Military Review

Baterías solares para UAV

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UAV NASA / AeroVironment en vuelo, 1997 Foto de NASA


Los sistemas de propulsión eléctrica se utilizan activamente en los vehículos aéreos no tripulados modernos y proporcionan un alto rendimiento de vuelo. Se puede lograr un mayor crecimiento de los parámetros clave utilizando energía solar. Se han desarrollado varios vehículos aéreos no tripulados experimentales que funcionan con energía solar, pero ninguno de los proyectos se ha puesto aún en funcionamiento completo con la solución de problemas reales.

Con la participación de la NASA


A finales de los setenta y ochenta, la empresa estadounidense AeroVironment realizaba investigaciones en el campo de la energía solar para aviones. En 1983, recibió una orden de la NASA para crear un UAV experimentado capaz de mostrar un alto rendimiento de vuelo. El primer proyecto de la nueva serie se denominó HALSOL (High Altitude Solar). Más tarde pasó a llamarse Pathfinder.

En el mismo año, tuvo lugar el primer vuelo de un dron experimentado, pero las pruebas se reconocieron como infructuosas debido al nivel insuficiente de desarrollo de tecnologías clave. La finalización del proyecto continuó hasta 1993, cuando se reanudaron las pruebas. Muy pronto, Pathfinder mostró todas las ventajas de las nuevas tecnologías y componentes. A lo largo de los años, el UAV ha establecido una serie de récords de altitud y duración de vuelo para vehículos que funcionan con energía solar.


Pathfinder Plus mejorado (izquierda) y Helios más reciente, 1999. Foto de NASA

En 1998, un dron experimentado se actualizó de acuerdo con el proyecto Pathfinder Plus. El rediseño y la introducción de nuevos componentes eléctricos han permitido volver a mejorar el rendimiento y se han establecido nuevos récords. En el mismo período, se crearon los UAV Centurion y Helios Prototype con una apariencia similar, pero con características diferentes.

Los UAV experimentados de la NASA y AeroVironment se construyeron de acuerdo con el esquema general. El elemento de diseño principal era un ala de gran relación de aspecto con una envergadura de 29,5 (Pathfinder) a 75 m (Helios). En el ala se instalaron motores eléctricos con tornillos de tracción (de 6 a 14 unidades) y góndolas con chasis y equipamiento. Todos los vehículos de la serie estaban controlados de forma remota y podían transportar algo de carga útil.

La mayor superficie de ala posible se destinó a paneles solares. En el proyecto Pathfinder, entregaron 7,5 kW, y en el Centurion posterior lograron obtener más de 30 kW. Se utilizaron baterías recargables como fuente de energía de respaldo. Las pilas de combustible también se utilizaron en experimentos posteriores.


Helios está en juicio. Foto de NASA

Los drones experimentales no tenían una alta velocidad de vuelo. El ala recta de gran envergadura limitó este parámetro a 30-45 km / h. Al mismo tiempo, se realizaron vuelos récord a altitudes de 24-29 km y duraron al menos 12-18 horas.

Serie europea


Desde 2003 se trabaja en proyectos de la serie Zephyr. Inicialmente, el nuevo UAV fue creado por la empresa británica QinetiQ, pero luego el trabajo fue transferido al departamento militar de Airbus. El objetivo del proyecto era crear un dron alimentado por energía solar a gran altitud con una larga duración de vuelo, capaz de transportar equipos de vigilancia.

A mediados de la década, comenzaron las pruebas en un aparato demostrador de tecnología reducida. Zephyr 6 demostró el potencial del diseño en su conjunto y sus elementos individuales. En 2008, este UAV subió a una altitud de 19 km. Luego vino el prototipo de tamaño completo Zephyr 7. En julio de 2010, estableció un récord de duración de vuelo de más de 14 días. En 2018, otro prototipo, Zephyr 8 (Zephyr S), permaneció en el aire durante casi 26 días.


Zephyr de la serie UAV despegando, 2018 Foto de Airbus

Los UAV de la serie Airbus Zephyr reciben un ala de gran relación de aspecto con puntas elevadas. La envergadura del Zephyr 8 más grande alcanza los 28 M. El peso es de hasta 50-70 kg, de los cuales no más de 5 kg caen sobre la carga útil. Hay motores eléctricos en el borde de ataque del ala; una pluma de cola delgada con plumaje se adjunta a la parte trasera. Casi toda la superficie superior del ala está dedicada a paneles solares. Además, el UAV tiene acumuladores para volar en ausencia de luz solar. La velocidad de vuelo no supera los 50-60 km / h, pero el objetivo del proyecto era obtener un rango, altitud y duración elevados.

Continúa el desarrollo de los proyectos de la serie Zephyr. Se están mejorando las máquinas existentes para cumplir tareas reales y se están creando nuevas muestras con diferentes características. Por el momento, dichos UAV se consideran portadores de equipos de vigilancia, equipos electrónicos, etc.

De tripulado a no tripulado


De particular interés es el proyecto Solar Impulse de la empresa suiza del mismo nombre. Propone la construcción de aviones tripulados con energía solar. Desde 2009, dos máquinas similares han estado participando en pruebas de vuelo. Con el tiempo, la empresa de desarrollo anunció su intención de crear una versión no tripulada del avión existente.


Volando a gran altura como un "satélite atmosférico". Gráficos de Airbus

En noviembre de 2019, Solar Impulse, con la ayuda de Leonardo y Northrop Grumman, completó la conversión de uno de los prototipos de aviones en un UAV. Las pruebas de vuelo están programadas para 2020-21 y, a principios de los años veinte, es posible lanzar una producción a pequeña escala en interés de los clientes reales. Se cree que dicho dron tiene una ventaja competitiva en forma de características de alto rendimiento.

Solar Impulse 2, reconstruido en un UAV, tiene un ala recta con una luz de 72 m, debajo de la cual se instalan un fuselaje liviano y cuatro góndolas de motores eléctricos. Usó una combinación de paneles solares y baterías; potencia pico 66 kW. El avión desarrolló una velocidad de hasta 140 km / hy escaló 12 km. Las características de diseño de la modificación no tripulada serán mayores. En particular, la duración del vuelo se incrementará a 90 días.

Perspectivas limitadas


En las últimas décadas, ha habido un progreso significativo en el campo de los UAV solares. Se están desarrollando e introduciendo nuevos tipos de paneles, baterías y motores eléctricos con características mejoradas; Se utilizan materiales modernos en la construcción de planeadores, lo que garantiza resistencia y bajo peso. Al mismo tiempo, a pesar de todos los esfuerzos, estos drones aún no han alcanzado una operación completa.


Avión experimental Solar Impulse 2, ahora convertido en un UAV, 2018 Foto Wikimedia Commons

A pesar de todos los esfuerzos de los científicos, los paneles solares aún no son muy poderosos. Como resultado, tienen que darles el máximo de área posible mientras aligeran simultáneamente la estructura. Solo en tales condiciones hay suficiente energía para alimentar los motores y recargar las baterías. Además, se necesitan medidas para mantener el suministro de energía a los motores, independientemente de la intensidad de la luz incidente o en su ausencia.

Como resultado, un avión tripulado o UAV, construido incluso con el uso de tecnologías avanzadas, resulta ser grande y costoso, pero no puede transportar una carga útil significativa. Sin embargo, es capaz de mostrar características de vuelo elevadas y, por tanto, tiene cierto interés práctico.

La capacidad de volar durante mucho tiempo a grandes altitudes puede ser útil al realizar reconocimientos o monitorear la situación en diferentes situaciones. También se proponen proyectos para "satélites atmosféricos": drones de vuelo de larga duración con equipo para transmitir señales de radio. Se espera que dicha tecnología pueda permanecer en un área determinada durante mucho tiempo y proporcionar una comunicación constante, siendo un reemplazo más fácil y económico para las naves espaciales.


Solar Impulse 2 en pruebas, 2014 Foto Wikimedia Commons

Obviamente, al nivel actual de características tácticas y técnicas, los UAV que funcionan con energía solar no pueden ser de combate. La capacidad de carga limitada no permitirá llevar una gran carga de municiones, y la apariencia característica aumentará la visibilidad para cualquier medio de detección. Sin embargo, los drones de reconocimiento y los repetidores también pueden ser de interés para los ejércitos.

Los vehículos aéreos no tripulados solares están en desarrollo en varios países y ha habido un progreso significativo. Las características de dichos equipos van aumentando gradualmente y, en un futuro previsible, las primeras muestras son bastante capaces de alcanzar un funcionamiento real. Sin embargo, esta dirección no debe sobrestimarse. En la práctica, es probable que estos drones se conviertan en un medio eficaz para llenar nichos específicos en los que puedan desarrollar todo su potencial y no mostrar desventajas inherentes.
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  1. Civil
    Civil 26 noviembre 2020 08: 15
    +1
    Las pruebas del primer dron ruso a gran altitud pueden tener lugar antes de finales de 2017, escribe Izvestia con referencia a la ONG Lavochkin.

    Según la publicación, se ha completado la preparación técnica del vehículo aéreo no tripulado de energía solar Aist. Probado a bajas altitudes. El dron está listo para ser probado en la estratosfera.

    Esta noticia fue en 2017 ... que interesante es ahora
  2. Pereira
    Pereira 26 noviembre 2020 09: 25
    0
    Curioso, sí.
    Con una aplicación práctica, no todo está claro.
    1. SAV
      SAV 26 noviembre 2020 11: 19
      +15
      Cita: Pereira
      Con una aplicación práctica, no todo está claro

      Si logra lo planificado, habrá tareas. Cuelgue durante días / semanas sobre el área y al mismo tiempo más cerca que el satélite - estáblecido,
      1. Pereira
        Pereira 26 noviembre 2020 11: 22
        0
        No lo sé. ¿Hay suficiente luz solar para esto?
        1. vadimtt
          vadimtt 26 noviembre 2020 12: 52
          +1
          Todavía no hay suficiente energía para llenar la batería con suficiente energía para la noche durante las horas diurnas del vuelo, sino para pretender ser un satélite, "para siempre" volando tras el sol, ya sin problemas.
          1. Maki Avellevich
            Maki Avellevich 26 noviembre 2020 14: 45
            +1
            Cita: vadimtt
            sino pretender ser un satélite, "eternamente" volando tras el sol - sin ningún problema especial.

            Si asumimos que el dispositivo está volando a nivel del mar, se obtiene lo siguiente:
            la longitud del ecuador es de aproximadamente 40075 km. dividido por 24 horas / día es igual a - 1669 km / h
            a esta velocidad (por encima del ecuador) el aparato debe volar para "fingir ser un satélite", siempre "volando tras el sol"
            es problemático desarrollar tal velocidad con hélices de energía solar.
            1. vadimtt
              vadimtt 27 noviembre 2020 12: 45
              0
              Si, solté algo mal, llámame hi ... Por alguna razón, algo de unos 46 km / h se me quedó en la cabeza. Ahora miré la velocidad del terminador en el ecuador: 463 m / s, para vuelos eléctricos esto no estará disponible durante mucho tiempo. ¿Es eso algún lugar más cercano al Ártico y la Antártida? riendo
          2. Tirador de montaña
            Tirador de montaña 26 noviembre 2020 14: 49
            0
            Cita: vadimtt
            para siempre "volando tras el sol - ya sin ningún problema.

            ¿A una velocidad de unos 900 km / h en latitudes medias? No, esto es demasiado para tales dispositivos ...
            1. kamakama
              kamakama 29 noviembre 2020 12: 51
              0
              Y aquí comienza un cálculo sutil, ligado a la geografía y la temporada.
              En latitudes altas es fácil, el sol no se pone durante seis meses. En latitudes medias, el dispositivo vuela hacia el oeste después del sol, y tan pronto como sale del horizonte, da la vuelta y vuela hacia el este con baterías para encontrarse con el amanecer. Esto le permitirá ganar un par de horas, lo que puede ampliar enormemente el rango de aplicación, por ejemplo, a las latitudes de Moscú o Londres en el verano.
              En latitudes bajas, el enfoque no funcionará. 12:XNUMX de la noche y el día independientemente de la temporada
  3. litio17
    litio17 26 noviembre 2020 19: 55
    +1
    Recordé la película Intrerestelar. Había un super astronauta persiguiendo un UAV. Entonces estoy pensando ...
  4. Saxahorse
    Saxahorse 27 noviembre 2020 00: 04
    0
    La idea es curiosa, pero incluso en apariencia, se obtienen artefactos muy endebles .. Dios no permita que el viento sople.