Baterías solares para UAV
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, el primer vuelo de un avión experimental zumbido, sin embargo, las pruebas se consideraron infructuosas debido al nivel insuficiente de desarrollo de las tecnologías clave. La finalización del proyecto continuó hasta 1993, cuando se reanudaron las pruebas. Rápidamente, Pathfinder mostró todas las ventajas de las nuevas tecnologías y componentes. Durante varios años, el UAV ha establecido varios 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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