Os sistemas de propulsão elétrica são usados ativamente em veículos aéreos não tripulados modernos e fornecem alto desempenho de vôo. Um maior crescimento de parâmetros-chave pode ser alcançado usando a energia solar. Uma série de UAVs movidos a energia solar experimental foram desenvolvidos - mas nenhum dos projetos ainda foi trazido para operação de pleno direito com a solução de problemas reais.
Com a participação da NASA
Na virada dos anos setenta e oitenta, a empresa americana AeroVironment realizava pesquisas na área de energia solar para aeronaves. Em 1983, ela recebeu um pedido da NASA para criar um UAV experimental capaz de apresentar características de alto desempenho. O primeiro projeto da nova série foi denominado HALSOL (High Altitude Solar). Posteriormente, foi renomeado Pathfinder.
No mesmo ano, ocorreu o primeiro voo de um drone experiente, mas os testes foram considerados malsucedidos devido ao nível insuficiente de desenvolvimento das principais tecnologias. A finalização do projeto continuou até 1993, quando os testes foram retomados. Em breve, o Pathfinder mostrou todos os benefícios das novas tecnologias e componentes. Ao longo dos anos, o UAV estabeleceu uma série de recordes de altitude e duração de vôo para veículos movidos a energia solar.
Em 1998, um drone experiente foi atualizado de acordo com o projeto Pathfinder Plus. O redesenho e a introdução de novos componentes elétricos permitiram que o desempenho fosse melhorado novamente e novos recordes foram alcançados. No mesmo período, os UAVs Centurion e Helios Prototype foram criados com aparência semelhante, mas com características diferentes.
UAVs experientes da NASA e AeroVironment foram construídos de acordo com o esquema geral. O principal elemento de design foi uma asa com grande proporção de largura de 29,5 m (Pathfinder) a 75 m (Helios). Na asa, foram instalados motores elétricos com parafusos de tração (de 6 a 14 unidades) e nacelas com trem de pouso e equipamentos. Todos os veículos da série tinham controle remoto e podiam carregar alguma carga útil.
A área de asa máxima possível foi destinada a painéis solares. No projeto Pathfinder, eles deram potência de 7,5 kW, e no Centurion posterior eles conseguiram obter mais de 30 kW. Baterias recarregáveis foram usadas como fonte de alimentação de reserva. As células de combustível também foram usadas em experimentos posteriores.
Os drones experimentais não tinham uma alta velocidade de vôo. A asa reta de grande envergadura limitou este parâmetro a 30-45 km / h. Ao mesmo tempo, voos recordes foram feitos em altitudes de 24-29 km e duraram pelo menos 12-18 horas.
Série européia
Desde 2003, trabalhamos em projetos da série Zephyr. Inicialmente, o novo UAV foi criado pela empresa britânica QinetiQ, mas posteriormente o trabalho foi transferido para o departamento militar da Airbus. O objetivo do projeto era criar um drone movido a energia solar de alta altitude com uma longa duração de voo, capaz de transportar equipamentos de vigilância.
Em meados da década, começaram os testes em um aparelho demonstrador de tecnologia reduzida. Zephyr 6 demonstrou o potencial do design como um todo e seus elementos individuais. Em 2008, este UAV subiu a uma altitude de 19 km. Em seguida, veio o protótipo em tamanho real do Zephyr 7. Em julho de 2010, ele estabeleceu um recorde de duração de vôo de mais de 14 dias. Em 2018, outro protótipo, o Zephyr 8 (Zephyr S), permaneceu no ar por quase 26 dias.
Os UAVs da série Airbus Zephyr recebem uma asa de grande formato com pontas levantadas. O maior Zephyr 8 tem uma envergadura de 28 m. Peso - até 50-70 kg, dos quais não mais de 5 kg cai na carga útil. Os motores elétricos estão localizados na ponta da asa; uma lança de cauda fina com plumagem é anexada à parte traseira. Quase toda a superfície superior da asa é destinada a painéis solares. Além disso, o UAV possui acumuladores para garantir o voo na ausência de luz solar. A velocidade de vôo não ultrapassa 50-60 km / h, porém, o objetivo do projeto era obter um alcance elevado, altitude e duração.
O desenvolvimento dos projetos da série Zephyr continua. A melhoria das máquinas existentes é realizada para cumprir tarefas reais, assim como novas amostras com características diferentes são criadas. No momento, tais UAVs são considerados como transportadores de equipamentos de vigilância, equipamentos eletrônicos, etc.
De tripulado para não tripulado
De particular interesse é o projeto Solar Impulse da empresa suíça de mesmo nome. Ele propõe a construção de aeronaves tripuladas movidas a energia solar. Desde 2009, duas máquinas semelhantes participam de testes de vôo. Com o tempo, a empresa de desenvolvimento anunciou sua intenção de criar uma versão não tripulada da aeronave existente.
Em novembro de 2019, o Solar Impulse, com a ajuda de Leonardo e Northrop Grumman, concluiu a conversão de um dos protótipos da aeronave em um UAV. Os testes de voo foram programados para 2020-21 e, no início dos anos 20, é possível lançar a produção em pequena escala no interesse de clientes reais. Acredita-se que tal drone tenha uma vantagem competitiva na forma de características de alto desempenho.
O Solar Impulse 2, reconstruído em um UAV, tem uma asa reta com envergadura de 72 m, sob a qual uma fuselagem leve e quatro naceles de motores elétricos são instalados. Foi usada uma combinação de painéis solares e acumuladores; potência de pico 66 kW. O avião desenvolveu uma velocidade de até 140 km / he subiu 12 km. As características de design da modificação não tripulada serão maiores. Em particular, a duração do voo será aumentada para 90 dias.
Perspectivas limitadas
Nas últimas décadas, houve um progresso significativo no campo dos UAVs solares. Novos tipos de painéis, baterias e motores elétricos com características aprimoradas estão sendo desenvolvidos e introduzidos; materiais modernos são utilizados na construção de fuselagens, garantindo durabilidade e baixo peso. Ao mesmo tempo, apesar de todos os esforços, esses drones ainda não atingiram a operação plena.
Apesar de todos os esforços dos cientistas, os painéis solares ainda não são muito poderosos. Como resultado, sob eles é necessário dar o máximo de área possível e ao mesmo tempo iluminar a estrutura. Somente nessas condições há energia suficiente para alimentar os motores e recarregar as baterias. Além disso, são necessárias medidas para manter a alimentação dos motores independentemente da intensidade da luz incidente ou na sua ausência.
Como resultado, uma aeronave tripulada ou UAV, construído mesmo com o uso de tecnologias avançadas, torna-se grande e caro, mas não pode transportar uma carga útil significativa. No entanto, é capaz de mostrar características de vôo elevadas e, portanto, é de certo interesse prático.
A capacidade de voar por muito tempo em grandes altitudes pode ser útil ao realizar reconhecimento ou monitorar a situação em diferentes situações. Também são propostos projetos para "satélites atmosféricos" - veículos aéreos não tripulados de longa duração de vôo com equipamentos para retransmissão de sinais de rádio. Espera-se que tal tecnologia seja capaz de permanecer por um longo tempo em uma determinada área e fornecer comunicação constante, sendo uma substituição mais fácil e barata para espaçonaves.
Obviamente, no nível atual de características táticas e técnicas, os UAVs movidos a energia solar não podem ser de combate. A capacidade de carga limitada não permitirá levar grandes munições, e a aparência característica aumentará a visibilidade para qualquer meio de detecção. No entanto, drones de reconhecimento e repetidores também podem ser do interesse dos exércitos.
Os UAVs solares estão em desenvolvimento em vários países e houve um progresso significativo. As características de tais equipamentos estão aumentando gradativamente e, em um futuro previsível, as primeiras amostras serão perfeitamente capazes de atingir a operação real. No entanto, essa direção não deve ser superestimada. Na prática, esses drones provavelmente se tornarão um meio eficaz de preencher nichos específicos nos quais eles podem realizar todo o seu potencial e não apresentar desvantagens inerentes.
