Интернет с небес: как солнечные самолёты пытались заменить спутники и почему мир к этому не готов

Идея взять энергию напрямую из солнца — стара как мир технических экспериментов: еще в 1970-х NASA пыталось использовать солнечные панели в авиации. До недавнего времени это были, в основном, лёгкие дроны и спортивные машины, вроде Solar Challenger (перелёт через Ла-Манш в 1981 году).

В XXI веке проект приобрёл масштаб: Бертран Пикар вместе с Андре Боршберг создали Solar Impulse — огромный самолёт с размахом крыла 71 м, на котором вся верхняя поверхность покрыта сверхлёгкими солнечными панелями. В 2015–2016 годах команда прошла кругосветный маршрут Абу-Даби → Абу-Даби за 14 месяцев, проведя в небе 550 часов и установив рекорды по длительности полёта (до 117 часов подряд) и дальности для солнечных лётных аппаратов (7200 км).

Почему Solar Impulse — впечатляющий эксперимент, но не авиалайнер

Главная проблема — энергия. В верхних слоях атмосферы солнечная радиация даёт порядка 1,3 кВт/м², но панели работают не идеально, а значительная часть энергии теряется в атмосфере. Даже при оптимистичных допущениях (500 Вт/м²) площадь в 270 м² даст ~135 кВт — далеко от потребностей коммерческого "Боинга". Для примера: классический Boeing 747 в крейсерском режиме потребляет мощности, соизмеримые с десятками мегаватт, то есть в сотни раз больше. Чтобы "покормить" пассажирский авиалайнер, потребовалось бы крыло площадью десятков тысяч квадратных метров — нереализуемая конструкция.

Технические последствия:

1. Скорость солнечных аппаратов низка: Solar Impulse крейсерует ~90 км/ч, ночью — ≈60 км/ч. Современные поезда и автомобили обгоняют его без проблем.
2. Грузоподъёмность ограничена: максимальный взлётный вес Solar Impulse ~2,5 т — это несколько пассажиров и минимум багажа.
3. Устойчивость к погодным условиям и ночному времени требует массивных аккумуляторов, что повышает вес и снижает полезную нагрузку.

Сравнение — самолёт на солнце vs классический авиалайнер vs псевдоспутник

Советы шаг за шагом: если вы хотите заниматься проектом псевдоспутника

1. Оцените задачу: связь/наблюдение/релейный ретранслятор.
2. Подберите платформу: лёгкая углепластиковая конструкция с размахом крыла, ориентир — проекты Zephyr, PHASA-35.
3. Разработайте энергоузел: тонкоплёночные солнечные панели + литий-ионные аккумуляторы для ночного режима.
4. Тестируйте на малых образцах: беспилотники с длительностью полёта от недель до месяцев.
5. Масштабируйте: планируйте полёты на большой высоте (20-27 км) для покрываемой зоны и стабильности сигнала.

Ошибка → Последствие → Альтернатива

1. Ошибка: попытка заменить обычный лайнер солнечной версией. → Последствие: низкая скорость и малая вместимость. → Альтернатива: использовать солнечные аппараты как стационарные платформы для связи и наблюдения.
2. Ошибка: полагаться только на существующие тяжёлые батареи. → Последствие: падение полезной нагрузки. → Альтернатива: оптимизация конструкции и применение новых энергоёмких, но лёгких аккумуляторов.
3. Ошибка: инвестировать в громоздкие "раскладывающиеся" панели без испытаний. → Последствие: технические риски и высокая стоимость. → Альтернатива: модульные испытания тонкоплёночных панелей и малых прототипов.

А что, если панели станут эффективнее?

• А что если панели станут в 5 раз эффективнее? Тогда можно ожидать увеличения скорости и полезной нагрузки, но всё равно останутся проблемы аэродинамики и материалов: сопротивление растёт быстрее, чем сила тяги, и для высоких скоростей электроэнергии требуется непропорционально больше.
• А что если батареи станут в 10 раз легче? Тогда плавающие в воздухе платформы смогут держаться дольше и брать на борт полезную нагрузку для коммуникаций и наблюдения.

Плюсы и минусы технологии

FAQ

Как выбрать аппарат для проекта связи?

Выбирайте платформу с оптимальным соотношением масса/площадь крыла и доказанной способностью держаться на высоте несколько недель. Примеры ориентиров — Zephyr и PHASA-35.

Сколько стоит запуск пилотируемого солнечного самолёта?

Коммерческих авиалайнеров на солнечной тяге не существует; демонстрационные проекты обходятся в десятки миллионов долларов с учётом НИОКР и испытаний.

Что лучше для покрытия удалённой территории — спутник или псевдоспутник?

Псевдоспутник даёт более низкие задержки и возможность "зависнуть" над регионом, тогда как спутник покрывает большие площади одновременно. Выбор зависит от задачи: низкая латентность — псевдоспутник; глобальное покрытие — спутник.

Мифы и правда

1. Миф: "солнечный самолёт можно прямо сейчас сделать пассажирским лайнером". Правда: физические ограничения энергии и аэродинамики не позволяют это в ближайшие десятилетия.
2. Миф: "панели решат все проблемы". Правда: они только один из компонентов; вес, сопротивление и аккумуляторы остаются узкими местами.
3. Миф: "псевдоспутники легко заменить спутники". Правда: они дополняют, но не полностью заменяют спутниковые системы по широте покрытия и надёжности.

Сон и психология

Длительные полёты диктуют особые требования к экипажу: регулярные физические упражнения, чёткий режим смены внимания и минимизация монотонности. При длительных беспилотных миссиях эти факторы заменяются автоматикой, но остаётся критичным управление деградацией электроники и поддержание связи.

3 интересных факта

1. Solar Impulse ставил рекорд времени в воздухе для всех самолётов — 117 часов подряд.
2. Современные высоко-высотные дроны планируют работать месяцами, а цель некоторых проектов — до года непрерывного полёта.
3. Для сравнения энергопотребления: гипотетическому "солнечному Боинг-у" потребовалось бы крыло, равное 13 футбольным полям.

Исторический контекст

1. 1970-е — первые эксперименты NASA с солнечной энергетикой в авиации.
2. 1981 — Solar Challenger перелет через Ла-Манш.
3. 2015-2016 — кругосветное путешествие Solar Impulse.
4. Средина 2010-х — проекты Aquila (Facebook/Meta) для раздачи интернета; позже свернуты.
5. 2020-е — развитие Zephyr (Airbus), PHASA-35 и других HAPS-проектов.

Солнечная авиация сегодня — мощный инструмент для демонстрации возможностей и нишевых задач: долгосрочного наблюдения, дешёвой связи на локальном уровне и научных миссий. Но превращать её в замену современных пассажирских авиалайнеров преждевременно: физика и экономика пока на стороне керосиновой авиации и электрических поездов. Там, где нужны часы-дни в небе над конкретной местностью, а не быстрый транс-континентальный перелёт, высоко-высотные солнечные платформы действительно могут заменить часть спутниковых функций.