Беспилотные самолёты на солнечных панелях, способные неделями летать в стратосфере - выше облаков и погодных явлений, - постепенно превращаются из экспериментальных образцов в перспективную технику. Такие аппараты могут следить за климатом, отслеживать лесные пожары и ураганы. Но для длительных полётов им нужны аккумуляторы нового уровня.

Группа исследователей из Гарвардской школы инженерии и прикладных наук имени Джона Полсона (SEAS) вместе с партнёрами из промышленности и Мичиганского университета опубликовала в журнале ACS Energy Letters статью о главном препятствии для длительных солнечных полётов - характеристиках батарей. Работу возглавил Крейг Маскареньяш, ведущий инженерные исследования по солнечной авиации в лаборатории Джима Андерсона, профессора химии атмосферы.

Солнечный самолёт днём должен накапливать избыточную энергию от панелей, а ночью расходовать её из аккумуляторов. Здесь возникает замкнутый круг: чем больше ёмкость батареи, тем она тяжелее, а значит, для полёта требуется больше мощности. Об этом рассказал сам Маскареньяш, ныне инженер по системам беспроводной передачи энергии для лунных миссий NASA, но продолжающий сотрудничество с лабораторией Андерсона.

По оценкам авторов, для устойчивых полётов в разных регионах мира удельная энергоёмкость аккумуляторов должна достигать 500 ватт-часов на килограмм (Вт·ч/кг). Это показатель того, сколько энергии запасает единица массы батареи. Для сравнения: современные аккумуляторы электромобилей дают около 250 Вт·ч/кг, а экспериментальные или специальные элементы уже достигают примерно 400 Вт·ч/кг. "Мы почти у цели, - говорит Маскареньяш. - Сейчас такие элементы очень дороги, но дешевеют быстро".

Учёные подчёркивают: для стратосферных самолётов важнее не мощность, а именно энергоёмкость. Потребность в мощности у таких аппаратов очень низкая, а вот энергии для поддержания полёта нужно много. Поэтому разработчикам батарей стоит сосредоточиться на увеличении запаса энергии, а не оптимизировать оба параметра одинаково, как обычно принято в инженерии.

В работе также участвовали специалисты по аккумуляторам Венкатасубраманиан Вишванатан и Шашанк Шрипад, аэрокосмический предприниматель Джон Лэнгфорд, чьи компании строили и испытывали экспериментальные солнечные самолёты, и другие. Исследование опирается на многолетний опыт: Андерсон занимается концепциями солнечной авиации около тридцати лет и руководит гарвардским отделением проекта SACOS (Stratospheric Airborne Climate Observing System - стратосферная воздушная система наблюдения за климатом).

Авторы отмечают: если технику оптимизировать, она сможет давать постоянные и детальные наблюдения атмосферы, которые сегодня дороги и труднодоступны. Например, самолёт NASA ER-2 с пилотом на борту собирает научные данные лишь несколько часов за вылет, а час полёта стоит десятки тысяч долларов. Беспилотник же способен держаться в воздухе месяцами, требует меньше людей и обходится дешевле. Среди возможных применений - мониторинг химии атмосферы, слежение за ураганами и пожарами.

Маскареньяш особенно надеется на применение в борьбе с лесными пожарами: "Я хочу сократить ущерб от пожаров по всему миру. Возможности, которые открывает этот проект, очень вдохновляют".

Источник: Tech Xplore