Как обсуждалось в статье Будущее Геополитического Противостояния Запада против Большинства логика геостратегического противостояния требует контроля за информационным полем и разведывательным потенциалом противника над любой поверхностью. Раздел мирового океана на зоны полного влияния неизбежен и флот уходит в небо (плавающие в небе платформы) и под воду.
Обеспечение широкополосной глобальной передачи данных и разведки во всех диапазонах частот переходит к низкоорбитальным спутниковым группировкам и всё более сложным и тяжёлым геостационарным спутникам.
Логика развития следующего поколения надёжной передачи данных и непрерывного рубежа ПРО с возможностью перехвата гиперзвуковых низко летящих и суборбитальных целей, а также спутников на низких орбитах также требует высотных многоцелевых платформ, которые прежде всего способны непрерывно закрывать поверхность от спутниковых сигналов (представляем противодронное ружьё от спутника) во всех диапазонах и, конечно, уничтожать широкий класс ракет и беспилотников, включая перспективные многоразовые гиперзвуковые аппараты типа XS-1 или X-37B с минимальной задержкой и максимальной эффективностью.
Помимо этого, кто сказал, что такие платформы не смогут нести суборбитальные зонды и даже ракетное вооружение? По сути, это прообраз плавающего в стратосфере авианосца в миниатюре.
Обсудим в общих чертах необходимые технологии и нарисуем мысленный образ рабочей платформы без претензии на техническую аккуратность.
Платформа: мультикоптер
Давайте выберем за основу стандартный квадрокоптер или мультикоптер (для надёжности) смонтированный на радиаторе с модульным ядерным микрореактором как основную силовую установку. Размер винтов подберём с коэффициентом тяги 4:1 и посмотрим, какую полезную нагрузку такая конструкция может нести.
Модули нагрузки будут расположены под роторами смонтированными на аэродинамическом радиаторе (воздух от винтов проходит через радиатор), в виде цилиндрических отсеков "навинчивающиеся" на общую ось. Реактор будет первым отсеком сразу под радиатором, потом радио аппаратура, РЭБ, вычислительные и прочие модули и снизу пойдут связь, импульсные накопители и лазеры нижней полусферы.
Не совсем понятно, как будут работать опоры посадки, но пока видится "гриб", который плавно садится на "ножку" от которой отходят в стороны стабилизаторы.
На верхней части корпуса между роторами можно размещать антенны, оптику, солнечные батареи, зарядные станции для патрульных дронов и лазер верхней полусферы.
Не обязательно монтировать все модули на одной платформе и можно варьировать размер (вес) и мощность силовой установки под задачи, а значит и стоимость конструкции.
Силовая установка: микрореактор
Модульные микрореакторы наподобие KiloPower уже существуют в диапазоне 1-20 и более Киловатт, работая на Уране-235, но их точные массогабаритные и тепловые параметры неизвестны. Дальнейшая программа НАСА по усовершенствованию силовых установок с ядерными реакторами с двигателями Стерлинга продолжается и похоже приведёт к установкам с пиковой мощностью в 100 кВт с очень гибким управлением нагрузкой. Результаты стресс тестов системы приведены тут и говорят об возможности эффективного и безопасного размещения таких реакторов на квадрокоптерах способных подвесить 350 кг и больше.
Основное преимущество такого реактора - постоянная мощность при неизменной массе топлива и рабочего тела. Тепловой сброс не проблема в рабочем состоянии и на рабочей высоте, где температура существенно падает и поток воздуха через радиатор постоянен. Однако, для безопастности системы, радиатор должен обеспечивать сброс температуры даже в пассивном состоянии на земле и с выключенными основными роторами. Замедление реакции при сохранении постоянной температуры реактора было успешно продемонстрировано в KiloPower. Уверен, что это не единственный существующий рабочий прототип.
Силовая установка: массив солнечных батарей
При использовании солнечной энергии, площадь платформы потребуется увеличить, а радиатор потеряет актуальность. Скорее всего, нам потребуются складные крыловидные сегменты солнечных батарей наподобие спутниковых. Основным вопросом станет - сможем ли мы обеспечить непрерывное зависание, учитывая потребление энергии бортовыми модулями и при заданной площади и весе аппарата, учитывая переменность солнечной энергии?
Ободряет то, что цена одной платформы значительно снизится даже если предположить, что производство реакторов уже существует. Также радует, что вес конструкции будет определяться весом самих солнечных батарей и аккумуляторов и будет ниже, чем дизайн с реактором.
Несомненной сложностью является смена дня и ночи и работа в высоких широтах - везде, где доступ к солнечному свету ограничен. Потому, большая часть преимущества в весе вероятно будет потеряна на массив батарей.
По всей видимости, нам следует начать с этого варианта, хотя лазер способный достать гиперзвуковую цель вряд ли будет стоять на вооружении такой платформы. Однако, широкополосная связь, разведка и подавление сигналов спутников - более чем достойный функционал.
Подъёмная сила, высота зависания и вибрация
Также, необходимо рассчитать, какая требуется подъёмная сила винта и размер рамы аппарата, при какой частоте вращения и на какой высоте возможно достичь зависания над заданной точкой поверхности, учитывая вращение Земли, и какова будет потребляемая роторами мощность.
Для длительного автономного зависания, винты должны быть сбалансированными несмотря на размер и вес и быть способными поддерживать постоянную скорость вращения на протяжении недель или даже месяцев при массе аппарата в несколько сот или даже тысяч килограмм.
Демпфирование вибрации будет играть решающее значение для ряда оптических приборов, систем наведения лазеров, а также долговечности сборки.
Сможем ли мы обеспечить стабильность и надёжность таких крупных объектов?
Принимая максимальную высоту турбовинтовых самолётов (32 км), как теоретический предел (за неимением математической модели подъёмной силы винтов коптера, которые могут быть в разы больше винтов самолёта) можем выставить требования к параметрам системы.
Основными целевыми параметрами конструкции возможно будут
- Максимальная высота зависания (сутки) на высоте 20-30 км.
- Оптимальная высота зависания (месяцы) на высоте 10-30 км.
- Свободная нагрузка на максимальной и оптимальной высоте кВт/ч.
- Максимальная и оптимальная полезная нагрузка (кг) на высоте 10-30 км.
- Теплоотдача и рабочая температура реактора на рабочей высоте и в покое (для ЯСУ).
- Площадь покрытия и скорость передачи данных в нижней полусфере или площадь подавления стабильного приёма спутниковых сигналов в результате направленного радио подавления (режим ружья) самих спутников в верхней полусфере.
Мы знаем, что малый квадрокоптер способен легко подниматься на высоту свыше 10 км при минимальных затратах энергии. А какой вес мы сможем подвесить на один день, на неделю, месяц? Какие винты потребуются, чтобы подвесить 500 кг? Как долго роторы смогут работать и на какой высоте? Останется ли у нас достаточно энергии, чтобы обеспечить энергией системы связи, радары, РЭБ или даже боевые лазеры?
Заключение
Если создание таких модульных платформ, висящих в верхней тропосфере или стратосфере возможно, то они, объединённые в единую сеть, смогут создавать купол непрерывной широкополосной связи и непроницаемый барьер для воздушных, низко орбитальных, а также информационных средств поражения и контроля над сушей и неизбежно - мировым океаном от поверхности до низких орбит.
Непременным условием создания такой сети является стоимость постройки и вывода аппаратов на рабочую траекторию, а также срок и стоимость их эксплуатации и замены.
Главные преимущества платформ - стоимость в разы ниже космических решений, энерговооружённость, превосходящая космические эквиваленты, простота обслуживания, надёжность (избыточность покрытия и обслуживания), возможность смены оборудования, оптимальное положение и мобильность (плавучесть).
Моё сугубо не экспертное мнение.
При стоимости аппарата в 1:100 от запуска одной ракеты носителя со спутниками (которые теряются по завершении срока службы), сроке профилактики в 3-12 месяцев (авто-возврат в порт обслуживания по телеметрии) и стоимости профилактики в 1:100 от стоимости аппарата при энерговооружённости платформ в диапазоне 1-100 кВт, то группировки спутников на низких и даже на геостационарных орбитах, потеряют актуальность для проекции силы, связи и даже для коммерческих проектов.