Стратосферний безпілотник значно розширює можливості українських БпЛА

В першій частині статті подано короткий огляд сучасних висотних платформ тривалого базування (High-Altitude Platform Station, HAPS) як перспективного напряму для технологічного й економічного розвитку. Аналізується широкий спектр цивільних застосувань: розгортання та підсилення телекомунікаційних мереж (4G/5G), моніторингу довкілля та клімату, точного землеробства, картографування, інспекції критичної інфраструктури та охорона державного кордону. Проводиться огляд провідних світових програм та обґрунтування економічних переваг HAPS порівняно з традиційними супутниковими та авіаційними рішеннями. Розглядаються ключові технології, що лежать в основі HAPS: акумуляторні системи з високою питомою енергією, гнучкі сонячні елементи для стратосферних умов та легкі композитні матеріали з оцінкою їх поточного стану у світі та в Україні.

З огляду на виклики, що стоять перед Україною у зв’язку з повномасштабним вторгненням російської федерації, Другу частину присвячено потенціалу подвійного призначення. Запропоновано концепцію стратосферного БпЛА (High-Altitude Unmanned Aerial Vehicle, HAUAV) та архітектуру його застосування (AURA) як нової ланки у національній системі безпекових спроможностей. Концепція передбачає створення апарату з крейсерською висотою польоту до 22 км та модульним корисним навантаженням до 180 кг, що поєднує переваги платформ класів HAPS/HALE/MALE та передбачає впровадження доктрини його застосування. Проаналізовано ключові технічні виклики - аеродинаміка розрідженого середовища, енергозабезпечення за низьких температур, сертифікація та інтеграція в повітряний простір — та запропоновано шляхи їх вирішення. Обґрунтовано операційні й економічні переваги, зокрема підвищену живучість платформи та можливість нав'язування противнику асиметричного обміну.

Ключові слова: HAPS, HALE, MALE, HAUAV, стратосферний БпЛА, телекомунікації, моніторинг довкілля, інспекція інфраструктури, подвійне призначення, контроль повітряного простору, асиметричний обмін.

Airbus Zephyr [1]

Список скорочень

HAPS (High Altitude Platform Station) – Висотна платформа-станція

HALE (High Altitude Long Endurance) – Висотний БпЛА великої тривалості польоту

MALE (Medium Altitude Long Endurance) – Середньовисотний БпЛА великої тривалості польоту

UAV (Unmanned Aerial Vehicle) – Безпілотний літальний апарат

ISR (Intelligence, Surveillance & Reconnaissance) – Розвідка, спостереження та рекогносцирування.

LTA (Lighter-Than-Air) – Апарат легший за повітря

HTA (Heavier-Than-Air) – Апарат важчий за повітря

IADS (Integrated Air and Missile Defense System) – Інтегрована система протиповітряної та протиракетної оборони

SHORAD (Short-Range Air Defense) – Протиповітряна оборона малого радіуса дії

SEAD (Suppression of Enemy Air Defenses) – Придушення протиповітряної оборони противника

SA (Strategic Attack) - стратегічні удари авіації по «центрах тяжіння» противника: економіка, промисловість, енергетика, C2.

C2 (Command and Control) — це управління та керівництво силами й засобами: ухвалення рішень.

Системний огляд сучасних висотних платформ тривалого базування (HAPS)

Термін "висотні платформи тривалого базування" (HAPS) сам по собі не визначає конкретний тип носія, а радше описує операційну концепцію — створення стійкого інфраструктурного вузла у стратосфері. Історично ця ніша була більш доступною для апаратів легших за повітря (LTA, Lighter-Than-Air) — аеростатів та дирижаблів, однак останні роки відбуваються стрімкі зміни.

Значний розвиток тонкоплівкових сонячних елементів, акумуляторних батарей з високою питомою енергією та засобів, що забезпечують надійний та тривалий зв'язок і управління безпілотним апаратом наблизив можливість тривалого, місяцями, перебування в повітрі апаратів важчих за повітря (HTA, Heavier-Than-Air) — конструкцій планерного типу, що живляться від сонячної енергії і використовують електрику для підтримування горизонтального польоту. Надалі будуть розглянуті саме HTA HAPS як предмет викладеного матеріалу.

Наразі такі апарати претендують на унікальну нішу між наземною інфраструктурою та космічними супутниками, завдяки поєднанню тривалості польоту, гнучкості та економічної ефективності. Формують новий тип інфраструктури, здатний забезпечити стале регіональне покриття для широкого спектра завдань. HAPS функціонують вище комерційних авіаційних коридорів та погодних явищ, що забезпечує їм стабільні атмосферні умови. Водночас їхня близькість до Землі та незалежність від орбіти, порівняно із супутниками, надає певні переваги, що робить їх перспективним рішенням для комерційного застосування.

На сьогодні у світі існує кілька ключових проєктів, що визначають глобальний підхід до HAPS:

Airbus Zephyr (Велика Британія/ЄС)

Опис: Сонячно-електричний безпілотний літак (БпЛА) літакового типу (HTA), що є рекордсменом за тривалістю безпосадкового польоту. Під час одного з випробувань апарат провів у повітрі 64 дні. Zephyr має розмах крил 25 метрів, вагу близько 75 кг і може нести корисне навантаження до 5 кг.

Мета створення: Основна мета — створення "псевдосупутника" для постійного спостереження, розвідки та забезпечення зв'язку (ISR & Communications). Airbus позиціонує Zephyr як платформу подвійного призначення. Для цивільних потреб він може забезпечувати моніторинг довкілля (наприклад, лісових пожеж), картографування та надавати послуги 4G/5G зв'язку в районах природних катастроф або у віддалених регіонах. У військовому сегменті він є економічно ефективною альтернативою супутникам для тривалої розвідки над певним регіоном.[1]

BAE Systems PHASA-35 (Велика Британія)

Опис: Надлегкий сонячно-електричний БпЛА з розмахом крил 35 метрів і вагою всього 150 кг. Платформа розрахована на перенесення корисного навантаження до 15 кг і здатна перебувати в повітрі до одного року. У 2023-2024 роках апарат успішно здійснив польоти у стратосферу на висоту понад 20 км.

Мета створення: PHASA-35 розробляється як гнучка та значно дешевша альтернатива традиційним супутникам. Головні цілі — забезпечення стійкого зв'язку (включно з 5G), дистанційне зондування Землі, військова розвідка, охорона кордонів та моніторинг морського простору. Ключова перевага, на якій наголошують розробники, — це модульність корисного навантаження, що дозволяє швидко адаптувати платформу під різні місії.[2]

SoftBank Corp. (Японія/США)

Опис: Японська корпорація SoftBank реалізує унікальну подвійну стратегію, розвиваючи одночасно два типи платформ: літаковий (HTA) "Sunglider" (розроблений спільно з AeroVironment) та аеростатний (LTA) від компанії Sceye. Sunglider — це гігантський HAPS з розмахом крил 78 метрів, призначений для тривалих польотів. [3]

Мета створення: Основна і найамбітніша мета SoftBank — побудова глобальної неземної телекомунікаційної мережі (Non-Terrestrial Network, NTN). HAPS розглядаються як ключовий елемент для розгортання мереж 5G, а в перспективі й 6G, особливо в країнах, що розвиваються, та для покриття "мертвих зон". Окремий фокус робиться на забезпеченні зв'язку під час стихійних лих, що є надзвичайно актуальним для Японії. SoftBank планує запустити перші комерційні послуги вже у 2026 році. [4]

Kea Aerospace Kea Atmos (Нова Зеландія)

Опис: Сонячно-електричний БпЛА, що є першим стратосферним апаратом, розробленим та побудованим у Південній півкулі. Прототип Kea Atmos Mk1 має розмах крил 12.5 метрів та вагу менш як 40 кг. У лютому 2025 року він здійснив успішний політ на висоту понад 17 км. Наразі компанія розробляє більшу версію, Mk2, призначену для багатомісячних польотів. [5]

Мета створення: Основний фокус Kea Aerospace — збір аерофотознімків надвисокої роздільної здатності. Оперуючи на висоті 20 км, Kea Atmos може отримувати зображення з якістю, що в 20 разів перевищує супутникову, і робити це значно дешевше. Цільові ринки включають точне землеробство, моніторинг довкілля, управління лісовими ресурсами, морський нагляд та оперативне реагування на надзвичайні ситуації. Проєкт демонструє, як навіть менші країни можуть створювати конкурентоспроможні технології HAPS для нішевих ринків.

Аналіз світових програм свідчить, що HTA HAPS, вже еволюціонували від теоретичної концепції до реального інструменту, за який конкурують провідні аерокосмічні держави та компанії. Хоча більшість проєктів зосереджена в Європі та США, розвиток власних платформ у Китаї та успішний приклад Нової Зеландії демонструють, що ці технології мають поріг входу доступний для країн з менш потужною аерокосмічною промисловістю.

Цей глобальний тренд відкриває вікно можливостей і для України. Попри значні втрати аерокосмічного потенціалу через економічні та організаційні чинники минулих років, виклики повномасштабного вторгнення, в значній мірі, мобілізували вітчизняну галузь та сприяли переосмисленню її ролі. Поєднання трьох ключових факторів — успіху сучасних українських розробок у сфері безпілотних систем, збереження історично сильної авіаційної школи та наявність політичної волі, закріпленої у програмі діяльності уряду до кінця 2025 про створення космічних військ [6] — створює передумови, що можуть слугувати фундаментом для реалізації подібних високотехнологічних проєктів на вітчизняній базі і як наслідок стимулювати відновлення позицій України у світовій аерокосмічній галузі.

Цивільні застосування HAPS як інструмент економічного розвитку та відновлення України

Порівняно з традиційними системами здатними вирішувати задачі тривалого спостереження та моніторингу, HAPS мають значні економічні та операційні переваги. Завдяки використанню сонячної енергії та відсутності екіпажу, операційні витрати HAPS та вартість льотної години є на порядки нижчими порівняно з пілотованою авіацією, що виконує аналогічні завдання (аерофотозйомка, моніторинг). Розробка та запуск HAPS є значно дешевшими та швидшими, ніж виведення на орбіту супутника. Це кардинально знижує поріг входу для країн, які, як і Україна, наразі не мають власних потужних супутникових угруповань. На відміну від супутника, що рухається фіксованою орбітою, HAPS можна оперативно переміщувати в потрібний район, утримувати над ним позицію годинами чи днями, а також повертати на землю для модернізації чи ремонту обладнання. Ці фактори роблять HAPS ідеальним інструментом для країни, що потребує швидких, економічно ефективних та гнучких рішень для відновлення та модернізації.

Можна виділити наступні ключові сфери застосування:

Відновлення телекомунікаційної інфраструктури та зв'язок

Внаслідок повномасштабного вторгнення телекомунікаційна інфраструктура України зазнала значних руйнувань. HAPS пропонують унікальне рішення для цієї проблеми. Діючи як "вежі стільникового зв'язку у стратосфері", один апарат може покривати територію діаметром до 100 км. Невелика кількість апаратів може забезпечити швидке відновлення 4G/5G зв'язку та доступу до Інтернету на деокупованих територіях, де наземна інфраструктура знищена або створити додаткові потужності де інфраструктура не достатня. Покривати віддалені гірські райони Карпат або територій з низькою щільністю населення, де прокладання оптоволокна є економічно невигідним.

Точне землеробство.

Україна — один зі світових лідерів аграрного сектору. Підвищення ефективності сільського господарства є питанням національної продовольчої безпеки та ключовим джерелом експортних надходжень. Оснащений мультиспектральними камерами, HAPS може стати незамінним інструментом для моніторингу стану посівів та аналізу індексів вегетації (NDVI) для виявлення ділянок, що потребують додаткового живлення чи поливу, оцінки врожайності та прогнозування обсягів врожаю на макрорівні для оптимізації логістики та експортної політики, картографування та інвентаризації земель, створення актуальних карт полів, особливо в умовах, коли доступ до деяких територій ускладнений.

Моніторинг довкілля та наслідків війни

Екологічна шкода, завдана Україні, є безпрецедентною. HAPS дозволяють проводити довготривалий та широкомасштабний моніторинг для оцінки екоциду та визначенню зон забруднення внаслідок бойових дій. Забезпечувати раннє виявлення осередків пожеж на великих територіях. Проводити контроль за станом критичної інфраструктури, інспекцію нафто- та газопроводів, ліній електропередач на предмет пошкоджень та несанкціонованих втручань.

Інструмент для відбудови та управління в надзвичайних ситуаціях

Процес післявоєнного відновлення вимагатиме точних та актуальних геопросторових даних. HAPS здатні забезпечити високоточне картографування та створення детальних 3D-моделей зруйнованих міст та об'єктів інфраструктури для планування відбудови.

HAPS як альтернатива національному супутниковому угрупованню

Ключовою стратегічною перевагою для України є можливість використання HAPS як квазісупутникової платформи. На сьогодні Україна не володіє власним угрупованням супутників дистанційного зондування Землі (ДЗЗ) чи зв'язку, що створює залежність від комерційних іноземних партнерів. У цьому контексті HAPS виступають як ідеальне проміжне рішення. Розробка та експлуатація вітчизняних HAPS дозволить отримувати критично важливі дані, не залежачи від зовнішніх операторів. Це значно дешевший і швидший шлях до отримання спроможностей, які традиційно забезпечуються космічними апаратами. У довгостроковій перспективі флот HAPS може ефективно доповнювати роботу майбутніх українських супутників, виконуючи завдання, що вимагають тривалої присутності над конкретним регіоном.

Таким чином, для України, можливості застосування HAPS — це стратегічний інструмент для прискорення відновлення зруйнованої інфраструктури, підвищення ефективності ключових секторів економіки та здобуття технологічної незалежності у критично важливій сфері збору та передачі даних.

Ключові технології HAPS та український потенціал

Створення ефективної висотної платформи тривалого базування та її обмеження визначаються поточним рівнем розвитку ряду ключових технологій: зберігання енергії, генерації сонячної енергії та конструкційних матеріалів. Стрімкий прогрес у кожному з цих напрямків за останнє десятиліття і зробив HAPS-апарати реальністю.

Системи зберігання енергії: Акумулятори високої питомої енергії

Розвиток джерел відновлюваної енергії та методів їх зберігання за останні роки демонструє стійку динаміку, що перевершує оптимістичніші прогнози. Наприклад, прогноз, зроблений у 2022 році провідними спеціалістами NASA [7], передбачав, що до 2030 року питома енергоємність Li-Ion акумуляторів досягне 489 Вт·год/кг. Однак уже сьогодні, станом на 2025 рік, на комерційному ринку доступні акумуляторні батареї з ємністю 450 Вт·год/кг [8], а в найближчій перспективі заявлено досягнення показника 500 Вт·год/кг [9]. Це свідчить про значний інтерес зі сторони вчених та бізнесу до сфери та гарантує і подальше зростання.

Генерація енергії: Гнучкі сонячні елементи для стратосферних умов

Ефективність сонячних панелей є другим критичним фактором. На висотах 15–25 км, де оперують HAPS, відсутня хмарність, а розріджена атмосфера забезпечує значно вищий рівень сонячної інсоляції, ніж біля поверхні землі. Сучасні показники в цій сфері не демонструють проривних темпів, однак поступове впровадження експериментальних технологій в масове виробництво дає доступ до передових розробок з більшою економічною ефективністю. Основні показники ККД на сьогодні:

Кремнієві панелі (c-Si) вже досягли ККД понад 25% у комерційних зразках. [10]

Легкі та гнучкі панелі на основі галій-арсеніду (GaAs) та мідно-індієво-галієво-селенідних сполук (CIGS) показують ККД вище 29%. [11]

Багатоперехідні (multi-junction) технології, такі як тандемні елементи Перовськіт-Si, вже перевершують показник ККД у 34%, а найсучасніші III–V ELO — 39%. [12], [13]

Дослідні роботи та впровадження нових технологій в цій галузі демонструє стійку тенденцію до росту та розвитку. [14], [18]

Конструкційні матеріали: Легкі та міцні композити

Конструкція HAPS повинна бути одночасно надзвичайно легкою, щоб мінімізувати енерговитрати, та достатньо міцною, щоб витримувати навантаження під час зльоту та в польоті, зокрема при проходженні через висотні струменеві течії. Ці вимоги роблять сучасні композитні матеріали найкращим вибором. [22]

Світовим лідером у розробці та виробництві передових композитних матеріалів, зокрема вуглецевого волокна, є Японія. Такі компанії, як Toray Industries та Mitsubishi Chemical Group [15], [16], контролюють значну частину світового ринку високоякісного вуглеволокна, що використовується в авіабудуванні, зокрема для літаків Boeing та Airbus. Японське космічне агентство (JAXA) активно веде фундаментальні дослідження з розробки композитів нового покоління, включаючи термостійкі поліамідні та керамічні матричні композити (CMC), призначені для авіаційних двигунів та космічних апаратів.

Висновки та стратегія розвитку

Україна не має однорідного рівня готовності за ключовими технологіями HAPS. Якщо в галузі інженерії чи аеродинамічного проектування є наявні збережені компетенції, то у сферах виробництва високоефективних сонячних елементів, акумуляторів для аерокосмічних застосувань чи матеріалів для виготовлення композитних конструкцій наявні значні прогалини.

Однак відсутність повного циклу власного виробництва не виглядає перешкодою для запуску проєкту. Навпаки, це створює унікальну можливість для міжнародної кооперації. Залучення провідних європейських, американських та японських партнерів для постачання критичних компонентів (акумуляторів, сонячних елементів, компонентів для композитів) на початковому етапі дозволить швидко розробити конкурентоспроможну платформу. Одночасно проєкт може слугувати стимулом для розвитку суміжних вітчизняних технологій, компетенцій та досліджень.

Мусієнко В.П. – екс-Інженер з теорії шасі ДП Антонов, екс-Airframe Structural Analysis Engineer. Progresstech Ukraine (Boeing Engineering Center Ukraine)

viktor.musiienko@gmail.com

Вовнянко А. Г. – екс-керівник служби провідних конструкторів зі створення літака Ан-225 «Мрія», заступник Головного конструктора з літаків Ан-124, Ан-124-100, Ан-218, Ан-225 та їх модифікацій, к.т.н., АН УРСР 1985 р. Ан-124 1986., лауреат премії Ради Міністрів СРСР за створення сплавів для літака Ан-124 1986.