АЕРОСТАТИЧНІ СИСТЕМИ В ОБОРОННОМУ ЗАСТОСУВАННІ: СУЧАСНІ ПРОБЛЕМИ ТА СУЧАСНИЙ СТАН ТЕХНІКИ

Анотація

DOI: https://doi.org/10.15407/itm2026.02.010

Аеростатні системи дирижабельного типу мають більш ніж столітню історію інженерного розвитку та продовжують привертати увагу науково-технічної спільноти в наш час. З одного боку, це можна пояснити тим, що апарати, які легші за повітря, потребують менших витрат палива та бортової енергії на підтримання свого положення в повітряному просторі. З іншого боку, при розробці оптимальних конструкцій дирижаблів, вони можуть стати ефективними у якості засобів перевезення вантажів та платформ для розміщення обладнання різного призначення (науково-дослідного, метеорологічного, військового тощо). Враховуючи це, в роботі проведено аналіз сучасного стану розробки аеростатних і дирижабельних систем різного призначення. На базі цього аналізу виявлено переваги та недоліки застосування апаратів легших за повітря для польотів в щільних шарах атмосфери Землі, а також сформовано перелік проблемних аспектів їх експлуатації для різного призначення. Також показано, що дирижабельні системи можуть бути використані як ефективний елемент систем протиповітряної оборони від небезпечних безпілотних літальних апаратів.

З огляду на це, метою дослідження є виявлення проблемних аспектів проєктування дирижабельних систем для застосування у якості засобів захисту об’єктів критичної інфраструктури України від небезпечних безпілотних літальних апаратів. Так, для досягнення мети, в роботі проаналізовано сучасний стан розвитку матеріалів, з яких виготовляються оболонки і елементи конструкцій сучасних дирижаблів, особливості розробки їх систем навігації та керування, а також вантажопідйомність в залежності від габаритних параметрів аеростата. В результаті цього сформовано технічні вимоги до розробки аеростатних засобів дирижабельного типу для захисту повітряного простору та критичної інфраструктури, а також визначено шляхи для наукових досліджень, що спрямовані на рішення проблемних аспектів проєктування цих систем.

ПОСИЛАННЯ

1. Manikandan M., Pant R. S. Research and advancements in hybrid airships–A review. Progress in Aerospace Sciences. 2021. V. 127. Art. 100741. https://doi.org/10.1016/j.paerosci.2021.100741

2. Dasaradhan B., Das B. R., Sinha M. K., Kumar K., Kishore B., Prasad N. E. A brief review of technology and materials for aerostat application. Asian Journal of Textile. 2018. V. 8. Pp. 1–12. https://doi.org/10.3923/ajt.2018.1.12

3. GAO, Defense acquisitions: Future aerostat and airship investment decisions drive oversight and coordination needs, United States Government Accountability Office, Report GAO-13-81, Washington D.C., 2012, 69 pp. URL: https://www.gao.gov/assets/gao-13-81.pdf (Last accessed on March 25, 2026).

4. Byelyaev D. M., Rasstryghin O. O., Semeniuk R. P., Bunakov V. P. Analysis of the world's experience in the use of military aerostat aircraft and prospects for their use in the Armed Forces of Ukraine. Ozbroyennia ta Viiskova Tekhnika.2015. V. 7. No. 3. Pp. 67–72. (In Ukrainian).
https://doi.org/10.34169/2414-0651.2015.3(7).67-72

5. Kumar A., Sati S. C., Ghosh A. K. Design, testing, and realisation of a medium size aerostat envelope, Defence Science Journal. 2016. V. 66. No. 2. Pp. 93–99.

6. Orlov V. V., Korkin O. Yu., Kovalishin S. S., Naumov O. I. Placement of robotic missile defense complexes on an unmanned air vehicle. Zbirnyk Naukovykh Prats Viiskovoi Akademii. 2023. No. 2 (20). Pp. 108–116. (In Ukrainian). https://doi.org/10.37129/2313-7509.2023.20.108-116

7. Frontliner / Texty.org.ua, Drones on an aerostat: Ukraine is developing a new complex to counter Shaheds. 2025. URL: https://texty.org.ua/fragments/114662/drony-na-aerostati-v-ukrayini-rozroblyayut-novyj-kompleks-dlya-protydiyi-shahedam-foto/ (Last accessed on March 25, 2026).

8. Carrión M., Steijl R., Barakos G. N., Stewart D. Analysis of hybrid air vehicles using computational fluid dynamics. Journal of Aircraft. 2016. 2016. V. 53. No. 4. Pp. 1001–1012. https://doi.org/10.2514/1.C033402

9. Pai A., Manikandan M. A comparative study of aerodynamic characteristics of conventional and multi-lobed airships. The Aeronautical Journal. 2025. V. 129. Pp. 2435–2459. https://doi.org/10.1017/aer.2025.39

10. Lv J., Zhou Y., Zhang Y., Nie Y., Wang Q. Study of performance of aerostat envelope materials on the coast. Frontiers in Materials. 2022. V. 9. Art. 992984. https://doi.org/10.3389/fmats.2022.992984

11. Kayenzemale J. I., Ibwe K. S. Energy-efficient tethered aerostat platforms for providing last-mile connectivity in national parks. Journal of Electrical Systems and Information Technology. 2025. V. 12. Art. 7. https://doi.org/10.1186/s43067-025-00197-x

12. Ram C. V., Pant R. S. Multidisciplinary shape optimization of aerostat envelopes. Journal of Aircraft. 2010. V. 47. Pp. 1073–1076. https://doi.org/10.2514/1.46744

13. Rajani A., Pant R. S., Sudhakar K. Dynamic stability analysis of a tethered aerostat. Journal of Aircraft. 2010. V. 47. Pp. 1531–1538. https://doi.org/10.2514/1.47010

14. Adak B., Joshi M. Coated or laminated textiles for aerostat and stratospheric airship. In: Advanced Textile Engineering Materials. H. R. Mattila (Ed.). Hoboken: Wiley. 2018. Pp. 191–214. https://doi.org/10.1002/9781119488101.ch7

15. Kim D.-M. et al. Mechanical property characterization of film-fabric laminate for stratospheric airship envelope. Composite Structures. 2007. V. 79. No. 3. Pp. 351–359.

16. Cao M., Qu S., Li J., Lv M. Thermoelasticity of a fabric membrane composite for the stratospheric airship envelope based on multiscale models. Applied Composite Materials. 2017. V. 24. No. 1. Pp. 209–220. https://doi.org/10.1007/s10443-016-9522-3

17. Liggett P. E., Carter D. L., Dunne A. L., Darjee D. H., Placko G. W., Mascolino A. I., McEowen L. J. Metallized flexible laminate material for lighter-than-air vehicles. US Patent US8524621B2. 2013. Pp. 1–10.

18. Zhai H., Euler A. Material challenges for lighter-than-air systems in high altitude applications. AIAA Aviation, Technology, Integration and Operations Conference (ATIO). 2005. Pp. 1–12. https://doi.org/10.2514/6.2005-7488

19. Lai Z., Tang M., Hu X., Shu X., Huang W., Pan Y. Dynamics modeling and motion evaluation of a near-ground tethered balloon cable system under severe wind environments. Actuators. 2024. V. 13. No. 10. Art. 402. https://doi.org/10.3390/act13100402

20. Stockbridge C., Ceruti A., Marzocca P. Airship research and development in the areas of design, structures, dynamics and energy systems. Int. J. of Aeronaut. Space Sci. 2012. V. 13. Iss. 2. Pp. 170–187. https://doi.org/10.5139/IJASS.2012.13.2.170

21. Pillai A.S., Oruganti V. R. M. Modelling and simulation of aerodynamic parameters of an airship. Advances in Science, Technology and Engineering Systems Journal. 2020. V. 5. Pp. 167–176. https://doi.org/10.25046/aj050420

22. Husynin V. P., Husynin A. V. Dirigible Aeronautics. Kyiv: Kafedra, 2012. 364 pp. (In Ukrainian).

23. Mano S., Ajay Sriram R., Vinayagamurthy G., Nadaraja Pillai S., Pasha A. A., Reddy D. S. K., Rahman M. M. Effect of a circular slot on hybrid airship aerodynamic characteristics. Aerospace. 2021. V. 8. No. 6. Art. 166. https://doi.org/10.3390/aerospace8060166

24. Zhang L., Lv M., Sun C., Meng J. Flight performance analysis of hybrid airship considering added mass effects. Journal of Dynamic Systems, Measurement and Control, Transactions of the ASME. 2018. V. 140. Art. 111001. https://doi.org/10.1115/1.4040220

25. Gomes S. B. V., Ramos J. G. Airship dynamic modeling for autonomous operation. Proceedings of the IEEE International Conference on Robotics and Automation. 1998. Pp. 3462-3467. https://doi.org/10.1109/ROBOT.1998.680973