Кругосветка Solar Impulse 5 лет спустя: есть ли будущее у самолётов на солнечных батареях?

11.07.21 16:33

Бестопливный самолет Solar Impulse, работающий исключительно на энергии солнечных батарей, спроектировал известный путешественник Бертран Пикар (Bertrand Piccard). Никогда раньше ничего подобного не строилось.

 

Проект «Солнечный импульс» осуществлялся под эгидой Федерального политехнического института Лозанны при поддержке частных компаний и Европейского космического агентства. 

 

«Пролетев через весь мир благодаря возобновляемым источникам энергии и экологически чистым технологиям, — заявили пилоты по окончании полета, — мы продемонстрировали, что можем сделать наш мир более энергоэффективным».

Уникальная машина из углеродного волокна с размахом крыльев, как у Boing 747, способна летать как днем, так и ночью. Самолет преодолел 43 тыс. км, находясь в воздухе 558 часов (23 суток).

 

Технические характеристики Solar Impulse 2

 

На крыльях установлены батареи из монокристаллического кремния на тонкой подложке. Днем они снабжают энергией электропривод самолета, а заодно заряжают литий-полимерные аккумуляторы, от которых эти двигатели питаются ночью. Но поскольку емкости аккумуляторов на целую ночь полета все же не хватает, авиаторы придумали такую стратегию: днем, пока светит солнце, самолет набирает высоту. А когда смеркается, начинает постепенно снижаться. Это продолжается 2-3 часа и позволяет сократить время использования аккумуляторов, так что их хватает до восхода солнца.

 

Согласно замыслу разработчиков, Solar Impulse должен был облететь Землю за 30 дней (включительно с перелетом ночью) с пятью посадками. Однако путешествие затянулось на 16 месяцев.

«Solar Impulse 2», сконструированный в Швейцарии, представлял собой улучшенную версию своего предшественника — Solar Impulse и имел увеличенные габариты. Размах его крыльев — 72 метра, вес — порядка 2,3 тонн. На самолете установлены 17 тысяч солнечных аккумуляторных батарей, от которых работают четыре электромотора. Теоретически самолет способен постоянно находиться в воздухе, так как накопленной днем энергии хватает на полеты ночью.

 

Инновационный летательный аппарат побывал в Омане, Индии, Мьянме, Китае, Японии, Италии, Испании и нескольких городах США.

 

Бертран Пикар, психиатр по образованию и воздухоплаватель по призванию, продолжил семейную традицию делать то, что другие считают невозможным. Его дед, Огюст Пикар, родившийся в семье профессора химии, в 1930-х годах увлекся аэронавтикой и разработал первый в мире стратостат — воздушный шар со сферической герметичной гондолой из алюминия, позволяющей совершать полёты в верхних слоях атмосферы при сохранении нормального давления внутри. На своем аппарате Огюст Пикар совершил 27 полетов, достигнув высоты в 23 км. В ходе экспериментов со стратостатом он понял, что те же принципы можно использовать и для покорения морских глубин. Так швейцарский ученый начал работать над созданием глубоководного аппарата и сконструировал батискаф «Триест», на котором люди впервые опустились на дно Марианской впадины, достигнув самой глубокой точки Мирового океана. Погружение совершил 23 января 1960 года океанолог Жак Пикар (сын Огюста Пикара и отец на тот момент двухлетнего Бертрана Пикара), который погрузился в бездну вместе с напарником, лейтенантом ВМС США Доном Уолшем.

 

А в XXI веке свое имя в историю вписал и Бертран Пикар. В 1999 году он установил мировой рекорд по дальности полета на воздушном шаре, пролетев без приземлений более 40,5 тысяч километров. А затем аэронавт загорелся идеей создать чудо техники, летающее без капли топлива, исключительно на солнечной энергии, и облететь на нем вокруг Земли. В итоге был реализован практически невозможный проект — так, по крайней мере, считали видные эксперты авиастроения. Бертран Пикар сумел заинтересовать и привлечь инвесторов, а военный летчик, инженер и предприниматель Андре Боршберг собрал и впоследствии возглавил группу из 80 технических специалистов.

 

Солнцелет выполнил свою миссию, доказав всему миру, что существует альтернатива ископаемым источникам энергии. Первый в мире пилотируемый самолет, способный и днем, и ночью летать только за счет солнечной энергии, был продан компании Skydweller и стал технической лабораторией для новых экспериментов.

 

«Мы показали людям, что с экологически чистыми технологиями, увлеченной своим делом командой и новаторским взглядом в будущее можно сделать невозможное», — заявил Бертран Пикар. Но история достижений швейцарского изобретателя на этом не закончилась. В 2019 году он установил мировой рекорд по дальности поездки на водородном автомобиле без дозаправки, проехав на кроссовере Hyundai Nexo 778 км. При этом остаточный запас хода после остановки составлял 49 км. Сейчас глава фонда Solar Impulse активно продвигает ВИЭ во всех сегментах рынка, используя результаты «солнечной кругосветки» пятилетней давности.

 

«Поскольку мы вступаем в решающее десятилетие борьбы с изменением климата, – и, скорее всего, это наш последний шанс ограничить глобальное потепление до 1,5 °C, – нам необходимо сделать так, чтобы чистые технологии стали единственной приемлемой нормой. Эти технологии существуют сейчас, и их можно выгодно внедрить в этот ответственный момент», — сказал Бертран Пикар. По его словам, как минимум четыре новинки от самолета на солнечной энергии можно использовать прямо сейчас.

Строительный сектор — один из крупнейших потребителей энергии в мире. Наряду с использованием топлива с высоким содержанием углерода для отопления и охлаждения основными причинами являются плохая изоляция и связанные с этим потери энергии.

 

Изоляция кабины Solar Impulse имела решающее значение для полета на очень больших высотах. Covestro, один из официальных партнеров проекта Solar Impulse, разработал сверхлегкий изоляционный материал. Характеристики изоляции кабины были на 10% выше стандартов того времени, потому что поры в изоляционной пене были на 40% меньше. Благодаря очень низкой плотности — менее 40 килограммов на кубический метр, кабина была сверхлегкой. Стройиндустрия может сделать сверхэффективную изоляцию зданий своей стандартной производственной процедурой.

 

Solar Impulse был в первую очередь электрическим самолетом, когда он пролетел 43000 км без единой капли топлива. Его четыре электродвигателя имели рекордный КПД 97%, намного превосходя 27% стандартных двигателей. Это означает, что они потеряли только 3% энергии, которую они использовали, по сравнению с 73% для двигателей внутреннего сгорания. Сегодня продажи электромобилей стремительно растут. По данным Международного энергетического агентства, когда Solar Impulse приземлился в 2016 году, на дорогах находилось около 1,2 миллиона электромобилей; а сейчас эта цифра превысила 5 миллионов.

 

Тем не менее, этого ускорения недостаточно. Розетки еще далеки от того, чтобы заменить бензонасосы. На транспортный сектор по-прежнему приходится четверть мировых выбросов CO₂, связанных с энергетикой. Электрификация должна проходить гораздо быстрее, чтобы сократить выбросы ядовитых газов из выхлопных труб. Для этого правительствам необходимо стимулировать внедрение электромобилей с помощью налоговых льгот, запретов на дизельные и бензиновые двигатели и крупных инвестиций в инфраструктуру. «2021 год должен стать годом, который поставит нас на путь к автомобилям с нулевым уровнем выбросов», – считает Бертран Пикар.

Чтобы летать в течение нескольких дней и ночей, достигая теоретически бесконечного потенциала полета, Solar Impulse полагался на батареи, которые накапливали энергию, собранную в течение дня, и использовали ее для питания своих двигателей в ночное время.

 

То, что стало возможным с использованием Si2 в небольших масштабах, должно указать путь к перспективным системам выработки электроэнергии, полностью состоящим из возобновляемых источников энергии. Между тем, микросети, подобные тем, которые используются в Si2, могут принести пользу автономным системам в удаленных населенных пунктах или на энергетических островах, что позволит им отказаться от дизельного топлива или других видов топлива с высоким содержанием углерода уже сегодня. Если бы человечество повсеместно использовало интеллектуальные сети, это позволило бы городам, например, управлять производством, хранением, распределением и потреблением энергии и снижать пики спроса на энергию, что резко снизило бы выбросы CO₂.

 

Философия Solar Impulse заключалась в том, чтобы экономить энергию, а не пытаться производить ее больше. Вот почему сравнительно небольшого количества собранной солнечной энергии стало достаточно, чтобы летать днем ​​и ночью. Поэтому все параметры самолета, включая размах крыльев, аэродинамику, скорость, профиль полета и энергетические системы, были разработаны таким образом, чтобы минимизировать потери энергии.

 

«К сожалению, этот подход по-прежнему выделяется на фоне неэффективности большей части энергопотребления сегодня. Нам нужны более решительные действия со стороны политиков для поощрения инвесторов. Один из лучших способов сделать это — установить строгие стандарты энергоэффективности для зданий и бытовой техники, как это сделала Калифорния, – уверен Бертран Пикар. – Если мы посмотрим на авиационную промышленность сегодня, она вынуждена заново перерождаться не только из-за Covid-19, но и из-за этого экологического давления, ведь коммерческая авиапромышленность сильно загрязняет окружающую среду. Как вы думаете, решение будет водородным? Электрическим? Возможно, солнечным? В солнечной энергетике должен произойти большой прорыв, если вы хотите перевозить пассажиров на дальние расстояния. Размах крыла у самолета Solar Impulse был 72 метра, скорость - 45 км/ч, только с одним человеком на борту. Для такого полета нам было достаточно солнечной энергии. Но это не очень практично для 200 пассажиров. Если вы хотите совершать коммерческие полеты сегодня, то это будут гибридные самолеты, это будет водород. Может быть, для маленьких самолетов это будут батареи. Но солнечная энергия может использоваться как дополнительная. Если бы крылья Airbus А380 были покрыты солнечными батареями, это давало бы энергию только для развлечений на борту, но не для двигателей. Как вы думаете, когда авиаиндустрия вновь воспрянет после пандемии, она неизбежно сделает ставку на углеводородное топливо, по крайней мере из-за финансового давления? Или это может стать тем переломным моментом, когда она решится на модернизацию? Airbus взял на себя обязательство представить самолеты с нулевым уровнем выбросов в течение 15 лет. Авиация настолько прорывная, настолько инновационная, что это возможно сделать. Если оглянуться назад в историю, то 15 лет — это был полный цикл для создания новых самолетов. Каждый раз, каждые 15 лет, происходила революция».

 

©Татьяна Алексеева, Energyland.info

Читайте также: