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Estación de plataforma de gran altitud

Una plataforma de gran altitud puede proporcionar servicios de observación o comunicación.

Una estación de plataforma de gran altitud ( HAPS , que también puede significar pseudosatélite de gran altitud o sistemas de plataforma de gran altitud ), también conocida como satélite atmosférico , es una aeronave de gran altitud y larga autonomía capaz de ofrecer servicios de observación o comunicación de manera similar a los satélites artificiales . En su mayoría vehículos aéreos no tripulados (UAV), permanecen en el aire mediante sustentación atmosférica, ya sea aerodinámica como aviones , o aerostática como dirigibles o globos . Los drones militares de gran altitud y larga autonomía (HALE) pueden volar por encima de los 60.000 pies (18.000 m) durante 32 horas, mientras que las HAPS civiles son estaciones de radio a una altitud de 20 a 50 km por encima de los puntos de referencia, durante semanas.

Los vuelos a gran altitud y de larga duración se han estudiado desde al menos 1983, y los programas de demostración desde 1994. Se han propuesto el hidrógeno y la energía solar como alternativas a los motores convencionales. Por encima del transporte aéreo comercial y la turbulencia del viento, a grandes altitudes, la resistencia y la sustentación se reducen. Los HAPS podrían utilizarse para la vigilancia meteorológica , como relé de radio , para oceanografía o imágenes de la Tierra , para seguridad fronteriza , patrulla marítima y operaciones antipiratería, respuesta a desastres u observación agrícola .

Aunque los aviones de reconocimiento han sido capaces de alcanzar grandes altitudes desde la década de 1950, su resistencia es limitada. Uno de los pocos aviones HALE operativos es el Northrop Grumman RQ-4 Global Hawk . Hay muchos prototipos ligeros alimentados por energía solar, como el Pathfinder / Helios de la NASA o el Airbus Zephyr , que pueden volar durante 64 días; pocos son tan avanzados como estos. Los combustibles de aviación convencionales se han utilizado en prototipos desde 1970 y pueden volar durante 60 horas, como el Boeing Condor . Los aviones de hidrógeno pueden volar incluso más tiempo, una semana o más, como el AeroVironment Global Observer .

Los dirigibles estratosféricos suelen presentarse como una tecnología competitiva. Sin embargo, se han construido pocos prototipos y ninguno está operativo. Entre los globos, el proyecto de alta resistencia más conocido fue Google Loon , que utiliza globos de gran altitud llenos de helio para alcanzar la estratosfera. Loon finalizó en 2021.

Definiciones

Resistencia prolongada a gran altitud (HALE)
Los aviones de gran altitud y larga autonomía (HALE) son drones militares no armados capaces de volar a 60.000 pies (18.000 m) durante 32 horas, como el USAF RQ-4 Global Hawk o sus variantes utilizadas para ISR . [1] Esto es superior y más largo que los aviones de altitud media y larga autonomía (MALE) que vuelan entre 25.000 y 50.000 pies (7.600 y 15.200 m) durante 24 horas, más vulnerables a la defensa antiaérea , como el USAF ISR/ataque MQ-9 Reaper o sus variantes. [1]
Estación de plataforma de gran altitud (HAPS)
definido por la Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT) como " una estación en un objeto a una altitud de 20 a 50 km y en un punto fijo nominal especificado con respecto a la Tierra " en su Reglamento de Radiocomunicaciones (RR) de la UIT. [2] HAPS también puede ser la abreviatura de pseudosatélite de gran altitud .

Estudios

Vídeo de la NASA Helios en vuelo

En 1983, Lockheed produjo un estudio preliminar de aeronaves con energía solar y trenes de potencia asociados para la NASA , ya que los vuelos de larga duración podrían compararse con las naves espaciales suborbitales . [3] En 1984 se publicó el informe Diseño de aviones no tripulados de larga duración que incorporan propulsión solar y de células de combustible . [4] En 1989, el informe Diseño y resultados experimentales de un perfil aerodinámico de gran altitud y larga duración propuso aplicaciones como relé de radio , para monitoreo meteorológico o para apuntar misiles de crucero . [5]

El Programa ERAST (Environmental Research Aircraft and Sensor Technology) de la NASA se inició en septiembre de 1994 para estudiar los UAV de gran altitud y finalizó en 2003. [6] En julio de 1996, el informe Strikestar 2025 de la USAF predijo que los UAV HALE mantendrían la ocupación del aire con vuelos de 24 horas. [7] La ​​Oficina de Reconocimiento Aéreo de Defensa realizó demostraciones de aeronaves UAV de larga duración. [7] En septiembre de 1996, Israel Aircraft Industries detalló el diseño de un UAV HALE. [8]

En 2002 se publicó el diseño preliminar de fiabilidad de un vehículo aéreo no tripulado de gran altitud y muy larga autonomía alimentado con energía solar . El proyecto CAPECON de la Unión Europea tenía como objetivo desarrollar vehículos HALE, mientras que la Academia de Ciencias de Polonia propuso su concepto PW-114 que volaría a 20 km (66.000 pies) durante 40 horas. [9] Luminati Aerospace propuso su avión Substrata alimentado con energía solar que volaría en formación como gansos migratorios para reducir la potencia necesaria para el avión que lo sigue en un 79%, lo que permitiría que los fuselajes más pequeños permanecieran en el aire indefinidamente hasta una latitud de 50°. [10]

Diseño

Variación del perfil del viento con la altitud según la NASA, que muestra velocidades mínimas del viento entre 17 y 22 km (56.000 y 72.000 pies). Aunque los valores absolutos varían, las tendencias que se muestran son similares para la mayoría de las ubicaciones.
Fuerza
Para el funcionamiento continuo se necesita energía, lo que limita la autonomía por la necesidad de reabastecimiento de combustible. Los aviones que funcionan con energía solar de forma continua necesitan almacenar energía de la luz del día para la noche, en baterías eléctricas [11] o en celdas de combustible [12] .
Selección de altitud
La resistencia se reduce en el aire enrarecido de la tropopausa , muy por encima de los fuertes vientos de 40-160 nudos (74-296 km/h) y el tráfico aéreo de la alta troposfera entre 20.000 y 35.000 pies (6.100 a 10.700 m). [13] Mantener una posición frente a vientos variables es un desafío. [14] Se encuentran vientos y turbulencias relativamente suaves por encima de la corriente en chorro en la mayoría de los lugares de la estratosfera entre 17 y 22 km (56.000 y 72.000 pies), aunque esto varía con la latitud y la estación. [14] Las altitudes superiores a 55.000 pies (17.000 m) también están por encima del transporte aéreo comercial . [14] Volar en la tropopausa a 65 000 pies (20 000 m) está por encima de nubes y turbulencias con vientos inferiores a 5 nudos (9 km/h) y por encima del espacio aéreo de clase A regulado por la FAA que finaliza a 60 000 pies (18 000 m). [11]
Comparación con los satélites
Una altitud menor cubre de manera más efectiva una región pequeña, implica un presupuesto de enlace de telecomunicaciones menor (una ventaja de 34 dB sobre un LEO , 66 dB sobre un GEO ), un menor consumo de energía y un menor retraso de ida y vuelta . [15] Los satélites son más caros, tardan más en desplegarse y no se puede acceder a ellos razonablemente para realizar tareas de mantenimiento. [15] Un satélite en el vacío de las órbitas espaciales , debido a su alta velocidad, genera una fuerza centrífuga que coincide con la gravedad. Cambiar la órbita de un satélite requiere gastar su suministro de combustible extremadamente limitado.

Aplicaciones

Los satélites atmosféricos podrían utilizarse para el monitoreo del clima , como un relé de radio , para oceanografía o imágenes de la Tierra como un satélite orbital por una fracción del costo. [11] Otros usos incluyen seguridad fronteriza , patrulla marítima y operaciones antipiratería, respuesta a desastres u observación agrícola . [11] Podrían brindar conectividad a Internet a los 5 mil millones de personas que carecen de ella, ya sea con 11.000 aviones UAV o con globos como el Proyecto Loon de Google . [16]

Servicios de radiocomunicaciones
En Europa, los científicos están considerando la posibilidad de utilizar HAPS para ofrecer conectividad de alta velocidad a los usuarios en áreas de hasta 400 km [ clarificar ] . HAPS podría ofrecer un ancho de banda y una capacidad similares a una red de acceso inalámbrico de banda ancha , como WiMAX , en un área de cobertura similar a la de un satélite. Las comunicaciones militares se pueden mejorar en áreas remotas como en Afganistán, donde el terreno montañoso interfiere con las señales de comunicación. [17]
Vigilancia e inteligencia
El UAV Northrop Grumman RQ-4 Global Hawk es utilizado por la Fuerza Aérea de los EE. UU. para vigilancia y seguridad. Lleva un radar , sensores ópticos e infrarrojos y es capaz de transmitir sus datos en tiempo real. [18]
Monitoreo en tiempo real
Se podría monitorear un área para detectar inundaciones , monitorear sísmicamente , realizar teledetección y gestionar desastres . [19]
Monitoreo meteorológico y ambiental
Para monitorear el medio ambiente y el clima, los globos de gran altitud pueden desplegar equipos científicos para medir los cambios ambientales o para realizar un seguimiento del clima. En asociación con la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica (NOAA), la NASA ha comenzado a utilizar los UAV Global Hawk para estudiar la atmósfera de la Tierra. [20]
Lanzamiento de cohete
Más del 90% de la materia atmosférica se encuentra por debajo de la plataforma de gran altitud, lo que reduce la resistencia atmosférica para el lanzamiento de cohetes: "Como estimación aproximada, un cohete que alcanza una altitud de 20 km (66.000 pies) cuando se lanza desde el suelo alcanzará los 100 km (54 millas náuticas) si se lanza a una altitud de 20 km (66.000 pies) desde un globo". [21] Se han propuesto impulsores de masa para el lanzamiento a la órbita. [22] [ página necesaria ]

Aviones

Aviones de reconocimiento como el Lockheed U-2 de finales de los años 1950 podían volar por encima de 70.000 pies (21.000 m) y el SR-71 de 1964 por encima de 80.000 pies (24.000 m). [13] El Myasishchev M-55 con motor biturbofán alcanzó una altitud de 21.360 m (70.080 pies) en 1993, una variante del M-17 voló por primera vez en 1982, que alcanzó los 21.830 m (71.620 pies) en 1990.

Operacional

Capaz de volar hasta 60.000 pies (18.300 m) durante más de 34 horas, el RQ-4 Global Hawk fue puesto en servicio en la USAF en 2001.
Garceta Grob G 520
El Grob G 520 tripulado voló por primera vez el 24 de junio de 1987 y fue certificado en 1991. Propulsado por un turbohélice Honeywell TPE331 , tiene 33 m (108 pies) de ancho, alcanza los 16.329 m (53.574 pies) y puede permanecer en el aire durante 13 horas.
Avión de combate RQ-4 Global Hawk de Northrop Grumman
El Northrop Grumman RQ-4 Global Hawk voló por primera vez el 28 de febrero de 1998 y fue puesto en servicio en la USAF en 2001. [23] El RQ-4 de 131 pies (40 m) de ancho, 48 pies (14,5 m) de largo está propulsado por un solo turbofán Rolls-Royce F137 , pesa hasta 32.250 libras (14,6 t) en el despegue y transporta una carga útil de 3.000 libras (1.360 kg) hasta 60.000 pies (18.300 m) durante más de 34 horas. [24] Se puede utilizar como relé de radio y puede llevar sensores electroópticos , infrarrojos , de radar de apertura sintética (SAR) y de banda alta y baja SIGINT . [24] Un total de 42 de ellos han estado en servicio en la Fuerza Aérea de los Estados Unidos . [25] Es la base del MQ-4C Triton de la Armada de los EE. UU .

Prototipos

Alimentado por energía solar

Pathfinder Plus de la NASA
AeroVironment/ NASA Pathfinder
El prototipo HALSOL , un ala volante de 185 kg (410 lb) y 30 m (98,4 pies) de ancho propulsada por ocho motores eléctricos, voló por primera vez en junio de 1983. [26] Se unió al Programa ERAST de la NASA a fines de 1993 como Pathfinder, y con células solares que cubrían toda el ala agregadas más tarde, alcanzó los 50,500 pies (15,400 m) el 11 de septiembre de 1995 y luego 71,530 pies (21,800 m) en 1997. [12] El Pathfinder Plus tenía cuatro secciones del ala Pathfinder de cinco unidas a una sección central más larga, aumentando la envergadura a 121 pies (37 m), voló en 1998 y alcanzó los 80,201 pies (24,445 m) el 6 de agosto de ese año. [12]
Centurión de la NASA
Prototipo Centurión / Helios de la NASA /AeroVironment
El Centurion, que voló a finales de 1998, tenía un perfil aerodinámico rediseñado para gran altitud y una envergadura aumentada a 206 pies (63 m), 14 motores, cuatro cápsulas debajo del ala para transportar baterías, sistemas y tren de aterrizaje. [12] Fue modificado para convertirse en el Prototipo Helios , con una sexta sección de ala de 41 pies (12 m) para una envergadura de 247 pies (75 m), y una quinta cápsula de tren de aterrizaje y sistemas. Voló por primera vez a finales de 1999, se le añadieron paneles solares en 2000 y alcanzó los 96.863 pies (29.524 m) el 13 de agosto de 2001. [12] Un avión de producción volaría hasta seis meses. [12] Se desintegró en vuelo en 2003. [27]
Airbus Zephyr
Los Zephyr fueron diseñados originalmente por QinetiQ , una filial comercial del Ministerio de Defensa del Reino Unido . [28] Los UAV están propulsados ​​por células solares , que recargan las baterías durante el día para permanecer en el aire durante la noche. El primer modelo voló en diciembre de 2005. [29] En marzo de 2013, el proyecto se vendió a Airbus Defence and Space . [30] El último modelo Zephyr 8/S pesa 75 kg (165 lb), tiene una envergadura de 25 m (82 ft) y alcanzó los 23.200 m (76.100 ft). [31]
Impulso solar
El primer demostrador tripulado Solar Impulse realizó su primer vuelo el 3 de diciembre de 2009 y realizó un ciclo solar diurno completo en un vuelo de 26 horas en julio de 2010. El Solar Impulse 2, de 71,9 m (236 pies) de ancho y 2,3 toneladas (5100 libras), voló por primera vez el 2 de junio de 2014, podía alcanzar los 12 000 m (39 000 pies) y su vuelo más largo fue desde Nagoya, Japón a Kalaeloa, Hawaii, durante 117 h 52 min el 28 de junio de 2015.
Titan Aerospace Solara
Fundada en 2012 en Nuevo México , Titan Aerospace estaba desarrollando grandes satélites atmosféricos de gran altitud alimentados por energía solar similares al AeroVironment Global Observer o QinetiQ Zephyr . [11] Su ala, de más de 160 pies (50 m) de ancho, estaría cubierta con células solares para proporcionar energía para el vuelo diurno, almacenada en baterías eléctricas para su uso durante la noche. [11] Con un costo de menos de $ 2 millones, podrían transportar una carga útil de 70 lb (30 kg) durante hasta cinco años, limitada por el deterioro de la batería. [11] En 2013, Titan estaba volando dos modelos de prueba de quinta escala y tenía como objetivo probar en vuelo un prototipo de tamaño completo para 2014. [11] En marzo de 2014, Facebook se interesó en la empresa, dirigida en ese momento por el fundador de Eclipse Aviation, Vern Raburn, por $ 60 millones. [16] Google compró Titan Aerospace en abril de 2014, [32] logró volar un prototipo en mayo de 2015, pero se estrelló en cuestión de minutos y Titan Aerospace cerró a principios de 2017. [33]
El KARI EAV-3 voló durante 53 horas y hasta 22 km (72.000 pies).
KARI EAV
El Instituto de Investigación Aeroespacial de Corea (KARI) comenzó a desarrollar su vehículo aéreo eléctrico (EAV) en 2010, después de demostradores de subescala; su último EAV-3 de 20 m (66 pies) de ancho pesa 66 kg (146 lb) y está diseñado para volar durante meses; voló hasta 14,2 km (47 000 pies) en agosto de 2015, durante 53 horas y hasta 22 km (72 000 pies) en agosto de 2020. [34]
Astigan A3
La agencia cartográfica británica Ordnance Survey (OS), una subsidiaria del Departamento de Negocios, Energía y Estrategia Industrial , está desarrollando el A3, un HAPS de doble brazo con energía solar de 38 m (125 pies) de envergadura y 149 kg (330 lb) diseñado para permanecer en el aire a 67.000 pies (20.000 m) durante 90 días con una carga útil de 25 kg (55 lb). [35] OS posee el 51% de la empresa británica Astigan, dirigida por Brian Jones , que desarrolla el A3 desde 2014 con vuelos de prueba de modelos a escala en 2015 y vuelos a baja altitud a escala real en 2016. [35] Los vuelos a gran altitud deberían comenzar en 2019, para completar las pruebas en 2020 con una introducción comercial en cuanto a monitoreo ambiental , mapeo , comunicaciones y seguridad. [35] En marzo de 2021, el proyecto finalizó porque no se encontró ningún socio estratégico. [36]
Facebook Aquila
El UAV Aquila de Facebook era un UAV de fibra de carbono, alimentado por energía solar, con alas voladoras que medían 40 m (132 pies) de largo y pesaban 424 kg (935 lb), diseñado para permanecer en el aire a FL650 durante 90 días. [27] Fue diseñado y fabricado por la empresa británica Ascenta para Facebook , para proporcionar conectividad a Internet. [37] Los UAV utilizarían comunicación láser entre ellos y con estaciones terrestres. [38] El 28 de junio de 2016, realizó su primer vuelo, durante noventa minutos y alcanzando los 660 m (2150 pies), pero una sección de veinte pies del ala derecha se rompió durante la aproximación final. [39] [40] Hizo otros vuelos de prueba a baja altitud en 2017. [27] El 27 de junio de 2018, Facebook anunció que detendría el proyecto y planeaba que otras empresas construyeran los drones. [41]
Corporación de Ciencia y Tecnología Aeroespacial de China
CASTC voló un UAV alimentado con energía solar de 147 pies (45 m) de envergadura a FL650 en un vuelo de prueba de 15 horas en julio de 2017. [27]
Lavochkin LA-252
La oficina de diseño rusa Lavochkin está realizando pruebas de vuelo del LA-252, un UAV de 25 m de envergadura y 116 kg de peso alimentado con energía solar, diseñado para permanecer en el aire durante 100 días en la estratosfera. [27]
Mira Aerospace ApusDuo
ApusDuo HAPS de Mira Aerospace, una empresa conjunta entre Bayanat AI, con sede en Abu Dabi, y el fabricante estadounidense de vehículos aéreos no tripulados UAVOS, ha completado más de 100 vuelos de prueba en 3 continentes, basándose en tecnologías desarrolladas por primera vez en 2014. [42] [ no lo suficientemente específico para verificar ] Con una envergadura de 14 m (46 pies), el avión no tripulado ApusDuo 14 utiliza un diseño de ala en tándem flexible con células solares de alta eficiencia para volar de forma continua durante meses a altitudes de hasta 19 000 m (62 000 pies), transportando cargas útiles de hasta 6 kg (13 lb). Durante un vuelo de prueba en Ruanda en octubre de 2023, Mira Aerospace se convirtió en la primera empresa en ofrecer con éxito conectividad 5G desde un avión autónomo HAPS de ala fija en la estratosfera. [43]
HAPS Móvil de AeroVironment
AeroVironment diseñará y desarrollará prototipos de vehículos aéreos no tripulados alimentados con energía solar por 65 millones de dólares para HAPSMobile , una empresa conjunta financiada en un 95% y propiedad de la empresa de telecomunicaciones japonesa SoftBank . [27] Similar al Helios de 1999, el ala voladora de 256 pies (78 m) de envergadura con 10 hélices impulsadas eléctricamente proporcionaría 4G LTE y 5G directamente a dispositivos en un área de 200 km (125 mi) de diámetro [44] El 21 y 22 de septiembre de 2020, el HAPSMobile Hawk30 (rebautizado como Sunglider ) voló 20 horas y alcanzó una altitud de 62.500 pies (19,1 km), probando las comunicaciones LTE de larga distancia desarrolladas con Loon para teléfonos inteligentes LTE estándar y comunicaciones de banda ancha inalámbricas . [45]
Sistemas BAE PHASA-35
Diseñado por Prismatic Ltd., ahora BAE Systems , el BAE Systems PHASA-35 de 35 m (115 pies) de envergadura realizó su vuelo inaugural en febrero de 2020 desde el campo de pruebas de Woomera en el sur de Australia; debería volar su carga útil de 15 kg (33 lb) a alrededor de 70.000 pies durante días o semanas. [46]
Ingeniería Swift SULE
El Swift Ultra Long Endurance SULE de Swift Engineering completó su primera asociación de vuelo con el Centro de Investigación Ames de la NASA en julio de 2020. [47] Diseñado para operar a 70.000 pies (21.000 m), el UAV persistente de 72 pies (22 m) pesa menos de 180 lb (82 kg) y puede transportar hasta 15 lb (6,8 kg) de cargas útiles. [47]
Aurora Odiseo
Aurora Flight Sciences anunció su Odysseus en noviembre de 2018. [48] El avión de fibra de carbono de 74,1 m (243 pies) de ancho pesa menos de 880 kg (1940 lb) y puede transportar una carga útil de 25 kg (55 lb). [49] Fue diseñado para permanecer por encima de los 65 000 pies (20 000 m) hasta tres meses en latitudes de hasta 20°. [50] Su primer vuelo se retrasó indefinidamente en julio de 2019. [48]
HAL GATOS Infinito
CATS Infinity está siendo desarrollado por HAL , NAL y NewSpace Research. Su modelo a escala reducida realizó su primer vuelo en 2022. En febrero de 2024, se realizó un vuelo de prueba del prototipo a escala reducida que pesa 23 kg con una envergadura de 12 m a una altitud de 3 km en el campo de pruebas aeronáutico de Chitradurga con una duración de ocho horas y media. Los funcionarios afirmaron que ahora se espera que el desarrollo se complete en 2027. En la próxima prueba, que se espera que tenga lugar en marzo de 2024, la duración se aumentará a 24 horas. [51] [ se necesita una mejor fuente ]
En mayo de 2024, el prototipo a escala reducida llamado HAPS se sometió nuevamente a pruebas de vuelo y estableció un nuevo récord nacional de resistencia de 27 horas a 26.000 pies. La prueba de vuelo se llevó a cabo en el campo de pruebas aeronáuticas de Chitradurga. NRT tiene la intención de realizar estudios de resistencia adicionales utilizando el modelo a escala de HAPS antes de concentrarse en la versión a escala real, intentando un vuelo continuo de 7 días a una altitud de 20 kilómetros sobre el nivel medio del mar (AMSL) a una velocidad de crucero de 100 km/h. NRT tiene la intención de desarrollar el modelo HAPS a escala real (CATS Infinity), un UAV mucho más grande destinado a una resistencia de noventa días a grandes altitudes. Con una capacidad de carga útil de 35 kg, el modelo a escala real tendrá un MTOW más alto de 450 kg. La Armada india también ha mostrado interés en este proyecto.

Alimentado con hidrocarburos

El Ryan YQM-98 R-Tern del programa Compass Cope voló por primera vez el 17 de agosto de 1974 y fue diseñado para volar hasta 70.000 pies (21.340 m) y durante 30 horas.
Punto de permanencia y cobertura de la brújula de la USAF
El programa UAV Compass Dwell de la USAF vio el vuelo del LTV XQM-93 en febrero de 1970, basado en un planeador Schweizer SGS 2-32 con motor de turbohélice y diseñado para volar 24 horas y alcanzar 50.000 pies (15.240 m); y el Martin Marietta Modelo 845 en abril de 1972, basado en un planeador Schweizer SGS 1-34 con motor de pistón , diseñado para alcanzar 40.000 pies (12.000 m) y capaz de volar 28 horas. El siguiente programa Compass Cope vio al Boeing YQM-94 B-Gull volar por primera vez el 28 de julio de 1973: propulsado por un turborreactor General Electric J97 , fue diseñado para volar 30 horas hasta 70.000 pies (21.340 m), y logró volar durante 17,4 horas y hasta 55.000 pies (16.800 m); el competidor Ryan YQM-98 R-Tern estaba propulsado por un turbofán Garrett ATF3 , voló por primera vez el 17 de agosto de 1974 y fue diseñado para volar durante 30 horas.
Boeing Cóndor
El Boeing Condor voló por primera vez el 9 de octubre de 1988, alcanzó 67.028 pies (20.430 m) y se mantuvo en el aire durante casi 60 horas; impulsado por dos motores de pistón de 175 hp (130 kW), el UAV de 200 pies (61 m) de ancho tenía un peso bruto de 20.300 lb (9.200 kg) y fue diseñado para alcanzar 73.000 pies (22.250 m) y volar durante más de una semana. [52]
Aurora Perseo y Teseo
Construido por Aurora Flight Sciences para lo que se convertiría en el Programa ERAST de la NASA , el UAV de prueba de concepto Perseus voló por primera vez en noviembre de 1991, seguido por Perseus A el 21 de diciembre de 1993, que alcanzó más de 50.000 pies (15.000 m). Diseñado para volar a 62.000 pies (18,9 km) y hasta 24 horas, Perseus B voló por primera vez el 7 de octubre de 1994 y alcanzó 60.280 pies (18.370 m) el 27 de junio de 1998. Su hélice propulsora está impulsada por un motor de pistón Rotax 914 impulsado por un turbocompresor de tres etapas con potencia nominal plana de 105 hp (78 kW) a 60.000 pies (18.000 m). Tiene un peso máximo de 1100 kg (2500 lb), es capaz de transportar una carga útil de 120 kg (260 lb) y su ala de 21,8 m (71,5 pies) tiene una alta relación de aspecto de 26:1 . [53] Un sucesor más grande propulsado por dos motores de pistón Rotax 912 , el Theseus voló por primera vez el 24 de mayo de 1996. Diseñado para volar durante 50 horas hasta 20 000 m (65 000 pies), el UAV de peso máximo de 2,5 t (5500 t) tenía 42,7 m (140 pies) de ancho y podía transportar una carga útil de 750 lb (340 kg). [6]
Grob Strato 2C
Diseñado para volar a 24.000 m (78.700 pies) y durante un máximo de 48 horas, el Grob Strato 2C tripulado voló por primera vez el 31 de marzo de 1995 y alcanzó los 18.552 m (60.897 pies). El avión de 56,5 m (185 pies) de ancho estaba propulsado por dos motores de pistón de 300 kW (400 hp) turboalimentados por un turbohélice PW127 como generador de gas.
El General Atomics Altus II, con motor de pistón, voló por primera vez el 1 de mayo de 1996 y alcanzó los 57.300 pies (17.500 m).
Atómica general ALTUS
Parte del Programa ERAST de la NASA , los UAV de gran altitud General Atomics ALTUS I y II eran variantes civiles del Gnat 750 (que también generó el Predator A de la USAF ) que tenía una autonomía de 48 horas, con una envergadura mayor de 55,3 pies (16,9 m). Impulsado por un motor de pistón Rotax 912 turboalimentado de 100 hp (75 kW) , el banco de pruebas MTOW de 2130 lb (970 kg) podía transportar hasta 330 lb (150 kg) de instrumentos científicos. El Altus II voló por primera vez el 1 de mayo de 1996, tuvo una autonomía de más de 26 horas y alcanzó una altitud máxima de densidad de 57.300 pies (17.500 m) el 5 de marzo de 1999. Condujeron al General Atomics Altair más grande, propulsado por turbohélice . [54]
Compuestos a escala Proteus
El Scaled Composites Proteus tripulado opera a altitudes de 19,8 km (65.000 pies), mientras transporta una carga útil de 1.100 kg (2.400 lb). [55] Impulsado por dos turbofán Williams FJ44 , tenía alas en tándem con un ala delantera de 17 m (55 pies) y un ala trasera más ancha de 24 m (78 pies) para un peso máximo de despegue de 6,6 t (14.500 lb), podía volar a 450 km/h (240 nudos) y permanecer 22 horas a 925 km (500 millas náuticas) de su base. [6]
Virgin Atlantic GlobalFlyer
El GlobalFlyer tripulado , construido por Scaled Composites , fue diseñado para volar alrededor del mundo. Propulsado por un solo Williams FJ44 , el avión de 114 pies (35 m) de ancho puede pesar hasta 22.100 libras (10 t). Con un techo de 50.700 pies (15.450 m), voló durante 76 horas y 45 minutos en febrero de 2006.
Ciencias del vuelo de la aurora Orión
La plataforma Orion inicial de Boeing/Aurora Flight Sciences volaría a 65.000 pies (20.000 m) durante 100 horas, impulsada por motores de pistón alimentados con hidrógeno líquido ; su peso de despegue de 7.000 libras (3,2 toneladas) permitía cargas útiles de 400 libras (180 kg). [13] Evolucionó hasta convertirse en un UAV MALE propulsado por dos turbodiésel que quemaba combustible para aviones con un peso bruto aumentado a 11.000 libras (5.000 kg), diseñado para volar a 20.000 pies (6.100 m) durante 120 horas (cinco días) con una carga útil de 1.000 libras, o una semana con una más pequeña; realizó su primer vuelo en agosto de 2013 y voló durante 80 horas en diciembre de 2015, aterrizando con suficiente combustible para 37 horas más. [56]
Corporación Aeronáutica Shenyang Águila Divina
El Divine Eagle , producido por Shenyang Aircraft Corporation , es un gran UAV propulsado por turbofán desarrollado desde 2012 y posiblemente en servicio en 2018. [57] El avión de doble brazo y doble cola tiene un ala canard y las pruebas en el túnel de viento se realizaron hasta un techo de 25 km (82 000 pies) y Mach 0,8. [58]

Impulsado por hidrógeno

El Boeing Phantom Eye, propulsado por hidrógeno, debía alcanzar los 65.000 pies (19.800 m) en cuatro días.
Observador global de AeroVironment
El AeroVironment Global Observer, alimentado por hidrógeno líquido y diseñado para volar a una altura de hasta 20 000 m (65 000 pies) durante un máximo de siete días, voló por primera vez el 5 de agosto de 2010. [59] Después de un accidente en abril de 2011, el Pentágono archivó el proyecto. [60]
Ojo fantasma de Boeing
El Boeing Phantom Eye , una evolución del Boeing Condor desarrollado por Boeing Phantom Works , voló por primera vez en junio de 2012. [61] Impulsado por dos motores de pistón Ford turboalimentados de 2,3 litros y 150 hp (110 kW) que funcionan con hidrógeno líquido , el UAV de 150 pies (46 m) de ancho tiene un peso bruto de despegue de 9800 libras (4,4 t) y puede transportar una carga útil de 450 libras (200 kg). [61] Vuela a 150 nudos (280 km/h), puede alcanzar los 65 000 pies (19 800 m) y tiene una autonomía de cuatro días. [61] Una variante de tamaño completo está diseñada para transportar una carga útil de 2000 libras (910 kg) durante diez días. [61] En agosto de 2016, el demostrador Phantom Eye fue transferido al Museo de Pruebas de Vuelo de la Fuerza Aérea . [62]
Plataformas estratosféricas
UK Stratospheric Platforms, creada en 2014, salió a bolsa el 19 de octubre de 2020; después de las pruebas de vuelo de un relé 4G/ 5G en un Grob G 520 a 45.000 pies (14.000 m), la start-up está desarrollando un UAV HAPS propulsado por celdas de combustible de hidrógeno construido por Scaled Composites , con una envergadura de 60 m (200 pies), que volaría a 60.000 pies (18.000 m) durante nueve días con una carga útil de 140 kg (310 lb). [63]

Dirigibles

Los dirigibles estratosféricos no tripulados están diseñados para operar a altitudes muy altas, de 60.000 a 75.000 pies (18,3 a 22,9 km) durante semanas, meses o años. [64] Sometidos a daños ultravioleta , corrosión por ozono y difíciles tareas de mantenimiento de la posición, pueden funcionar con energía solar y almacenar energía para la noche. [64]

El primer vuelo estratosférico con dirigible propulsado tuvo lugar en 1969, alcanzando los 70.000 pies (21 km) durante 2 horas con una carga útil de 5 libras (2,3 kilogramos). [65] En agosto de 2002, la empresa estadounidense Worldwide Aeros estaba construyendo un demostrador estratosférico para el Instituto de Investigación Aeroespacial de Corea , como parte del programa de desarrollo HAA de Corea del Sur. [66] En abril de 2004, se estaban desarrollando dirigibles estratosféricos en Estados Unidos, Reino Unido, Canadá, Corea y Japón. [67] En mayo de 2004, la Agencia de Exploración Aeroespacial de Japón mostró su dirigible de prueba en Taiki, Hokkaido , como parte de su Proyecto de Plataforma Estratosfera. [68]

SwRI HiSentinel
El 4 de diciembre de 2005, un equipo dirigido por el Southwest Research Institute (SwRI), patrocinado por el Comando de Defensa Espacial y de Misiles del Ejército (ASMDC), demostró con éxito el vuelo propulsado del dirigible estratosférico HiSentinel a una altitud de 74.000 pies (23 km). [69]
Proyecto de estructura de sensor integrado de la USAF
El sensor integrado es una estructura
El dirigible con Estructura Integrada de Sensores (ISIS) de la USAF habría permanecido hasta diez años a 70.000 pies (21.000 m), proporcionando una alerta temprana persistente contra misiles de crucero a hasta 600 km (320 millas náuticas) o combatientes enemigos a hasta 300 km (160 millas náuticas). [13]
Avión de ataque Lockheed-Martin
La Agencia de Defensa de Misiles del Departamento de Defensa de los Estados Unidos contrató a Lockheed Martin para construir un dirigible de gran altitud no tripulado (HAA) para su sistema de defensa contra misiles balísticos . [70] En enero de 2006, Lockheed ganó un contrato de 149 millones de dólares para construirlo y demostrar su viabilidad técnica y utilidad militar. [71] Operaría por encima de los 60.000 pies (18.000 m) en una posición cuasi geoestacionaria para ofrecer un mantenimiento de la estación orbital persistente como plataforma de aeronave de vigilancia , relé de telecomunicaciones o un observador meteorológico. El lanzamiento se propuso originalmente en 2008, la aeronave de producción tendría 500 pies (150 m) de largo y 150 pies (46 m) de diámetro. Impulsado por células solares, permanecería en el aire hasta un mes y estaba destinado a inspeccionar un diámetro de tierra de 600 mi (970 km).
Lockheed-Martin HALE-D
El 27 de julio de 2011, el demostrador a subescala " High Altitude Long Endurance-Demonstrator " (HALE-D) fue lanzado en un vuelo de prueba. [72] HALE-D tenía un volumen de 500.000 pies cúbicos (14.000 m 3 ), medía 240 pies (73 m) de largo y 70 pies (21 m) de ancho, tenía células solares de 15 kW (20 hp) que cargaban baterías de iones de litio de 40 kWh y motores eléctricos de 2 kW (2,7 hp) para volar a 20 nudos (37 km/h) TAS a 60.000 pies (18.000 m) con una carga útil de 50 lb (23 kg) durante 15 días. [73] A 32.000 pies (9.800 m) un problema con los niveles de helio lo impidió y el vuelo fue terminado. [74] Cayó y se estrelló en un bosque del área de Pittsburgh . [75] Dos días después, fue destruido por un incendio antes de su recuperación. [76]
Dirigible Lindstrand HALE
Lindstrand Technologies diseñó un dirigible no rígido lleno de helio cubierto con células solares. La aeronave de 14 t (31.000 lb) podría transportar una carga útil de 500 kg (1.100 lb) durante 3 a 5 años, ya que la pérdida de helio sería mínima a grandes altitudes. Para el almacenamiento de energía, un electrolizador de 180 kW llenaría los tanques de H2 y O2, que se convertirían nuevamente en agua mediante una celda de combustible de 150 kW . Un motor de 80 kW (110 hp) permitiría una velocidad máxima de 24 m/s (47 nudos). [77]
Dirigible Stratobus
Thales Alenia Stratobus
Thales Alenia Space desarrolla el dirigible estratosférico no tripulado Stratobus, propulsado por energía solar , de 115 m (377 pies) de largo y 6800 kg (15 000 lb) de peso, incluida una carga útil de 250 kg (550 lb), diseñado para una misión de cinco años con mantenimiento anual y se planeó un prototipo para fines de 2020. [27]
H-Aero
Sistemas de lanzamiento basados ​​en H-Aero LTA para la exploración de Marte, [78] cuyo desarrollo se está llevando a cabo mediante plataformas terrestres de gran altitud. Los primeros sistemas se probaron en 2021. [79] [ se necesita una mejor fuente ]

Globos

Un globo del Proyecto Loon de Google

Un satélite de globo geoestacionario (GBS) vuela en la estratosfera (60.000 a 70.000 pies (18 a 21 km) sobre el nivel del mar) en un punto fijo sobre la superficie de la Tierra. A esa altitud, el aire tiene 1/10 de su densidad a nivel del mar . Un GBS podría usarse para proporcionar acceso a Internet de banda ancha en un área grande. [80] Un proyecto anterior fue el Proyecto Loon de Google , que preveía el uso de globos de gran altitud llenos de helio .

Avión de rotor

Boeing A160 Colibrí
El Boeing A160 Hummingbird es un helicóptero producido por Boeing. [81] El programa, que voló por primera vez en 2002, tenía como objetivos una autonomía de 24 horas y una altitud de 30 000 pies (9100 m), pero fue abandonado en diciembre de 2012.

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