تُستخدم أنظمة الدفع الكهربائية بنشاط في المركبات الجوية الحديثة بدون طيار وتوفر أداء طيران عاليًا. يمكن تحقيق مزيد من النمو للمعلمات الرئيسية باستخدام الطاقة الشمسية. تم تطوير عدد من الطائرات بدون طيار التجريبية التي تعمل بالطاقة الشمسية - ولكن لم يتم تشغيل أي من المشاريع بكامل طاقتها مع حل مشاكل حقيقية.
بمشاركة ناسا
في مطلع السبعينيات والثمانينيات ، كانت شركة AeroVironment الأمريكية تجري أبحاثًا في مجال الطاقة الشمسية للطائرات. في عام 1983 ، تلقت أمرًا من وكالة ناسا لإنشاء طائرة بدون طيار تجريبية قادرة على إظهار خصائص عالية الأداء. تم تسمية المشروع الأول من السلسلة الجديدة باسم HALSOL (High Altitude Solar). تم تغيير اسمها لاحقًا إلى باثفايندر.
في نفس العام ، تم إجراء أول رحلة لطائرة بدون طيار من ذوي الخبرة ، ولكن تم الاعتراف بأن الاختبارات غير ناجحة بسبب المستوى غير الكافي لتطوير التقنيات الرئيسية. استمر الانتهاء من المشروع حتى عام 1993 ، عندما استؤنفت الاختبارات. بعد فترة وجيزة ، أظهرت الباثفايندر جميع مزايا التقنيات والمكونات الجديدة. على مر السنين ، حددت الطائرة بدون طيار عددًا من سجلات الارتفاع ومدة الرحلة للمركبات التي تعمل بالطاقة الشمسية.
في عام 1998 ، تمت ترقية طائرة بدون طيار من ذوي الخبرة وفقًا لمشروع Pathfinder Plus. سمحت إعادة التصميم وإدخال مكونات كهربائية جديدة بتحسين الأداء مرة أخرى وتم وضع أرقام قياسية جديدة. في نفس الفترة ، تم إنشاء طائرات بدون طيار Centurion و Helios Prototype بمظهر مشابه ، ولكن بخصائص مختلفة.
تم بناء الطائرات بدون طيار ذات الخبرة من NASA و AeroVironment وفقًا للمخطط العام. كان عنصر التصميم الرئيسي عبارة عن جناح ذو نسبة عرض إلى ارتفاع كبيرة يمتد من 29.5 مترًا (باثفايندر) إلى 75 مترًا (هيليوس). على الجناح ، تم تركيب محركات كهربائية مزودة بمسامير سحب (من 6 إلى 14 وحدة) و nacelles مع معدات الهبوط والمعدات. جميع المركبات في السلسلة لديها جهاز تحكم عن بعد ويمكن أن تحمل بعض الحمولة.
تم إعطاء أقصى مساحة ممكنة للجناح للألواح الشمسية. في مشروع Pathfinder ، أعطوا طاقة 7.5 كيلو واط ، وفي سنتوريون اللاحقة تمكنوا من الحصول على أكثر من 30 كيلو واط. تم استخدام البطاريات القابلة لإعادة الشحن كمصدر طاقة احتياطي. كما تم استخدام خلايا الوقود في تجارب لاحقة.
لم يكن للطائرات التجريبية بدون طيار سرعة طيران عالية. حدد الجناح المستقيم ذو الامتداد الكبير هذه المعلمة بـ 30-45 كم / ساعة. في الوقت نفسه ، تم إجراء رحلات جوية قياسية على ارتفاعات 24-29 كم واستغرقت ما لا يقل عن 12-18 ساعة.
مسلسلات أوروبية
منذ عام 2003 ، تم تنفيذ العمل في مشاريع سلسلة Zephyr. في البداية ، تم إنشاء الطائرة بدون طيار الجديدة من قبل شركة QinetiQ البريطانية ، ولكن في وقت لاحق تم نقل العمل إلى الإدارة العسكرية لشركة Airbus. كان الهدف من المشروع هو إنشاء طائرة بدون طيار تعمل بالطاقة الشمسية على ارتفاعات عالية مع مدة طيران طويلة ، وقادرة على حمل معدات المراقبة.
في منتصف العقد ، بدأت الاختبارات على جهاز عرض تقني مخفض. أظهر Zephyr 6 إمكانات التصميم ككل وعناصره الفردية. في عام 2008 ، ارتفعت هذه الطائرة بدون طيار إلى ارتفاع 19 كم. ثم جاء النموذج الأولي بالحجم الكامل Zephyr 7. في يوليو 2010 ، سجل رقمًا قياسيًا في مدة الرحلة لأكثر من 14 يومًا. في عام 2018 ، ظل نموذج أولي آخر ، Zephyr 8 (Zephyr S) ، في الجو لمدة 26 يومًا تقريبًا.
الطائرات بدون طيار من سلسلة Airbus Zephyr تتلقى جناح نسبة عرض إلى ارتفاع كبير بنصائح مرتفعة. يبلغ طول جناحي أكبر Zephyr 8 28 مترًا.الوزن - ما يصل إلى 50-70 كجم ، منها ما لا يزيد عن 5 كجم تقع على الحمولة. توجد المحركات الكهربائية على الحافة الأمامية للجناح ؛ يتم توصيل ذراع الرافعة الرقيق مع الريش في الخلف. يُعطى السطح العلوي للجناح بالكامل تقريبًا للألواح الشمسية. بالإضافة إلى ذلك ، تحتوي الطائرة بدون طيار على مراكم لضمان الطيران في حالة عدم وجود ضوء الشمس. سرعة الطيران لا تتجاوز 50-60 كم / ساعة ، ومع ذلك ، كان الهدف من المشروع هو الحصول على مدى عالٍ ، وارتفاع ومدة.
يستمر تطوير مشاريع سلسلة Zephyr. يتم إجراء تحسينات على الآلات الموجودة من أجل إنجاز المهام الحقيقية ، بالإضافة إلى إنشاء عينات جديدة بخصائص مختلفة. في الوقت الحالي ، تعتبر هذه الطائرات بدون طيار بمثابة ناقلات لمعدات المراقبة والمعدات الإلكترونية وما إلى ذلك.
من مأهولة إلى بدون طيار
يحظى مشروع Solar Impulse التابع للشركة السويسرية التي تحمل الاسم نفسه بأهمية خاصة. يقترح بناء طائرات مأهولة تعمل بالطاقة الشمسية. منذ عام 2009 ، شاركت آليتان متشابهتان في اختبارات الطيران. بمرور الوقت ، أعلنت شركة التطوير عزمها على إنشاء نسخة غير مأهولة من الطائرة الحالية.
في نوفمبر 2019 ، أكملت شركة Solar Impulse ، بمساعدة ليوناردو ونورثروب جرومان ، تحويل إحدى الطائرات النموذجية إلى طائرة بدون طيار. كان من المقرر إجراء اختبارات الطيران في 2020-2021 ، وفي أوائل العشرينات ، من الممكن إطلاق إنتاج صغير الحجم لصالح عملاء حقيقيين. يُعتقد أن مثل هذه الطائرة بدون طيار لها ميزة تنافسية في شكل خصائص عالية الأداء.
سولار إمبلس 2 ، الذي أعيد بناؤه إلى طائرة بدون طيار ، له جناح مستقيم يبلغ طوله 72 مترًا ، حيث يتم تثبيت جسم خفيف الوزن وأربعة محركات كهربائية. تم استخدام مزيج من الألواح الشمسية والمراكم ؛ طاقة الذروة 66 كيلو واط. طورت الطائرة سرعة تصل إلى 140 كم / ساعة وصعدت 12 كم. ستكون خصائص تصميم التعديل بدون طيار أعلى. على وجه الخصوص ، سيتم زيادة مدة الرحلة إلى 90 يومًا.
آفاق محدودة
في العقود الأخيرة ، كان هناك تقدم كبير في مجال الطائرات بدون طيار الشمسية. يجري تطوير وإدخال أنواع جديدة من الألواح والبطاريات والمحركات الكهربائية ذات الخصائص المحسنة ؛ يتم استخدام المواد الحديثة في بناء هياكل الطائرات ، مما يضمن المتانة وخفة الوزن. في الوقت نفسه ، على الرغم من كل الجهود ، لم تصل هذه الطائرات بدون طيار إلى عملية كاملة.
على الرغم من كل جهود العلماء ، فإن الألواح الشمسية ليست قوية للغاية بعد. نتيجة لذلك ، من الضروري تحتها توفير أقصى مساحة ممكنة مع تفتيح الهيكل في نفس الوقت. في ظل هذه الظروف فقط توجد طاقة كافية لتشغيل المحركات وإعادة شحن البطاريات. بالإضافة إلى ذلك ، هناك حاجة إلى تدابير للحفاظ على مصدر الطاقة للمحركات بغض النظر عن شدة الضوء الساقط أو في غيابه.
نتيجة لذلك ، تبين أن الطائرة المأهولة أو الطائرات بدون طيار ، المصممة حتى باستخدام التقنيات المتقدمة ، كبيرة ومكلفة ، ولكن لا يمكنها حمل حمولة كبيرة. ومع ذلك ، فهي قادرة على إظهار خصائص طيران عالية وبالتالي فهي ذات فائدة عملية معينة.
يمكن أن تكون القدرة على الطيران لفترة طويلة على ارتفاعات عالية مفيدة عند إجراء الاستطلاع أو مراقبة الموقف في مواقف مختلفة. كما تم اقتراح مشاريع لـ "الأقمار الصناعية الخاصة بالغلاف الجوي" - وهي مركبات جوية بدون طيار ذات مدة طيران طويلة مع معدات لنقل الإشارات اللاسلكية. من المتوقع أن تكون هذه التكنولوجيا قادرة على البقاء في منطقة معينة لفترة طويلة وتوفير اتصال مستمر ، لتكون بديلاً أسهل وأرخص للمركبات الفضائية.
من الواضح أنه في المستوى الحالي للخصائص التكتيكية والتقنية ، لا يمكن للطائرات بدون طيار التي تعمل بالطاقة الشمسية أن تكون مقاتلة. لن تسمح القدرة الاستيعابية المحدودة بأخذ ذخيرة كبيرة ، وسيزيد المظهر المميز من رؤية أي وسيلة كشف.ومع ذلك ، يمكن أن تكون طائرات الاستطلاع بدون طيار وأجهزة إعادة الإرسال موضع اهتمام الجيوش.
الطائرات بدون طيار الشمسية قيد التطوير في العديد من البلدان وكان هناك تقدم كبير. تتزايد خصائص هذه المعدات تدريجياً ، وفي المستقبل المنظور ، تكون العينات الأولى قادرة تمامًا على الوصول إلى التشغيل الحقيقي. ومع ذلك ، لا ينبغي المبالغة في هذا الاتجاه. من الناحية العملية ، من المرجح أن تصبح هذه الطائرات بدون طيار وسيلة فعالة لملء مجالات محددة يمكنها من خلالها تحقيق إمكاناتها الكاملة وعدم إظهار العيوب الكامنة فيها.
