Солнечный экспресс: вокруг света насиле света

Солнечный экспресс: вокруг света насиле света

Как на большом растоянии возможно уехать без горючего? Если бы данный вопрос задали воздухоплавателю Бертрану на данный момент, то ответ был бы таковой: «Да хоть около света!»

Нынешняя выдумка зародилась в голове сорокасемилетнего Пикара в то время, в то время, когда он занимался проектом Breitling Orbiter — воздушным шаром с гелием и горячим воздухом, на котором во второй половине 90-ых годов двадцатого века вместе с другим пилотом, Брайаном Джонсом, совершил первый в мире кругосветный перелет. «Все журналисты тогда говорили, что это последнее приключение в воздухе, — говорит Пикар. — Но я не из тех, кто согласится с утверждением, что приключения закончились».

Не смотря на то, что Breitling Orbiter не имел реактивного движителя, он потребовал громадного количества пропана, чтобы шар имел возможность набирать высоту ночью. Пикар задался вопросом: а возможно ли осуществить подобный перелет, по большому счету не сжигая никакого горючего? Он представил себе самолет, что, применяя лишь солнечную энергию, самостоятельно взлетает, набирает высоту и находится в воздухе неограниченное время.

Ночью самолет будет лететь, применяя энергию, накопленную в бортовых аккумуляторная батареях.

Летательные аппараты на солнечной энергии — не новость. В первой половине 80-ых годов XX века самолет Solar Challenger — изобретение Пола Маккриди — перелетел через пролив Ла-Манш, а в 2001-м дистанционоуправляемый летательный аппарат на солнечных батареях Helios, созданный NASA, увеличился до высоты 29 500 м. Но возможность оставаться в воздухе всю ночь — беспрецедентное техническое достижение.

Будущий самолет обязан собирать предельное число солнечной энергии, хранить ее в очень емких, легких аккумуляторная батареях, суперэффективно превращать энергию в движущую силу и иметь минимальные аэродинамические утраты. В то время, когда все эти задачи будут решены, а компоненты самолета будут собраны совместно, то окажется идеальный с инженерной точки зрения летательный аппарат. Кроме того одежда пилота будет сделана из особого, очень легкого, материала.

В то время, когда у Пикара зародилась эта мысль, нужных разработок еще не существовало.

Но это не поколебало его веру в то, что все окажется. На авиасалоне в Ле-Бурже в июне этого года Пикар показал концепт-макет собственного детища Solar Impulse («Солнечный импульс»). Он сохраняет надежду начать строительство аппарата в 2007 году и совершить маленькие пробные полеты в 2008-м.

Критическим моментом станет первый ночной полет. В то время, когда данный этап будет пройден, начнется подготовка к более продолжительным полетам. В случае если все сложится удачно, то к 2010 году «Солнечный импульс» сможет облететь земной шар.

Пикар, отпрыск семьи известных исследователей, влюбился в полёты и небо в возрасте 16 лет, в то время, когда увлекся сверхлёгкой авиацией и дельтапланеризмом в собственной родной Швейцарии. В 1985 году Пикар стал чемпионом Европы по аэробатике на дельтаплане, а одно время ему принадлежал рекорд максимально достигнутой высоты на дельтаплане. В первой половине 90-ых годов двадцатого века его пригласили учавствовать в первых трансатлантических соревнованиях на воздушных шарах.

Пикар и его партнер-пилот взяли верх, создав, так, базу для будущего кругосветного проекта Breitling Orbiter.

Напряженный ритм судьбы Пикара, что совмещал психотерапевта и основную работу психиатра с гонками на воздушных шарах, вынудил отложить идею о солнечном самолете в дальний коробку на пара лет. Но в 2003 году он смог закончить научное обоснование проекта, которое проводилось под патронажем швейцарской Федеральной политехнической высшей школы Лозанны, Ecole Polytechnique Federal De Lausanne — EPFL (швейцарский вариант МГТУ имени Баумана. — Редакция «ПМ»).

В следствии оказался двухмоторный одноместный самолет с размахом крыла 80 м, как у Аеробуса А380, лишь массой в 300 раз меньше — всего две тонны, как автомобиль среднего размера. Окрестив будущий самолет «Солнечным импульсом», Пикар начал создавать интернациональное объединение спонсоров, ветеранов и консультантов разработок в данной области, включающее Dassault Aviation, Космическое агентство ЕС, EPFL. Консультанты помогали проводить термодинамические изучения проекта Breitling Orbiter.

Пикар уже собрал четвертую часть нужной для проекта суммы (40 млн. евро) и в 2007 году планирует силами 120 человек начать строительство, которое продлится полтора года.

По окончании нескольких поправок концепция «Солнечного импульса» купила сегодняшний вид — стрекозоподобные обтекаемые формы с низко расположенной кабиной — чтобы избежать срывов воздушного потока с крыла. «Изначально конструкция аппарата предполагала размещение кабины в носовой части фюзеляжа, как у мотопланера, — говорит Пикар. — Но с позиций аэродинамики такая компоновка была не весьма успешной. В этом самолете все должно быть оптимизировано на 100 процентов — энергетическая цепочка, аэродинамика, проработка конструкции».

Вопрос, достижима ли мечта Пикара при существующих разработках, остается открытым. Но Пол Маккриди, авторитет и ветеран солнечного авиастроения, уверен, что Пикар обязан попытаться. «Это будет непросто, — говорит Пол, — но я уверен, что у Пикара хватает мозгов, дабы сделать это». С того момента как Пикар набросал собственный первый эскиз, единственное, что осталось в проекте неизменным, это солнце.

В броский сутки солнце несет много энергии — в 12 часов дня в тропиках с одного квадратного метра площади теоретически возможно взять 1,3 л.с. Но кроме того самые современные солнечные элементы имеют КПД 20−30%. Для того чтобы получить энергию, достаточную для работы двух электродвигателей по 20 л.с. любой, огромные крылья «Солнечного импульса» будут покрыты солнечными панелями из монокристаллов кремния неспециализированной площадью 250м2 — другими словами размером с теннисный корт.

Для применения лучистой энергии, отраженной от поверхности Почвы, и лучей солнца, падающих под маленьким углом при закате и восходе, нижняя поверхность самолета будет покрыта особенными солнечными элементами. Эти так именуемые элементы Гретцеля, созданные в Швейцарии, содержат органические красители и двуокись титана и находятся в узкой и эластичной полимерной пленки. «Если сравнивать с кремниевыми элементами они лучше действующий при непрямом освещении», — утверждает Йан-Андерс Мансон, начальник лаборатории полимерных и композиционных разработок EPFL.

В дневное время солнечные элементы самолета будут выдавать пиковую мощность — 30 кВт, либо 40 л.с., часть которой будет идти на зарядку новейших литий-ионных аккумуляторная батарей неспециализированным весом около 380 кг. Другая энергия отправится на два высокоэффективных бесщеточных электродвигателя постоянного тока. Они будут созданы швейцарской компанией Etel, той самой компанией, которая создавала электродвигатели для беспилотного космического зонда Huygens («Гюйгенс»), приземлившегося на Титане — спутнике Сатурна.

В течение дня «Солнечный импульс» будет подниматься на расчетную высоту 12 000 метров. Поддержание обычных условий для людской организма на таковой высоте требует дополнительной энергии и, что еще хуже, — увеличивает вес аппарата. Если сравнивать с беспилотным Helios, «Солнечный импульс» должен будет нести 150−200 кг дополнительной нагрузки в виде пилота, его вещей, спасательного оборудования и систем жизнеобеспечения.

Для минимизации веса кабина должна иметь столько места, дабы пилот имел возможность сидеть либо лежать согнувшись. Для понижения энергопотребления будут использованы наработки, полученные на протяжении создания Breitling аккумуляторная. «Нам нужно отыскать умные ответы для потребления предельного числа энергии, — говорит Андре Боршберг, председатель совета директоров проекта ‘Солнечный импульс’. — К примеру, вместо того, дабы подогревать кабину, мы ее шепетильно теплоизолируем. Для отвода жидкости, выделяемой пилотом, мы планируем или применять силикагель, или осушать воздушное пространство в совокупности активного наддува кабины».

Лаборатория интеллектуальных совокупностей EPFL трудится над «симбиозом», что обеспечит сотрудничество человека с самолетом. Биометрический костюм будет считывать физиологические параметры тела и передавать их на бортовой компьютер, смотрящий за его деятельностью и состоянием пилота. К примеру, в случае если полет проходит штатно, совокупность разрешит пилоту нормально отдыхать на протяжении фазы глубокого сна и разбудит его тогда, в то время, когда потребуется яркое участие в управлении.

А особые приводы обратной связи дадут пилоту возможность «ощутить» состояние самолета. «В случае если на одном крыле появится перегрузка, то пилот почувствует вибрацию либо тепло в соответствующей руке, — растолковывает Пикар. — Это разрешит создать полное единение самолёта и пилота».

«Солнечный импульс» не будет продолжительно пребывать на большой высоте. По окончании захода солнца самолет начнет потреблять энергию из собственных запасов — столько, дабы пропеллеры вращались . Помимо этого, он будет применять второй по важности запас энергии — гравитацию.

Самолет будет медлено снижать высоту с соотношением 40:1 — это аэродинамическое уровень качества, дешёвое на сегодня самым лучшим планерам.

Чтобы добиться для того чтобы уровня эффективности, «Солнечный импульс» должен иметь большие, но весьма легкие крылья. Helios добился малого веса за счет эластичной силовой рамы, которая, но, сломалась в полете, по окончании того как турбулентный поток позвал ее колебания и изгиб. Разработчики «Солнечного импульса» собираются сделать конструкцию намного более прочной, применяя углепластик.

Для понижения веса инженеры планируют встроить солнечные элементы конкретно в несущую раму из композиционных материалов, что добавит прочности. «Отечественная цель, — говорит Мансон, — создать конструкцию, которая будет весить около 1,5 кг/м2». Это весьма легкая конструкция. Для сравнения: самый современный композитный корпус победителя гонки «Кубок Америки» яхты Alinghi, что помогала разрабатывать EPFL, имеет удельный вес в пять раза больше.

Для понижения сопротивления воздуха самолет будет лететь на низких высотах со скоростью около 45 км/ч. Намерено созданные пропеллеры диаметром 3,66 м будут вращаться с маленькой скоростью — 500 об./мин. для большей эффективности. Черепаший темп перемещения оказывает помощь сохранить энергию, но наряду с этим формирует неприятности.

Одна из них — рыскание по направлению перемещения. В то время, когда самолет накреняется при заходе в поворот, элерон внешнего крыла формирует громадную подъемную силу, чем элерон внутреннего крыла. Чем больше подъемная сила, тем больше сопротивление, которое имеет тенденцию уводить шнобель самолета от нужного направления перемещения в повороте.

Классическое ответ данной неприятности содержится в том, что шнобель самолета направляют в нужную строну посредством руля направления на киле. (Изобретение этого приема сделало самолет братьев Райт первым управляемым самолетом в истории.) Но громадный малая скорость и размах крыльев «Солнечного импульса» усиливают негативный эффект рыскания по направлению перемещения так, что, быть может, килевой руль будет неэффективен. «Это может стать яблоком раздора, — говорит Боршберг. — Частично проблему возможно решить за счет конструкции элеронов, каковые будут создавать однообразное сопротивление на обоих крыльях».

Вторым недочётом малой скорости самолета есть то, что на кругосветный полет может потребоваться около 15 дней. Чем больше полетное время, тем больше требуется еды, воды и других запасов. Больший вес нужной нагрузки свидетельствует, что силовую конструкцию самолета нужно будет сделать еще прочнее, а крылья — еще больше. Эти новые дополнения, со своей стороны, потребуют дополнительного усиления.

Так, нести полную нагрузку, достаточную для беспосадочного кругосветного перелета, может оказаться неосуществимым. В этом случае перелет поделят на пять этапов по два-три дня любой. На сегодня в команде «Солнечного импульса» три пилота: Пикар, Боршберг и Джонс (второй пилот Пикара на протяжении полета на Breitling Orbiter), каковые будут пилотировать аппарат на различных стадиях перелета.

К концу светового дня «Солнечный импульс» будет понижаться до высоты 3000−4500 м, другими словами ниже того уровня, где в большинстве случаев формируются облака. В случае если на протяжении рассвет самолет все еще будет бороться с плотной облачностью, то это может стать для него финишем полета. Единственный вариант избежать данной неприятности — положиться на прогноз погоды и шепетильно выбирать маршрут подальше от туч.

В случае если метеорологический прогноз обещает облачность по курсу перемещения, то, быть может, самолету нужно будет замедлить перемещение либо кроме того временно возвратиться назад. Чтобы максимально применять преобладающие попутные ветры, нужно будет двигаться с запада на восток. «Помимо этого, — говорит Боршберг, — пилотам нужно будет идти в южных широтах, обходя страшные штормы посредством наземной работы.

Лучше лететь чуть севернее 10 градуса широты, дабы обойти «внутритропический фронт» в области экватора, где образуются многие штормы. Но заходить дальше 20-го градуса северной широты нежелательно, по причине того, что в том месте смогут быть горы, и помимо этого, в том месте меньше мощность солнечного излучения».

А вдруг погодные условия сложатся идеально и «Солнечный импульс» удачно завершит собственную амбициозную миссию? Кроме того создатель проекта признаёт, что еще далек тот сутки, в то время, когда самолет на солнечной тяге сможет приносить настоящую практическую пользу. Он предпочитает заострять внимание на том, что самолет продемонстрирует новые направления развития высоких разработок, каковые снизят отрицательное действие человека на внешнюю среду. «Это собственного рода рекламная кампания источников возобновляемой энергии», — утверждает Пикар.

При всем том мысль самолета с солнечной установкой, что может очень долго пребывать в полете, достаточно нова, и ее потенциал еще полностью не раскрыт. Возможно, когда-нибудь независимые солнечные аппараты будут трудиться как суборбитальные спутники связи, наматывающие круги высоко в воздухе пара месяцев подряд. А возможно, сами разработки посоветуют такие новые пути их применения, о которых еще никто и не догадывается. Как подмечает Боршберг: «Кто имел возможность предположить в 1903 году, в то время, когда братья Райт пролетели на своем самолете 36 метров, что когда-нибудь самолет сможет перевозить по 800 человек через океан?»

Подробности

Чтобы «Солнечный импульс» имел возможность облететь земной шар, применяя лишь энергию Солнца, нужны идеальная конструкция и самые передовые разработки, многие из которых все еще разрабатываются. Начало строительства запланировано на 2007 год, а кругосветное путешествие — на 2010-й, при условии, что аппарат по большому счету сможет оторваться от почвы.

аккумуляторная батареи литий-ионные, неспециализированным весом 380 кг, с удельной емкостью вдвое выше, чем у современных переносных компьютеров, будут установлены в теплых отсеках рядом с двигателями.

Пропеллеры диаметром 3,66 м будут действующий при низких оборотах, около 500 об./мин., снабжая большую тягу при малых скоростях полета.

Киль формы, которая разрешает избежать действия струи от крыла, что снабжает управляемость и максимальную эффективность.

Солнечные элементы: любой из них весит всего пара граммов. При ярком солнце они будут трудиться с КПД около 20%, выдавая мощность 40 л.с.

Двигатели. Бесщеточные электродвигатели постоянного тока преобразуют электрическую энергию в механическую с КПД 96%.

Совокупности управления: «Солнечный импульс» будет управляться компьютером, передающим команды пилота на элероны, руль и закрылки.

Крыло. Чем меньше скорость полета, тем меньшая мощность двигателей нужна, исходя из этого крыло спроектировано на минимальную скорость около тридцати километров/ч и большую — около 100 км/ч, которую самолет развивает на высоте 12 км.

Кокпит (кабина). В пилотируемом аппарате дорог любой грамм веса, исходя из этого площадь кокпита чуть меньше двух метров?. Места хватает лишь чтобы пилот имел возможность или сидеть, или полулежать.

Авионика. Компьютеризированные авиационные совокупности управления осуществляют контроль состояние пилота и при опасности подают человеку сигналы — к примеру, тепловые.

Как все начиналось

«Пикару предстоит решить еще много неприятностей, перед тем как он сможет облететь Почву на солнечном самолете (к примеру, как интегрировать фотогальванические элементы в крыло при малом низком коэффициенте и весе конструкции турбулентности). Но Пикар находится в хорошей компании. Монстры летного дела, от импресарио Пола Маккриди до минобороны США поделились своим 30-результатами испытаний и летним опытом, дабы сделать сказку о солнечном полете былью», — говорит Мэт Салливэн.

4 ноября 1974 года: Sunrisel

Первый в мире беспилотный радиоуправляемый моноплан, созданный Робертом Баучером, был запущен над пустыней Мохаве посредством резинового корда и простой рыбацкой лески. Он достиг высоты 1200 м, применяя энергию, создаваемую посредством тысячи солнечных элементов.

7 августа 1980 года: Gossamer Penguin

На летном поле исследовательского центра NASA в Пасадене, Калифорния, осуществлен первый в истории пилотируемый полет на самолете, применявшем лишь солнечную энергию. Самолет, созданный Полом Маккриди, пролетел чуть больше трех километров.

7 июля 1981 года: Solar Challenger

Самолет разработки Маккриди, выстроенный на деньги компании DuPont, владел маленьким размахом крыла и был оснащен 16 тысячами солнечных элементов. Первый солнечный аппарат, перелетевший пролив Ла-Манш за 5 часов 23 60 секунд.

11 сентября 1995 года: Pathfinder

Самолет Pathfinder, созданный NASA в рамках программы противоракетной обороны, сперва установил рекорд подъема на высоту 15 392 м, позже побил его с результатом 21 336 м. Позднее доработанная версия аппарата увеличилась до 24 384 м.

26 июля 2003 года: Helios

«Вечный» летательный аппарат с накопителем и электродвигателями энергии на водородных топливных элементах, которому принадлежал рекорд высоты для аппаратов без ракетных двигателей — 29 524 м, разбился в Тихом океане по окончании 30 мин. полета.

27 мая 2005 года: Global Observer

Компания Маккриди запускает прототип самолета с двигательной установкой, трудящейся на жидком водороде, и размахом крыла 15 м. NASA задумывает создать модель, которая облетит около Почвы, применяя солнечную энергию.

3 июня 2005 года: SoLong

Радиоуправляемый самолет с размахом крыла 4,75 м, выстроенный компанией AC Propulsion, совершил посадку в Калифорнии по окончании 48 минут и 16 часов полета. Для экономии энергии автоматика ночью отключала двигатели.

Авантюрные гены

Бертран Пикар, облетевший планету на гибридном гелиево-тепловом аэростате, происходит из семьи потомственных авантюристов .

В первой половине 30-ых годов двадцатого века его дед Огюст Пикар был признан первым человеком, достигшим космоса — правильнее, высоты 16 000 метров, в герметичной кабине воздушного шара.

Во второй половине 50-ых годов двадцатого века Жан-Феликс Пикар, двоюродный дедушка Бертрана, достиг высоты 17 678 м на воздушном шаре, в котором употреблялся жидкий кислород вместо более тяжелого сжатого кислорода.

В первой половине 60-ых годов двадцатого века Жак Пикар, папа Бертрана, выстроил вместе с дедом Огюстом подводный аппарат, что установил безотносительный рекорд: это было самое глубокое погружение — 10 911 м — на дно Марианской впадины в южной части Тихого океана.

В первой половине 60-ых годов двадцатого века Дон, сын Жана-Феликса Пикара и дядя Бертрана, был пилотом первого в истории перелета на воздушном шаре через Ла-Манш. Дон Пикар популяризировал полеты на воздушных шарах с пропановыми горелками как разновидность спорта.

Статья размещена в издании «Популярная механика» (№36, октябрь 2005).

<

h4>

Равнина света

Статьи, которые будут Вам интересны: