Стратосферные беспилотные платформы — в международной терминологии High Altitude Platform Systems (HAPS) — становятся одним из ключевых элементов нового технологического уклада «Бесшовное небо». Эти системы работают в верхних слоях атмосферы, на высоте от 10 до около 40 километров, то есть в стратосфере. У этих аппаратов разные потолки полетов: стратосферные дроны, как правило, работают на высоте до 25 километров, аэростаты же могут подняться на десяток километров выше.
Уже давно ведется научный спор, что лучше подходит для полетов на эту высоту: устройства, которые легче воздуха (воздушные шары и стратостаты), или все же стратосферные самолеты и дроны. Аппараты легче воздуха движутся благодаря разнице плотности газа внутри баллона и окружающего воздуха, а те, что тяжелее, используют крыло и двигатель, то есть принцип аэродинамического полета.
У обеих систем есть свои преимущества и недостатки. Всё зависит от того, какую задачу с их помощью будут решать. Как их объединить в одну эффективную структуру? Об этом шел разговор на лаборатории проектного технологического интенсива Архипелаг 2025 «Дорожная карта развития стратосферной беспилотной инфраструктуры. Разработка пилотных проектов для запуска в 2025–2026 годах».
Глобальные задачи HAPS
Ключевое конкурентное преимущество стратосферных летательных аппаратов: находясь между ближним космосом и поверхностью нашей планеты, они потенциально способны объединить возможности наземных, воздушных и космических средств.
Это позволяет одновременно рассматривать их как частичную или полную замену дорогостоящим спутниковым группировкам и несовершенным наземным устройствам для передачи сигналов с ограниченным радиусом действия. Однако список их возможностей шире: там есть и такие, что открывают фантастические перспективы в сфере коммерческого применения — например, в области широкополосного интернет-вещания нового поколения.
Антон Чешко, руководитель проекта в Фонде перспективных исследований, в интервью Leader-ID сказал, что весь потенциал HAPS и их важность нужно рассматривать сквозь призму грамотного распределения ресурсов, понимая, что речь идет о сложнейших технологических системах, работающих очень далеко от поверхности Земли.
Антон Чешко на Архипелаге 2025 был модератором стратосферной лаборатории и координировал деятельность рабочих групп. В них трудились эксперты из профильных компаний, университетов и научных организаций. Специалисты рассматривали перспективные сервисы: от мониторинга Земли и управления воздушным движением до коммуникаций и даже персональных сервисов, например сверхточной геолокации. Обсуждали, каким видом стратосферных летательных аппаратов лучше выводить полезную нагрузку (например, антенны, ретрансляторы, модемы и другое оборудование), чтобы их обеспечить.
«В среде, которую мы исследуем, взаимодействуют разные устройства — от космических спутников до небольших самолетов и стратосферных беспилотников. Каждый участник системы имеет свою специфику и ограничения. Вопрос в том, как их грамотно диспетчеризировать и гармонизировать», — пояснил суть технологического вызова Чешко.
Эксперт привел примеры сильных качеств и недостатков каждого из видов HAPS. Так, спутник, по его словам, оснащен супермощной и очень дорогой камерой, позволяющей получать качественные снимки поверхности планеты из космоса. Однако он движется по орбитальной траектории, периодически покидая зону наблюдения. Кроме того, выводить спутники на орбиту — дорого.
Поэтому эксперты обсуждали, насколько возможна с технологической точки зрения замена низкоорбитальных спутниковых группировок стратосферными платформами, проводили сравнительный анализ, включая оценку стоимости развертывания и эксплуатации, гибкости конфигурации полезной нагрузки, вопросы задержек сигнала и плотности покрытия.
Стратосферные аэродинамические дроны могут долгое время находиться над заданной точкой планеты и обеспечивать непрерывное наблюдение. Они могут зависать над нужным участком неделями.
Эти аппараты характеризуются высокой степенью управляемости и могут совершать посадки для дозаправки и обслуживания. Но есть и серьезная трудность: им необходимы большие крылья. А чем больше крылья, тем больше аппараты подвержены повреждениям при пересечении тропопаузы на границе тропосферы и стратосферы, где господствуют сильные ветры и турбулентность.
У воздушных шаров и аэростатов другой недостаток — низкая управляемость. Они зависят от ветра и при сильных порывах отклоняются от точки назначения на сотни километров. Конечно, есть и свои плюсы: стратостаты экономичнее дронов и выигрывают в грузоподъемности — могут поднимать в воздух десятки тонн. Но у этого преимущества тоже есть обратная сторона: конструкции аэростатов громоздкие, их чрезмерные габариты усложняет логистику их доставки.
«Все виды летательных аппаратов, входящие в стратосферную систему, могут генерировать коммуникационные сервисы или осуществлять мониторинг поверхности Земли. Но ключевое значение приобретает вопрос оптимального совмещения их возможностей. Необходимо определить, какую работу эффективнее доверить спутниковым платформам, самолетам или дронам, а что целесообразнее доверить стратосферным беспилотным аппаратам», — сказал руководитель проекта в Фонде перспективных исследований.
Поэтому важнейшая задача лаборатории атмосферных беспилотников — разработать структуру взаимодополнения систем на разных потолках полета, обеспечивающую экономическую эффективность их эксплуатации. Результатом работы экспертов Архипелага 2025 станет дорожная карта, которая определит этапы движения к гармонии в стратосфере.
Кто заинтересован в стратосферном технологическом прорыве
Когда ученые и инженеры найдут адекватное решение проблемам стратосферного воздухоплавания и создадут новые подходы к управлению воздушными аппаратами, откроются серьезные возможности. Уже сейчас существуют управляемые дирижабли, оснащенные электродвигателями, — их используют для распространения связи пятого поколения (5G). Однако эти достижения малозаметны, так как носят экспериментальный характер и не вышли за рамки работающих прототипов.
Как отметили участники лаборатории, прорыв в массовом производстве стратосферных беспилотных машин откроет возможность в будущем полностью перенести телекоммуникационные инфраструктуры в небо. Это станет следующим этапом развития коммуникационных сетей, заменив многочисленные наземные вышки.
Успех в разработке подобной системы позволит выйти на новый уровень трансляции широкополосного интернета, сопоставимый с прорывами космической эры.
«Как только мы найдем это решение, сразу же появится альтернативный рынок, который сильно изменит конфигурацию всего того, что происходит: вся сотовая связь, и прежде всего связь нового поколения 5G, уйдет в небо. Это и есть наша базовая мечта, в международном варианте она звучит так: Future of Communications is the Sky Communications. Не космос, а именно небо. Cледующий шаг сотовых вышек — именно небо. И здесь обсуждается способ реализации этой парадигмы», — резюмировал Антон Чешко.
Еще одним бенефициаром технологического прорыва станут экологи: мониторинг состояния окружающей среды, контроль загрязнения воздуха, воды и почв, а также отслеживание изменений в экосистемах станет более эффективным.
Местные органы власти с более высокой точностью будут фиксировать границы территорий. Улучшится контроль природопользования: станет возможным точечное наблюдение в течение продолжительного периода времени за лесозаготовками, разработкой полезных ископаемых, использованием водных ресурсов и другими видами хозяйственной деятельности, которые ведутся на удаленных территориях.
Конечно, на промышленные решения в этой области есть спрос и у сельского хозяйства: беспилотники давно востребованы для мониторинга почв и посевов, агротехнического анализа, оценки урожайности и планирования сельскохозяйственных работ. Есть постоянный интерес со стороны логистики: стратосферные системы могут обеспечивать сопровождение грузов в труднодоступных районах, в том числе там, где отсутствует развитая наземная инфраструктура.
Таким образом, стратосферные дроны формируют основу для интегрированной системы. Их потенциал развития напрямую зависит от совершенствования технологий, преодоления нормативных ограничений и комплексной интеграции в концепцию «Бесшовного неба». Сейчас специалисты через создание единой структуры нащупывают первые технологические решения, которые приведут к прорыву в управлении стратосферными системами.