إن أحد الأهداف الرئيسية لوكالات الفضاء والفضاء التجاري هذه الأيام هو تخفيض التكاليف المرتبطة باستكشاف الفضاء. ولكن الأمر لا يتعلق فقط بتكاليف إرسال حمولات إلى الفضاء (والتلوث الذي يسببه) لوكالات مثل وكالة ناسا.
هناك أيضًا التكلفة (الاقتصادية والبيئية) المرتبطة بالطيران. الوقود النفاث ليس رخيصًا أيضًا ، ويمثل السفر الجوي التجاري 4 إلى 9 ٪ من غازات الدفيئة البشرية المنشأ (وهو في ارتفاع). لهذا السبب ، دخلت وكالة ناسا في شراكة مع الصناعة التجارية لتطوير الطائرات الكهربائية ، والتي تأمل أن توفر بديلاً فعالاً من حيث التكلفة والوقود للطائرات التجارية بحلول عام 2035.
يمثل هذا تحديًا كبيرًا نظرًا لأن العديد من المكونات اللازمة لإنشاء طائرة كهربائية عاملة كبيرة وثقيلة إلى حد ما. على وجه الخصوص ، يبحث برنامج المركبات الجوية المتقدمة (AAVP) التابع لناسا عن محولات خفيفة الوزن وصغيرة الحجم - وهي مكون مركزي في النظام الكهربائي الذي يوفر الطاقة لتشغيل المحرك الكهربائي.
تعتبر العاكسات حاسمة بالنسبة لأنظمة الدفع الإلكترونية لأنها تقوم بتحويل التيار المتردد (AC) - الذي يتم إنشاؤه بواسطة مولدات محمولة على المحرك والمحركات الكهربائية التي تقودها مراوح - إلى قوة التيار المباشر عالي الجهد (DC). لسوء الحظ ، كانت المكونات اللازمة لتوليد هذا المقدار من الطاقة - مولدات ، إلكترونيات تحويل طاقة ، محركات ، إلخ - تاريخياً كبيرة جدًا وثقيلة جدًا لتناسب الطائرة.
وهذا يخلق شيئًا من الألغاز لأن كمية الطاقة اللازمة لتوليد المصعد الضروري تتطلب حتى إلكترونيات أثقل. ولهذا السبب تبحث وكالة ناسا في علوم المواد المتطورة لإنشاء إلكترونيات أخف وأصغر. ولهذه الغاية ، وقعوا مؤخرًا عقدًا بقيمة 12 مليون دولار مع شركة جنرال إلكتريك (GE) ، إحدى الشركات العالمية الرائدة في تطوير تكنولوجيا كربيد السيليكون المتطورة (SiC).
يستخدم هذا المعدن شبه الموصل في تصنيع الإلكترونيات ذات درجة الحرارة العالية والجهد العالي ، وتأمل GE في استخدامه لتلبية متطلبات الحجم والطاقة والكفاءة التي حددتها وكالة ناسا. تستدعي هذه المواصفات عاكسًا لا يتجاوز حجم الحقيبة وقادرًا على توليد ميغاواط من الكهرباء.
كما أوضح جيم هايدمان ، مدير مشروع تكنولوجيا النقل الجوي المتقدم التابع لوكالة ناسا ، في بيان صحفي لوكالة ناسا:
"نحن في وقت حرج في تاريخ الطيران لأن لدينا فرصة لتطوير أنظمة من شأنها تقليل التكلفة واستهلاك الطاقة والضوضاء ، مع فتح أسواق وفرص جديدة للشركات الأمريكية. من الضروري أن نعمل مع الصناعة والأوساط الأكاديمية لضمان توفر التقنيات المناسبة لتلبية متطلبات الركاب وشركات الطيران المستقبلية. "
ببساطة ، الميجاوات هو كمية هائلة من الكهرباء وإدارة هذا النوع من الطاقة بأمان هو تحد كبير. على سبيل المثال ، وكالة ناسا
ولكن بفضل الخطوات التي تم تحقيقها في مجال الإلكترونيات وتكنولوجيا المحرك الهجين في السنوات الأخيرة ، يمكن أن تكون هذه المتطلبات في متناول اليد. قالت إيمي يانكوفسكي ، مدير المشروع الفرعي للدفع الهجين للغاز والكهرباء في مركز غلين للأبحاث التابع لوكالة ناسا:
"مع التطورات الأخيرة في المواد وإلكترونيات الطاقة ، بدأنا في التغلب على التحديات التي تواجه تطوير مفاهيم كهربة خفض الطاقة ، وهذا العمل العاكس هو خطوة حاسمة في جهودنا لدفع الطائرات المكهربة. تعد شراكتنا مع GE عاملاً أساسيًا في تعزيز وزن الطائرة والمكونات الجاهزة للطيران في فئة ميجاوات لطائرات النقل المستقبلية. "
كربيد السيليكون واعد بشكل خاص لتطبيقات الطيران عالية الطاقة بسبب خصائصه المادية. يوفر درجات حرارة تشغيل عالية ، جهد عالي ، وقدرة معالجة عالية للطاقة. ستتيح هذه المزايا للمهندسين القدرة على تصميم مكونات أصغر حجمًا وأخف وزنًا مع زيادة إنتاج الطاقة أيضًا.
قال كونراد ويبر ، كبير مهندسي الطاقة الكهربائية في شركة GE Research: "نحن نقوم بشكل أساسي بتعبئة ميغاواط واحد من الطاقة في حجم حقيبة صغيرة من شأنها تحويل طاقة كهربائية كافية لتمكين معماريات الدفع الهجينة والكهربائية للطائرات التجارية". "لقد نجحنا في بناء وعرض المحولات على مستوى الأرض التي تلبي متطلبات الطاقة والحجم والكفاءة للطيران الكهربائي".
يتم تطوير هذه الأنظمة الكهربائية حاليًا في اختبار NASA Electric Aircraft Testbed (NEAT) في Sandusky ، أوهايو ، والذي كان سابقًا مرفق NASA Glenn Hypersonic Tunnel Facility. الأول من نوعه ، هذا الاختبار القابل لإعادة التشكيل مكلف بتصميم وتطوير وتجميع واختبار أنظمة طاقة الطائرات الكهربائية التي ستدخل في إنشاء كل شيء من طائرة لشخصين إلى 20 ميغاواط.
في شهر مايو ، تمكنت NEAT من إجراء أول اختبار على نطاق ميجاوات بفضل الكميات الهائلة من الطاقة التي يمكن للمنشأة الوصول إليها. تأتي هذه والشراكة التي تم توقيعها مؤخرًا مع GE بعد فترة وجيزة من إعلان وكالة ناسا عن شراكة مربحة أخرى مع GE وشركتي طيران رئيسيتين - Boeing و United Technologies Pratt & Whitney - لدراسة الفوائد والمخاطر المحتملة لعروض الرحلات على نطاق ميجاوات.
وكما قال بارب إسكار ، نائب مدير برنامج المركبات الجوية المتقدمة التابع لوكالة ناسا:
"تعد عروض الطيران جزءًا مهمًا من تطوير التكنولوجيا لأنها تتيح لمهندسينا وشركائنا في الصناعة الفرصة لحل المشكلات وإثبات المفاهيم في بيئة واقعية ، مع معالجة التحديات التي تواجه الدفع المكهرب في الطيران."
بين خطر تغير المناخ وحقيقة أنه من المتوقع أن يصل عدد سكان العالم إلى ما يقرب من 10 مليار نسمة بحلول عام 2050 ، من الواضح أنه يجب تطوير وسائل بديلة للتصنيع وإنتاج الطاقة والنقل. من الجيد أن نعرف أنه إلى جانب السيارات الكهربائية والهجينة ، يمكننا التطلع إلى الطائرات الكهربائية والهجينة.
