I sistemi di propulsione elettrica sono utilizzati attivamente nei moderni veicoli aerei senza equipaggio e forniscono elevate prestazioni di volo. Un'ulteriore crescita dei parametri chiave può essere ottenuta utilizzando l'energia solare. Sono stati sviluppati numerosi UAV sperimentali a energia solare, ma nessuno dei progetti è stato ancora portato alla piena operatività con la soluzione di problemi reali.
Con la partecipazione della NASA
A cavallo degli anni settanta e ottanta, la società americana AeroVironment stava conducendo ricerche nel campo dell'energia solare per gli aerei. Nel 1983 ricevette un ordine dalla NASA per creare un UAV sperimentale in grado di mostrare caratteristiche ad alte prestazioni. Il primo progetto della nuova serie si chiamava HALSOL (High Altitude Solar). In seguito è stato ribattezzato Pathfinder.
Nello stesso anno ha avuto luogo il primo volo di un drone esperto, ma i test sono stati riconosciuti come non riusciti a causa dell'insufficiente livello di sviluppo delle tecnologie chiave. La finalizzazione del progetto è proseguita fino al 1993, quando sono riprese le prove. Ben presto, Pathfinder ha mostrato tutti i vantaggi delle nuove tecnologie e componenti. Nel corso degli anni, l'UAV ha stabilito una serie di record di altitudine e durata del volo per i veicoli a energia solare.
Nel 1998, un drone esperto è stato aggiornato secondo il progetto Pathfinder Plus. La riprogettazione e l'introduzione di nuovi componenti elettrici hanno permesso di migliorare nuovamente le prestazioni e di stabilire nuovi record. Nello stesso periodo furono creati gli UAV Centurion e Helios Prototype con un aspetto simile, ma con caratteristiche diverse.
Gli UAV esperti della NASA e di AeroVironment sono stati costruiti secondo lo schema generale. L'elemento principale del progetto era un'ala di grandi dimensioni che si estendeva da 29,5 m (Pathfinder) a 75 m (Helios). Sull'ala sono stati installati motori elettrici con viti di trazione (da 6 a 14 unità) e gondole con carrello di atterraggio e attrezzature. Tutti i veicoli della serie avevano il telecomando e potevano trasportare un carico utile.
La massima superficie alare possibile è stata dedicata ai pannelli solari. Nel progetto Pathfinder, hanno emesso una potenza di 7,5 kW e nel successivo Centurion sono riusciti a ottenere più di 30 kW. Le batterie ricaricabili sono state utilizzate come fonte di alimentazione di riserva. Le celle a combustibile sono state utilizzate anche in esperimenti successivi.
I droni sperimentali non avevano un'alta velocità di volo. L'ala dritta di grande luce limitava questo parametro a 30-45 km / h. Allo stesso tempo, sono stati effettuati voli record ad altitudini di 24-29 km e sono durati almeno 12-18 ore.
serie europea
Dal 2003, si lavora sui progetti della serie Zephyr. Inizialmente, il nuovo UAV è stato creato dalla società britannica QinetiQ, ma in seguito il lavoro è stato trasferito al dipartimento militare di Airbus. L'obiettivo del progetto era creare un drone ad alta quota a energia solare con una lunga durata di volo, in grado di trasportare apparecchiature di sorveglianza.
A metà del decennio, sono iniziati i test su un apparato dimostratore a tecnologia ridotta. Zephyr 6 ha dimostrato il potenziale del design nel suo insieme e dei suoi singoli elementi. Nel 2008, questo UAV è salito a un'altitudine di 19 km. Poi è arrivato il prototipo Zephyr 7 a grandezza naturale, che nel luglio 2010 ha stabilito un record di durata del volo di oltre 14 giorni. Nel 2018, un altro prototipo, Zephyr 8 (Zephyr S), è rimasto in volo per quasi 26 giorni.
Gli UAV della serie Airbus Zephyr ricevono un'ala di grandi proporzioni con punte rialzate. Il più grande Zephyr 8 ha un'apertura alare di 28 m. Peso: fino a 50-70 kg, di cui non più di 5 kg cadono sul carico utile. I motori elettrici si trovano sul bordo d'attacco dell'ala; un sottile braccio di coda con piumaggio è attaccato alla parte posteriore. Quasi tutta la superficie superiore dell'ala è dedicata ai pannelli solari. Inoltre, l'UAV ha accumulatori per garantire il volo in assenza di luce solare. La velocità di volo non supera i 50-60 km/h, tuttavia, l'obiettivo del progetto era ottenere un'elevata autonomia, altitudine e durata.
Continua lo sviluppo dei progetti della serie Zephyr. Il miglioramento delle macchine esistenti viene effettuato per svolgere compiti reali, così come vengono creati nuovi campioni con caratteristiche diverse. Al momento, tali UAV sono considerati vettori di apparecchiature di sorveglianza, apparecchiature elettroniche, ecc.
Da con equipaggio a senza equipaggio
Di particolare interesse è il progetto Solar Impulse dell'omonima società svizzera. Propone la costruzione di aerei con equipaggio a energia solare. Dal 2009, due macchine simili partecipano ai test di volo. Nel tempo, la società di sviluppo ha annunciato l'intenzione di creare una versione senza equipaggio dell'aereo esistente.
A novembre 2019, Solar Impulse, con l'assistenza di Leonardo e Northrop Grumman, ha completato la conversione di uno dei prototipi in un UAV. I test di volo erano previsti per il 2020-21 e nei primi anni venti è possibile avviare la produzione su piccola scala nell'interesse dei clienti reali. Si ritiene che un tale drone abbia un vantaggio competitivo sotto forma di caratteristiche ad alte prestazioni.
Solar Impulse 2, ricostruito in un UAV, ha un'ala dritta con un'apertura di 72 m, sotto la quale sono installate una fusoliera leggera e quattro gondole di motori elettrici. È stata utilizzata una combinazione di pannelli solari e accumulatori; potenza di picco 66kW. L'aereo ha sviluppato una velocità fino a 140 km / he è salito di 12 km. Le caratteristiche di progettazione della modifica senza equipaggio saranno più elevate. In particolare, la durata del volo sarà portata a 90 giorni.
Prospettive limitate
Negli ultimi decenni si sono registrati progressi significativi nel campo degli UAV solari. Sono in fase di sviluppo e introduzione nuove tipologie di quadri, batterie e motori elettrici con caratteristiche migliorate; materiali moderni sono utilizzati nella costruzione delle cellule, garantendo durata e peso ridotto. Allo stesso tempo, nonostante tutti gli sforzi, tali droni non hanno ancora raggiunto la piena operatività.
Nonostante tutti gli sforzi degli scienziati, i pannelli solari non sono ancora molto potenti. Di conseguenza, sotto di loro è necessario dare la massima area possibile alleggerendo contemporaneamente la struttura. Solo in tali condizioni c'è energia sufficiente per alimentare i motori e ricaricare le batterie. Inoltre, sono necessarie misure per mantenere l'alimentazione ai motori indipendentemente dall'intensità della luce incidente o in sua assenza.
Di conseguenza, un aereo con equipaggio o UAV, costruito anche con l'uso di tecnologie avanzate, risulta essere grande e costoso, ma non può trasportare un carico utile significativo. Tuttavia, è in grado di mostrare caratteristiche di volo elevate ed è quindi di un certo interesse pratico.
La capacità di volare a lungo ad alta quota può essere utile quando si effettuano ricognizioni o si monitora la situazione in diverse situazioni. Sono inoltre proposti progetti per "satelliti atmosferici" - veicoli aerei senza equipaggio di lunga durata di volo con apparecchiature per la trasmissione di segnali radio. Si prevede che tale tecnologia sarà in grado di rimanere in una determinata area per lungo tempo e fornire una comunicazione costante, essendo un sostituto più semplice ed economico per i veicoli spaziali.
Ovviamente, al livello attuale delle caratteristiche tattiche e tecniche, gli UAV a energia solare non possono essere da combattimento. La capacità di carico limitata non consentirà di prendere grandi munizioni e l'aspetto caratteristico aumenterà la visibilità per qualsiasi mezzo di rilevamento. Tuttavia, anche i droni da ricognizione e i ripetitori possono essere di interesse per gli eserciti.
Gli UAV solari sono in fase di sviluppo in diversi paesi e ci sono stati progressi significativi. Le caratteristiche di tali apparecchiature stanno gradualmente aumentando e, nel prossimo futuro, i primi campioni sono abbastanza in grado di raggiungere il funzionamento reale. Tuttavia, questa direzione non dovrebbe essere sopravvalutata. In pratica, è probabile che tali droni diventino un mezzo efficace per riempire nicchie specifiche in cui possono realizzare il loro pieno potenziale e non mostrare svantaggi intrinseci.
