Elektrinės varomosios sistemos yra aktyviai naudojamos šiuolaikinėse nepilotuojamose orlaiviuose ir užtikrina aukštą skrydžio efektyvumą. Tolesnis pagrindinių parametrų augimas gali būti pasiektas naudojant saulės energiją. Buvo sukurta nemažai eksperimentinių saulės energija varomų UAV, tačiau nė vienas iš projektų dar nebuvo visiškai pradėtas eksploatuoti, sprendžiant realias problemas.
Dalyvauja NASA
Septintojo ir aštuntojo dešimtmečių sandūroje amerikiečių kompanija „AeroVironment“atliko tyrimus lėktuvų saulės energijos srityje. 1983 m. Ji gavo NASA užsakymą sukurti eksperimentinį UAV, galintį parodyti aukšto našumo charakteristikas. Pirmasis naujos serijos projektas buvo pavadintas HALSOL (High Altitude Solar). Vėliau jis buvo pervadintas „Pathfinder“.
Tais pačiais metais įvyko pirmasis patyrusio drono skrydis, tačiau bandymai buvo pripažinti nesėkmingais dėl nepakankamo pagrindinių technologijų išsivystymo lygio. Projekto užbaigimas tęsėsi iki 1993 m., Kai bandymai buvo atnaujinti. Netrukus „Pathfinder“parodė visus naujų technologijų ir komponentų privalumus. Bėgant metams UAV nustatė daugybę saulės energija varomų transporto priemonių aukščio ir skrydžio trukmės rekordų.
1998 metais patyręs dronas buvo atnaujintas pagal projektą „Pathfinder Plus“. Pertvarkymas ir naujų elektros komponentų įvedimas leido vėl pagerinti našumą ir pasiekti naujų rekordų. Tuo pačiu laikotarpiu „Centurion“ir „Helios“prototipai buvo sukurti panašios išvaizdos, tačiau skirtingomis savybėmis.
Patyrę NASA ir „AeroVironment“UAV buvo sukurti pagal bendrą schemą. Pagrindinis dizaino elementas buvo didelis kraštinių santykio sparnas, apimantis nuo 29,5 m („Pathfinder“) iki 75 m („Helios“). Ant sparno buvo sumontuoti elektros varikliai su traukiamaisiais varžtais (nuo 6 iki 14 vienetų) ir nazeliai su važiuokle ir įranga. Visos šios serijos transporto priemonės turėjo nuotolinio valdymo pultą ir galėjo gabenti naudingą krovinį.
Didžiausias galimas sparnų plotas buvo suteiktas saulės baterijoms. Projekte „Pathfinder“jie išleido 7,5 kW galią, o vėliau „Centurion“pavyko gauti daugiau nei 30 kW. Įkraunamos baterijos buvo naudojamos kaip atsarginis energijos šaltinis. Kuro elementai taip pat buvo naudojami vėlesniuose eksperimentuose.
Eksperimentiniai dronai neturėjo didelio skrydžio greičio. Didelio ilgio tiesus sparnas apribojo šį parametrą iki 30–45 km / h. Tuo pačiu metu rekordiniai skrydžiai buvo atlikti 24–29 km aukštyje ir truko mažiausiai 12–18 valandų.
Europos serialas
Nuo 2003 metų buvo dirbama su „Zephyr“serijos projektais. Iš pradžių naująjį UAV sukūrė britų kompanija „QinetiQ“, tačiau vėliau darbas buvo perkeltas į „Airbus“karinį departamentą. Projekto tikslas buvo sukurti aukšto aukščio saulės energija varomą bepiločio orlaivio orlaivį, turintį ilgą skrydžio trukmę, galintį nešiotis stebėjimo įrangą.
Dešimtmečio viduryje pradėti bandymai su sumažintos technologijos demonstraciniu aparatu. „Zephyr 6“pademonstravo viso dizaino ir atskirų jo elementų galimybes. 2008 metais šis UAV pakilo į 19 km aukštį. Tada pasirodė viso dydžio „Zephyr 7.“prototipas. 2010 m. Liepos mėn. Jis pasiekė daugiau nei 14 dienų skrydžio trukmės rekordą. Kitas prototipas „Zephyr 8“(„Zephyr S“) beveik 26 dienas liko ore.
„Airbus Zephyr“serijos UAV gauna didelį kraštinių santykio sparną su pakeltais antgaliais. Didžiausio „Zephyr 8“sparnų plotis yra 28 m. Svoris - iki 50-70 kg, iš kurių ne daugiau kaip 5 kg patenka į naudingąją apkrovą. Elektriniai varikliai yra priekiniame sparno krašte; prie galo pritvirtinta plona uodegos strėlė su plunksna. Beveik visas viršutinis sparno paviršius atiduodamas saulės baterijoms. Be to, UAV turi akumuliatorius, užtikrinančius skrydį nesant saulės spindulių. Skrydžio greitis neviršija 50–60 km / h, tačiau projekto tikslas buvo pasiekti aukštą nuotolį, aukštį ir trukmę.
Tęsiamas „Zephyr“serijos projektų kūrimas. Esamos mašinos tobulinamos siekiant atlikti realias užduotis, taip pat sukuriami nauji skirtingų charakteristikų pavyzdžiai. Šiuo metu tokie UAV laikomi stebėjimo įrangos, elektroninės įrangos ir kt.
Nuo pilotuojamų iki nepilotuojamų
Ypač įdomus yra to paties pavadinimo Šveicarijos įmonės projektas „Solar Impulse“. Jis siūlo statyti saulės energija varomus pilotuojamus orlaivius. Nuo 2009 m. Skrydžio bandymuose dalyvauja dvi panašios mašinos. Laikui bėgant kūrimo kompanija paskelbė apie savo ketinimą sukurti nepilotuojamą esamo orlaivio versiją.
2019 m. Lapkritį „Solar Impulse“, padedant Leonardo ir Northropo Grummano, baigė vieno iš orlaivio prototipų pavertimą UAV. Skrydžio bandymai buvo suplanuoti 2020–21 m., O dvidešimtojo dešimtmečio pradžioje galima pradėti mažos apimties gamybą, siekiant realių klientų interesų. Manoma, kad toks dronas turi konkurencinį pranašumą dėl aukštų eksploatacinių savybių.
„Solar Impulse 2“, perstatytas į UAV, turi tiesų 72 m ilgio sparną, po kuriuo sumontuotas lengvas korpusas ir keturi elektros variklių gaubtai. Buvo naudojamas saulės kolektorių ir akumuliatorių derinys; didžiausia galia 66 kW. Lėktuvas išvystė greitį iki 140 km / h ir pakilo 12 km. Bepilotės modifikacijos konstrukcinės charakteristikos bus didesnės. Visų pirma, skrydžio trukmė bus padidinta iki 90 dienų.
Ribotos perspektyvos
Pastaraisiais dešimtmečiais padaryta didelė pažanga saulės UAV srityje. Kuriamos ir pristatomos naujų tipų plokštės, baterijos ir patobulintos charakteristikos elektros varikliai; lėktuvų korpusų gamyboje naudojamos modernios medžiagos, užtikrinančios ilgaamžiškumą ir mažą svorį. Tuo pačiu metu, nepaisant visų pastangų, tokie bepiločiai orlaiviai dar nepasiekė visaverčio veikimo.
Nepaisant visų mokslininkų pastangų, saulės baterijos dar nėra labai galingos. Dėl to po jais būtina suteikti maksimalų įmanomą plotą, tuo pačiu palengvinant konstrukciją. Tik tokiomis sąlygomis pakanka energijos varikliams maitinti ir baterijoms įkrauti. Be to, reikia imtis priemonių, kad būtų išlaikytas variklių maitinimas, neatsižvelgiant į krintančios šviesos intensyvumą arba jo nebuvus.
Dėl to pilotuojamas orlaivis arba UAV, pastatytas net naudojant pažangias technologijas, pasirodo esąs didelis ir brangus, tačiau negali turėti didelės apkrovos. Tačiau jis gali parodyti aukštas skrydžio charakteristikas, todėl yra tam tikras praktinis interesas.
Galimybė ilgai skristi dideliame aukštyje gali būti naudinga atliekant žvalgybą ar stebint situaciją įvairiose situacijose. Taip pat siūlomi projektai „atmosferos palydovams“- ilgam skrydžiui nepilotuojamoms orlaiviams su radijo signalų perdavimo įranga. Tikimasi, kad tokia technologija galės ilgą laiką išbūti tam tikroje srityje ir užtikrinti nuolatinį ryšį, nes tai bus lengvesnis ir pigesnis erdvėlaivių pakaitalas.
Akivaizdu, kad dabartiniu taktinių ir techninių charakteristikų lygiu saulės energija varomi UAV negali būti koviniai. Ribota keliamoji galia neleis paimti didelių šaudmenų, o būdinga išvaizda padidins bet kokių aptikimo priemonių matomumą. Tačiau žvalgybiniai bepiločiai orlaiviai ir kartotuvai taip pat gali sudominti armijas.
Saulės UAV yra kuriami keliose šalyse ir padaryta didelė pažanga. Tokios įrangos charakteristikos palaipsniui didėja, ir artimiausioje ateityje pirmieji pavyzdžiai yra gana pajėgūs realiai veikti. Tačiau šios krypties nereikėtų pervertinti. Praktiškai tokie dronai greičiausiai taps veiksminga priemone užpildyti konkrečias nišas, kuriose jie gali išnaudoti visą savo potencialą ir nerodyti būdingų trūkumų.
