Unul dintre obiectivele principale ale agențiilor spațiale și aerospațialului comercial în aceste zile este reducerea costurilor asociate explorării spațiale. Dar nu este vorba doar de costul trimiterii de sarcini utile în spațiu (și de poluarea pe care o provoacă) care privește agenții precum NASA.
Există, de asemenea, costurile (economice, precum și de mediu) asociate cu aviația. Nici combustibilul cu jet nu este ieftin, iar călătoriile aeriene comerciale reprezintă 4 până la 9% din gazele cu efect de seră antropice (și sunt în creștere). Din acest motiv, NASA s-a asociat cu industria comercială pentru a dezvolta aeronave electrice, care speră să ofere o alternativă eficientă din punct de vedere al consumului de combustibil și din punct de vedere al costurilor la jeturile comerciale până în 2035.
Aceasta reprezintă o provocare semnificativă, deoarece multe dintre componentele necesare pentru crearea unei aeronave electrice funcționale sunt destul de mari și grele. În special, Programul AAVP (NASA) avansat de NASA caută invertoare ușoare și compacte - o componentă centrală a unui sistem electric care oferă putere pentru a conduce motorul electric.
Invertoarele sunt esențiale pentru sistemele de propulsie electronică, deoarece transformă curent alternativ (AC) - generat de generatoarele montate pe motor și motoarele electrice acționate de elice - la puterea de curent continuu (CC) de înaltă tensiune. Din păcate, componentele necesare pentru a genera acea cantitate de energie - generatoare, electronice de conversie a puterii, motoare etc. - au fost istoric mult prea mari și grele pentru a se încadra într-o aeronavă.
Acest lucru creează ceva de conundru, deoarece cantitatea de energie necesară pentru a genera ascensorul necesar ar necesita o electronică și mai grea. De aceea NASA investighează științele materialelor de ultimă oră pentru a crea electronice mai ușoare și mai mici. În acest scop, au semnat recent un contract de 12 milioane de dolari cu General Electric (GE), unul dintre liderii mondiali în dezvoltarea tehnologiei avansate de carbură de siliciu (SiC).
Acest mineral semiconductor este utilizat în fabricarea de electronice de înaltă tensiune, cu temperaturi ridicate, iar GE speră să-l folosească pentru a satisface cerințele de dimensiune, putere și eficiență specificate de NASA. Aceste specificații necesită un invertor care nu este mai mare decât o valiză și capabil să genereze un megawatt (MW) de energie electrică.
După cum a explicat Jim Heidmann, managerul proiectului avansat de tehnologie a transportului aerian al NASA, într-un comunicat de presă al NASA:
„Ne aflăm într-un moment critic în istoria aviației, deoarece avem oportunitatea de a dezvolta sisteme care vor reduce costurile, consumul de energie și zgomotul, deschizând în același timp noi piețe și oportunități pentru companiile americane. Este imperativ să lucrăm cu industria și cu mediul academic pentru a ne asigura că tehnologiile potrivite sunt disponibile pentru a răspunde cerințelor viitorilor pasageri și transportatori. "
Pur și simplu, un megawatt reprezintă o cantitate extraordinară de energie electrică și gestionarea în siguranță a acestui tip de energie este o provocare majoră. De exemplu, NASA
Dar, datorită pasurilor făcute în domeniul electronicii și tehnologiei cu motor hibrid în ultimii ani, aceste cerințe ar putea fi la îndemână. A spus Amy Jankovsky, managerul subproiectului de propulsie hibridă cu gaz electric la Centrul de Cercetare Glenn al NASA:
„Cu progresele recente în materie de materiale și electronice de putere, începem să depășim provocările cu care se confruntă dezvoltarea conceptelor de electrificare cu reducere a energiei, iar această lucrare a invertorului este un pas critic în eforturile noastre de propulsie aeronavă electrificată. Parteneriatul nostru cu GE este esențial pentru avansarea componentelor pentru zbor și greutate pentru zboruri din clasa megawatt pentru viitoarele aeronave de transport. "
Carbură de siliciu este deosebit de promițătoare pentru aplicații de aviație de mare putere datorită proprietăților sale materiale. Oferă temperaturi de funcționare ridicate, tensiune ridicată și o capacitate mare de manipulare a puterii. Aceste avantaje vor permite inginerilor capacitatea de a proiecta componente care au dimensiuni mai mici și mai ușoare, crescând totodată puterea de energie.
„Am ambalat, în esență, un megawatt de putere la dimensiunea unei valize compacte care va converti suficientă energie electrică pentru a permite arhitecturi de propulsie hibrid-electrică pentru avioane comerciale”, a declarat Konrad Weeber, inginerul principal al energiei electrice la GE Research. „Am construit și demonstrat cu succes invertoare la nivelul solului care îndeplinesc cerințele de putere, dimensiune și eficiență ale zborului electric.”
Dezvoltarea acestor sisteme electrice care se desfășoară în prezent la NASA Electric Aircraft Testbed (NEAT) din Sandusky, Ohio, care anterior a fost instalația de tunel hipersonic Glenn NASA. Primul de acest fel, acest pat de testare reconfigurabil este însărcinat cu proiectarea, dezvoltarea, asamblarea și testarea sistemelor de alimentare cu aeronave electrice care vor merge la crearea de la toate, de la aeronave pentru două persoane la avioane de 20 MW.
În luna mai, NEAT a reușit să efectueze primul său test pe scară de megawatt datorită cantităților masive de putere la care are acces instalația. Acesta și parteneriatul recent semnat cu GE vine la scurt timp după ce NASA a anunțat un alt partener lucrativ cu GE și două mari companii aerospatiale - Boeing și United Technologies Pratt & Whitney - pentru a studia posibilele beneficii și riscuri ale demonstrațiilor de zbor pe scară megawatt.
În opinia lui Barb Esker, directorul adjunct al Programului Avansat de Vehicule Aeriene al NASA:
„Demonstrațiile de zbor sunt o parte importantă a dezvoltării tehnologiei, deoarece oferă inginerilor și partenerilor noștri din industrie posibilitatea de a rezolva problemele și de a demonstra concepte într-un cadru realist, în timp ce abordează provocările cu care se confruntă propulsia electrificată în aviație.”
Între amenințarea schimbărilor climatice și faptul că populația lumii se va apropia de aproape 10 miliarde până în 2050, este clar că trebuie dezvoltate mijloace alternative de fabricație, producție de energie și transport. Este bine să știm că, alături de mașinile electrice și hibride, putem aștepta cu nerăbdare avioanele electrice și hibride.
