиф Алексеевич живет бедно и страдает третий год мучительною болезнью пузыря. Никто никогда не слыхал от него стона, или слова ропота. С утра и до поздней ночи, за исключением часов, в которые он кушает самую простую пищу, он работает над наукой. Он принял меня милостиво и посадил на кровати, на которой он лежал; я сделал ему знак рыцарей Востока и Иерусалима, он ответил мне тем же, и с кроткой улыбкой спросил меня о том, что я узнал и приобрел в прусских и шотландских ложах. Я рассказал ему всё, как умел, передав те основания, которые я предлагал в нашей петербургской ложе и сообщил о дурном приеме, сделанном мне, и о разрыве, происшедшем между мною и братьями. Иосиф Алексеевич, изрядно помолчав и подумав, на всё это изложил мне свой взгляд, который мгновенно осветил мне всё прошедшее и весь будущий путь, предлежащий мне. Он удивил меня, спросив о том, помню ли я, в чем состоит троякая цель ордена: 1) в хранении и познании таинства; 2) в очищении и исправлении себя для воспринятия оного и 3) в исправлении рода человеческого чрез стремление к таковому очищению. Какая есть главнейшая и первая цель из этих трех? Конечно собственное исправление и очищение. Только к этой цели мы можем всегда стремиться независимо от всех обстоятельств. Но вместе с тем эта то цель и требует от нас наиболее трудов, и потому, заблуждаясь гордостью, мы, упуская эту цель, беремся либо за таинство, которое недостойны воспринять по нечистоте своей, либо беремся за исправление рода человеческого, когда сами из себя являем пример мерзости и разврата. Иллюминатство не есть чистое учение именно потому, что оно увлеклось общественной деятельностью и преисполнено гордости. На этом основании Иосиф Алексеевич осудил мою речь и всю мою деятельность. Я согласился с ним в глубине души своей. По случаю разговора нашего о моих семейных делах, он сказал мне: – Главная обязанность истинного масона, как я сказал вам, состоит в совершенствовании самого себя. Но часто мы думаем, что, удалив от себя все трудности нашей жизни, мы скорее достигнем этой цели; напротив, государь мой, сказал он мне, только в среде светских волнений можем мы достигнуть трех главных целей: 1) самопознания, ибо человек может познавать себя только через сравнение, 2) совершенствования, только борьбой достигается оно, и 3) достигнуть главной добродетели – любви к смерти. Только превратности жизни могут показать нам тщету ее и могут содействовать – нашей врожденной любви к смерти или возрождению к новой жизни. Слова эти тем более замечательны, что Иосиф Алексеевич, несмотря на свои тяжкие физические страдания, никогда не тяготится жизнию, а любит смерть, к которой он, несмотря на всю чистоту и высоту своего внутреннего человека, не чувствует еще себя достаточно готовым. Потом благодетель объяснил мне вполне значение великого квадрата мироздания и указал на то, что тройственное и седьмое число суть основание всего. Он советовал мне не отстраняться от общения с петербургскими братьями и, занимая в ложе только должности 2 го градуса, стараться, отвлекая братьев от увлечений гордости, обращать их на истинный путь самопознания и совершенствования. Кроме того для себя лично советовал мне первее всего следить за самим собою, и с этою целью дал мне тетрадь, ту самую, в которой я пишу и буду вписывать впредь все свои поступки».
«Петербург, 23 го ноября.
«Я опять живу с женой. Теща моя в слезах приехала ко мне и сказала, что Элен здесь и что она умоляет меня выслушать ее, что она невинна, что она несчастна моим оставлением, и многое другое. Я знал, что ежели я только допущу себя увидать ее, то не в силах буду более отказать ей в ее желании. В сомнении своем я не знал, к чьей помощи и совету прибегнуть. Ежели бы благодетель был здесь, он бы сказал мне. Я удалился к себе, перечел письма Иосифа Алексеевича, вспомнил свои беседы с ним, и из всего вывел то, что я не должен отказывать просящему и должен подать руку помощи всякому, тем более человеку столь связанному со мною, и должен нести крест свой. Но ежели я для добродетели простил ее, то пускай и будет мое соединение с нею иметь одну духовную цель. Так я решил и так написал Иосифу Алексеевичу. Я сказал жене, что прошу ее забыть всё старое, прошу простить мне то, в чем я мог быть виноват перед нею, а что мне прощать ей нечего. Мне радостно было сказать ей это. Пусть она не знает, как тяжело мне было вновь увидать ее. Устроился в большом доме в верхних покоях и испытываю счастливое чувство обновления».
Как и всегда, и тогда высшее общество, соединяясь вместе при дворе и на больших балах, подразделялось на несколько кружков, имеющих каждый свой оттенок. В числе их самый обширный был кружок французский, Наполеоновского союза – графа Румянцева и Caulaincourt'a. В этом кружке одно из самых видных мест заняла Элен, как только она с мужем поселилась в Петербурге. У нее бывали господа французского посольства и большое количество людей, известных своим умом и любезностью, принадлежавших к этому направлению.
Элен была в Эрфурте во время знаменитого свидания императоров, и оттуда привезла эти связи со всеми Наполеоновскими достопримечательностями Европы. В Эрфурте она имела блестящий успех. Сам Наполеон, заметив ее в театре, сказал про нее: «C'est un superbe animal». [Это прекрасное животное.] Успех ее в качестве красивой и элегантной женщины не удивлял Пьера, потому что с годами она сделалась еще красивее, чем прежде. Но удивляло его то, что за эти два года жена его успела приобрести себе репутацию
«d'une femme charmante, aussi spirituelle, que belle». [прелестной женщины, столь же умной, сколько красивой.] Известный рrince de Ligne [князь де Линь] писал ей письма на восьми страницах. Билибин приберегал свои mots [словечки], чтобы в первый раз сказать их при графине Безуховой. Быть принятым в салоне графини Безуховой считалось дипломом ума; молодые люди прочитывали книги перед вечером Элен, чтобы было о чем говорить в ее салоне, и секретари посольства, и даже посланники, поверяли ей дипломатические тайны, так что Элен была сила в некотором роде. Пьер, который знал, что она была очень глупа, с странным чувством недоуменья и страха иногда присутствовал на ее вечерах и обедах, где говорилось о политике, поэзии и философии. На этих вечерах он испытывал чувство подобное тому, которое должен испытывать фокусник, ожидая всякий раз, что вот вот обман его откроется. Но оттого ли, что для ведения такого салона именно нужна была глупость, или потому что сами обманываемые находили удовольствие в этом обмане, обман не открывался, и репутация d'une femme charmante et spirituelle так непоколебимо утвердилась за Еленой Васильевной Безуховой, что она могла говорить самые большие пошлости и глупости, и всё таки все восхищались каждым ее словом и отыскивали в нем глубокий смысл, которого она сама и не подозревала.
