Испытана 15-метровая "летающая рыба", призванная заменить спутники

Прототип летательного аппарата успешно прошёл первые испытания.

Прототип летательного аппарата успешно прошёл первые испытания.
Фото University of the Highlands and Islands.

Инженеры испытали аппарат, который ныряет и всплывает в воздухе так же, как это делают рыбы в воде. Этот процесс позволяет ему двигаться, а висеть над одной точкой он может без затрат энергии. Речь идёт о проекте "Феникс" (Phoenix), разработанном несколькими университетами и частными компаниями.

Испытанный прототип воздушного судна имеет длину 15 метров и размах крыльев 10,5 метра. Однако внушительные крылья используются совсем не так, как самолётные.

Напомним, что самолёт держится в воздухе за счёт подъёмной силы крыла. Когда оно обтекается быстрым потоком воздуха (в полёте или аэродинамической трубе), благодаря особой форме и специально подобранному углу наклона крыла воздух сильнее давит на него снизу, чем сверху. Это избыточное давление поднимает воздушное судно при взлёте и удерживает его на нужной высоте. Именно поэтому самолёт не может зависнуть над одной точкой: как только на крыло перестанет набегать достаточно быстрый воздушный поток, подъёмная сила исчезнет и аппарат упадёт.

"Фениксу" ни к чему быть таким резвым. Он, как воздушный шар, имеет оболочку, заполненную гелием (который, как известно, легче воздуха). Поэтому аппарат парит без затрат энергии. Крылья нужны ему для стабилизации и для размещения солнечных батарей, питающих его энергией (солнечные элементы расположены и в хвосте).

Новшество заключается в двигателе воздушного судна. Феникс, разумеется, птица, но в данном случае он немножко рыба. Во всяком случае, у него есть аналог плавательного пузыря.

Напомним, что этот орган позволяет обитательнице вод сохранять или менять глубину, на которой она находится. Выталкивающая сила, действующая на погружённое в жидкость тело, зависит от его средней плотности. Поэтому стальной гвоздь тонет, а стальной корабль, имеющий много заполненных воздухом пустот (трюмов, кают и так далее), остаётся на плаву.

Плавательный пузырь, заполненный газами, делает среднюю плотность рыбьего тела как раз такой, чтобы на обычной глубине своего обитания она, находясь в покое, не тонула и не всплывала. (Отметим, что не имеющие этого органа акулы вынуждены всё время двигаться, чтобы не погрузиться на дно).

Если рыба делает всплывающее движение и чуть-чуть уменьшает глубину, давление воды на её тело тут же снижается. Плавательный пузырь расширяется, средняя плотность тела падает, и выталкивающая сила увеличивается. Таким образом, благодаря плавательному пузырю рыбе не нужно прилагать много усилий для всплытия: стоит начать, и архимедова сила сама её выталкивает. Таким же путём этот орган помогает животному погружаться.

В "Фениксе" используется тот же принцип. У него есть воздушная камера, своего рода плавательный пузырь.

Пока аппарату не нужно двигаться, давление в ней такое же, как и в окружающей атмосфере. Но если ему пора отправляться в путь, насосы нагнетают в камеру дополнительный воздух. Средняя плотность воздушного судна немного увеличивается, и оно медленно "тонет". После того, как воздух выбрасывается из камеры, оно вновь "всплывает".

Однако целью этого действия является не вертикальное, а горизонтальное движение. Уже в момент накачивания камеры воздухом "Феникс" продвигается вперёд: его "засасывает" создающееся перед ним разрежение. Тем временем накопленный воздух выбрасывается из отверстия в кормовой части аппарата. Эта струя образует своего рода реактивный двигатель, тоже толкающий "рыбу Феникс" вперёд.

""Феникс" одну половину своего времени проводит как самолёт тяжелее воздуха, а другую – как аэростат легче воздуха. Многократный переход между этими состояниями является единственным источником движения", – объясняет Эндрю Рей (Andrew Rae) из шотландского Университета нагорья и островов, руководивший проектированием воздушного судна.

Солнечные батареи обеспечивают энергией все системы аппарата, включая насосы двигателя, так что "Феникс" не нуждается в запасе топлива и в перспективе сможет находиться в полёте практически неограниченно долго.

Фактически разработка представляет собой дирижабль, то есть аэростат с двигателем, позволяющим ему двигаться в нужном направлении.

Преимущества дирижаблей хорошо известны. Они держатся в воздухе без затрат энергии, поэтому могут находиться в небе очень долго, в том числе и зависнув над одной точкой. Столь же широко известны и их недостатки: дирижабли тихоходны, не отличаются манёвренностью и с трудом противостоят ветру. Поэтому эти "корабли неба" 1910–1930-х годов практически сошли со сцены после появления достаточно совершенных самолётов и вертолётов.

Разработчики видят для своего детища экзотическую, но весьма экономически выгодную нишу.

"Транспортные средства, основанные на этой технологии, могли бы использоваться в качестве псевдоспутников, и это обеспечило бы гораздо более дешёвый вариант для осуществления телекоммуникаций", – уверен Рей.

Как уточняет издание New Atlas, цель состоит в том, чтобы "научить" дирижабль работать на высоте 20 километров, где он мог бы выполнять роль ретранслятора вместо куда более дорогого орбитального аппарата. Также "Феникс" можно было бы использовать в качестве платформы для запуска микроспутников.

На такой высоте экзотический принцип движения "Феникса" является преимуществом. Классические дирижабли используют винтовой двигатель, но винт теряет эффективность в разреженном воздухе стратосферы.

Пока же прототип успешно и многократно преодолел дистанцию в 120 метров в закрытом испытательном ангаре. В настоящее время команда проекта ищет инвесторов, чтобы вывести разработку на новый уровень.

Напомним, что ранее "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) писали о современных грузовых дирижаблях, о планах использовать их для доставки медикаментов в труднодоступные районы и о концепции дирижабля-электростанции.