Стационарная высокогорная релейная платформа - Stationary High Altitude Relay Platform

ОСТРЫЙ, Короче для Стационарная высокогорная релейная платформа, был экспериментальным самолетом, использующим силовая установка с лучевым приводом разработан Центр коммуникационных исследований Канады (CRC) и построен Институт аэрокосмических исследований Университета Торонто (UTIAS) в течение 1980-х годов. SHARP подержанный микроволны для обеспечения энергией от наземной станции, которая приводила в действие электродвигатели, вращающие пропеллеры, чтобы поддерживать самолет в воздухе. Также питание использовалось для бортовой электроники. SHARP мог оставаться в воздухе неограниченное время и предназначался для использования в качестве своего рода низковысотного спутник связи для небольших географических областей.

История

Фон

Концепция использования мощности луча для приведения в движение самолета была изобретена практически в одиночку: Уильям С. Браун.[1] После присоединения Raytheon в 1940-х годах Браун начал работу над улучшением своих магнетрон товары. Это привело к развитию усилитель со скрещенным полем, простой, надежный и высокоэффективный микроволновая печь усилитель мощности. Позже он работал с коллегами над разработкой ректенна, который принимает микроволны ((ан) «тенна») и преобразует их непосредственно в ОКРУГ КОЛУМБИЯ мощность ("прямоугольник").[2]

У Брауна теперь была система, которая могла преобразовывать входную мощность в микроволны с КПД до 70% и преобразовывать ее обратно в электроэнергию с КПД 70%, в результате чего общий КПД составлял около 50%. Браун искал приложения этой технологии, работая над обоими спутники на солнечной энергии (SPS) и Платформа с приводом на большую высоту (HAPP) концепция. Это исследование дошло до пилотирования модели. вертолет с использованием лучевой мощности в 1965 году.[3]

НАСА также инвестировали в концепцию ректенны в рамках своей работы по SPS. Это было проверено в эксперименте земля-земля в 1975 году.[4] и как часть этого они разработали облегченные версии ректенны. В 1982 году Браун и Джеймс Тример (НАСА) объявили о новой версии ректенны с использованием печатная схема техники, уменьшившие вес в десять раз.[2] Это сделало применение самолетов намного более привлекательным.

Релейная платформа

В эпоху до того, как стало возможным узкоугольное вещание со спутников связи, телевещательные компании столкнулись с проблемой наличия только технологии, подходящей для больших мегаполисов, порядка 100 км, с использованием обычных наземных антенн, или больших частей континента, использующих спутники. Обращение к диапазону между этими двумя крайностями обычно требовало сети ретрансляционных антенн, которые были дорогими, учитывая меньшее население, которое они обычно обслуживали.

Поскольку спутник был слишком высок, а наземная антенна - слишком низко, требовалась платформа между ними, охватывающая территорию в несколько сотен километров в радиусе - размером с канадскую провинцию. Для этого платформа должна будет лететь на высоте около 70 000 футов (21 км). Самолеты и вертолеты могли это сделать, но только с небольшим запасом хода. Сверхвысокая аэростаты была еще одна возможность. Из доступных технологий вертолеты оказались слишком тяжелыми, а аэростаты, в шутку называемые «паутинкой Гинденберга», не были хорошо изучены. С электрическим приводом сверхлегкий самолет оказался лучшим решением. В то время система, использующая солнечные батареи и батареи считались слишком тяжелыми.[5]

Экономика системы была привлекательной для замены обычных спутников даже при развертывании на больших площадях. По оценке CRC, самолет будет стоить около 100 000 долларов каждый и будет стоить от 2 до 3 миллионов долларов в год. Напротив, только запуск спутника обошелся примерно в 150 миллионов долларов. Кроме того, в то время как спутник той эпохи мог иметь срок службы около 10 лет, самолет можно было периодически возвращать на землю для обслуживания и модернизации, позволяя ему работать бесконечно. Они чувствовали, что это было бы привлекательно для третий мир рынки.[5]

ОСТРЫЙ

После работы над HAPP, CRC начал работу над своей собственной версией с конкретным намерением создать коммуникационную платформу. SHARP будет использовать массив небольших параболических тарелок диаметром 80 м, излучающих 500 кВт мощности на самолет на частоте 5,8 ГГц. На высоте луч фокусировался в область, чуть большую, чем самолет. Самолет обычно летел по кругу диаметром около 2 км, поэтому лучу достаточно было поворачивать только на несколько градусов.[2]

В 1981 г. Системы SED был заключен контракт на изучение требований к питанию коммуникационной платформы, а Джон Ф. Мартин из Martin Communications и Джеймс ДеЛорье в УТИАС изучали конфигурации самолетов. В сентябре 1982 года Департамент связи дал добро на создание в CRC официальной исследовательской группы, которая изучала конструкцию ректенн, что привело к выдаче нескольких патентов на тонкопленочные версии.[2]

В 1982 году ЮТИАС построил прототип самолета с крылом удлинения 1,3 метра, установленным чуть выше фюзеляжа, и обычным самолетом. т-хвост в тылу. Эта модель оснащалась небольшим бензиновым двигателем и не поддерживала ректенну. Опытный образец продемонстрировал несколько аэродинамических проблем, что привело к усовершенствованной конструкции, в которой горизонтальный стабилизатор перемещен в передней части самолета в утка конфигурация. Это подверглось аэродинамическая труба испытания в УТИАС в 1985 и 86 гг.[2]

Все эти исследования завершились принятием решения о создании восьмой модели предлагаемого серийного автомобиля SHARP, который будет приводиться в движение двумя небольшими электродвигателями. Питание для взлета будет обеспечиваться батареями до тех пор, пока он не наберет достаточно высоты, чтобы с этого момента он мог получать микроволновый луч и собственное питание. Модель с размахом крыла 4,5 метра была построена в 1987 году.[2]

Его первый полет на CRC состоялся 17 сентября 1987 года. Система работала, как и ожидалось, позволяя запускать от батарей и захватывать радиостанцию ​​мощностью 1 кВт вскоре после взлета. Первоначальное 20-минутное время полета было увеличено до более часа к 5 октября, а 6-го числа была организована публичная демонстрация для министра связи, Флора Макдональд.[2] Их работа выиграла "Diplôme d'Honneur" от Fédération Aéronautique Internationale в 1988 г.

После SHARP

Несмотря на свой успех, исследование SHARP завершилось из-за значительного сокращения канадских исследовательских бюджетов. Готовы к испытаниям длительных полетов, полевые мыши атаковал самолет SHARP, пока он находился на хранении, и полеты так и не состоялись.[2]

Работа была проведена в Японии в Центре радиоатмосферных наук при Киотском университете. Сразу после успеха SHARP профессор Хироши Мацумото разработал аналогичный автомобиль, который совершил полет 29 августа 1992 года.[6]

По сравнению с SHARP, их машина MILAX (эксперимент с микроволновым подъемом самолета) имела две новые конструктивные особенности. Ректенна на самолете была встроена в крылья и хвостовое оперение, что исключает необходимость в отдельном корпусе антенны. Радиовещательная антенна была основана на активном фазированная решетка, позволяя ему управлять без физического движения. Система была протестирована, установив радиовещательную антенну на задней части легкового грузовика и проехав на нем, а за ним последовал MILAX.[7]

Другим экспериментом с использованием лучевой энергии в Японии был проект ETHER, в котором передавалась мощность 5,8 кВт на надутый гелием дирижабль.[8]

За годы, прошедшие после того, как система была впервые предложена, достижения в области солнечных элементов и аккумуляторных технологий опровергли первоначальные расчеты. В НАСА Следопыт продемонстрировал длительный полет на солнечной энергии в роли, по сути идентичной SHARP. В 2000-е гг. Titan Aerospace начал разработку такого транспортного средства специально для роли связи, в данном случае как Интернет реле.[9]

Рекомендации

Примечания

  1. ^ Шелдон Хоххайзер, "Уильям С. Браун: биография", Сеть глобальной истории IEEE, 29 августа 2008 г.
  2. ^ а б c d е ж грамм час Джордж Джулл, «Обзор SHARP», Друзья КПР, июль 1997 г.
  3. ^ Уильям Браун, «Экспериментальная бортовая платформа с поддержкой СВЧ, окончательный отчет июнь 1964 г. - апрель 1965 г.», RADC-TR-65-188, база ВВС в Риме, декабрь 1965 г.
  4. ^ Мацумото, стр. 7
  5. ^ а б Дуг Пейн, «Спутники связи спускаются на Землю», Новый ученый, 26 мая 1983 г., стр. 545
  6. ^ Грегг Мариняк, "Статус международных экспериментов в области беспроводной передачи энергии", Солнечная энергия, Том 56, выпуск 1 (январь 1996 г.), стр. 87-91
  7. ^ Мацумото, стр. 9
  8. ^ Y. Fujino и все, "Система передачи микроволновой энергии с двойной поляризацией для эксперимента с дирижаблем с СВЧ двигателями", Труды ISAP '96, стр. 393–396
  9. ^ "Google покупает" атмосферный спутник "Titan Aerospace". Арстехнический. 14 апреля 2014 г.

Библиография

дальнейшее чтение