Кругосветный перелет без капли топлива
За стеной узкого ангара, расположенного на аэропорте швейцарской военной авиабазы Пайерн, раздается гул самолетных двигателей, и Бертран Пикар, что именно говорит об истории проекта Solar Impulse 2, на пара секунд замолкает. Перед тем как продолжить, он, улыбнувшись, разводит руками: «Увы, еще не все самолеты летают на солнечной тяге!» — и показывает известную фотографию 1999 года, сделанную сразу после приземления аэростата Breitling Orbiter 3 в Египте.
На фото сам Бертран и его второй пилот Брайан Джонс, только что завершившие первый беспосадочный кругосветный полет на воздушном шаре, радуются в объектив, но Пикар обращает мое внимание на другую подробность — практически безлюдные баллоны с остатками газа: «Из 3700 кг пропана на старте к моменту приземления в баллонах осталось всего лишь 40 кг. Этого хватило бы еще на два часа полета, другими словами запас для поиска места приземления оставался чисто символический.
Значит, кроме того таковой аппарат, как аэростат, зависим от ископаемого горючего. И тогда мне пришла в голову мысль совершить кругосветный полет по большому счету без применения какого-либо топлива».
- Бертран Пикар президент и Основатель проекта Solar Impulse. Образование: доктор-психотерапевт и психиатр (медицинский факультет Университета Лозанны).
Рекорды: 7 официальных рекордов по полетам на аэростатах, а также кругосветный перелет
Андре Боршберг Сооснователь и исполнительный директор проекта Solar Impulse. Образование: инженер (Федеральный политехнический университет в Лозанне, EPFL), бизнес и финансы (бизнес-школа Университета Лозанны), управление научными изучениями (Массачусетский технологический университет, MIT), армейский летчик (швейцарские ВВС).
Рекорды: 8 официальных рекордов дальности, продолжительности и высоты полета на летательном аппарате на солнечной энергии.
О пользе фантазии
Мысль полного отказа от горючего смотрелась совсем безумной. «Но технически в ней не было ничего неосуществимого, — говорит Пикар. — Первые летательные аппараты были сделаны из дерева и бумаги. Это озна0чает, что кроме того древние египтяне обладали разработкой постройки планера, но они считали, что летать разрешено лишь всевышним. А вот пример из совсем недавней истории: в то время, когда я был школьником, инженеры растолковывали, из-за чего людской мускульной силы не хватает, дабы летать.
Они сравнивали массу тела человека и силу мышц, и обосновывали, что, в отличие от птиц, человек через чур тяжел для полета. А позже нашелся человек, что поменял парадигму, и в конце 1970-х приводимый в перемещение велосипедным приводом самолет перелетел Ла-Манш».
В самой идее летательного аппарата на солнечной энергии нет ничего нового, но Бертран Пикар решил добавить одну серьёзную подробность — аккумуляторная батареи. На первый взгляд, это небольшое изменение, но в действительности оно принципиально. Таковой самолет может летать не только днем, но и ночью.
И в случае если энергии батарей хватит, дабы удерживать его в воздухе до восхода солнца, в то время, когда снова получат солнечные панели, то для времени нахождения в воздухе теоретически снимаются все ограничения.
Неосуществимый самолет
Теория — это прекрасно, а как быть с практикой? На начальной стадии необходимо было проанализировать постройки и возможности разработки для того чтобы летательного аппарата.
Расчеты, совершённые командой инженеров Solar Impulse, показывали, что для пилотируемого самолета требуются практически фантастические минимальные характеристики: размах крыла 64 м, мощность двигателей 10 л.с. и масса не более 1600 кг. «Мы обратились в пара компаний, каковые занимаются разработкой летательных аппаратов, — говорит Андре Боршберг, сооснователь и исполнительный директор проекта (и пилот). — Они взглянуть на комплект спецификаций и заявили, что мы требуем неосуществимого. Исходя из этого нам было нужно выстроить таковой аппарат самим. Правильнее, кроме того два».
Первый прототип Solar Impulse (HB-SIA) поднялся в воздух в конце 2009 года, а в 2010-м он продемонстрировал принципиальную возможность ночного полета, продержавшись в воздухе 26 часов (остаток заряда в аккумуляторная батареях по окончании ночного полета составлял приблизительно 40%). На нем было отработано множество ответов, но для трансокеанского перелета аппарат не доходил: солнечные панели не были защищены от воды, мелкий кокпит был не хватает комфортным, дабы обеспечить обычную работу пилота в течении пяти-семи дней. Исходя из этого было решено выстроить второй самолет, талантливый пересечь океан, — Solar Impulse 2 (HB-SIB), с громадным размахом крыла, комфортным кокпитом, резервированием ответственных совокупностей, более действенными влагозащищенными энергоёмкими аккумуляторами и солнечными панелями.
Летающая лаборатория
В официальных пресс-релизах Solar Impulse 2 (SI2) значительно чаще не именуют самолетом. Он фигурирует как летающая лаборатория, где отрабатываются совсем новые инженерные ответы.
Классические проверенные десятилетиями конструкции отбрасываются практически сходу — они через чур тяжелы. «Мы не можем себе позволить совершить ошибку, исходя из этого вся конструкция SI2 сперва создается в цифровом виде, посредством совокупности автоматизированного проектирования (САПР) CATIA компании Dassault Systemes, — говорит Боршберг. — И только позже подробности воплощаются в настоящих материалах. Солидная их часть не имеет аналогов в авиации.
К примеру, целый каркас фюзеляжа, сделанный из сверхлегкого углепластика по разработке, созданной швейцарской компанией North TPT (без применения эпоксидных смол), весит всего лишь 50 кг!». Изготовить фюзеляж также было проблемой, потому, что авиационные компании не имеют для того чтобы опыта работы с углепластиком (а его часть в конструкции SI2 образовывает 83%). За это взялась компания Decision, которая специализируется на постройке скоростных яхт, где композиты употребляются весьма обширно.
«При проектировании посредством совокупности CATIA шла борьба за любой грамм: любая подробность проходила компьютерное моделирование нагрузок с минимальным запасом прочности. Позже такое же тестирование любая подробность проходила и в действительности, — говорит Бертран Пикар. — У Андре кроме того показалась любимая шутка: в случае если подробность при опробованиях не сломалась, то она возможно через чур тяжела».
Но одна важная подробность была «через чур легкой» — в хвостовой балке, изготовление которой заняло полгода, по окончании опробований показалась трещина (при сборке была допущена неточность). Исходя из этого кругосветный перелет сдвинулся практически на год. Команда применяла это время, дабы улучшить конструкцию, и совершить перелет через американский континент на первом прототипе.
Медленный полет
И вот, наконец, в 2014 году состоялась официальная презентация Solar Impulse 2. Но, не обращая внимания на опыт пилотирования первого прототипа, еще до начала первых полетов был выстроен тренажер-симулятор, на котором Андре Боршберг и Бертран Пикар стали отрабатывать навыки управления новой моделью. Это выяснилось нелегкой задачей, с которой не справился с первого раза кроме того бывший шеф-пилот NASA, приглашенный для консультации.
По окончании долгих тренировок стало известно, что самолет весьма медлительно реагирует на команды по крену, но весьма чувствителен к командам по тангажу. «Исходя из этого на крены необходимо реагировать скоро, — говорит Пикар, — но заканчивать ввод органами управления до появления какой-либо реакции. Коррекция крена в 5° — это максимально допустимый угол, что мы установили для отечественного аппарата в целях безопасности — занимает более 20 с».
Самолет с этими чертями не рекомендован для полетов в нехорошую погоду, исходя из этого принимаются все вероятные меры, дабы избежать попадания в территории турбулентности. Крейсерский полет будет проходить на большой высоте, а посадка запланирована уже в сумерках, в то время, когда турбулентность у поверхности почвы мала. «В отечественном центре управления полетом будут трудиться двадцать человек, а также особая метеогруппа, которая проложила предварительную траекторию отечественного кругосветного полета по итогам тщательного изучения погоды по маршруту за последние семь лет, — растолковывает Боршберг. — Помимо этого, метеорологи будут всегда отслеживать погоду и корректировать маршрут, по причине того, что нам не по вкусу не только турбулентность, но и сильный (более двадцати километров/ч) встречный ветер, и облачность, которая снижает поток солнечной энергии и может привести к обледенению».
Днем полет будет проходить на большой высоте (8500 м), а ночью при работе от батарей Solar Impulse 2 будет неспешно понижаться до 3000 м с аэродинамическим качеством 40 (другими словами при понижении в 1 м аппарат пролетает 40 м по горизонтали), что в итоге даст дополнительные 220 км полета. Кроме того при низкой облачности остатка энергии в батареях хватит, дабы снова собрать крейсерскую высоту.
не сильный звено
В теории дальность и автономность полета Solar Impulse 2 ничем не ограничены, и он имел возможность бы совершить кроме того беспосадочный кругосветный перелет. Но самое не сильный звено в этом случае не техника, а человек. Для пересечения Негромкого и Атлантического океанов пилотам придется провести в тесном кокпите пять-семь дней.
Исходя из этого оборудованию и комфорту рабочего места пилота при разработке было уделено самое внимание. «Эксперты Dassault Systemes помогли нам смоделировать все эргономические нюансы в совокупности CATIA, и размещение устройств, и конструкцию кресла. По комфорту оказалось кроме того лучше, чем в бизнес-классе компании SWISS, — смеется Андре Боршберг. — Кресло возможно будет отодвинуть, дабы сделать маленькую разминку, либо откинуть для краткого отдыха».
Однако пилотам придется непросто. Температура снаружи на протяжении полета будет колебаться от -40 (на высоте) до +40°С (у почвы). Никакого обогрева негерметичной кабины не предусмотрено, но особая теплоизоляция, созданная компанией Bayer MaterialScience, будет поддерживать микроклимат в в комфортных пределах (костюмы пилотов кроме этого утеплены).
Для восстановления сил пилота была создана особая методика полифазного сна, которая будет употребляться при полете над океаном: до тех пор пока компьютер ведет самолет, пилот сможет отдохнуть ровно 20 мин. в фазе поверхностного сна, а после этого снова возвратится в состояние бодрствования. Никаких медицинских препаратов типа кофеина, по словам Андре Боршберга, применять не планируется, потому, что они дают только короткий (10−12 часов) эффект, что нереально растянуть на пять-семь дней.
Над сушей же пилотам дремать не придется по большому счету, это не разрещаеться из-за безопасности, так что нужно будет полагаться лишь на аутотренинг. Действительно, перелеты над сушей, быть может, будут более маленькими. Пилотировать самолет Андре Боршберг и Бертран Пикар планируют попеременно на каждом отрезке, причем каждому из них дастся один громадный трансокеанский перелет.
«Возможно ли расширить автономность Solar Impulse 2? С позиций техники неприятностей нет, — говорит Андре Боршберг. — Но что делать с пилотом, что обязан имеется и выпивать? Для воды, но, возможно применять рециркуляцию, с очисткой отходов, как на МКС, а вот еда остается проблемой. Разве что мы будем выращивать салат прямо в кабине».
На мой вопрос о коммерческих возможностях проекта у Бертрана Пикара в далеком прошлом готов ответ: «Само собой разумеется, Solar Impulse 2 до тех пор пока перевозит одного лишь пилота. Но так как и самолет братьев Райт в первом полете не вез пятьсот пассажиров через океан, как это делают современные самолеты. Solar Impulse 2 несет не пассажиров, а послание — о том, чего возможно добиться при применении фантазии, новых разработок и возобновляемой солнечной энергии».
Solar Impulse 2
Технические ответы:
1. Большая скорость у почвы: 90 км/ч, 140 км/ч на большой высоте полета (8500 м);
2. Минимальные скорости: 36 км/ч и 57 км/ч соответственно;
3. Дальность полета: не ограничена.
Источник питания
17248 тонкопленочных (135 мкм) эластичных монокристаллических кремниевых солнечных панелей с защитным покрытием размещены на верхней плоскости крыла, горизонтального оперения и фюзеляжа (250 м2). Эффективность преобразования энергии — 23%.
Батареи
Li-Ion батареи с плотностью энергии 260 Втч/кг находятся в четырех мотогондолах вместе с совокупностями управления процессом контроля и заряда температуры. Полная масса батарей образовывает 633 кг.
Двигатели
Четыре бесколлекторных электродвигателя с КПД 94% и мощностью 13,5 кВт через редуктор (1:10) приводят двухлопастные пропеллеры диаметром 4 м с большой скоростью вращения 525 об/мин.
Кокпит
Негерметичный и необогреваемый кокпит количеством 3,8 м³ обязан поддерживать жизнедеятельность одного пилота в течении 5−7 дней. Для защиты от колебаний температуры окружающей среды (от -40 до +400°C) употребляется пассивная теплоизоляция. Кокпит оснащен раскладываемым креслом для отдыха и туалетом.
В день пилот будет расходовать 2,4 кг пищи, 2,5 л воды и шесть баллонов с кислородом.
Компьютер
Автопилот оказывает помощь стабилизировать полет и отслеживает состояние всех совокупностей. Об страшных кренах, превышающих 50, совокупность информирует посредством вибрационных устройств, вмонтированных в рукава костюма пилота. Более ста разных жизненных показателей и параметров самолёта пилота передаются по спутниковой связи в центр управления полетом.
Кругосветный маршрут
Кругосветный перелет, складывающийся из нескольких отрезков, планируется начать в последних числах Февраля либо в первых числах Марта и закончить в июле-августе. Исходная точка маршрута — Абу-Даби, потом он проходит через Маскат (Оман), Ахмедабад и Варанаси (Индия), Мандалай (Мьянма), Чунцин и Наньцзин (Китай), Гавайи, Феникс, Средний Запад (правильное место пока не выбрано, зависит от погоды), Нью-Йорк, Южная Европа либо Северная Африка (место еще не выбрано) и финиш в Абу-Даби.
Конструкция
Каркас фюзеляжа изготовлен из сверхлегких композитных материалов — сверхлегкого углепластика (на базе углеткани в три раза легче простой бумаги, 25 г/м2) и сотовых наполнителей и весит всего лишь 50 кг. Крыло имеет размах 72 м (это больше, чем у Boeing 747), внутри его аэродинамический профиль поддерживают 140 углепластиковых нервюр, расположенных с 50-сантиметровыми промежутками. Масса самолета без пилота — 2300 кг.
Настоящие опробования
Все детали самолета проектируются и оптимизируются посредством САПР CATIA компании Dassault Systemes. Но, не обращая внимания на это, настоящие опробования довольно часто способны дать дополнительную данные для разработчиков самолета. На фотографии — продувка обтекателя кабины Solar Impulse 2 в аэродинамической трубе.
Гены приключений
Похоже, что тяга к рекордам и приключениям сидит где-то в генах семьи Пикаров. В первой половине 30-ых годов двадцатого века дедушка Бертрана, Огюст Пикар, в первый раз поднялся в герметичной кабине аэростата до высоты 15781 м, а в первой половине 30-ых годов двадцатого века увеличил данный рекорд до 16201 м. Во второй половине 30-ых годов XX века брат-близнец Огюста, Жан-Феликс Пикар, поставил собственный рекорд (и заодно испытал кислородную совокупность собственной конструкции на жидком воздухе), достигнув на высотном аэростате отметки в 17678 м. Его сын Дон Пикар (дядя Бертрана) в первой половине 60-ых годов двадцатого века стал первым человеком, что перелетел Ла-Манш на воздушном шаре.
Жак Пикар, папа Бертрана, вместе с дедом Огюстом сконструировал известный батискаф «Триест», на котором в первой половине 60-ых годов двадцатого века вместе с капитаном ВМС США Доном Уэлшем установил безотносительный рекорд глубины погружений, 10911 м, опустившись в Пропасть Челленджера — самую глубокую точку Марианской впадины в южной части Тихого океана. Сам Бертран во второй половине 90-ых годов двадцатого века совершил первый беспосадочный кругосветный полет на воздушном шаре Breitling Orbiter 3, преодолев за 19 дней 21 час и 47 мин. 45755 км.
Статья «На крыльях Солнца» размещена в издании «Популярная механика» (№149, март 2015).
<
h4>