¿Es factible un "satélite geoestacionario atmosférico" con la tecnología actual?

Respuesta corta: no.

Respuesta larga: Su condición de "tiempo ilimitado" facilita la respuesta corta. Si necesitas subir por un tiempo limitado, y tienes la libertad de elegir el tiempo de subida y bajada, la respuesta es: Posiblemente.

Primero, hay dos formas de subir allí: un globo y un avión. Un helicóptero sería mucho menos eficiente, la cuerda de un globo sería demasiado pesada para levantarla, y verá que incluso un avión similar a un planeador tendrá dificultades para permanecer durante algún tiempo a 30 km.

A continuación, la presión atmosférica a 30 km es de 12 mbar, solo el 1,2% de la que hay en el suelo. Entonces, su avión tiene que ir a cierta velocidad solo para crear suficiente sustentación. Si asumimos que vuelas a Mach 0,5 a 0,6 (donde todavía pueden funcionar las hélices y las superficies aerodinámicas de gran sustentación), tu presión dinámica es la de un planeador moderno a baja velocidad. Sin embargo, la velocidad de vuelo en realidad está entre 150 y 180 m/s.

Ahora, supongamos que su avión tiene una L/D de 50. Esto se traduce en un requisito de potencia solo para mantenerse en el aire de 3 a 3,6 kW por tonelada de masa del avión. Su hélice no tendrá más del 85% de eficiencia y su motor también generará algunas pérdidas, por lo que su potencia instalada debe ser de al menos 4 kW por tonelada de masa de la aeronave. Como vuelas con la presión dinámica de un planeador, también tendrás una carga alar similar a la de un planeador de 30 kg/m². Por tonelada, su superficie alar es de 33,3 m². Operar un motor de respiración de aire a esta altitud es un desafío, por lo que asumiré la propulsión eléctrica solar. Seamos optimistas y supongamos una constante solar de 1,4 kW/m² a esta altitud, y usted vuela a latitudes moderadas (por ejemplo, 45°), por lo que sus paneles solares pueden generar (20 % de eficiencia) 200 W por m² o 5,3 kW por tonelada de masa de la aeronave (asumiendo que el 80% del ala está cubierta, el resto tendrá demasiada curvatura). Por supuesto, todo esto es válido solo alrededor del mediodía, por lo que si desea pasar la noche, incluso en verano no hay suficiente energía para mantener el avión en funcionamiento durante más tiempo, incluso con suposiciones muy optimistas. Es posible que desee asumir baterías que puedan proporcionar la energía para la fase de ascenso, de modo que despegue en medio de la noche y llegue (con las baterías vacías) a la altura a última hora de la mañana. Entonces realmente podría quedarse allí hasta las 2 o 3 de la tarde, cuando el sol poniente significa que sus paneles solares no proporcionarán suficiente energía para mantenerse despierto, y mucho menos para cargar las baterías. Y ni siquiera he comenzado a restar la potencia para operar ningún equipo (cuál sería la razón para subir allí en primer lugar, ¿no?). por lo tanto, si desea pasar la noche, incluso en verano no hay suficiente energía para mantener el avión en funcionamiento durante más tiempo, incluso con suposiciones muy optimistas. Es posible que desee asumir baterías que puedan proporcionar la energía para la fase de ascenso, de modo que despegue en medio de la noche y llegue (con las baterías vacías) a la altura a última hora de la mañana. Entonces realmente podría quedarse allí hasta las 2 o 3 de la tarde, cuando el sol poniente significa que sus paneles solares no proporcionarán suficiente energía para mantenerse despierto, y mucho menos para cargar las baterías. Y ni siquiera he comenzado a restar la potencia para operar ningún equipo (cuál sería la razón para subir allí en primer lugar, ¿no?). por lo tanto, si desea pasar la noche, incluso en verano no hay suficiente energía para mantener el avión en funcionamiento durante más tiempo, incluso con suposiciones muy optimistas. Es posible que desee asumir baterías que puedan proporcionar la energía para la fase de ascenso, de modo que despegue en medio de la noche y llegue (con las baterías vacías) a la altura a última hora de la mañana. Entonces realmente podría quedarse allí hasta las 2 o 3 de la tarde, cuando el sol poniente significa que sus paneles solares no proporcionarán suficiente energía para mantenerse despierto, y mucho menos para cargar las baterías. Y ni siquiera he comenzado a restar la potencia para operar ningún equipo (cuál sería la razón para subir allí en primer lugar, ¿no?). Es posible que desee asumir baterías que puedan proporcionar la energía para la fase de ascenso, de modo que despegue en medio de la noche y llegue (con las baterías vacías) a la altura a última hora de la mañana. Entonces realmente podría quedarse allí hasta las 2 o 3 de la tarde, cuando el sol poniente significa que sus paneles solares no proporcionarán suficiente energía para mantenerse despierto, y mucho menos para cargar las baterías. Y ni siquiera he comenzado a restar la potencia para operar ningún equipo (cuál sería la razón para subir allí en primer lugar, ¿no?). Es posible que desee asumir baterías que puedan proporcionar la energía para la fase de ascenso, de modo que despegue en medio de la noche y llegue (con las baterías vacías) a la altura a última hora de la mañana. Entonces realmente podría quedarse allí hasta las 2 o 3 de la tarde, cuando el sol poniente significa que sus paneles solares no proporcionarán suficiente energía para mantenerse despierto, y mucho menos para cargar las baterías. Y ni siquiera he comenzado a restar la potencia para operar ningún equipo (cuál sería la razón para subir allí en primer lugar, ¿no?).

Ir con una carga alar más baja significa que tendrá una estructura muy delicada que no puede hacer frente a los vientos a 30 km y las ráfagas de carga a menor altitud.

Este viento también será un problema para cualquier globo. El 20% de los vientos a 30 km están por encima de los 76 m/s (Mil Std. 210C), el 5% están incluso por encima de los 98 m/s. Un metro cúbico de helio te da 10 N de sustentación al nivel del mar, pero solo 0,156 N a 30 km. Para elevar una tonelada de globo hasta 30 km, necesitarás 63.000 m³ de volumen. ¡Esta es una esfera con un diámetro de 50 m! Las fuerzas del viento para mantener esta cosa atada necesitarán una atadura fuerte y pesada, por lo que, sin entrar en detalles, creo que un globo atado será un desafío, por decirlo suavemente.

Los artículos de "Facebook drone" no son serios, están destinados a crear algo de relaciones públicas, y no contengan la respiración por Internet entregado por drones en el corto plazo.

En 2003 , el avión solar Helios de la NASA recorrió 29,52 km (¡redondea hasta 30 km!). Por desgracia, se rompió en vuelo y no puedo encontrar ninguna referencia de seguimiento. Un avión sería más eficiente energéticamente que un helicóptero, incluso un helicóptero en movimiento hacia adelante, por lo que espero que un avión sea lo primero que vea. El problema de almacenar energía y volar de noche puede ser insuperable. (¿Quizás transmitiendo energía de microondas a la aeronave?)

Casi se podría imaginar un dirigible o dirigible con propulsión para luchar contra el viento, pero sería difícil obtener mucha carga útil a esa altitud, y el viento allí arriba es rápido . Entonces, de ninguna manera.

Si no le importa una larga fila que los aviones tendrían que evitar, una cometa es otra posibilidad y resolvería el problema de la energía para la carga útil durante la noche. Hay vientos bastante constantes allá arriba, así que si puedes levantarte, puedes imaginar una cometa volando durante mucho tiempo.

En principio, un globo atado también podría funcionar y tendría más carga útil que un globo libre que intenta volar contra el viento. Sin embargo, la envoltura del globo tendría que ser fuerte y, por lo tanto, pesada, para resistir el hecho de que la cuerda la sujetara contra el viento. Incluso una envoltura de globo solo tres veces más gruesa que las diseñadas para condiciones de viento cero daría como resultado una capacidad de carga útil nula.

La cometa parece la más plausible, pero esa altitud supera con creces el récord actual de 5,7 km. Una serie de cometas a lo largo de la línea puede ayudar a transportar la masa de la cuerda.

Ninguna de estas cosas podría denominarse "satélite".

Dependiendo de su definición de "ilimitado", no solo ya es posible, sino que ya puede (o podría) comprarlo.

Titan Aerospace presentó el Solara el año pasado. Es un avión alimentado por energía solar con un tiempo esperado en el aire de 5 años. Obviamente, no lo han probado durante 5 años, pero en el peor de los casos, tendrías que aterrizarlo cada dos años para su mantenimiento. El mercado objetivo es específicamente satélite atmosférico.

Tenían una página web donde se podía pedir uno. La última vez que revisé su sitio web insinué que tenían 5 pedidos. Tenían un indicador de progreso de cuándo puede esperar obtener su avión si tiene varios millones de dólares para gastar y dijeron que se tarda aproximadamente un mes en construir uno. Cuando revisé, dijeron que lo más pronto que puede esperar era dentro de 5 meses.

Desafortunadamente, desde que Google compró la compañía, el sitio web ha estado caído, por lo que no hay mucho en su sitio. Pero si buscas en Google "Titan Solara" puedes ver fotos de su avión.

Aquí hay un artículo de Arstechnica sobre Solara: http://arstechnica.com/information-technology/2013/08/almost-orbital-solar-powered-drone-offered-as-atmospheric-satellite/

Nota: El Solara está diseñado para holgazanear alrededor de 20 km de altura, no 30 km.

Facebook está considerando construir drones de comunicación alimentados por energía solar . Según la historia de Verge vinculada, flotarían a 20 km.

Yo no llamaría satélites a estos drones, no están en órbita. Una órbita a esa altitud tendría una velocidad de casi 8 km/sy el período de la órbita sería de aproximadamente una hora y media. Un satélite orbital de baja altitud no flotaría estacionario sobre un lugar determinado. Tienes que subir unos 36.000 kilómetros antes de que los satélites disminuyan la velocidad lo suficiente como para igualar la rotación de la Tierra.

Editar: agregar una ilustración para mostrar cómo la altitud afecta el radio de la huella.

Donde r es el radio de la tierra (6378 km) y a es la altitud del dron (20 o 30 km).

El radio de la huella para altitudes bajas se aproxima mediante r sin α donde α es acos(r/(r+a))

Para un dron a 20 km, esto llega a un radio de 503 km, para un dron a 30 km, esto llega a un radio de 616 km. (503/616)^2 es ~.668. Reducir el dron a 20 km daría una huella de aproximadamente 2/3 del área.