Как сделать самолет на солнечных батареях. Sunseeker Duo – самый быстрый и вместительный в мире самолет на солнечных батареях. Какие технологии применяются

Реальные самолеты, которые питаются от солнечных батарей, уже существуют. Можно ли сделать своими руками такой же, или хотя бы приближенный к реальности, аналог, то есть модель самолета на солнечных батареях, которая была бы полностью автономной и не нуждалась в подзарядке от сети или в смене батарей. То есть, чтобы это был маленький “летающий” .

В этом направлении продвинулся мастер, создавший движущуюся модель самолета на солнечных батареях, которая, к сожалению, способна летать лишь условно, будучи подвешенной на нитке Но и это решение представляет некоторый интерес для конструкторов игрушечных летательных аппаратов.

Этот самолетик автор сделал для своего сына, решив снабдить свое самодельное летательное устройство солнечными панелями и маленьким моторчиком. В качестве генератора электроэнергии был использован маломощный дачный светильник, точнее, его начинка. На самолетик были поставлены две такие панельки. Движок также был внутри этого светильника, который имитировал порхание крыльями бабочки. Работал этот светильник только днем, для долгого заряда, учитывая большую нагрузку в виде двигателя, он не был пригоден.

В модели самолета моторчик от светильника использован для вращения винта. Благодаря тому, что были поставлены две солнечные панели, даже свет настольной 40-ваттной лампы позволяет вращаться пропеллеру, довольно габаритному для таких размеров самолета. Как показано на видео, мотор успешно приводит в действие этот винт, если держать его недалеко от лампочки. При приближении к ней, винт приходит в движение и, соответственно, при удалении, останавливается.

Леска, к которой привязан самолетик, не дает ему свалиться, реально летать этот “летательный” аппарат не сможет. Для игровых и декоративных целей такая связка вполне хороша. В отличие от статичных моделей такое устройство имеет динамику, вызывает интерес, имеет некоторую энергетическую ауру. Особенно приятно, то, что самолет двигается совершенно автономно, нет необходимости хоть как-то его подзаправлять. Естественно, работать он будет только в дневное время. Особенно активно летает он на балконе, где много солнца. Наверное, для растений, которые растут на балконе в горшках, вентиляция, которую создает этот самолет, полезна.

Самолет на солнечных панелях

Лето 2010 года навсегда войдет в историю авиации. Впервые пилотируемый самолет на солнечных батареях совершил беспосадочный полет длительностью более суток. Уникальный прототип СОЛНЕЧНОГО САМОЛЕТА HB-SIA - детище швейцарской компании Solar Impulse и ее бессменного президента Бертрана Пикара.

В своем послании, размещенном на сайте компании после успешных испытаний летательного аппарата , Пикар отмечал: «До этого дня мы не могли по-настоящему рассчитывать на чье-либо доверие. Теперь же мы действительно можем показать всему политическому и экономическому миру, что эта технология работает».

Ранним утром 7 июля благодаря энергии, вырабатываемой 12 тысячами солнечных элементов , установленных па крыле длиной более 64 метров (вполне сравнимо с габаритами лайнера Airbus А340), необычного вида одноместный самолет весом в полторы тонны поднялся с аэродрома в Пайерне (Швейцария). За штурвалом сидел один из основателей Solar Impulse , 57-летний швейцарский пилот и бизнесмен Андре Боршберг.

«Это был самый удивительный полет в моей жизни, - заметил он после приземления. - Я просто сидел и смотрел, как уровень заряда батареи поднимается с каждым часом, и гадал, хватит ли емкости на всю ночь. А в результате пролетал 26 часов без единой капли топлива и какого-либо загрязнения окружающей среды!»

Solar Impulse – не первый самолет на солнечной энергии , построенный человеком, но первый, преодолевший границу между днем и ночью с пилотом на борту.

Модели СОЛНЕЧНЫХ САМОЛЕТОВ начали появляться в 1970-х годах с выходом на рынок первых доступных по цене фотоэлектрических элементов, а в 80-е начались и пилотируемые полеты. Американская команда под руководством Пола Маккриди создала самолет Solar Challenger мощностью 2,5 кВт, который совершал впечатляющие многочасовые полеты. В 1981 году ему удалось преодолеть Ла-Манш. А в Европе Гюнтер Рохельт из Германии поднялся в небо на собственной модели Solair 1, оснащенной двумя с половиной тысячами ячеек общей мощностью около 2,2 кВт.

В 1990 году американец Эрик Реймонд пересек Соединенные Штаты на своем Sunseeker. Впрочем, на путешествие с двадцатью остановками ушло более двух месяцев (121 час полета), а самый длинный отрезок насчитывал около 400 километров. Весила модельлетательного аппарата всего 89 килограммов и была оснащена кремниевыми солнечными панелями .

В середине 90-х сразу несколько подобных самолетов приняли участие в конкурсе «Berblinger»: перед ними стояла задача выйти на высоту в 450 метров и продержаться на энергии солнца порядка 500 Вт на квадратный метр крыла. Приз в 1996 году получила модель профессора Войта-Ницшманна из университета Штутгарта, чей Icare II имел 25-метровое энергетическое крыло площадью 26 кв. метров.

В 2001 году «солнечный» беспилотник компании AeroVironment под названием Helios, разработанный специально для НАСА и имевший размах крыла более 70 метров, сумел подняться на высоту более 30 километров. Двумя годами позже он попал в зону турбулентности и пропал где-то в Тихом океане.

В 2005 году небольшой беспилотник с размахом крыла около 5 метров Алана Коккони и его компании AC Propulsion впервые успешно осуществил полет длительностью более 48 часов. За счет энергии, накопленной в дневное время, летательный аппарат был способен и на ночной полет. Наконец, в 2007-2008 годах англо-американская компания QuinetiQ осуществила успешные полеты своего летательного аппарата Zephyr продолжительностью 54 и 83 часа. Машина весила около 27 кг, размах крыла составлял 12 м, а высота полета превышала 18 км.

Проект самолета на солнечных батареях Solar Impulse вряд ли сумел бы выбраться из пеленок чертежей и набросков, если бы не энергия неутомимого Бертрана Пикара - врача, путешественника, бизнесмена и авиатора-рекордсмена. Впрочем, похоже, помогли и гены.

Дед инноватора Огюст Пикар - знаменитый физик, друг Эйнштейна и Марии Кюри, один из пионеров авиации и подводного дела, изобретатель первого глубоководного аппарата и стратостата. Преодолев на воздушном шаре 15-километровую высоту в начале 30-х, он стал первым человеком в мире, собственными глазами увидевшим кривизну поверхности земного шара.

Затем Огюста потянуло вниз, и изобретатель построил глубоководный аппарат, который назвал батискафом. После нескольких совместных погружений его сын Жак Пикар настолько увлекся исследованием тайн Мирового океана, что стал одним из первопроходцев, побывавших на дне Марианской впадины (глубина 11 км.). Затем, взяв за основу работы отца, Жак построил первую в мире субмарину для туристов, а также мезоскаф для исследования Гольфстрима.

Благодаря отцу Бертран Пикар, родившийся в 1958 году, еще в детстве получил уникальную возможность лично познакомиться с выдающимися людьми, во многом определившими его будущее: знаменитым швейцарским пилотом-спасателем Германом Гейгером, с которым он совершил первый перелет через Альпы, дайвером-рекордсменом Жаком Майолем, учившим его погружению во Флориде, одним из столпов мировой космонавтики Вернером фон Брауном, познакомившим его с астронавтами и сотрудниками NASA.

В 16-летнем возрасте, возвратившись из Флориды после очередного практического курса глубоководных погружений, Бертран совершил свое первое воздушное путешествие, открыв для себя дельтаплан. Стоит ли удивляться, что именно он вскоре стал одним из пионеров этого вида спорта в Европе. Спустя годы Пикар не только стал основателем Швейцарской федерации дельтапланеризма и профессиональным инструктором, но и испробовал все, что только возможно: воздушную акробатику, запуск с воздушного шара, парашютный спорт. Несколько раз Пикар становился чемпионом Европы в этом виде спорта, наконец, он был первым, кто перелетел швейцарско-итальянские Альпы на мотодельтаплане.

Незаметно «воздушное» хобби стало для него еще и профессиональной лабораторией. Заинтересовавшись поведением людей в экстремальных ситуациях, Пикар поступил на отделение психиатрии и через несколько лет получил докторскую степень медицинского факультета университета Лозанны в области психотерапии, после чего открыл собственную практику. Предметом особого интереса для Бертрана стали техники медицинского гипноза: недостающие знания он получал как в университетах Европы и США, гак и у последователей даосизма в Юго-Восточной Азии.

Именно этот интерес снова вернул Пикара в небо. В 1992 году компания Chrysler устроила первую в истории трансатлантическую гонку на воздушных шарах, получившую название Chrysler Challenge. Бельгийский авиатор Вим Верштратен пригласил Пикара в качестве второго пилота - он был уверен, что наличие па борту психотерапевта, владеющего практикой гипноза, может оказаться неплохим преимуществом перед остальными командами. Так и получилось. Экипаж Верштратена и Пикара легко выдержал марафон и выиграл историческую гонку, приземлившись в Испании посте пятидневного перелета длиной в пять тысяч километров.

Для Пикара полет стал не просто откровением, а еще и новым способом взаимодействия с природой. После 18 лет полетов на дельтаплане у него появилась новая мечта - облететь весь мир без мотора и руля, положившись на волю ветра.

И мечта сбылась. Пусть и не с первой попытки. Спонсорами выступили швейцарский производитель часов Breitling и Международный олимпийский комитет. 12 января 1997 года, после трех лет подготовки, воздушный шар под названием Breitling Orbiter взлетел с аэродрома в Швейцарии, но из-за технических неполадок уже через шесть часов приземлился. Breitling Orbiter 2 отправился в полет в феврале 1998 года, но снова не добрался до точки назначения. На этот раз остановка произошла в Бирме, после того как китайские власти отказали Пикару в предоставлении воздушного коридора. Этот полет стал самым длительным путешествием на воздушном шаре в истории (более девяти дней), но цель все еще не была достигнута.

Наконец, третий шар покинул Швейцарию в марте 1999 года и приземлился в Египте после непрерывного полета длительностью почти в 20 суток и протяженностью более 45 тысяч километров. Своим беспрецедентным путешествием Пикар побил семь мировых рекордов, заработал несколько почетных научных званий и вошел в энциклопедии наряду со знаменитыми отцом и дедом.

Breitling Orbiter 3 разместился в Смитсоновском музее воздухоплавания и космонавтики в США, а Бертран Пикар написал несколько книг и стал желанным гостем на многочисленных лекциях и семинарах.

В 2003 году неутомимый Пикар объявил о новом, еще более амбициозном начинании, взявшись за создание пилотируемогосамолета на солнечных батареях , способного облететь весь земной шар. Так появился проект Solar Impulse .

Партнером Пикара и незаменимым СЕО компании стал швейцарский пилот и бизнесмен Андре Боршберг. Он родился в Цюрихе, закончил инженерный факультет Федерального политехнического института в Лозанне (EPFL), получил в легендарном Массачусетском технологическом институте степень в области менеджмента, и с тех пор накопил огромный опыт в качестве основателя и управляющего самых разных бизнес-проектов. Кроме того, с ранних лет Андре увлекался авиацией - учился в школе ВВС Швейцарии и получил не один десяток лицензий, дающих право профессионального управления самолетами и вертолетами всех мыслимых категорий.

Пять лет Боршберг проработал в одной из крупнейших консалтинговых компаний мира McKinsey, после чего основал собственный венчурный фонд, вывел в свет две компании в области высоких технологий и создал благотворительный фонд.

В 2003 году в Лозанне Пикар и Боршберг провели предварительные исследования, подтвердившие принципиальную инженерную возможность реализовать концепцию Пикара. Расчеты подтверждали, что создать летательный аппарат на солнечных батареях теоретически возможно. В ноябре 2003 года проект был официально запущен, и начались разработки прототипа.

Начиная с 2005 гола в Королевском институте метеорологии в Брюсселе моделировались пробные виртуальные полеты модели самолета в реальных условиях аэропортов Женевы и Цюриха. Главной задачей был расчет оптимального маршрута, ведь долго находиться под облаками, закрывающими солнце, СОЛНЕЧНЫЙ САМОЛЕТ не мог. И наконец, в 2007 году началось изготовление самолета.

В 2009 году первенец HB-SIA был готов к испытательным полетам. В процессе создания конструкции перед инженерами стояли две основных задачи. Нужно было минимизировать вес летательного аппарата , одновременно добиваясь максимальной энерговооруженности и эффективности. Первая цель была достигнута за счет использования углеродного волокна, специально разработанной «начинки» и путем избавления от всего лишнего. К примеру, кабина пилота не имела системы обогрева, так что Боршбергу пришлось использовать специальный термокостюм.

Главным, по попятным причинам, стал вопрос получения, накопления и оптимального расходования солнечной энергии. В типичный полдень каждый квадратный метр земной поверхности получает около тысячи ватт или 1,3 «лошадиных силы тепла». 200 квадратных метров фотоэлементов с 12-и % КПД вырабатывают около 6 киловатт энергии. Много ли это? Скажем так, примерно столько же было в распоряжении легендарных братьев Райт в 1903 году.

Па поверхности крыла СОЛНЕЧНОГО САМОЛЕТА было смонтировано более 12 тысяч ячеек. Их эффективность могла бы быть и выше - на уровне тех панелей, что устанавливаются па МКС. Но более эффективные ячейки обладают и большим весом. В невесомости это не играет роли (скорее уж - при подъеме энергетических ферм на орбиту при помощи космических «грузовиков»). Однако СОЛНЕЧНЫЙ САМОЛЕТ Пикара должен был продолжать полет ночью, используя накопленную в аккумуляторах энергию. И вот тут каждый липший килограмм играл критически важную роль. Именно фотоэлементы оказались самым тяжелым компонентом машины (100 килограммов, или около четверти веса летательного аппарата), так что оптимизация этого соотношения стала самой сложной задачей для команды инженеров.

Наконец, на СОЛНЕЧНЫЙ САМОЛЕТ установили уникальную бортовую компьютерную систему, оценивающую все параметры полета и предоставляющую необходимую информацию пилоту, а также наземной команде. В общей сложности инженеры Solar Impulse в процессе реализации проекта создали около 60 новых технологических решений в области материалов и солнечной энергетики.

В 2010 году начались первые и весьма успешные тестовые полеты, а уже в июле Андре Боршберг совершил свой исторический круглосуточный полет.

«К утру в батареях оставалось еще около 10 процентов заряда, - рассказывал воодушевленный Боршберг. - Это прекрасный и совершенно неожиданный для нас результат. Наш самолет размером с авиалайнер и весит как автомобиль, но потребляет энергии не больше, чем мопед. Это начало новой эры, причем не только в авиационной индустрии. Мы показали потенциал возобновляемой энергии: если уж мы можем на ней летать, то способны и на многие другие вещи. С помощью новых технологий мы можем позволить себе сохранить привычный уровень жизни, но потреблять гораздо меньше энергии. Ведь пока что мы слишком зависимы от двигателей внутреннего сгорания и цен на ресурсы!»

HB-SIA – технические данные прототипа

• Высота полета - 8 500 м
• Наибольшая масса - 1 600 кг
• Крейсерская скорость - 70 км/ч
• Минимальная скорость - 35 км/ч
• Размах крыла - 63,4 м
• Площадь крыла - 200 кв.м
• Длина - 21,85 м
• Высота - 6,4 м
• Мощность силовой установки - 4×7,35 кВт
• Диаметр винтов силовой установки - 3,5 м
• Масса аккумуляторов - 400 кг
• КПД солнечных батарей (11 628 монокристаллов) – 22,5%

Имеет ли солнечная авиация будущее? Разумеется, обещает Боршберг. В 1903 году братья Райт были уверены, что пересечь Атлантику на самолете невозможно. А спустя 25 лет Чарльз Линдберг сумел долететь из Нью-Йорка в Париж. Еще столько же лет потребовалось на создание первого 100-местного авиалайнера. Команда Пикара и Боршберга находится только в начале пути, максимальная скорость рабочего прототипа - не более 70 километров в час. Но первый шаг уже сделан.

Впрочем, в Solar Impulse уже знают, что будет дальше. В 2012-2013 годах прототип СОЛНЕЧНОГО САМОЛЕТА HB-SIB с обновленным оборудованием и постоянным давлением в кабине пилота должен совершить первое кругосветное путешествие на «солнечном крыле». Размах несущей поверхности составит около 80 метров - больше, чем у любого современного авиалайнера. Ожидается, что полет пройдет на высоте 12 километров. Правда, он не будет непрерывным. Для смены экипажа из двух пилотов потребуется пять посадок. Ведь полет при все еще невысокой линейной скорости займет более трех-четырех суток.

Как бы то ни было, проект Пикара вселяет оптимизм. Возможно, через пару десятилетий авиакомпании, наконец, перестанут повторять сакраментальную мантру о том, что скоро «нефть кончится». Кончится? Ну, и отлично. Будем летать не на керосине, а на солнечной энергии!

Второй версии бескомпромиссного электрического самолёта на солнечных батареях, способном пролететь несколько суток, пользуясь лишь энергией солнца. Сегодня я расскажу о более простом и приземлённом (насколько это слово можно употребить по отношению к самолёту), но тем гораздо более интересном глайдере Sunseeker Duo.

Sunseeker Duo на испытаниях в апреле 2014 года.
Команда Solar Flight и её лидер, Эрик Рэймонд, создают уже не первый электрический планер на солнечных батареях. Сначала был Sunseeker I в 1990, потом Sunseeker II в 2005, и теперь двухместный Sunseeker, третья итерация планера. Это первый в мире двухместный электрический самолёт на солнечных батареях. С начала постройки планера в октябре 2012 до первого тестового полёта в декабре 2013 года прошло чуть меньше полутора лет.



Для улучшения аэродинамики шасси сделано убирающимся.
После первого тестового полёта на планере без электрического оборудования, Solar Flight проработала и оттестировала все оставшиеся аспекты функционирования электрического глайдера: мониторинг аккумуляторного модуля, мотор, пропеллер, убирающееся шасси. За время безмоторных полётов была обнаружена некоторая нестабильность, ставящая вопрос о необходимости дополнительных солнечных батарей на горизонтальном стабилизаторе. Сейчас же Solar Flight говорит, что самолёт очень стабилен как на земле, так и в воздухе, и превосходит предыдущий Sunseeker II во всех аспектах.

В процессе создания крыла Sunseeker Duo.
"Современные литиевые батареи имеют в 7 раз большую ёмкость, чем никель-кадмиевые, которые мы использовали на Sunseeker I", - вспоминает Рэймонд, - "Когда мы первый раз делали наброски планера, мы даже не могли себе представить солнечные батареи с большей, чем 20% эффективностью. Эти технологии - мечты, воплотившиеся в реальности."

В электрическом самолёте настолько тихо, что гарнитура для общения не нужна.
В ходе первого полёта Sunseeker Duo планировал без мотора на скорости 50-140 км/ч и поднимался при включённом моторе со скоростью 65-70 км/ч. И даже в этот момент не требовалась гарнитура для общения между людьми в кабине, электрические двигатели намного тише бензиновых. Несмотря на огромные крылья, Sunseeker Duo вполне способен на некоторые акробатические фигуры, хотя бы ту же петлю. После завершение фазы тестирования, команда планирует совершить серию перелётов на планере по всему миру для демонстрации достижений самых последних технологий.

Приборная панель Sunseeker Duo.
Что касается характеристик глайдера, благодаря широкому применению композитов, он получился очень лёгким. Вес самого самолёта всего 280 килограмм, к которым можно добавить 200 кг полезной нагрузки. Размах крыльев Sunseeker Duo - 22 метра. Электрический мотор имеет номинальную мощность в 20 кВт и пиковую 25 кВт. 1510 солнечных элементов, закрывающих почти всю верхнюю поверхность самолёта, могут давать в сумме около 5 кВт энергии.

В качестве солнечных батарей используются кремниевые
элементы Sunpower с эффективностью почти 23%.
Что касается типа используемых элементов, как и в Solar Impulse 2, использовались 22.8% элементы производства Sunpower. Вместо GaAs, используемого раньше на всех экспериментальных самолётах настало время дешёвого кремния. Эффективность монокристаллического кремния выросла настолько, что становится уже достаточно такой мощности модулей, а при цене на порядки меньшей, чем у GaAs модулей, выбор становится очевидным, даже на экспериментальных проектах с хорошим финансированием.

Как и у многих обычных глайдеров, крылья у Sunseeker Duo складываются.
Точная ёмкость батарей не сообщается, но используется 300-вольтная система из 72 аккумуляторов, на которой можно 20 минут крутить мотор на максимальной мощности, что даёт оценку ёмкости батарей в 8 кВтч. Если крутить мотор по максимуму, планер может достигать 80 км/ч, а планируя с потерей высоты он будет разгоняться до 160 км/ч, поэтому обычно на моторе набирают высоту, а потом медленно планируют, накапливая свежий заряд за это время.

С полностью сложенными крыльями Sunseeker Duo легко
перевозить в трейлере по дорогам общего пользования.
Создатели заявляют, что на Sunseeker Duo можно летать вдвоём на солнечной энергии в течении 12 часов и более. И нет никаких оснований им не доверять, потому что характеристики самолёта вполне это позволяют. Но что ещё более важно, на создание ушла сотня миллионов долларов, а команда Solar Flight была ограничена несколькими сотнями тысяч. И этого оказалось достаточно, чтобы создать гораздо более практичный самолёт.

Elektra One в небе над Каннами, Франция.
Как когда-то начали появляться электрические планеры в дополнении к бензиновым, я думаю, скоро начнут появляться и планеры на солнечных батареях. Не экспериментальные, а более массовые, свободно продающиеся модели. Если посмотреть на современный электрический глайдер, например, Pipistrel Taurus Electro G2 , который хоть и имеет значительно меньший размах крыльев, но тоже двухместный, с электромотором, и весит чуть больше 300 кг. Даже если увеличить размах крыльев и добавить солнечные батареи, его масса вырастет не значительно. Особенно, если учесть, что без широкого применения композитов двухместные глайдеры весят за 600 килограмм, и на них тоже летают.

Первый полёт Sunseeker Duo с установленной электрикой.
Конечно, электрический планер с солнечными батареями это не чистый спорт, который предлагают безмоторные планеры, но зато он даёт возможность самостоятельно взлетать с земли. И преодолевать большие расстояния на нём проще. К тому же, если вопрос только в моторе, бензиновые планеры появились очень давно и прочно заняли свою нишу моторных глайдеров.

Электросамолеты, летающие за счет энергии солнечного света, — товар штучный. Каждый уникален и создается на частные инвестиции, скорее с имиджевыми и исследовательскими целями, чем с намерением запускать такой агрегат в серийное производство. Пожалуй, самые известные проекты в области солнечного воздухоплавания создают сейчас в Швейцарии — это самолеты SolarImpuls и SolarStratos . На первом из них три года назад облетел вокруг света Бертран Пикар, внук изобретателя стратостата Огюста Пикара. О SolarStratos «Чердак» уже — на нем швейцарские пилоты планируют подняться в стратосферу. Летом 2018 года американская компания Bye Aerospace испытала летательный аппарат StratoAirNet семейства Solesa — подобные самолеты, по мнению компании, можно будет использовать для военного патрулирования, картографирования и поисково-спасательных работ. Российский промышленный холдинг «РОТЕК» решил не отставать от мировых трендов и тоже занялся разработкой «солнечного» самолета. Проект получил название «Альбатрос».

Что полетит?

Проект «Альбатрос» состоит из двух этапов. Первый — создание и испытание летающей лаборатории фотовольтаики, которая соберет информацию о работе солнечных батарей, накопителей энергии и других систем во время полета. На втором этапе будет построен собственно, самолет, на котором пилот облетит вокруг Земли за пять дней, ни разу не приземляясь.

Летающая лаборатория — это немецкий моторный двухместный планер Stemme S12, оснащенный солнечными фотоэлементами, гибридной системой накопления энергии (суперконденсатор и литий-ионный аккумулятор) и научным оборудованием.

— В силу того, что это лаборатория, нам нужно было очень высокое аэродинамическое качество, чтобы летать долго, и достаточно места для размещения оборудования плюс возможность высоких полетов. Поэтому был выбран самолет, соединяющий в себе эти качества, — рассказывает председатель совета директоров АО «РОТЕК», руководитель проекта «Альбатрос», летчик Михаил Лифшиц. — Аэродинамическое качество этого планера 1-53 на сегодня лучшее в мире. Оборудование — нагрузочные устройства, измерительные системы, позиционирование — находится в заднем отсеке. Все, что касается науки и измерений, сделано в России. А платформа испытания немецкая.

Евгения Щербина / Chrdk.

Аэродинамическое качество можно примерно представить как расстояние, которое самолет способен преодолеть в штиль за счет одного только планирования. Его значение 1-53 означает, что самолет может с высоты одного километра планировать 53 километра, постепенно снижаясь. Например, альбатрос, умеющий ловить теплые восходящие воздушные потоки и за счет них долго парить над поверхностью океана, имеет аэродинамическое качество 1-20 — больше, чем у большинства самолетов. Дольше альбатроса могут планировать только некоторые бомбардировщики и специально спроектированные планеры, такие как «Вояджер», совершивший первый беспосадочный и без дозаправки перелет вокруг Земли.

По словам Лифшица, несмотря на то что конструкторы «Альбатроса» учитывают мировой опыт перелетов на электросамолетах, у них все же не оказалось достоверных данных о том, как ведут себя солнечные модули и накопители энергии при разных типах освещенности, на разных высотах и в разных климатических условиях, поэтому и возникла необходимость в летающей лаборатории.

— Есть научно-практические центры в Петербурге, Владивостоке, Москве, но там элементы фотовольтаики находятся на земле. Но вот сколько мы соберем на разных углах атаки, на разных положениях солнца, на разных широтах, высотах, при разных подстилающих поверхностях, в разное время суток? По сути, нет системного ответа. А чтобы спроектировать летательный аппарат правильно, нужно иметь расчетные базы. Поэтому мы спроектировали летающую лабораторию. Это первый этап проекта, и он уже уникален, потому что в мире настолько качественных исследований еще не было, — говорит Лифшиц.

Солнечные модули для самолета сделает российская группа компаний Hevel . Их КПД — 22,5% — не такой высокий, как у SolarStratos (24,6%), но выше КПД обычных монокристаллических кремниевых батарей (до 20%). Однако, по словам Лифшица, для полета гораздо важнее дневная выработка и способность ячеек работать в рассеянном свете, потому что обеспечить прямое солнечное освещение довольно проблематично. На «Альбатросе» будут использоваться не обычные монокремниевые фотоэлементы, которые используют на солнечных электростанциях, а гетеропереходные , более эффективные и способные работать в рассеянном свете. Подобные полупроводниковые фотоэлементы используют в конструкции космических аппаратов .

Солнечные модули закреплены как на верхней, так на нижней поверхности крыла планера-лаборатории, чтобы собирать отраженный от поверхности земли солнечный свет. От накопленных данных зависит облик будущего самолета, но уже сейчас ясно, что крылья ему нужны большой площади. Примерный размах крыльев самолета, который пока существует только на бумаге, — 30 метров.

Как полетит?

Сейчас лаборатория фотовольтаики проходит серию испытаний: уже прошли полеты в районе аэродрома «Северка» в Московской области, но планируются и перелеты по всей России. А с января 2019 года начнется проектирование самого летательного аппарата, «Альбатроса». К разработке двигателя авторы намерены привлечь конструкторов из Австралии и Британии. В полет «Альбатрос» отправится в 2020 году, пилотировать его будет известный российский путешественник Федор Конюхов. Сейчас он тренируется и учится на пилота планера и малой авиации в Белоруссии.

— Видите, мне 67 лет, а я все еще учусь, — смеется Конюхов. — К 2020 году, когда предстоит лететь на «Альбатросе», у меня уже будет много часов налета на обычных самолетах. Я знаю небо, я летал на воздушном шаре вокруг света.

Свою кругосветку российский «солнечный» самолет будет делать на высоте полета обычных пассажирских самолетов — около 11 километров. Скорость самолета будет достигать примерно 200-220 километров в час.

— На высоте, соответственно, 300 километров в час ветер и наша скорость 200 километров в час — вот и будем двигаться со скоростью примерно 500 километров в час, — рассуждает путешественник.

Данные о поведении ветра на разных высотах Конюхов собирал во время путешествия вокруг Земли на воздушном шаре — они тоже будут использованы при расчете полета «Альбатроса».

Предполагается, что днем самолет будет набирать максимальную высоту, а ночью несколько сотен километров планировать, к утру достигая отметки в 8-10 километров над уровнем моря. Большая высота для полета нужна не только из-за сильного ветра, но и потому, что на такой высоте нет гроз. Попадать в грозовые тучи очень опасно.

— Когда я летал на воздушном шаре, у меня была установка: «Ночью ты должен видеть звезды, днем — солнце. Если не видишь, значит ты падаешь», — говорит Конюхов.

Он также тренируется, чтобы выдержать пять дней почти неподвижного пребывания в маленькой кабине самолета. Отвлечься от управления и отдохнуть позволит автопилот. У путешественника также будет специальное жидкое питание, легкое и сбалансированное. На случай эвакуации на парашюте будет спускаться весь самолет.

Фото предоставлено пресс-службой фонда «Сколково»

Проводить полет планируется в Южном полушарии, так как в Северном слишком много суши и, соответственно, стран, с которыми пришлось бы договариваться о пролете в их воздушном пространстве, а это сложно. Так что большую часть пути под крылом «Альбатроса» будет океан. Сейчас авторы проекта договариваются с правительством Австралии для пролета над ней, также «Альбатрос» пролетит над Новой Зеландией, Чили, Аргентиной, Бразилией и ЮАР.

В том же 2020 году самолет SolarStratos тоже отправится в свой первый полет. Но, по словам Лифшица, никакой конкуренции у проектов нет. Швейцарцы планируют подняться на максимальную высоту в 25 километров, а полет будет длиться всего несколько часов. Для облегчения конструкции кабина самолета будет негерметичной, так что пилот проведет эти часы в скафандре, который, кстати, разрабатывает российское предприятие «Звезда». «Альбатрос» же будет находиться в полете пять дней, и пилот будет пребывать в герметичной кабине без скафандра.

Зачем полетит?

По словам Михаила Лифшица, для «РОТЭК» в проекте «Альбатрос» важна не финансовая, а скорее исследовательская составляющая.

— Понятно, что мы не первые, кто замахнулся на такой проект. Мы внимательно смотрели на то, что в мире происходило, начиная с Пикара, который облетел вокруг света. У него ушло на это два года, 17 посадок, каждая из которых была сопряжена с ремонтом самолета. После этого были попытки. Мы знаем об этих проектах, со всеми в той или иной степени дружим. И первое, что мы решили сделать, — это учесть их ошибки. Даже не столько ошибки, сколько попробовать сделать проект более прикладным, техническим, научным, — говорит летчик.

По его словам, серийное производство пилотируемых «солнечных» самолетов, способных облететь за раз вокруг Земли, никому не нужно. С коммерческой точки зрения перспективнее питаемые от солнца беспилотные летательные аппараты.

— Сейчас много проектов атмосферных и стратосферных спутников на солнечных батарейках, но пока они тащат только сами себя. Мы пытаемся сделать полноценный летательный аппарат с самой высокой полезной нагрузкой, — объясняет Лифшиц.

— Кроме того, с помощью такого аппарата можно будет обкатать некоторые технологии в сфере накопителей энергии, топливных элементов, новых покрытий и материалов, — добавляет к этому Олег Дубнов, вице-президент, исполнительный директор кластера энергоэффективных технологий фонда «Сколково».

Также создатели «Альбатроса» надеются, что успех проекта поднимет престиж страны и стимулирует развитие бестопливной авиации. Они рассчитывают, что в будущем автономные летательные аппараты заменят спутники в ряде отраслей, их можно будет использовать для мониторинга поверхностей океанов, лесов и земель сельского хозяйства.

— Этими полетами и решениями будет показано, насколько можно использовать солнечную энергетику сейчас, настало ли то время и достигли ли технологии того развития, когда это возможно делать, — говорит Дубнов.

Топливные расходы – это одна из самых главных составляющих себестоимости полета на самолетах . Но благодаря таким разработкам как Sunseeker Duo , в будущем, возможно, от них вообще удастся избавиться, и воздушные средства передвижения все без исключения станут электрическими .

Sunseeker Duo – это первый в мире электрический самолет, который может нести на себе не одного человека, а сразу двух. Создан он на основе серийного немецкого планера Stemme S-10, дополненного электродвигателем, аккумулятором и солнечными панелями на крыльях.

Создатель Sunseeker Duo называет свое детище самым быстрым в мире электрическим самолетом, правда, нигде не указывает, с какой максимальной скоростью тот может лететь.

May 12th, 2013

Лето 2010 года навсегда войдет в историю авиации. Впервые пилотируемый самолет на солнечных батареях совершил беспосадочный полет длительностью более суток. Уникальный прототип СОЛНЕЧНОГО САМОЛЕТА HB-SIA — детище швейцарской компании Solar Impulse и ее бессменного президента Бертрана Пикара.

В своем послании, размещенном на сайте компании после успешных испытаний летательного аппарата , Пикар отмечал: «До этого дня мы не могли по-настоящему рассчитывать на чье-либо доверие. Теперь же мы действительно можем показать всему политическому и экономическому миру, что эта технология работает».

Ранним утром 7 июля благодаря энергии, вырабатываемой 12 тысячами солнечных элементов , установленных па крыле длиной более 64 метров (вполне сравнимо с габаритами лайнера Airbus А340), необычного вида одноместный самолет весом в полторы тонны поднялся с аэродрома в Пайерне (Швейцария). За штурвалом сидел один из основателей , 57-летний швейцарский пилот и бизнесмен Андре Боршберг.

«Это был самый удивительный полет в моей жизни, — заметил он после приземления. — Я просто сидел и смотрел, как уровень заряда батареи поднимается с каждым часом, и гадал, хватит ли емкости на всю ночь. А в результате пролетал 26 часов без единой капли топлива и какого-либо загрязнения окружающей среды!»

Не первый самолет на солнечной энергии , построенный человеком, но первый, преодолевший границу между днем и ночью с пилотом на борту.

Модели СОЛНЕЧНЫХ САМОЛЕТОВ начали появляться в 1970-х годах с выходом на рынок первых доступных по цене фотоэлектрических элементов, а в 80-е начались и пилотируемые полеты. Американская команда под руководством Пола Маккриди создала самолет Solar Challenger мощностью 2,5 кВт, который совершал впечатляющие многочасовые полеты. В 1981 году ему удалось преодолеть Ла-Манш. А в Европе Гюнтер Рохельт из Германии поднялся в небо на собственной модели Solair 1, оснащенной двумя с половиной тысячами ячеек общей мощностью около 2,2 кВт.

В 1990 году американец Эрик Реймонд пересек Соединенные Штаты на своем Sunseeker. Впрочем, на путешествие с двадцатью остановками ушло более двух месяцев (121 час полета), а самый длинный отрезок насчитывал около 400 километров. Весила модельлетательного аппарата всего 89 килограммов и была оснащена кремниевыми солнечными панелями .

В середине 90-х сразу несколько подобных самолетов приняли участие в конкурсе «Berblinger»: перед ними стояла задача выйти на высоту в 450 метров и продержаться на энергии солнца порядка 500 Вт на квадратный метр крыла. Приз в 1996 году получила модель профессора Войта-Ницшманна из университета Штутгарта, чей Icare II имел 25-метровое энергетическое крыло площадью 26 кв. метров.

В 2001 году «солнечный» беспилотник компании AeroVironment под названием Helios, разработанный специально для НАСА и имевший размах крыла более 70 метров, сумел подняться на высоту более 30 километров. Двумя годами позже он попал в зону турбулентности и пропал где-то в Тихом океане.

В 2005 году небольшой беспилотник с размахом крыла около 5 метров Алана Коккони и его компании AC Propulsion впервые успешно осуществил полет длительностью более 48 часов. За счет энергии, накопленной в дневное время, летательный аппарат был способен и на ночной полет. Наконец, в 2007-2008 годах англо-американская компания QuinetiQ осуществила успешные полеты своего летательного аппарата Zephyr продолжительностью 54 и 83 часа. Машина весила около 27 кг, размах крыла составлял 12 м, а высота полета превышала 18 км.

Проект самолета на солнечных батареях Solar Impulse вряд ли сумел бы выбраться из пеленок чертежей и набросков, если бы не энергия неутомимого Бертрана Пикара — врача, путешественника, бизнесмена и авиатора-рекордсмена. Впрочем, похоже, помогли и гены.

Дед инноватора Огюст Пикар — знаменитый физик, друг Эйнштейна и Марии Кюри, один из пионеров авиации и подводного дела, изобретатель первого глубоководного аппарата и стратостата. Преодолев на воздушном шаре 15-километровую высоту в начале 30-х, он стал первым человеком в мире, собственными глазами увидевшим кривизну поверхности земного шара.

Затем Огюста потянуло вниз, и изобретатель построил глубоководный аппарат, который назвал батискафом. После нескольких совместных погружений его сын Жак Пикар настолько увлекся исследованием тайн Мирового океана, что стал одним из первопроходцев, побывавших на дне Марианской впадины (глубина 11 км.). Затем, взяв за основу работы отца, Жак построил первую в мире субмарину для туристов, а также мезоскаф для исследования Гольфстрима.

Благодаря отцу Бертран Пикар, родившийся в 1958 году, еще в детстве получил уникальную возможность лично познакомиться с выдающимися людьми, во многом определившими его будущее: знаменитым швейцарским пилотом-спасателем Германом Гейгером, с которым он совершил первый перелет через Альпы, дайвером-рекордсменом Жаком Майолем, учившим его погружению во Флориде, одним из столпов мировой космонавтики Вернером фон Брауном, познакомившим его с астронавтами и сотрудниками NASA.

В 16-летнем возрасте, возвратившись из Флориды после очередного практического курса глубоководных погружений, Бертран совершил свое первое воздушное путешествие, открыв для себя дельтаплан. Стоит ли удивляться, что именно он вскоре стал одним из пионеров этого вида спорта в Европе. Спустя годы Пикар не только стал основателем Швейцарской федерации дельтапланеризма и профессиональным инструктором, но и испробовал все, что только возможно: воздушную акробатику, запуск с воздушного шара, парашютный спорт. Несколько раз Пикар становился чемпионом Европы в этом виде спорта, наконец, он был первым, кто перелетел швейцарско-итальянские Альпы на мотодельтаплане.

Незаметно «воздушное» хобби стало для него еще и профессиональной лабораторией. Заинтересовавшись поведением людей в экстремальных ситуациях, Пикар поступил на отделение психиатрии и через несколько лет получил докторскую степень медицинского факультета университета Лозанны в области психотерапии, после чего открыл собственную практику. Предметом особого интереса для Бертрана стали техники медицинского гипноза: недостающие знания он получал как в университетах Европы и США, гак и у последователей даосизма в Юго-Восточной Азии.

Именно этот интерес снова вернул Пикара в небо. В 1992 году компания Chrysler устроила первую в истории трансатлантическую гонку на воздушных шарах, получившую название Chrysler Challenge. Бельгийский авиатор Вим Верштратен пригласил Пикара в качестве второго пилота — он был уверен, что наличие па борту психотерапевта, владеющего практикой гипноза, может оказаться неплохим преимуществом перед остальными командами. Так и получилось. Экипаж Верштратена и Пикара легко выдержал марафон и выиграл историческую гонку, приземлившись в Испании посте пятидневного перелета длиной в пять тысяч километров.

Для Пикара полет стал не просто откровением, а еще и новым способом взаимодействия с природой. После 18 лет полетов на дельтаплане у него появилась новая мечта — облететь весь мир без мотора и руля, положившись на волю ветра.

И мечта сбылась. Пусть и не с первой попытки. Спонсорами выступили швейцарский производитель часов Breitling и Международный олимпийский комитет. 12 января 1997 года, после трех лет подготовки, воздушный шар под названием Breitling Orbiter взлетел с аэродрома в Швейцарии, но из-за технических неполадок уже через шесть часов приземлился. Breitling Orbiter 2 отправился в полет в феврале 1998 года, но снова не добрался до точки назначения. На этот раз остановка произошла в Бирме, после того как китайские власти отказали Пикару в предоставлении воздушного коридора. Этот полет стал самым длительным путешествием на воздушном шаре в истории (более девяти дней), но цель все еще не была достигнута.

Наконец, третий шар покинул Швейцарию в марте 1999 года и приземлился в Египте после непрерывного полета длительностью почти в 20 суток и протяженностью более 45 тысяч километров. Своим беспрецедентным путешествием Пикар побил семь мировых рекордов, заработал несколько почетных научных званий и вошел в энциклопедии наряду со знаменитыми отцом и дедом.

Breitling Orbiter 3 разместился в Смитсоновском музее воздухоплавания и космонавтики в США, а Бертран Пикар написал несколько книг и стал желанным гостем на многочисленных лекциях и семинарах.

В 2003 году неутомимый Пикар объявил о новом, еще более амбициозном начинании, взявшись за создание пилотируемогосамолета на солнечных батареях , способного облететь весь земной шар. Так появился проект Solar Impulse .

Партнером Пикара и незаменимым СЕО компании стал швейцарский пилот и бизнесмен Андре Боршберг. Он родился в Цюрихе, закончил инженерный факультет Федерального политехнического института в Лозанне (EPFL), получил в легендарном Массачусетском технологическом институте степень в области менеджмента, и с тех пор накопил огромный опыт в качестве основателя и управляющего самых разных бизнес-проектов. Кроме того, с ранних лет Андре увлекался авиацией — учился в школе ВВС Швейцарии и получил не один десяток лицензий, дающих право профессионального управления самолетами и вертолетами всех мыслимых категорий.

Пять лет Боршберг проработал в одной из крупнейших консалтинговых компаний мира McKinsey, после чего основал собственный венчурный фонд, вывел в свет две компании в области высоких технологий и создал благотворительный фонд.

В 2003 году в Лозанне Пикар и Боршберг провели предварительные исследования, подтвердившие принципиальную инженерную возможность реализовать концепцию Пикара. Расчеты подтверждали, что создать летательный аппарат на солнечных батареях теоретически возможно. В ноябре 2003 года проект был официально запущен, и начались разработки прототипа.

Начиная с 2005 гола в Королевском институте метеорологии в Брюсселе моделировались пробные виртуальные полеты модели самолета в реальных условиях аэропортов Женевы и Цюриха. Главной задачей был расчет оптимального маршрута, ведь долго находиться под облаками, закрывающими солнце, СОЛНЕЧНЫЙ САМОЛЕТ не мог. И наконец, в 2007 году началось изготовление самолета.

В 2009 году первенец HB-SIA был готов к испытательным полетам. В процессе создания конструкции перед инженерами стояли две основных задачи. Нужно было минимизировать вес летательного аппарата , одновременно добиваясь максимальной энерговооруженности и эффективности. Первая цель была достигнута за счет использования углеродного волокна, специально разработанной «начинки» и путем избавления от всего лишнего. К примеру, кабина пилота не имела системы обогрева, так что Боршбергу пришлось использовать специальный термокостюм.

Главным, по попятным причинам, стал вопрос получения, накопления и оптимального расходования солнечной энергии. В типичный полдень каждый квадратный метр земной поверхности получает около тысячи ватт или 1,3 «лошадиных силы тепла». 200 квадратных метров фотоэлементов с 12-и % КПД вырабатывают около 6 киловатт энергии. Много ли это? Скажем так, примерно столько же было в распоряжении легендарных братьев Райт в 1903 году.

Па поверхности крыла СОЛНЕЧНОГО САМОЛЕТА было смонтировано более 12 тысяч ячеек. Их эффективность могла бы быть и выше — на уровне тех панелей, что устанавливаются па МКС. Но более эффективные ячейки обладают и большим весом. В невесомости это не играет роли (скорее уж — при подъеме энергетических ферм на орбиту при помощи космических «грузовиков»). Однако СОЛНЕЧНЫЙ САМОЛЕТ Пикара должен был продолжать полет ночью, используя накопленную в аккумуляторах энергию. И вот тут каждый липший килограмм играл критически важную роль. Именно фотоэлементы оказались самым тяжелым компонентом машины (100 килограммов, или около четверти веса летательного аппарата), так что оптимизация этого соотношения стала самой сложной задачей для команды инженеров.

Наконец, на СОЛНЕЧНЫЙ САМОЛЕТ установили уникальную бортовую компьютерную систему, оценивающую все параметры полета и предоставляющую необходимую информацию пилоту, а также наземной команде. В общей сложности инженеры Solar Impulse в процессе реализации проекта создали около 60 новых технологических решений в области материалов и солнечной энергетики.

В 2010 году начались первые и весьма успешные тестовые полеты, а уже в июле Андре Боршберг совершил свой исторический круглосуточный полет.

«К утру в батареях оставалось еще около 10 процентов заряда, — рассказывал воодушевленный Боршберг. — Это прекрасный и совершенно неожиданный для нас результат. Наш самолет размером с авиалайнер и весит как автомобиль, но потребляет энергии не больше, чем мопед. Это начало новой эры, причем не только в авиационной индустрии. Мы показали потенциал возобновляемой энергии: если уж мы можем на ней летать, то способны и на многие другие вещи. С помощью новых технологий мы можем позволить себе сохранить привычный уровень жизни, но потреблять гораздо меньше энергии. Ведь пока что мы слишком зависимы от двигателей внутреннего сгорания и цен на ресурсы!»

HB-SIA - технические данные прототипа

• Высота полета — 8 500 м
• Наибольшая масса — 1 600 кг
• Крейсерская скорость — 70 км/ч
• Минимальная скорость — 35 км/ч
• Размах крыла — 63,4 м
• Площадь крыла — 200 кв.м
• Длина — 21,85 м
• Высота — 6,4 м
• Мощность силовой установки — 4×7,35 кВт
• Диаметр винтов силовой установки — 3,5 м
• Масса аккумуляторов — 400 кг
• КПД солнечных батарей (11 628 монокристаллов) - 22,5%

Имеет ли солнечная авиация будущее? Разумеется, обещает Боршберг. В 1903 году братья Райт были уверены, что пересечь Атлантику на самолете невозможно. А спустя 25 лет Чарльз Линдберг сумел долететь из Нью-Йорка в Париж. Еще столько же лет потребовалось на создание первого 100-местного авиалайнера. Команда Пикара и Боршберга находится только в начале пути, максимальная скорость рабочего прототипа — не более 70 километров в час. Но первый шаг уже сделан.

Впрочем, в Solar Impulse уже знают, что будет дальше. В 2012-2013 годах прототип СОЛНЕЧНОГО САМОЛЕТА HB-SIB с обновленным оборудованием и постоянным давлением в кабине пилота должен совершить первое кругосветное путешествие на «солнечном крыле». Размах несущей поверхности составит около 80 метров — больше, чем у любого современного авиалайнера. Ожидается, что полет пройдет на высоте 12 километров. Правда, он не будет непрерывным. Для смены экипажа из двух пилотов потребуется пять посадок. Ведь полет при все еще невысокой линейной скорости займет более трех-четырех суток.

Как бы то ни было, проект Пикара вселяет оптимизм. Возможно, через пару десятилетий авиакомпании, наконец, перестанут повторять сакраментальную мантру о том, что скоро «нефть кончится». Кончится? Ну, и отлично. Будем летать не на керосине, а на солнечной энергии!

А я вам еще напомню про , а так же узнайте из каких кубиков складывалась Оригинал статьи находится на сайте ИнфоГлаз.рф Ссылка на статью, с которой сделана эта копия -