Sistemele electrice de propulsie sunt utilizate în mod activ în vehiculele aeriene moderne fără pilot și oferă performanțe ridicate de zbor. O creștere suplimentară a parametrilor cheie poate fi realizată prin utilizarea energiei solare. Au fost dezvoltate o serie de drone experimentale alimentate cu energie solară - dar niciunul dintre proiecte nu a fost încă pus în funcțiune cu rezolvarea problemelor reale.
Cu participarea NASA
La începutul anilor șaptezeci și optzeci, compania americană AeroVironment făcea cercetări în domeniul energiei solare pentru avioane. În 1983, a primit ordinul de la NASA de a crea un UAV experimental capabil să arate caracteristici de înaltă performanță. Primul proiect al noii serii a fost numit HALSOL (High Altitude Solar). Ulterior a fost redenumit Pathfinder.
În același an, a avut loc primul zbor al unei drone cu experiență, dar testele au fost recunoscute ca nereușite din cauza nivelului insuficient de dezvoltare a tehnologiilor cheie. Finalizarea proiectului a continuat până în 1993, când au fost reluate testele. Destul de curând, Pathfinder a arătat toate avantajele noilor tehnologii și componente. De-a lungul anilor, UAV a stabilit o serie de recorduri de altitudine și durata zborului pentru vehiculele cu energie solară.
În 1998, o dronă experimentată a fost modernizată conform proiectului Pathfinder Plus. Reproiectarea și introducerea de noi componente electrice au permis îmbunătățirea performanței din nou și au fost stabilite noi recorduri. În aceeași perioadă, UAV-urile Centurion și Helios Prototype au fost create cu un aspect similar, dar cu caracteristici diferite.
UAV-urile experimentate de la NASA și AeroVironment au fost construite conform schemei generale. Elementul principal de design a fost o aripă cu un raport de aspect mare, de la 29,5 m (Pathfinder) la 75 m (Helios). Pe aripă, au fost instalate motoare electrice cu șuruburi de tragere (de la 6 la 14 unități) și nacele cu tren de aterizare și echipament. Toate vehiculele din serie aveau telecomandă și puteau transporta o anumită sarcină utilă.
Suprafața maximă posibilă a aripilor a fost acordată panourilor solare. În proiectul Pathfinder, au oferit o putere de 7,5 kW, iar în Centurion ulterior au reușit să obțină mai mult de 30 kW. Bateriile reîncărcabile au fost utilizate ca sursă de alimentare de rezervă. Pilele de combustibil au fost, de asemenea, utilizate în experimentele ulterioare.
Dronele experimentale nu aveau o viteză mare de zbor. Aripa dreaptă largă a limitat acest parametru la 30-45 km / h. În același timp, zborurile record au fost efectuate la altitudini de 24-29 km și au durat cel puțin 12-18 ore.
Seriale europene
Din 2003, s-au lucrat la proiecte din seria Zephyr. Inițial, noul UAV a fost creat de compania britanică QinetiQ, dar ulterior lucrarea a fost transferată către departamentul militar Airbus. Scopul proiectului a fost crearea unei drone cu energie solară la mare altitudine, cu o durată lungă de zbor, capabilă să transporte echipamente de supraveghere.
La mijlocul deceniului, au început testele pe un aparat demonstrativ cu tehnologie redusă. Zephyr 6 a demonstrat potențialul designului în ansamblu și al elementelor sale individuale. În 2008, acest UAV a urcat la o altitudine de 19 km. Apoi a apărut prototipul de dimensiuni complete Zephyr 7. În iulie 2010, a stabilit un record de durată a zborului de peste 14 zile. În 2018, un alt prototip, Zephyr 8 (Zephyr S), a rămas în aer aproape 26 de zile.
UAV-urile din seria Airbus Zephyr primesc o aripă mare de aspect cu vârfuri ridicate. Cel mai mare Zephyr 8 are o anvergură a aripilor de 28 m. Greutate - până la 50-70 kg, dintre care nu mai mult de 5 kg cade pe sarcina utilă. Motoarele electrice sunt situate pe marginea anterioară a aripii; în partea din spate este atașat un braț subțire de coadă cu penaj. Aproape toată suprafața superioară a aripii este dată panourilor solare. În plus, UAV-ul are acumulatori pentru a asigura zborul în absența soarelui. Viteza de zbor nu depășește 50-60 km / h, cu toate acestea, scopul proiectului a fost de a obține o raza de acțiune, altitudinea și durata ridicate.
Dezvoltarea proiectelor din seria Zephyr continuă. Îmbunătățirea mașinilor existente se realizează pentru a îndeplini sarcini reale, precum și crearea de noi eșantioane cu caracteristici diferite. În prezent, astfel de UAV-uri sunt considerate purtători de echipamente de supraveghere, echipamente electronice etc.
De la echipaj la fără echipaj
Un interes deosebit este proiectul Solar Impulse al companiei elvețiene cu același nume. El propune construirea de aeronave cu echipaj solar. Din 2009, două mașini similare participă la testele de zbor. De-a lungul timpului, compania de dezvoltare și-a anunțat intenția de a crea o versiune fără pilot a aeronavei existente.
În noiembrie 2019, Solar Impulse, cu asistența lui Leonardo și Northrop Grumman, a finalizat conversia unuia dintre avioanele prototip într-un UAV. Testele de zbor au fost programate pentru 2020-21, iar la începutul anilor douăzeci, este posibilă lansarea unei producții la scară mică în interesul clienților reali. Se crede că o astfel de dronă are un avantaj competitiv sub formă de caracteristici de înaltă performanță.
Solar Impulse 2, reconstruit într-un UAV, are o aripă dreaptă cu o lungime de 72 m, sub care sunt instalate un fuzelaj ușor și patru nacele de motoare electrice. A fost utilizată o combinație de panouri solare și acumulatori; putere maximă 66 kW. Avionul a dezvoltat o viteză de până la 140 km / h și a urcat 12 km. Caracteristicile de proiectare ale modificării fără pilot vor fi mai mari. În special, durata zborului va fi mărită la 90 de zile.
Perspective limitate
În ultimele decenii, s-au înregistrat progrese semnificative în domeniul UAV-urilor solare. Sunt dezvoltate și introduse noi tipuri de panouri, baterii și motoare electrice cu caracteristici îmbunătățite; materialele moderne sunt utilizate în construcția de cadre, asigurând durabilitate și greutate redusă. În același timp, în ciuda tuturor eforturilor, astfel de drone nu au ajuns încă la operațiuni depline.
În ciuda tuturor eforturilor oamenilor de știință, panourile solare nu sunt încă foarte puternice. Ca rezultat, sub ele este necesar să se dea suprafața maximă posibilă în timp ce ușurăm simultan structura. Numai în astfel de condiții există suficientă energie pentru a alimenta motoarele și a reîncărca bateriile. În plus, sunt necesare măsuri pentru menținerea sursei de alimentare a motoarelor, indiferent de intensitatea luminii incidente sau în absența acesteia.
Drept urmare, o aeronavă cu pilot sau UAV, construită chiar cu utilizarea tehnologiilor avansate, se dovedește a fi mare și costisitoare, dar nu poate transporta o sarcină utilă semnificativă. Cu toate acestea, este capabil să prezinte caracteristici de zbor ridicate și, prin urmare, prezintă un anumit interes practic.
Capacitatea de a zbura mult timp la altitudini mari poate fi utilă atunci când se efectuează recunoașterea sau se monitorizează situația în diferite situații. Sunt propuse, de asemenea, proiecte pentru „sateliții atmosferici” - vehicule aeriene fără pilot cu durată lungă de zbor cu echipamente pentru transmiterea semnalelor radio. Se așteaptă ca o astfel de tehnologie să poată sta într-o anumită zonă pentru o lungă perioadă de timp și să asigure o comunicare constantă, fiind o înlocuire mai ușoară și mai ieftină a navelor spațiale.
Evident, la nivelul actual al caracteristicilor tactice și tehnice, UAV-urile cu energie solară nu pot fi cele de luptă. Capacitatea de transport limitată nu va permite luarea de muniție mare, iar aspectul caracteristic va crește vizibilitatea pentru orice mijloc de detectare. Cu toate acestea, dronele de recunoaștere și repetitoarele pot fi, de asemenea, de interes pentru armate.
UAV-urile solare sunt în curs de dezvoltare în mai multe țări și s-au înregistrat progrese semnificative. Caracteristicile acestor echipamente cresc treptat și, în viitorul previzibil, primele probe sunt destul de capabile să ajungă la o funcționare reală. Cu toate acestea, această direcție nu trebuie supraestimată. În practică, astfel de drone vor deveni probabil un mijloc eficient de a umple nișe specifice în care își pot realiza întregul potențial și nu prezintă dezavantaje inerente.
