Hệ thống động cơ điện được sử dụng tích cực trong các phương tiện bay không người lái hiện đại và mang lại hiệu suất bay cao. Tăng trưởng hơn nữa các thông số chính có thể đạt được bằng cách sử dụng năng lượng mặt trời. Một số UAV chạy bằng năng lượng mặt trời thử nghiệm đã được phát triển - nhưng chưa có dự án nào được đưa vào hoạt động chính thức với giải pháp cho các vấn đề thực tế.
Với sự tham gia của NASA
Vào đầu những năm 70 và 80, công ty AeroVironment của Mỹ đang tiến hành nghiên cứu trong lĩnh vực năng lượng mặt trời cho máy bay. Năm 1983, cô nhận được đơn đặt hàng từ NASA để tạo ra một chiếc UAV thử nghiệm có khả năng thể hiện các đặc tính hiệu suất cao. Dự án đầu tiên của loạt phim mới được đặt tên là HALSOL (High Altitude Solar). Sau đó nó được đổi tên thành Pathfinder.
Cũng trong năm đó, chuyến bay đầu tiên của một chiếc máy bay không người lái có kinh nghiệm đã diễn ra, nhưng các cuộc thử nghiệm được công nhận là không thành công do mức độ phát triển của các công nghệ quan trọng chưa đủ. Việc hoàn thiện dự án tiếp tục cho đến năm 1993, khi các thử nghiệm được tiếp tục. Chẳng bao lâu, Pathfinder đã cho thấy tất cả những lợi ích của các công nghệ và thành phần mới. Trong những năm qua, UAV đã thiết lập một số kỷ lục về độ cao và thời gian bay cho các phương tiện sử dụng năng lượng mặt trời.
Năm 1998, một chiếc máy bay không người lái có kinh nghiệm đã được nâng cấp theo dự án Pathfinder Plus. Việc thiết kế lại và giới thiệu các bộ phận điện mới đã cho phép cải thiện hiệu suất một lần nữa và các kỷ lục mới đã được thiết lập. Trong cùng thời kỳ, các UAV Nguyên mẫu Centurion và Helios đã được tạo ra với vẻ ngoài tương tự, nhưng có các đặc điểm khác nhau.
Các UAV giàu kinh nghiệm của NASA và AeroVironment được chế tạo theo sơ đồ chung. Yếu tố thiết kế chính là một cánh có tỷ lệ khung hình lớn kéo dài từ 29,5 m (Pathfinder) đến 75 m (Helios). Trên cánh, các động cơ điện với vít kéo (từ 6 đến 14 chiếc) và các nanô với thiết bị hạ cánh được lắp đặt. Tất cả các xe trong loạt phim đều có điều khiển từ xa và có thể chở một số trọng tải.
Diện tích cánh tối đa có thể được trao cho các tấm pin mặt trời. Trong dự án Pathfinder, họ đã phát ra công suất 7,5 kW, và ở Centurion sau này, họ đã đạt được hơn 30 kW. Pin sạc được sử dụng như một nguồn điện dự phòng. Pin nhiên liệu cũng được sử dụng trong các thí nghiệm sau này.
Máy bay không người lái thử nghiệm không có tốc độ bay cao. Cánh thẳng sải lớn giới hạn thông số này ở mức 30-45 km / h. Đồng thời, các chuyến bay kỷ lục đã được thực hiện ở độ cao 24-29 km và kéo dài ít nhất 12-18 giờ.
Loạt phim Châu Âu
Kể từ năm 2003, công việc đã được thực hiện trên các dự án của loạt Zephyr. Ban đầu, UAV mới được tạo ra bởi công ty QinetiQ của Anh, nhưng sau đó công việc này được chuyển giao cho bộ phận quân sự của Airbus. Mục tiêu của dự án là tạo ra một máy bay không người lái chạy bằng năng lượng mặt trời ở độ cao lớn với thời gian bay dài, có khả năng mang theo thiết bị giám sát.
Vào giữa thập kỷ này, các cuộc thử nghiệm đã bắt đầu trên một thiết bị trình diễn công nghệ rút gọn. Zephyr 6 đã thể hiện tiềm năng của thiết kế nói chung và các yếu tố riêng lẻ của nó. Năm 2008, UAV này đã leo lên độ cao 19 km. Sau đó là nguyên mẫu Zephyr 7. Vào tháng 7 năm 2010, nó lập kỷ lục thời gian bay hơn 14 ngày. Vào năm 2018, một nguyên mẫu khác, Zephyr 8 (Zephyr S), vẫn bay trên không trong gần 26 ngày.
Các UAV của dòng Airbus Zephyr nhận được một cánh có tỷ lệ cỡ ảnh lớn với các đầu nhô lên. Chiếc Zephyr 8 lớn nhất có sải cánh 28 m. Trọng lượng - lên đến 50-70 kg, trong đó không quá 5 kg rơi vào trọng tải. Động cơ điện được đặt trên mép hàng đầu của cánh; một cái đuôi mỏng với bộ lông được gắn vào phía sau. Hầu như toàn bộ bề mặt trên của cánh được trao cho các tấm pin mặt trời. Ngoài ra, UAV còn có bộ tích áp để đảm bảo bay trong điều kiện thiếu ánh sáng mặt trời. Tốc độ bay không vượt quá 50-60 km / h, tuy nhiên, mục tiêu của dự án là đạt được tầm bay, độ cao và thời gian bay.
Sự phát triển của các dự án dòng Zephyr vẫn tiếp tục. Việc cải tiến các máy móc hiện có được thực hiện để hoàn thành các nhiệm vụ thực tế, cũng như các mẫu mới với các đặc tính khác nhau được tạo ra. Hiện tại, những UAV này được coi là vật mang thiết bị giám sát, thiết bị điện tử, v.v.
Từ có người lái đến không người lái
Được quan tâm đặc biệt là dự án Solar Impulse của công ty Thụy Sĩ cùng tên. Ông đề xuất chế tạo máy bay có người lái chạy bằng năng lượng mặt trời. Kể từ năm 2009, hai chiếc máy tương tự đã được tham gia thử nghiệm bay. Theo thời gian, công ty phát triển đã công bố ý định tạo ra một phiên bản không người lái của máy bay hiện có.
Vào tháng 11 năm 2019, Solar Impulse, với sự hỗ trợ của Leonardo và Northrop Grumman, đã hoàn thành việc chuyển đổi một trong những máy bay nguyên mẫu thành UAV. Các chuyến bay thử nghiệm đã được lên kế hoạch vào năm 2020-21 và vào đầu những năm 20, có thể bắt đầu sản xuất quy mô nhỏ vì lợi ích của khách hàng thực sự. Người ta tin rằng một máy bay không người lái như vậy có lợi thế cạnh tranh dưới dạng các đặc tính hiệu suất cao.
Solar Impulse 2, được chế tạo lại thành UAV, có một cánh thẳng với sải chân dài 72 m, bên dưới có lắp một thân máy bay nhẹ và bốn mô-tơ điện na-nô. Một sự kết hợp của các tấm pin mặt trời và bộ tích lũy đã được sử dụng; công suất cực đại 66 kW. Máy bay đã phát triển tốc độ lên tới 140 km / h và bay cao 12 km. Đặc điểm thiết kế của việc sửa đổi không người lái sẽ cao hơn. Đặc biệt, thời gian bay sẽ được tăng lên 90 ngày.
Triển vọng hạn chế
Trong những thập kỷ gần đây, đã có những tiến bộ đáng kể trong lĩnh vực UAV năng lượng mặt trời. Các loại bảng điều khiển, pin và động cơ điện mới với các đặc tính cải tiến đang được phát triển và giới thiệu; Vật liệu hiện đại được sử dụng trong việc chế tạo khung máy bay, đảm bảo độ bền và trọng lượng thấp. Đồng thời, bất chấp mọi nỗ lực, những chiếc máy bay không người lái như vậy vẫn chưa đạt được hoạt động chính thức.
Bất chấp mọi nỗ lực của các nhà khoa học, các tấm pin mặt trời vẫn chưa thực sự mạnh mẽ. Do đó, bên dưới chúng cần phải cung cấp diện tích tối đa có thể đồng thời làm sáng cấu trúc. Chỉ trong những điều kiện như vậy mới có đủ năng lượng để cung cấp năng lượng cho động cơ và sạc lại pin. Ngoài ra, cần có các biện pháp để duy trì nguồn điện cung cấp cho động cơ bất kể cường độ của ánh sáng tới hay không.
Do đó, một chiếc máy bay hoặc UAV có người lái, được chế tạo ngay cả khi sử dụng các công nghệ tiên tiến, hóa ra có kích thước lớn và đắt tiền, nhưng không thể mang theo một trọng tải đáng kể. Tuy nhiên, nó có khả năng thể hiện các đặc tính bay cao và do đó được quan tâm thực tế nhất định.
Khả năng bay trong thời gian dài ở độ cao lớn có thể hữu ích khi tiến hành trinh sát hoặc theo dõi tình hình trong các tình huống khác nhau. Các dự án cũng được đề xuất cho "vệ tinh khí quyển" - phương tiện bay không người lái có thời gian bay dài với thiết bị chuyển tiếp tín hiệu vô tuyến. Công nghệ như vậy được kỳ vọng sẽ có thể ở trong một khu vực nhất định trong một thời gian dài và cung cấp thông tin liên lạc liên tục, là sự thay thế dễ dàng và rẻ hơn cho tàu vũ trụ.
Rõ ràng, ở mức độ đặc tính kỹ chiến thuật hiện nay, các UAV sử dụng năng lượng mặt trời không thể là những chiếc máy bay chiến đấu. Khả năng mang theo hạn chế sẽ không cho phép lấy đạn lớn, và vẻ ngoài đặc trưng sẽ giúp tăng khả năng quan sát cho bất kỳ phương tiện phát hiện nào. Tuy nhiên, máy bay không người lái trinh sát và thiết bị lặp lại cũng có thể được quân đội quan tâm.
UAV năng lượng mặt trời đang được phát triển ở một số quốc gia và đã có những tiến bộ đáng kể. Các đặc tính của thiết bị như vậy đang dần tăng lên, và trong tương lai gần, các mẫu đầu tiên có khả năng hoạt động thực tế. Tuy nhiên, không nên đánh giá quá cao hướng đi này. Trên thực tế, những chiếc máy bay không người lái như vậy có khả năng trở thành một phương tiện hữu hiệu để lấp đầy những ngóc ngách cụ thể mà chúng có thể phát huy hết tiềm năng của mình và không bộc lộ những nhược điểm cố hữu.
