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 con energía solar, pero ninguno de los proyectos se ha llevado a cabo en pleno funcionamiento con la solución de problemas reales.
Con la participación de la NASA
A finales de los años setenta y ochenta, la empresa estadounidense AeroVironment realizaba investigaciones en el campo de la energía solar para aeronaves. En 1983, recibió una orden de la NASA para crear un UAV experimental capaz de mostrar características de alto rendimiento. 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 todos los beneficios 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.
En 1998, se actualizó un dron experimentado de acuerdo con el proyecto Pathfinder Plus. Los rediseños 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 principal de diseño fue un ala de gran relación de aspecto que se extendía desde 29,5 m (Pathfinder) hasta 75 m (Helios). En el ala se instalaron motores eléctricos con tornillos de tracción (de 6 a 14 unidades) y góndolas con tren de aterrizaje y equipamiento. Todos los vehículos de la serie tenían control remoto y podían transportar algo de carga útil.
El área máxima posible del ala se dedicó a los paneles solares. En el proyecto Pathfinder, produjeron una potencia de 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.
Los drones experimentales no tenían una alta velocidad de vuelo. El ala recta de gran envergadura limitaba 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.
Los UAV de la serie Airbus Zephyr reciben un ala de gran relación de aspecto con puntas elevadas. El Zephyr 8 más grande tiene una envergadura de 28 m. Peso: hasta 50-70 kg, de los cuales no más de 5 kg caen sobre la carga útil. Los motores eléctricos están ubicados 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 cuenta con acumuladores para asegurar el vuelo en ausencia de luz solar. La velocidad de vuelo no supera los 50-60 km / h, sin embargo, el objetivo del proyecto era obtener un alto rango, altitud y duración.
Continúa el desarrollo de los proyectos de la serie Zephyr. Se lleva a cabo la mejora de máquinas existentes con el fin de cumplir tareas reales, así como se crean nuevas muestras con diferentes características. Por el momento, estos vehículos aéreos no tripulados se consideran portadores de equipos de vigilancia, equipos electrónicos, etc.
De tripulado a no tripulado
De especial 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.
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 envergadura de 72 m, bajo la cual se instalan un fuselaje liviano y cuatro góndolas de motores eléctricos. Se utilizó una combinación de paneles solares y acumuladores; potencia pico 66 kW. El avión desarrolló una velocidad de hasta 140 km / hy ascendió 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 fuselajes, lo que garantiza durabilidad y bajo peso. Al mismo tiempo, a pesar de todos los esfuerzos, dichos drones aún no han alcanzado una operación completa.
A pesar de todos los esfuerzos de los científicos, los paneles solares aún no son muy poderosos. Como resultado, tienen que darles el máximo 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 lo 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": vehículos aéreos no tripulados de larga duración de vuelo con equipo para transmitir señales de radio. Se espera que dicha técnica 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.
Obviamente, en el 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 munición grande, 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 UAV 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.
