Все военные беспилотники делятся на два вида: одни оснащены электродвигателями, другие – двигателями внутреннего сгорания. Электродвигатели создают меньше шума, но при этом проигрывают в длительности полета – зарядки аккумуляторных батарей хватает только на несколько часов полета. Двигатели внутреннего сгорания тоже имеют ряд «недостатков» — их можно обнаружить по шуму, который они создают, а так же по тепловому следу.
Универсальный – то есть бесшумный и «долгоиграющий» беспилотник создали российские ученые. Это изделие пока носит условное название «Инспектор-1» и им уже заинтересовались в нашем Министерстве обороны. Основная особенность нового БПЛА – водородно-воздушный топливный элемент (это разновидность электродвигателя) нового поколения российского производства.
Мировой рекорд
Летом этого года авторы проекта – сотрудники специальной лаборатории Института проблем химической физики РАН, которой руководит Юрий Добровольский, планируют установить мировой рекорд по дальности полета. По расчетам создателей «Инспектора-1», полет новейшего российского беспилотника должен будет составить 30 часов, но это будут, так называемые, «внутренние» испытания.
Осенью 2015 года будет осуществлен уже официальный полет, результаты которого будут зарегистрированы по всем международным правилам. И на это время ожидания российских ученых превосходят все существующие сегодня временные рамки. «Этой осенью беспилотник должен пролетать выше 40 часов. Полет, я надеюсь, составит от 42 до 45 часов», — заявил Добровольский.
Часть полета будет осуществляться в режиме планирования. Размах крыла самого летательного аппарата составляет 4,5 метра, что в разы меньше, в сравнении с зарубежными образцами подобной техники.
Секретная лаборатория
Об истории создания отечественного беспилотника нового поколения и перспективах этого уникального проекта в эксклюзивном интервью телеканалу «Звезда» рассказал ответственный исполнитель проекта, сотрудник Института проблем химической физики РАН Алексей Левченко: «Инспектор-1» изначально разрабатывался Курчатовским институтом, и этой разработке уже 3 года, где-то 1,5 года назад беспилотником с водородным двигателем заинтересовались в российском Министерстве обороны. Этим заказом теперь занимается наш институт».
Беспилотник «Инспектор-01» является совместной разработкой Института проблем химической физики РАН, Объединенной авиастроительной корпорации и Центрального института авиационного моторостроения. В машину внедрен водородно-воздушный топливный элемент нового поколения, а также электродвигатель, который делает аппарат бесшумным и не оставляющим тепловой след.
«Исходная задача, которая была поставлена перед нами, заключалась в том, чтобы создать такой топливный элемент, который бы превосходил все существующие в мире образцы. Наш топливный элемент превосходит показатели «бензинового» в 3 раза, соответственно в разы превосходит другие электродвигатели. Но недавно перед нами была поставлена новая задача: для военных нужд нашим институтом будет создан абсолютно новый и абсолютно безопасный водородно-воздушный топливный элемент, по принципиально новой схеме. Мы рассчитываем завершить эту разработку в течение 1,5 лет», — говорит Левченко.
Водородный баллон отставить!
Принцип работы топливных элементов построен на физико-химической реакции. По сути, топливные элементы напоминают обычные свинцовые аккумуляторы. Разница в том, что КПД топливного элемента существенно выше КПД аккумулятора и составляет 45% и более.
В корпусе водородно-кислородного топливного элемента установлена мембрана, проводящая только протоны. Она разделяет две камеры с электродами — анодом и катодом. В камеру анода подведен водород, а в камеру катода кислород. Каждый электрод покрыт слоем катализатора, к примеру, платиной.
Молекулярный водород под воздействием катализатора, нанесенного на анод, теряет электроны. Протоны проводятся через мембрану к катоду, и под воздействием катализатора соединяется с электронами (поток электронов подводится извне), в результате чего образуется вода. Электроны из камеры анода уходят в электрическую цепь, подсоединенную к двигателю, то есть, на бытовом языке, образуется электрический ток, питающий электромотор.
«Частью нашей системы является газовый баллон, в который под давлением в 300 бар закачен водород. Вес баллона составляет всего несколько килограммов, но у военных, которые знакомились с образцом, возникли замечания по поводу безопасности обращения с этим баллоном. Дело в том, что он, действительно, взрывоопасен, и в случае неосторожного обращения с ним, или в случае чрезвычайной ситуации, он может взорваться.
Правда, — это должно быть очень неосторожное обращение и очень чрезвычайная ситуация. Я поясню: в ходе испытаний, один из наших беспилотников упал с высоты 200 метров, но никакого взрыва не произошло, хотя, конечно, этот случай можно считать единичным. Так вот перед нами поставили задачу создать нечто новое, и мы уже работаем над этим. Новый топливный элемент будет обходиться без баллона вообще! Его заменит химический источник водорода», — говорит ответственный исполнитель проекта.
Обратная зависимость
Замена источника водорода для топливного элемента при снижении его мощности приводит к повышению его КПД – такая вот обратная зависимость.
«При снижении мощности на 59% мы сможем увеличить коэффициент полезного действия до 70 процентов. Скорость полета при этом становится меньше, но сохраняются показатели дальности полета. Но самое главное – новый химический источник водорода не потребует применения газового баллона, другими словами – абсолютно безопасен в применении», — говорит Алексей Левченко.
Еще одним достоинством нового российского водородного топливного элемента станет уменьшение его объема в 3 раза. Это повлечет за собой уменьшение фюзеляжа беспилотного летательного аппарата, а, следовательно, сделает его менее заметным для радаров. «Если сравнивать с обычным аккумулятором, у которого удельная электроемкость составляет около 200 ватт в час на килограмм веса, то у нашего топливного элемента она составит около 500 ватт в час», — говорит изобретатель.
Достоинства и перспективы
По словам сотрудника Института проблем химической физики РАН Алексея Левченко, в США заявили о прекращении разработок для военных нужд беспилотников с водородными источниками питания: «На мой взгляд, это говорит только об одном: разработки эти не прекращены, а засекречены, в силу того, что являются самыми перспективными».
Все элементы российской разработки являются, практически, на 100% отечественного производства. Импортной составляющей пока является только один элемент, который уже производится в нашей стране, и в течение 1,5 лет должен превзойти все зарубежные аналоги.
«Лучшие западные образцы водородных топливных элементов уступают нашим по очень важному показателю. Вот, например израильские не работают при низких температурах. Мы проводили свои испытания в самом широком спектре погодных условий. Мы спокойно запускаемся при «минус» 30, и при «плюс» 35-ти градусах. В перспективе, наш топливный элемент сможет уверенно работать и при «минус» 60-ти градусах», — говорит Левченко.
Освоение Арктики, в том числе и военное, делает, таким образом, применение российского беспилотника с водородно-воздушным топливным элементом просто незаменимым.
А продолжительность полета в 40-45 часов позволит «Инспектору-1» незамеченным вылететь в темное время сток, преодолеть огромное расстояние, выполнить за день свою, например, разведывательную миссию, и снова дождавшись темноты, беспрепятственно вернуться на базу.
/Олег Горюнов, tvzvezda.ru/
Жаль, негде ставить класс!