طائرة تعمل بالطاقة الشمسية. أمثلة على استخدام الطاقة الشمسية

المصدر: https://www.kp.ru/daily/26676/3699473/

اليوم لن تفاجئ أحداً بأجهزة تعمل بالطاقة الشمسية. ومع ذلك، فإن أول رحلة تجريبية للطائرة الستراتوسفيرية التي تعمل بالطاقة الشمسية "سولار ستراتوس"، والتي جرت في 5 مايو، يمكن وصفها بأنها حدث مهم.

قد تتساءل كيف تختلف طائرة SolarStratos السويسرية عن نظيرتها من الطائرات الشراعية الشمسية. مشهور بأنه دار حول الكرة الأرضية خلال عام وقام بـ 16 هبوطًا؟ أو من جهاز فيودور كونيوخوف الذي يعمل بالطاقة الشمسية والذي ينوي الطيران حول الأرض عليه دون الهبوط خلال 120 ساعة؟

والفرق هو أن SolarStratos مصمم للارتفاعات الأعلى. إذا كان فيدور كونيوخوف يخطط لتسلق ارتفاع 16 كيلومترًا، فإن الطائرة الستراتوسفيرية السويسرية مصممة للرحلات على ارتفاع 25 كيلومترًا وما فوق. لا يوجد انعدام للوزن هناك حتى الآن، لكن الخبراء يسمون هذه الطبقات من الستراتوسفير بأنها قريبة بالفعل من الفضاء. ويعتبر تطوير هذه المنطقة اتجاها واعدا للغاية. الحقيقة هي أنه من الممكن هنا إطلاق أقمار صناعية للاتصالات الجوية، وهي أرخص بعدة مرات من الأقمار الصناعية الفضائية. أو أقمار المراقبة الصناعية، لن توفر المال فحسب، بل ستوفر أيضًا معلومات أكثر دقة. بعد كل شيء، من ارتفاع 20-30 كيلومترًا، من الممكن تحديد حدود حرائق الغابات بدقة أكبر، على سبيل المثال، مقارنةً بالمدار القريب من الأرض (أكثر من 160 كم).

وبالمناسبة، بدأت روسيا منذ وقت ليس ببعيد باختبار القمر الصناعي الجوي سوفا الذي يعمل بالطاقة الشمسية. لكن هذه طائرة صغيرة بدون طيار تزن 12 كيلوجرامًا ويبلغ طول جناحيها 9 أمتار.

وSolarStratos هي أول طائرة ستراتوسفير كاملة المواصفات ذات مقعدين في العالم. تزن 450 كيلوغراما، ويبلغ طول جسم الطائرة 8.5 متر، وطول جناحيها 25 مترا. علاوة على ذلك، تشغل الألواح الشمسية مساحة 22 مترًا مربعًا.

وفي الربيع، منحت الإدارة الفيدرالية السويسرية للطيران المدني رئيس مشروع سولارستراتوس، رافائيل دوميان، الإذن بإجراء اختبارات الطيران. وفي بداية شهر مايو قامت الطائرة المعجزة بأول رحلة لها. قام طيار الاختبار داميان هيشير برفع الجهاز إلى ارتفاع متواضع يبلغ 300 متر خلال رحلة قصيرة مدتها 7 دقائق. ستبدأ الطائرة بالصعود إلى طبقة الستراتوسفير عندما يقتنع المصممون بأن الجهاز يعمل بشكل مثالي.

المشكلة هي أن الطيار ليس له الحق في ارتكاب خطأ: من أجل جعل الطائرة خفيفة قدر الإمكان، لم يزود المهندسون المقصورة بأنظمة للحفاظ على الضغط ودرجة الحرارة العادية. للبقاء على قيد الحياة عند درجة حرارة تقل عن 56 درجة وضغط جوي أقل بعشرات ومئات المرات من سطح الأرض، ارتدى كلا الطيارين بدلات فضائية. والأمر المثير للاهتمام هو أن السويسريين اختاروا بدلة الفضاء الروسية "فالكون" من بين خيارات متعددة؛ فهي ليست مخصصة للسير في الفضاء، ولكنها تسمح لها بتحمل ظروف الفضاء بين النجوم. السلبية الوحيدة هي عدم القدرة على استخدام المظلة في حالة الطوارئ. ولذلك، يتم وضع متطلبات متزايدة على سلامة الطائرات الستراتوسفيرية.

قال رافائيل دوميان: "يسعدنا جدًا أن نتمكن من إظهار تقنية فعالة تتيح لنا تحقيق ما هو أكثر من الأجهزة التي تستخدم الوقود الأحفوري". - السيارات الكهربائية والطاقة الشمسية ستحل محل المحركات الاحتراق الداخليمن السوق في القرن الحادي والعشرين. ويمكن لطائراتنا أن تطير على ارتفاعات تصل إلى 25000 متر، وهذا يفتح الباب أمام فرص الطيران التجاري الكهربائي والطاقة الشمسية في الفضاء القريب.

يأمل دوميان أن يتم بيع الرحلات الجوية إلى طبقة الستراتوسفير للسياح.

تي تي اكس سولار ستراتوس

• الطول – 8.5 متر
• جناحيها - 24.9 متر
• الوزن – 450 كجم
• احتياطي الحكم الذاتي – أكثر من 24 ساعة
• محرك – 4 شفرات المروحة، قطر – 2.2 متر
• المحرك – الطاقة الكهربائية 32 كيلو واط،
• كفاءة المحرك – 90%
• عدد الطيارين – 2
• الطاقة – الطاقة الشمسية
• مساحة البطارية الشمسية – 22 متر مربع

مع يد الصحفيين الخفيفة، بدأت الطائرات التي تعمل بالطاقة الشمسية والقادرة على البقاء في الهواء لفترة غير محدودة تسمى الأقمار الصناعية الجوية، على الرغم من أن هذا المفهوم يتضمن المزيد من الأشياء، مثل البالونات. كان المشروع الأكثر شهرة في هذا المجال هو Solara 50 التابع لشركة Titan Aerospace الأمريكية، والتي غمرت صورها الإنترنت وصفحات المجلات. لكن لم ينتظر أحد الرحلات الجوية الحقيقية. فشل هذا المفهوم لأنه لا يمكن صنع طائرة كبيرة مثل طائرة صغيرة. تبين أن الفيديو جميل جدًا، لكن مثل هذه الطائرة، للأسف، لم تكن قادرة على الطيران.

استمرت الليل

مع بعض الامتداد، يمكن تسمية "أب" الأقمار الصناعية الجوية بمركبة ناسا هيليوس غير المأهولة التي تعمل بالطاقة الشمسية، والتي وصلت في 3 أغسطس 2001 إلى ارتفاع 29524 مترًا، والذي يظل الرقم القياسي العالمي الحالي للارتفاع لرحلة أفقية مستدامة للطائرات المجنحة بدون محركات نفاثة، وأمضت أكثر من 40 دقيقة على ارتفاع أكثر من 29 كم. ومع ذلك، فشل في البقاء في الهواء لمدة يوم على الأقل، وفي عام 2003، أثناء رحلة تجريبية لأقصى مدة للبقاء في الهواء على ارتفاع 850 مترًا، سقطت هيليوس في منطقة شديدة الاضطراب، وانهارت وسقطت. سقطت في المحيط الهادئ.

تم تحقيق نجاح أكبر بكثير من خلال طائرة Zephyr خفيفة الوزن بدون طيار التي طورتها شركة QinetiQ البريطانية، والتي سجلت في عام 2007 رقمًا قياسيًا عالميًا غير رسمي لمدة رحلة طائرة بدون طيار - 54 ساعة. وفي عام 2008، أمضى الصاروخ Zephyr-6 الذي يبلغ وزنه 30 كيلوغرامًا 82.5 ساعة في الهواء، وفي عام 2010، استمر الصاروخ Zephyr-7 البالغ وزنه 30 كيلوغرامًا فوق صحراء أريزونا لمدة أسبوعين، مع أقصى ارتفاع طيران يبلغ 18 كيلومترًا. بعد ذلك، استحوذت شركة Airbus Defense and Space على شركة QinetiQ، وأصبح المشروع عسكريًا وسريًا بالكامل. بقي Zephyr-8 الجديد في عام 2015 في الهواء لنفس الأسبوعين، ولكن بحمولة 5 كجم. وتفيد التقارير هذا العام أن اختبار Zephyr S الذي يبلغ طول جناحيه 22.5 مترًا قد بدأ. يتمتع مشروع Zephyr بإمكانية الوصول إلى أحدث التقنيات. على سبيل المثال، يستخدم كبريت الليثيوم بطاريات لي-اس، والتي تتمتع بسعة محددة ضعف تلك المتوفرة في السوق.

هذا العام، دخلت شركة فيسبوك الجبارة اللعبة، بعد أن استحوذت في السابق على شركة Ascenta البريطانية، التي طورت الطائرة العملاقة بدون طيار Aquila. في يونيو 2016، قامت أكويلا بأول رحلة لها، والتي استغرقت 90 دقيقة حتى الآن. حول التطورات الروسية في مجال الأقمار الصناعية الجوية لفترة طويلةولم يسمع أي شيء حتى أغسطس 2016.

كبير المصممين والطيران والتصميم معدات الطيرانبدأت في سن 14. الخوارزميات الأساسية لنظام التحكم، قضايا الاستقرار وإمكانية التحكم.

في 2 أغسطس 2016، ظهرت أنباء تفيد بأن روسيا نجحت في اختبار مركبة بدون طيار ظلت في الجو لأكثر من 50 ساعة على ارتفاعات تصل إلى 9 كيلومترات. أعلن نائب المدير العام لمؤسسة الأبحاث المتقدمة إيجور دينيسوف عن إجراء رحلة تجريبية نموذج مقياسفي إطار مشروع البومة الذي تنفذه مؤسسة الأبحاث المتقدمة وشركة تايبر. وبعد أسبوع جلسنا في مكتب Tiber في موسكو وسألنا مدير المشروع يوري تيتسيك وكبير المصممين فياتشيسلاف شبيلفسكي عن التفاصيل الفنية.

نهج جديد

خطرت في ذهن يوري فكرة الطائرة ذات الجناح المرن منذ عامين. لقد شارك الفكرة مع أصدقائه في مجال الطيران الشراعي: جاء فريق تطوير سوفا بأكمله تقريبًا من أندية الطيران الشراعي، ويمكن رؤية ذلك في المشروع. دعمه أصدقاؤه، ودون تأخير، صنع يوري وفياتشيسلاف النموذج الأول من رغوة البوليسترين بطول جناحيها مترين. تم الحفاظ على لقطات مؤثرة لعمليات الإطلاق الأولى التي جرت في باحة المنزل. طار النموذج، وكيف! هذه هي الطريقة التي تم بها تشكيل جوهر الفريق - أصبح يوري مدير المشروع، وأصبح فياتشيسلاف شبيلفسكي كبير المصممين، وتولى أليكسي ستراتيلاتوف دمج نظام التحكم الخاص به في دائرة الطائرات الجديدة والمكونات الإلكترونية والطيارين الآليين. على مدى العامين الماضيين، قام الرجال بعمل حوالي عشرين نموذجًا أوليًا. قبل عام، تم دعم المشروع من قبل مؤسسة الأبحاث المتقدمة، وفي سبتمبر، من المقرر أن ينطلق جهاز كامل الحجم يبلغ طول جناحيه 28.5 مترًا.

مربوطة بخيط واحد

كيف تتصرف الأقمار الجوية التي يجب أن تبقى في الهواء لعدة أشهر في السماء؟ خلال النهار، يقومون بشحن بطارياتهم من خلال الألواح الشمسية ويصلون إلى أعلى ارتفاع ممكن، مما يؤدي إلى تراكم الطاقة الكامنة. بعد غروب الشمس، يجب أن تفقد الارتفاع ببطء قدر الإمكان، مع استخدام الطاقة بشكل مقتصد - لم يتم اختراع ناقلات الطاقة الطائرة بعد. لذلك، يجب أن تتمتع الأجهزة بالديناميكيات الهوائية على مستوى أفضل الطائرات الشراعية، بل والأفضل أن تتفوق عليها. إحدى الطرق الرئيسية لزيادة الكفاءة الديناميكية الهوائية (عدد الأمتار التي يمكن للطائرة أن تطير عند سقوطها بمقدار متر واحد) هي تمديد الجناح (نسبة امتداد الجناح إلى متوسط ​​العرض). ثلاث طائرات شراعية قياسية فقط في العالم لديها هذه القيمة التي تتجاوز 50 وحدة، وهذا هو الحد الأقصى عمليًا. مع التصميم الكلاسيكي، يتم منع الجناح من الانكسار بواسطة الصاري - وهو عنصر قوة قوي يقع على طول الجناح بالكامل ويمتص لحظة الانحناء. كلما زاد طول الجناح، كلما كان الصاري أثقل، وحتى مركبات ألياف الكربون الحديثة لا تنقذ الموقف. والجناح محمي من الالتواء بجلد قوي. ينص أي كتاب مدرسي عن تصميم الطائرات بوضوح على أنه مع زيادة الأبعاد الخطية للطائرة، تزداد كتلتها في المكعب، وهذا هو السبب في أن توسيع نماذج النماذج الأولية الجميلة المخرمة إلى الأحجام الحقيقية يؤدي غالبًا إلى كوارث. ولهذا السبب لم نر تصميمًا بالحجم الكامل المخطط الكلاسيكيسولارا

كانت فكرة يوري تيتسيك غير عادية - وهي صنع جناح مرن بدون الساريات الكلاسيكية والجلد الحساس للالتواء. هل سمع أحدكم عن كسر أجنحة طائر القطرس بسبب الضغط أثناء الطيران؟ لكن هذه الطيور تطير في مهب الريح العاصفة. وتتجنب الطائرات التقليدية ذلك، ناهيك عن الطائرات التجريبية أو التي تحطم الأرقام القياسية. تقترح الطبيعة بوضوح استخدام "الحلول المرنة". لا تحتوي الطيور أيضًا على جنيحات، بل تقوم بتحريف الجناح بأكمله للالتفاف.

"هنا في الصورة، نحن الثلاثة نحمل الطائرة،" يفتح يوري الملف على الكمبيوتر. "إذا ترك الشخصان الموجودان على الحواف، فسوف ينكسر." الجهاز مرن وهش. حتى أننا كسرناه عدة مرات أثناء حمله. لكن هذا لا يحدث أثناء الطيران”. يحاول فياتشيسلاف شبيلفسكي أن يشرح لي الفكرة من خلال صور يمكن الوصول إليها: "جهازنا يشبه سربًا من الطيور، حيث يتم ربط أطراف أجنحتها ببعضها البعض ليسهل عليها الحفاظ على مسافة بينها." في الأساس، "البومة" عبارة عن ثلاث طائرات تحلق في تشكيل ضيق للغاية. أكثر كثافة من ذبابة Swifts الأسطورية. وإذا كسروا التشكيل، فسوف تنهار الطائرة. أصبح طيران مخطط الجهاز هذا ممكنًا بفضل الإلكترونيات المستندة إلى الطيار الآلي الذي أنشأه أليكسي والخوارزميات الفريدة التي كتبها فياتشيسلاف.

لا تحتوي البومة أيضًا على جنيحات - أدوات التحكم الديناميكية الهوائية الكلاسيكية الموجودة على الحافة الخلفية للجناح والتي تنظم زاوية دوران الطائرة. يتم التحكم في التدحرج بواسطة مثبتات أفقية على جسم الطائرة الخلفي للمباني الجانبية. ذيل الجسم المركزي هو المسؤول عن الضربات الرأسية والملعب. تحتوي سوفا على محركين كهربائيين. "كلما زاد عدد المحركات، زاد عدد المراوح، وكلما زاد عددها، كان قطرها أصغر وأخف وزنا. — يوري لديه إجابات بسيطة ومنطقية على كل شيء. "بالإضافة إلى ذلك، تقوم المحركات بتعويض وزن أذرع الذيل بواسطة المثبتات."

جينات المسوي

وإذ أتذكر الجذور الشراعية للمبدعين، أسأل ما إذا كان الجهاز يستخدم التيارات الصاعدة. هل يكتسبون الارتفاع تلقائيًا؟ "لقد قمنا الآن بتنفيذ خوارزمية لتوسيط التدفق المنبع. "إذا واجه الجهاز منطقة ذات تيارات صاعدة، فإنه يقوم بالدوران، وينتقل إلى منطقة يكون فيها معدل التسلق أعلى،" يوضح يوري بوضوح مناورة الطائرة الشراعية بيديه، "ويعمل تلقائيًا على ضبط التدفق إلى أقصى حد". حافة الغيوم. تعمل التيارات الصاعدة حتى ارتفاع الحافة السفلية للسحب الركامية - حوالي 2000 متر. إذا اختفى التدفق، فإنه يستمر في الطيران على طول البرنامج. لا يزال لا يعرف كيفية البحث بشكل مستقل عن التيارات الصاعدة، ولا أحد يعرف كيفية القيام بذلك الآن. لكن هذا هو اهتمامنا كطيارين بالطائرات الشراعية، لأن سوفا تقضي معظم وقتها فوق السحب، حيث لا توجد تقريبًا أي تيارات حرارية صاعدة. كما استخدمنا المواد الحرارية لاختبار قدرة الجهاز على البقاء في أجواء مضطربة - فهي تهتز بشكل ملحوظ.

خلال كامل رسوم الرحلة البطاريات"البوم" لم يقل عن 30٪، وأطرح السؤال الذي كنت سأطرحه في بداية المحادثة: إذا كان هناك مثل هذا الاحتياطي من الطاقة، فلماذا لم يسجلوا رقما قياسيا جديدا؟ يبتسم يوري تيتسيك قائلاً: "ببساطة لم تكن لدينا مثل هذه المهمة". "ومن أجل معرفة قدرة نظام الطاقة على العمل بشكل مستقل، هناك ما يكفي من دورتين من الشحن والتفريغ."

12 مايو 2013

سوف يدخل صيف عام 2010 إلى الأبد في تاريخ الطيران. المأهولة أولا طائرة تعمل بالطاقة الشمسيةقامت برحلة بدون توقف استمرت لأكثر من يوم. النموذج الأولي الفريد طائرة شمسية HB-SIA هي من بنات أفكار شركة سويسرية الشمسيةدفعةورئيسها الدائم برتراند بيكارد.

وفي رسالته المنشورة على موقع الشركة بعد نجاح الاختبارات الطائرات وأشار بيكارد: “حتى ذلك اليوم لم نتمكن حقًا من الاعتماد على ثقة أي شخص. والآن يمكننا أن نظهر للعالم السياسي والاقتصادي بأكمله أن هذه التكنولوجيا ناجحة”.

في الصباح الباكر من يوم 7 يوليو بفضل الطاقة المولدة بـ 12 ألفًا الخلايا الشمسيةمثبتة على جناح يزيد طوله عن 64 مترًا (مماثل تمامًا لأبعاد طائرة إيرباص A340)، مظهر غير عاديأقلعت طائرة ذات مقعد واحد تزن طنًا ونصف من مطار باييرن (سويسرا). وكان أحد المؤسسين، الطيار ورجل الأعمال السويسري أندريه بورشبيرج البالغ من العمر 57 عامًا، على رأس القيادة.

قال بعد الهبوط: "لقد كانت الرحلة الأكثر روعة في حياتي". "لقد جلست للتو وشاهدت ارتفاع مستوى البطارية كل ساعة وتساءلت عما إذا كانت السعة ستستمر طوال الليل. ونتيجة لذلك، طرت لمدة 26 ساعة دون قطرة وقود واحدة أو أي تلوث بيئي!

ليست الأولى طائرة تعمل بالطاقة الشمسيةبناه الإنسان، لكنه أول من عبر الحدود بين النهار والليل وعلى متنه طيار.

نماذج الطائرات الشمسيةبدأت تظهر في السبعينيات مع طرح أول الخلايا الكهروضوئية بأسعار معقولة في السوق، وبدأت الرحلات الجوية المأهولة في الثمانينيات. ابتكر فريق أمريكي بقيادة بول ماكريدي طائرة سولار تشالنجر بقدرة 2.5 كيلووات، والتي قامت برحلات مثيرة للإعجاب استغرقت عدة ساعات. في عام 1981 تمكن من عبور القناة الإنجليزية. وفي أوروبا، حلق غونتر روهيلت من ألمانيا إلى السماء على طرازه الخاص "سولير 1"، المجهز بألفين ونصف خلية بقدرة إجمالية تبلغ حوالي 2.2 كيلوواط.

في عام 1990، عبر الأمريكي إريك ريموند الولايات المتحدة على متن طائرته Sunseeker. ومع ذلك، استغرقت الرحلة ذات العشرين محطة أكثر من شهرين (121 ساعة طيران)، وكان الجزء الأطول حوالي 400 كيلومتر. وزن النموذج الطائرات 89 كيلوغراما فقط ومزودة بالسيليكون الألواح الشمسية .

في منتصف التسعينيات، شاركت عدة طائرات مماثلة في مسابقة بيربلينغر: حيث واجهتهم مهمة الوصول إلى ارتفاع 450 مترًا والبقاء على قيد الحياة باستخدام الطاقة الشمسية التي تبلغ حوالي 500 واط لكل متر مربع من الجناح. ومنحت الجائزة في عام 1996 لنموذج البروفيسور فويت نيتشمان من جامعة شتوتغارت، الذي كان لدى Icare II جناح طاقة يبلغ طوله 25 مترا بمساحة 26 مترا مربعا. متر.

في عام 2001، تمكنت الطائرة الشمسية بدون طيار التابعة لشركة AeroVironment، والتي تسمى Helios، والتي تم تطويرها خصيصًا لوكالة ناسا ويبلغ طول جناحيها أكثر من 70 مترًا، من الارتفاع إلى ارتفاع يزيد عن 30 كيلومترًا. وبعد عامين، واجه اضطرابات واختفى في مكان ما في المحيط الهادئ.

في عام 2005، نجحت طائرة صغيرة بدون طيار يبلغ طول جناحيها حوالي 5 أمتار بواسطة آلان كوكوني وشركته AC Propulsion في إكمال رحلة استغرقت أكثر من 48 ساعة لأول مرة. بسبب الطاقة المتراكمة خلال النهار. الطائرات كانت أيضًا قادرة على الطيران ليلاً. وأخيرا، في الفترة 2007-2008، نفذت الشركة الأنجلو-أمريكية QuinetiQ رحلات جوية ناجحة لطائراتها. الطائرات زفير لمدة 54 و 83 ساعة. وزن السيارة حوالي 27 كجم، ويبلغ طول جناحيها 12 مترًا، وارتفاع الطيران يتجاوز 18 كم.

مشروع طائرة تعمل بالطاقة الشمسية Solar Impulseلم أكن لأتمكن من الخروج من قماط الرسومات والرسومات التخطيطية لولا طاقة برتراند بيكارد التي لا تعرف الكلل - الطبيب والمسافر ورجل الأعمال والطيار الذي حطم الأرقام القياسية. ومع ذلك، يبدو أن الجينات ساعدت أيضًا.

كان جد المبتكر أوغست بيكارد عالم فيزياء مشهور، وصديق لأينشتاين وماري كوري، أحد رواد الطيران وعلوم ما تحت الماء، مخترع أول مركبة في أعماق البحار ومنطاد الستراتوسفير. بعد أن تغلبت عليها منطاد الهواء الساخنعلى ارتفاع 15 كيلومترًا في أوائل الثلاثينيات، أصبح أول شخص في العالم يرى بأم عينيه انحناء سطح الكرة الأرضية.

ثم تم سحب أوغست، وقام المخترع ببناء مركبة في أعماق البحار، والتي أطلق عليها اسم غواصة الأعماق. بعد عدة غوصات مشتركة، أصبح ابنه جاك بيكار شغوفًا جدًا باستكشاف أسرار المحيط العالمي لدرجة أنه أصبح أحد الرواد الذين زاروا قاع خندق ماريانا (عمق 11 كم). ثم، باستخدام عمل والده كأساس، قام جاك ببناء أول غواصة في العالم للسياح، بالإضافة إلى منطقة متوسطة لاستكشاف تيار الخليج.

بفضل والده، برتراند بيكارد، المولود في عام 1958، عندما كان طفلا، أتيحت له فرصة فريدة للقاء شخصيا مع أشخاص بارزين حددوا مستقبله إلى حد كبير: طيار الإنقاذ السويسري الشهير هيرمان جيجر، الذي قام معه بأول رحلة عبر جبال الألب، سجل -كسر الغواص جاك مايول، الذي علمه الغوص في فلوريدا، أحد أعمدة رواد الفضاء في العالم، فيرنر فون براون، الذي قدمه لرواد الفضاء وموظفي وكالة ناسا.

في سن السادسة عشرة، يعود من فلوريدا تلو الآخر دورة عمليةأثناء الغوص في أعماق البحار، قام برتراند بأول رحلة جوية له، واكتشف الطائرة الشراعية المعلقة. فهل من المستغرب أنه سرعان ما أصبح أحد رواد هذه الرياضة في أوروبا. بعد سنوات، لم يصبح بيكارد مؤسس الاتحاد السويسري للطيران الشراعي ومدربًا محترفًا فحسب، بل جرب أيضًا كل ما هو ممكن: الألعاب البهلوانية الجوية، ومنطاد الهواء الساخن، والقفز بالمظلات. أصبح بيكارد عدة مرات بطل أوروبا في هذه الرياضة، وأخيراً كان أول من طار فوق جبال الألب السويسرية الإيطالية على متن طائرة شراعية آلية.

وبشكل غير محسوس، أصبحت الهواية "المتجددة الهواء" أيضًا بمثابة مختبر احترافي بالنسبة له. مهتمًا بسلوك الأشخاص في المواقف القصوى، دخل بيكارد قسم الطب النفسي وبعد بضع سنوات حصل على درجة الدكتوراه من كلية الطب بجامعة لوزان في مجال العلاج النفسي، وبعد ذلك افتتح ممارسته الخاصة. كان موضوع الاهتمام الخاص لبرتراند هو تقنيات التنويم المغناطيسي الطبي: فقد تلقى المعرفة المفقودة في جامعات أوروبا والولايات المتحدة، وكذلك من أتباع الطاوية في جنوب شرق آسيا.

كان هذا الاهتمام هو الذي أعاد بيكارد إلى السماء. في عام 1992، نظمت شركة كرايسلر أول سباق لمنطاد الهواء الساخن عبر المحيط الأطلسي، والذي أطلق عليه اسم تحدي كرايسلر. دعا الطيار البلجيكي ويم فيرستراتن بيكارد كطيار مساعد - وكان متأكدًا من أن وجود معالج نفسي على متن الطائرة ماهر في التنويم المغناطيسي يمكن أن يكون ميزة جيدة على الفرق الأخرى. وهكذا حدث. أكمل طاقم فيرستراتن وبيكارد الماراثون بسهولة وفازوا بالسباق التاريخي، حيث هبطوا في إسبانيا بعد رحلة استغرقت خمسة أيام لمسافة خمسة آلاف كيلومتر.

بالنسبة لبيكارد، لم يكن الطيران مجرد اكتشاف، بل كان أيضًا وسيلة جديدة للتفاعل مع الطبيعة. بعد 18 عامًا من الطيران الشراعي، كان لديه حلم جديد - وهو الطيران حول العالم كله بدون محرك أو دفة، معتمدًا على إرادة الريح.

وتحقق الحلم. حتى لو لم يكن في المحاولة الأولى. وكان الرعاة هم شركة صناعة الساعات السويسرية بريتلينغ واللجنة الأولمبية الدولية. في 12 يناير 1997، وبعد ثلاث سنوات من التحضير، أقلع منطاد يسمى بريتلينغ أوربيتر من مطار في سويسرا، ولكن بسبب مشاكل فنية هبط خلال ست ساعات. أقلعت بريتلينغ أوربيتر 2 في فبراير 1998، لكنها فشلت مرة أخرى في الوصول إلى وجهتها. هذه المرة حدث التوقف في بورما بعد أن رفضت السلطات الصينية تزويد بيكارد بممر جوي. وكانت هذه الرحلة أطول رحلة بالمنطاد في التاريخ (أكثر من تسعة أيام)، ولكن الهدف لم يتحقق بعد.

وأخيرا، غادر المنطاد الثالث سويسرا في مارس 1999 وهبط في مصر بعد رحلة متواصلة استمرت قرابة 20 يوما وقطعت أكثر من 45 ألف كيلومتر. وبرحلته غير المسبوقة، حطم بيكار سبعة أرقام قياسية عالمية، وحصل على العديد من الألقاب العلمية الفخرية، وأدرج في الموسوعات مع والده وجده الشهيرين.

تم وضع بريتلينغ أوربيتر 3 في متحف سميثسونيان للطيران والفضاء في الولايات المتحدة، وقام برتراند بيكارد بتأليف العديد من الكتب وأصبح ضيفًا مرحبًا به في العديد من المحاضرات والندوات.

في عام 2003، أعلنت شركة بيكارد التي لا تكل عن مشروع جديد أكثر طموحًا، يتمثل في إنشاء مركبة مأهولة. طائرات تعمل بالطاقة الشمسية، قادرة على الطيران حول العالم بأكمله. هكذا ظهر المشروع الشمسيةدفعة.

كان شريك بيكارد والرئيس التنفيذي الذي لا يمكن تعويضه للشركة هو الطيار ورجل الأعمال السويسري أندريه بورشبيرج. ولد في زيوريخ، وتخرج في الهندسة من المعهد الفيدرالي للفنون التطبيقية في لوزان (EPFL)، وحصل على شهادة في الإدارة من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا الأسطوري، واكتسب منذ ذلك الحين خبرة واسعة كمؤسس ومدير لمجموعة واسعة من الأعمال. المشاريع. بالإضافة إلى ذلك، مع السنوات الأولىكان أندريه مولعًا بالطيران - فقد درس في مدرسة القوات الجوية السويسرية وحصل على العشرات من التراخيص التي تمنحه الحق في الطيران الاحترافي بالطائرات والمروحيات من جميع الفئات التي يمكن تصورها.

عمل بورشبيرج لمدة خمس سنوات في إحدى أكبر الشركات الاستشارية في العالم، ماكينزي، وبعد ذلك أسس صندوقه الاستثماري الخاص، وأطلق شركتين للتكنولوجيا الفائقة، وأنشأ مؤسسة خيرية.

في عام 2003، أجرى بيكارد وبورشبيرج في لوزان دراسات أولية أكدت الجدوى الهندسية الأساسية لتنفيذ مفهوم بيكارد. أكدت الحسابات أن خلق الطائرات على تعمل بالطاقة الشمسيةممكن نظريا. في نوفمبر 2003، تم إطلاق المشروع رسميًا وبدأ تطوير النموذج الأولي.

منذ عام 2005، قام المعهد الملكي للأرصاد الجوية في بروكسل بمحاكاة رحلات افتراضية تجريبية لطائرة نموذجية في ظروف حقيقية في مطاري جنيف وزيورخ. كانت المهمة الرئيسية هي حساب المسار الأمثل، لأنه لفترة طويلة تكون تحت السحب التي تغطي الشمس، طائرة شمسيةلم أستطع. وأخيرا، في عام 2007، بدأ إنتاج الطائرة.

في عام 2009، البكر HB-SIAكانت جاهزة للرحلات التجريبية. في عملية إنشاء التصميم، واجه المهندسون مهمتين رئيسيتين. كان من الضروري تقليل الوزن الطائرات ، مع تحقيق أقصى قدر من توافر الطاقة والكفاءة في نفس الوقت. تم تحقيق الهدف الأول من خلال استخدام ألياف الكربون، وهي "حشوة" مصممة خصيصًا والتخلص من كل الأشياء غير الضرورية. على سبيل المثال، لم يكن لدى قمرة القيادة نظام تدفئة، لذلك كان على بورشبيرج استخدام بدلة حرارية خاصة.

أصبحت القضية الرئيسية، لأسباب واضحة، مسألة الحصول على الطاقة الشمسية وتجميعها واستخدامها على النحو الأمثل. في فترة ما بعد الظهر النموذجية، يتلقى كل متر مربع من سطح الأرض حوالي ألف واط، أو 1.3 "حصانًا من الحرارة". 200 متر مربعتنتج الخلايا الضوئية ذات الكفاءة 12% حوالي 6 كيلووات من الطاقة. هل هذا كثير؟ لنفترض فقط أن الأخوين رايت الأسطوريين كان لديهما نفس المبلغ تقريبًا تحت تصرفهما في عام 1903.

سطح الجناح طائرة شمسيةتم تركيب أكثر من 12 ألف خلية. ويمكن أن تكون كفاءتها أعلى - على مستوى تلك اللوحات المثبتة على محطة الفضاء الدولية. لكن الخلايا الأكثر كفاءة لها أيضًا وزن أكبر. وفي حالة انعدام الجاذبية، لا يلعب هذا دورًا (بدلاً من ذلك، عند رفع مزارع الطاقة إلى المدار باستخدام "الشاحنات" الفضائية). لكن طائرة شمسيةكان على بيكارا مواصلة الطيران ليلاً باستخدام الطاقة المخزنة في البطاريات. وهنا لعب كل كيلوغرام إضافي دورًا حاسمًا. وتبين أن الخلايا الشمسية هي أثقل مكون في الآلة (100 كيلوجرام، أو حوالي ربع وزن الطائرة)، لذلك أصبح تحسين هذه النسبة المهمة الأكثر صعوبة للفريق الهندسي.

وأخيرا، على طائرة شمسيةتثبيت فريدة من نوعها على متن الطائرة نظام الكمبيوتر، الذي يقوم بتقييم جميع معلمات الرحلة ويوفر المعلومات اللازمة للطيار وكذلك الطاقم الأرضي. مجموع المهندسين الشمسيةدفعةوخلال تنفيذ المشروع، تم إنشاء حوالي 60 حلاً تكنولوجيًا جديدًا في مجال المواد والطاقة الشمسية.

في عام 2010، بدأت الرحلات التجريبية الأولى والناجحة للغاية، وفي يوليو، قام أندريه بورشبيرج برحلته التاريخية على مدار الساعة.

قال بورشبيرج الملهم: "في الصباح، كانت البطاريات لا تزال مشحونة بنسبة 10 بالمائة تقريبًا". "هذه نتيجة رائعة وغير متوقعة على الإطلاق بالنسبة لنا." إن طائرتنا بحجم طائرة ركاب ووزنها يعادل وزن سيارة، ولكنها لا تستخدم طاقة أكثر من الدراجة البخارية. وهذه بداية حقبة جديدة، وليس فقط في صناعة الطيران. لقد أظهرنا إمكانات الطاقة المتجددة: إذا تمكنا من الطيران بها، فيمكننا القيام بأشياء أخرى كثيرة. وبمساعدة التكنولوجيات الجديدة، يمكننا أن نحافظ على مستوى معيشتنا المعتاد، ولكننا نستهلك طاقة أقل بكثير. ففي نهاية المطاف، ما زلنا نعتمد بشكل كبير على محركات الاحتراق الداخلي وأسعار الموارد! "

HB-SIA- البيانات الفنية للنموذج الأولي

• ارتفاع الرحلة - 8500 م
• الحد الأقصى للوزن - 1600 كجم
• سرعة الانطلاق - 70 كم/ساعة
• السرعة الدنيا - 35 كم/ساعة
• جناحيها - 63.4 م
• مساحة الجناح - 200 متر مربع
• الطول - 21.85 م
• الارتفاع - 6.4 م
• قوة محطة توليد الكهرباء— 4×7.35 كيلوواط
• يبلغ قطر براغي محطة توليد الكهرباء 3.5 متر
• وزن البطارية - 400 كجم
• كفاءة الخلايا الشمسية (11628 خلية أحادية) - 22.5%

يفعل الطيران الشمسيمستقبل؟ بالطبع، يعد بورشبيرج. في عام 1903، كان الأخوان رايت مقتنعين بأنه من المستحيل عبور المحيط الأطلسي بالطائرة. وبعد 25 عاما، تمكن تشارلز ليندبيرغ من السفر من نيويورك إلى باريس. استغرق إنشاء أول طائرة ذات 100 مقعد نفس العدد من السنوات. فريق بيكارد وبورشبيرج في بداية الرحلة فقط؛ السرعة القصوى للنموذج الأولي لا تزيد عن 70 كيلومترًا في الساعة. لكن الخطوة الأولى قد تم اتخاذها بالفعل.

ومع ذلك، في الشمسيةدفعةتعرف بالفعل ما سيحدث بعد ذلك. في 2012-2013 نموذج أولي طائرة شمسيةيجب أن يكون HB-SIB مع المعدات المحدثة وضغط المقصورة المستمر هو الأول رحلة حول العالمعلى "الجناح الشمسي". وسيبلغ مدى سطح الرفع حوالي 80 مترًا، أي أكثر من أي طائرة ركاب حديثة. ومن المتوقع أن تتم الرحلة على ارتفاع 12 كيلومترا. صحيح أنها لن تكون مستمرة. سيتطلب تغيير الطاقم المكون من طيارين خمس عمليات هبوط. بعد كل شيء، ستستغرق الرحلة بسرعة خطية منخفضة أكثر من ثلاثة إلى أربعة أيام.

وأيًا كان الأمر، فإن مشروع بيكارد يبعث على التفاؤل. ربما، في غضون بضعة عقود من الزمن، سوف تتوقف شركات الطيران أخيرا عن ترديد الشعار المقدس الذي يقول إن "النفط سوف ينفد قريبا". هل ستنتهي؟ حسنا، عظيم. لن نطير باستخدام الكيروسين، بل بالطاقة الشمسية!

وسأذكرك أيضًا وأكتشف أيضًا المكعبات المصنوعة منها المقال الأصلي موجود على الموقع InfoGlaz.rfرابط المقال الذي أخذت منه هذه النسخة -

تعد تكاليف الوقود أحد أهم مكونات تكلفة الرحلة. طائرات. ولكن بفضل التطورات مثل ثنائي سانسيكروربما يمكن في المستقبل التخلص منها نهائياً، وتصبح المركبات الجوية بلا استثناء كهربائي.

تعمل العديد من فرق التطوير حول العالم على إنشاء طائرات كهربائية جديدة ستكون أسرع وأكثر اقتصادا وأكثر متانة من النماذج السابقة. ومن أشهرهم برتراند بيكارد وأندريه بورشبيرج، اللذين قاما بتطوير الطائرة، وإيريك بايموند، الذي قدم مؤخراً ابتكاره الجديد، Sunseeker Duo، في معرض AERO العالمي للطيران العام.

Sunseeker Duo هي أول طائرة كهربائية في العالم لا يمكنها حمل شخص واحد فحسب، بل شخصين في وقت واحد. تم إنشاؤه على أساس الطائرة الشراعية الألمانية المسلسلة Stemme S-10، مع تزويدها بمحرك كهربائي وبطارية وألواح شمسية على الأجنحة.

ويبلغ مدى الأخير 23 مترًا، وهذا السطح بالكامل مغطى بألواح شمسية يمكنها توليد الكهرباء مباشرة أثناء الطيران. بشحن البطارية الكامل وحده، يمكن لـ Sunseeker Duo الطيران لمدة 25 دقيقة فقط، ولكن في الطقس الممتاز وعدم وجود غيوم ستزيد هذه المرة إلى عدة ساعات - طالما أن الشمس تشرق على أجنحتها، ستطير الطائرة. في الوقت نفسه، لا يزال بإمكان هذه الطائرة العمل في وضع الطائرة الشراعية، لذلك تزيد كل هذه المعلمات تلقائيًا عدة مرات، لأن المحرك في هذا النوع من الرحلات مطلوب فقط للحصول على الارتفاع.

حقيقة مثيرة للاهتمام هي أن إنشاء الطائرة الكهربائية Sunseeker Duo أصبح ممكنًا بفضل موقع Kickstarter، حيث قام إريك بايموند بجمع المبلغ اللازم لتنفيذ مشروعه.

يطلق مبتكر Sunseeker Duo على بنات أفكاره اسم أسرع طائرة كهربائية في العالم، على الرغم من أنه لا يشير إلى أي مكان بالسرعة القصوى التي يمكن أن تطير بها.

عرضت شركة Titan Aerospace الأمريكية نموذجًا أوليًا لطائرتها بدون طيار التي تعمل بالطاقة الشمسية، والتي، وفقًا للشركة المصنعة، يمكنها البقاء في الهواء لمدة تصل إلى 5 سنوات. وسينطلق هذا الجهاز على ارتفاع حوالي 20 ألف متر وسيقوم بتصوير السطح أو سيكون بمثابة قمر صناعي للغلاف الجوي. المطورون من شركة Titan Aerospace جاهزون للطيران بأول طائرة لهم في عام 2014. ومن الجدير بالذكر أن مفهومهم قد يكون له مستقبل واعد.

تتعامل الأقمار الصناعية الفضائية التقليدية اليوم بشكل جيد مع مسؤولياتها، لكن لديها عددًا من العيوب. على سبيل المثال، الأقمار الصناعية نفسها باهظة الثمن، ووضعها في المدار يكلف أيضًا مبلغًا كبيرًا من المال، بالإضافة إلى ذلك، لا يمكن إعادتها إذا تم تشغيلها بالفعل. لكن شركة Titan Aerospace الأمريكية تتوصل إلى بديل للأقمار الصناعية الفضائية سيكون خاليًا من كل هذه المشاكل. تم تصميم الطائرة بدون طيار التي تحلق على ارتفاعات عالية، والتي تسمى "سولارا"، لتعمل "كقمر صناعي للغلاف الجوي" - أي أن تطير بشكل مستقل في الطبقات العليا من الغلاف الجوي للأرض لفترة طويلة.

تعمل الشركة حاليًا على نموذجين من طائرة Solara بدون طيار. أولها، سولارا 50، يبلغ طول جناحيها 50 مترًا، وطولها 15.5 مترًا، ووزنها 159 كجم، وتصل حمولتها إلى 32 كجم. يبلغ طول جناحي Solara 60 الأكثر ضخامة 60 مترًا ويمكنها حمل ما يصل إلى 100 كجم. حمولة. ويغطي ذيل الجهاز والأجنحة العلوية 3 آلاف خلية شمسية، مما يسمح بتوليد ما يصل إلى 7 كيلوواط ساعة من الطاقة خلال النهار. وسيكون القمر الصناعي الجوي على ارتفاع 20 ألف متر فوق مستوى السحب، مما يعني أنه لن يتأثر بالعوامل الجوية. سيتم تخزين الطاقة المجمعة في بطاريات ليثيوم أيون على متن الطائرة لتشغيل المحرك والطيار الآلي وأنظمة القياس عن بعد وأجهزة الاستشعار في الليل. ومن المفترض أن القمر الصناعي الجوي سيكون قادرا على العمل بشكل مستقل تماما، حيث يبقى في الطبقات العليا من الغلاف الجوي للأرض لمدة تصل إلى 5 سنوات، ثم يعود بعد ذلك إلى الأرض، بحيث يمكن إرجاع حمولته، ويمكن للجهاز نفسه يتم تفكيكها لقطع الغيار.

ويذكر أن سرعة إبحار المركبة غير المأهولة ستكون حوالي 100 كم/ساعة، وسيكون نصف القطر التشغيلي أكثر من 4.5 مليون كيلومتر. ووفقا للخبراء، فإن الطائرة بدون طيار ستطير في الغالب في دوائر فوق منطقة معينة من سطح الأرض. وتشمل هذه التطبيقات تتبع الأجسام، والمراقبة، ورسم الخرائط في الوقت الفعلي، ومراقبة الطقس والمحاصيل والغابات ومواقع الحوادث، وأي مهمة تقريبًا يمكن للقمر الصناعي العادي على ارتفاعات منخفضة التعامل معها.

علاوة على ذلك، يقول خبراء شركة Titan Aerospace إن كل طائرة بدون طيار ستكون قادرة على توفير تغطية خلوية لمساحة 17 ألف كيلومتر مربع من سطح الأرض دفعة واحدة، مع الحفاظ على الاتصال بأكثر من 100 برج أرضي. حاليًا، قام الأمريكيون بالفعل باختبار نماذج أصغر من الأقمار الصناعية للغلاف الجوي، ويأملون في إطلاق إصدارات كاملة الحجم من أجهزة Solara 50 و60 في وقت لاحق من عام 2013.

وفقًا لتقديرات الخبراء الأولية، فإن التصوير متعدد الأطياف لسطح الأرض باستخدام أجهزة سولارا سيكلف 5 دولارات فقط لكل كيلومتر مربع: وهذا أقل 7 مرات من أسعار بيانات الأقمار الصناعية ذات الجودة المماثلة. بالإضافة إلى ذلك، ستكون هذه الطائرات بدون طيار قادرة على توفير خدمات الاتصالات لمنطقة داخل دائرة نصف قطرها 30 كيلومترًا، وهو ما يمكن مقارنته تمامًا بمدينة حديثة مثل لندن أو موسكو بمعظم ضواحيها. في ظل الظروف العادية في المدن الكبرى، ليست هناك حاجة لمثل هذا النظام حتى الآن، لكن الشركة تعتقد أن طائراتها بدون طيار يمكن أن تكون مفيدة سواء في حالات الطوارئ أو في البلدان المتخلفة. تقول شركة Titan Aerospace أن شركة الكمبيوتر الشهيرة Google أصبحت مهتمة بالفعل بمركباتها بدون طيار Solara، والتي يمكنها استخدامها كجزء من مشروع Internet Africa الخاص بها.

لقد تم اقتراح استخدام المركبات المتنقلة على ارتفاعات عالية (بالونات أو طائرات) لنقل إشارات الراديو لفترة طويلة، ولكن التطبيق العملي لهذه الفكرة أعاقه عدم وجود مصادر طاقة مناسبة. وكانت البطاريات ثقيلة للغاية، وكانت الألواح الشمسية تفتقر إلى الكفاءة. تم تصميم وبناء أول طائرة تجريبية مزودة بألواح شمسية من قبل وكالة ناسا في التسعينيات، وذلك عندما حصلت هذه الطائرات على التصنيف غير الرسمي "الأقمار الصناعية الجوية".

في الوقت الحالي، هناك شيئان يعززان سولارا كقمر صناعي للغلاف الجوي. الأول هو ارتفاع رحلتها. تم تصميم الجهاز ليطير على ارتفاع يزيد عن 20 ألف متر، مما يسمح له بأن يكون فوق كل الظواهر الجوية المحتملة تقريبًا. الجهاز معلق فوق السحب ومختلف الظروف الجوية، أين بيئةوتميل الرياح إلى أن تكون مستقرة إلى حد ما أو على الأقل يمكن التنبؤ بها بشكل كبير. ولكونها على هذا الارتفاع، فإن حوالي 45000 كيلومتر مربع من سطح الأرض يقع على الفور في مجال رؤية الطائرة بدون طيار. وبالتالي المحطة الأساسية الاتصالات الخلويةالمثبتة على سولارا، يمكن أن تحل محل 100 محطة من هذا القبيل على سطح الأرض.

والشيء الثاني المهم جداً هو أن الجهاز يعمل بالطاقة الشمسية. جميع الأسطح التي يمكن الوصول إليها على أجنحة وذيل الطائرة بدون طيار مغطاة بألواح شمسية خاصة، ويتم تركيب بطاريات الليثيوم أيون في الأجنحة. خلال النهار، تستطيع سولارا توليد كمية هائلة من الطاقة، وهو ما يكفي لإبقاء البطاريات مشحونة لبقية الليل. ونظرًا لأن الطائرة بدون طيار التي تعمل بالطاقة الشمسية لا تحتاج إلى التزود بالوقود، فيمكنها البقاء في الهواء لمدة تصل إلى 5 سنوات. في هذا الوقت، يمكنه إما الدوران حول مكان واحد، أو (إذا كنت تريد أن يقوم الجهاز برحلات طويلة المدى) يكون قادرًا على الطيران لمسافة حوالي 4,500,000 كيلومتر بسرعة إبحار تقل قليلاً عن 60 عقدة (حوالي 111 كم/ ح). في الوقت نفسه، يتم تحديد فترة الطيران لمدة خمس سنوات للجهاز فقط دورة الحياةبعض مكوناتها، لذلك تتوفر جميع المتطلبات الأساسية لهذه الطائرة بدون طيار للبقاء في السماء لفترة أطول.

تعد إمكانية إرجاع الجهاز مهمة أيضًا. إذا حدث خطأ ما، يمكنك دائمًا إعادته مرة أخرى، مع الحفاظ على الحمولة والجهاز. تعد شركة سولارا أيضًا بأن تكون أرخص بكثير من الأقمار الصناعية الكلاسيكية، على الرغم من أن الشركة المصنعة ليست في عجلة من أمرها للكشف عن أسعار منتجها الجديد. إن إطلاق مثل هذه الأجهزة في الإنتاج الضخم يفتح فرصًا جديدة للبشرية مثل الإنترنت الإقليميأو خرائط Google مع عرض الخريطة في الوقت الفعلي. ومع ذلك، فإن ظهور طائرة سولارا بدون طيار لا يمثل نهاية حقبة. الأقمار الصناعية الفضائية، على الرغم من أنه يتيح لنا خيار المزيد من البدائل.

مصادر المعلومات:
-http://gearmix.ru/archives/4918
-http://aenergy.ru/4126
-http://lenta.ru/news/2013/08/19/solar
-http://nauka21vek.ru/archives/52274