- Kakšna je izvedljivost brezpilotnih letal na sončno energijo?
- Za sončne celice je potrebna velika površina
- Zbiranje in uporaba sončne energije
- Kakšna je rešitev potem?
- Nedavni napredek, ki se je zgodil pri brezpilotnih letalih na sončno energijo
- HAWK30 - Psevdosateliti na visoki nadmorski višini (HAPS)
- SB4 Phoenix
- Korejski Drone EAV3 na sončni pogon
Kot je FAA napovedala že nekaj let nazaj, se je prodaja brezpilotnih letal v komercialne namene močno povečala, prav tako pa tudi svetovna zmogljivost sončne energije. Ti dve tehnologiji sta skupaj vzbudili upanje, da bodo brezpilotni letalniki na sončni pogon leteli visoko na nebu. Številna majhna zasebna podjetja, veliki tehnološki in letalski giganti, kot so Airbus, Boeing, Google, AeroVironment, Sunbirds SAS, Sunlight Aerospace itd., So že nekaj časa na trgu in si močno prizadevajo za razvoj brezpilotnih letal na sončni pogon.
Osredotočenost na večjo uporabo obnovljivih virov energije naj bi v večji meri spodbudila rast trga, uporaba brezpilotnih zrakoplovov v zračnem fotografiranju, sončnem kmetovanju, zbiranju podatkov, kmetijskem kmetovanju, rudarstvu itd. Pa spodbuja rast trg brezpilotnih letal na sončni pogon. Glede na poročilo svetovnega trga brezpilotnih zrakoplovov s sončno energijo 2020–2024 naj bi trg brezpilotnih zrakoplovov s sončno energijo do leta 2024 zrasel za 485,46 milijona dolarjev in napredoval po 10-odstotnem CAGR.
Nedvomno so brezpilotni zrakoplovi na sončni pogon pokazali zanimive zmogljivosti za veliko nadmorsko višino in dolgo vzdržljivost, toda trenutni brezpilotni zrakoplovi na sončni pogon so izjemno lahki in krhki ter imajo majhen tovor. Kar zadeva težo in zajeto energijo, so sončni kolektorji vedno bolj učinkoviti, vprašanje, na katerega je treba še odgovoriti, pa je - kako izvedljivi so brezpilotni letalniki na sončni pogon in s kakšnimi tehničnimi težavami se srečujejo letalska podjetja? O UAV-jih, njihovih vrstah in njihovi uporabi smo podrobno govorili v enem od naših člankov. Danes smo se odločili osvetliti drone, ki jih poganja sonce, njihovo izvedljivost in tehnične težave.
Kakšna je izvedljivost brezpilotnih letal na sončno energijo?
Vremenska odvisnost, odsotnost strogih predpisov, naraščajoči incidenti UAV itd. So glavni dejavniki, ki zmanjšujejo možnost izvedbe UAV na sončni pogon. Tehnično gledano sonce zagotavlja 100-odstotno energijo, za brezpilotno letalo, ki ga lahko shranjuje in uporablja sončno energijo, je potrebno veliko območje, na katerem je mogoče namestiti sončne celice. Poleg tega morajo biti sončne celice 100% učinkovite. Pogovorimo se o težavah / izzivih, ki jih je treba rešiti za brezpilotni letal na sončni pogon, da bi povečali zbiranje sončne energije.
Za sončne celice je potrebna velika površina
Brezpilotni letalniki na sončno energijo imajo nizke stroške vzdrževanja in zagotavljajo večje zmanjšanje ogljičnega odtisa, toda za zagotovitev visoke učinkovitosti je za namestitev sončnih kolektorjev potrebna velika površina. Sončni kolektorji v brezpilotnih letalih, ki jih poganja sonce, so nameščeni na pritrjenih krilih. Večje kot so plošče, več moči vsrkajo sonce. Izjemno povečanje velikosti drona lahko pomaga pri optimalnem izkoriščanju sončne energije in v tem je težava. Zajetni sončni kolektorji sploh niso izvedljivi za uporabo brezpilotnih letal. S tem problemom se ukvarjajo različna podjetja, ki se ukvarjajo s prilagodljivimi, tankimi in lahkimi sončnimi kolektorji naslednje generacije, ki se pogosto uporabljajo.
Zbiranje in uporaba sončne energije
Ker se pridobljena sončna energija s časom bistveno spreminja, se izpad električne energije UAV na sončni pogon temu ustrezno spreminja. Verjetnost izpada energije je zjutraj velika zaradi manjše obrabljene moči in še naprej narašča do poldneva. Po poldnevu se pridobljena moč zmanjša in tudi izpad energije zmanjša. Med poldnevom je pridobljena sončna energija razmeroma večja. Zato se čas polnjenja baterije na enako raven zmanjša.
Kakšna je rešitev potem?
Zaradi povečanja zmogljivosti sončne energije za proizvodnjo električne energije na svetovnem trgu brezpilotnih letalnikov poteka več napredkov. Poleg tega organizacije raziskujejo nove možnosti uporabe brezpilotnih zrakoplovov s sončno energijo za različne namene in reševanje težav v svetovnem merilu. S to uporabo brezpilotnih zrakoplovov v različnih panogah potekajo raziskave, ki nadomeščajo strukturne komponente UAV z napravami za shranjevanje in generiranje energije, da bi izboljšali vzdržljivost letenja in zmogljivosti UAV na sončni pogon.
Namestitev sončnih celic na drone ni edina tehnologija brezpilotnih letal, pri kateri potekajo raziskave in razvoj. Letalska podjetja si prizadevajo za zmanjšanje parazitske teže, ki je velika zaradi potrebnih elektroenergetskih sistemov na krovu. Prizadevajo si tudi za vključitev litij-polimernih baterij in naprav za proizvodnjo energije, kot so sončne celice. Različne naprave za brezplačno proizvodnjo energije, tj. za učinkovito letenje drona se uporabljajo strukturne naprave za shranjevanje energije, termoelektrični generatorji, strukturne sončne celice itd. Poleg tega si prizadevajo izboljšati razmerje med močjo in težo letala in konstrukciji omogočiti, da vzdrži različne nazivne in nenazivne aerodinamične obremenitvene pogoje, ki bi jih lahko imela med letom.
Polnilnike za sončna drevesa in EV razvijajo podjetja, kot je Envision Solar. To kalifornijsko podjetje je zasnovalo tudi EV ARC (ki deluje kot brezpilotni polnilnik) za reševanje težav, povezanih z razdaljo in dosegom. UAV ARC je popolnoma off-omrežja in je opremljen z baterijami, ki daje izdelek veliko bolj prilagodljiva. Naprava ni namenjena samo za polnjenje flot brezpilotnih letal, temveč tudi za zbiranje informacij o sončnih brezpilotnih letalih in poročanje o učinkovitosti poročanja.
Imeli smo priložnost za pogovor s Shweto Patil, strokovnjakinjo za tehnologijo pri ISPAGRO Robotics, in razumeli smo nekatere tehnološke vidike pri oblikovanju brezpilotnih letal na sončni pogon in tudi njihovo izvedljivost. Tukaj je povedala:
Nedavni napredek, ki se je zgodil pri brezpilotnih letalih na sončno energijo
Od leta 2017, ko je Facebookov brezpilotni letalnik z razponom kril Boeinga 737 odletel v leto 2019, ko je kitajski brezpilotni letalnik na sončno energijo - Meiying letel 10-urni dolgi poleti v slabo osvetljeni zimi; več brezpilotnih letal na sončni pogon je izvedlo preizkusne polete. Medtem ko so se nekateri izkazali za uspešne, nekateri potrebujejo izboljšave na različnih področjih. Pred kratkim je brezpilotni letal SB4 Phoenix, ki ga poganja Sunbirds, poletel in dvakrat prečkal Rokavski preliv, od Sangatte do Doverja pa je zaokrožil. Poglejmo si pobližje nekatere brezpilotne letalnice, ki jih poganja sončna energija in so nedavno poletele.
HAWK30 - Psevdosateliti na visoki nadmorski višini (HAPS)
To je brezpilotni zrakoplov, dolgotrajen na sončni pogon, razvit v partnerstvu med tokijsko podružnico SoftBank HAPSMobile in ameriškim obrambnim izvajalcem AeroVironment. HAWK30 je septembra 2019 opravil testni let v NASA-jevem raziskovalnem centru v Kaliforniji, trenutno pa naj bi začel zagotavljati storitve, ki temeljijo na HAPS, do leta 2023. Dron je izdelan iz lahkih materialov, ima 10 propelerjev in 256-metrski razpon kril. Sončne celice so nameščene na površini kril za napajanje litij-ionske baterije z visoko gostoto energije, ki UAV omogoča, da nadaljuje letenje in oddajanje tudi po sončnem zahodu.
SB4 Phoenix
Ta popolnoma avtonomni brezpilotni zrakoplov Sunbirds, ki ga poganja sonce, je poletel 14. septembra 2020, ko je dvakrat prečkal Rokavski preliv in od Sangatta do Doverja odpotoval nazaj. Ta lahek brezpilotni letalnik je dosegel 100 km in 2 uri 21 minut. let nad morjem iz ene države v drugo s 100% napolnjenimi baterijami ob prihodu.
Korejski Drone EAV3 na sončni pogon
Pred kratkim je EAV3, ki ga je izdelal Korejski inštitut za vesoljsko raziskovanje (KARI), zaključil svoj najdaljši neprekinjen let 53 ur na visoki nadmorski višini, kjer zraka ni bilo dovolj. Ta UAV na sončno energijo je opremljen z ultraenergijsko gostimi celicami, dolg je 9 m, z razponom kril 20 m in tehta približno 21 kg (46 lbs). V stratosferi je 16 ur letel na višini 12-18 kilometrov in podrl rekord brezpilotnega letala na sončni pogon, ki je leta 2016 opravil 90-minutni let na višini 18 kilometrov.
Google / Titan Aerospace: Solara 50 Boeing / DARPA: SolarEagle, Aurora Flight Sciences: Odisej, BAE Sistemi: PHASA-35, Kitajska akademija za vesoljsko aerodinamiko (CAAA): Caihong (Rainbow) T-4, Facebook / Ascenta: Aquila, Airbus: Zephyr-S so nekateri drugi brezpilotni letalniki na sončni pogon, ki so bili zasnovani in razviti v zadnjih nekaj letih.
Če vidimo rešitve in opazimo, da se vedno več podjetij pridružuje temu, je težko ne napovedati svetlih možnosti, ki jih čakajo UAV na sončni pogon. Po vsem svetu si aktivno prizadevajo za razvoj te tehnologije, ki se bo uporabljala za letala, predvsem zato, ker lahko naloge izvaja na okolju prijazen način z nižjimi stroški. Od pomoči pri različnih vojaških operacijah, zbiranja podatkov in dostave z brezpilotnimi letali za pomoč pri katastrofah in trgovci na drobno so brezpilotni zrakoplovi na sončni pogon bistveno bolj učinkoviti in gospodarni pri doseganju stvari. Ne bomo se zmotili, če bomo poklicali UAV na sončni pogon in naslednjo veliko stvar!