Jedním z hlavních cílů vesmírných agentur a komerčního letectví v dnešní době je snížení souvisejících nákladů na průzkum vesmíru. Když na to přijde, je stále velmi drahé posílat rakety na oběžnou dráhu, bez ohledu na to, poslat je za Zemi. Ale nejsou to jen náklady na odesílání nákladu do vesmíru (a znečištění, které způsobuje), co se týká agentur, jako je NASA.
S letectvím souvisí také náklady (ekonomické i ekologické). Letecké palivo také není levné a komerční letecká doprava odpovídá 4 až 9 % antropogenních skleníkových plynů (a je na vzestupu). Z tohoto důvodu se NASA na vývoji spojila s komerčním průmyslem elektrické letadlo , které doufají, že do roku 2035 poskytne palivově a nákladově efektivní alternativu ke komerčním tryskám.
To představuje významnou výzvu, protože mnoho komponent potřebných k vytvoření funkčního elektrického letadla je poměrně velkých a těžkých. Konkrétně NASA Program pokročilých leteckých vozidel (AAVP) hledá lehké a kompaktní měniče – centrální součást elektrického systému, který poskytuje energii pro pohon elektromotoru.
Invertory jsou pro elektronické pohonné systémy zásadní, protože převádějí střídavý proud (AC) – generovaný generátory namontovanými na motoru a elektromotory poháněnými vrtulemi – na vysokonapěťový stejnosměrný proud (DC). Naneštěstí součásti potřebné k výrobě takového množství energie – generátory, elektronika pro přeměnu energie, motory atd. – byly historicky příliš velké a těžké, aby se vešly do letadla.
To vytváří něco jako hlavolam, protože množství energie potřebné k vytvoření potřebného zdvihu by vyžadovalo ještě těžší elektroniku. Proto NASA zkoumá špičkovou materiálovou vědu, aby vytvořila lehčí a menší elektroniku. Za tímto účelem nedávno podepsali a smlouva na 12 milionů dolarů s General Electric (GE), jedním ze světových lídrů ve vývoji nejmodernější technologie karbidu křemíku (SiC).
Tento polovodičový minerál se používá při výrobě vysokoteplotní, vysokonapěťové elektroniky a GE doufá, že jej využije ke splnění požadavků na velikost, výkon a účinnost specifikovaných NASA. Tyto specifikace vyžadují měnič, který není větší než kufr a je schopen generovat megawatt (MW) elektřiny.
Jak vysvětlil Jim Heidmann, manažer projektu Advanced Air Transport Technology Project v NASA tisková zpráva :
„Nacházíme se v kritické době v historii letectví, protože máme příležitost vyvinout systémy, které sníží náklady, spotřebu energie a hluk a zároveň otevřou nové trhy a příležitosti pro americké společnosti. Je nezbytně nutné, abychom spolupracovali s průmyslem a akademickou obcí, abychom zajistili dostupnost správných technologií, které splňují požadavky budoucích cestujících a dopravců.“
GE a NASA se spojily v programu za 12 milionů dolarů na podporu elektrického letu. Kredit: GE Výzkum
Jednoduše řečeno, megawatt je ohromné množství elektřiny a bezpečné řízení tohoto druhu energie je velkou výzvou. Například NASA Turboelektrický letoun s jednou uličkou se zadní hraniční vrstvou (STARC-ABL) – který využívá pokročilé technologie pohonu ke snížení spotřeby paliva, emisí a hluku – vyžaduje k provozu 2,4 MW energie, což je dostatek elektřiny pro provoz 2 000 domácností.
Ale díky pokrokům v oblasti elektroniky a technologie hybridních motorů v posledních letech by tyto požadavky mohly být na dosah. Řekla Amy Jankovsky, manažerka dílčího projektu Hybrid Gas-Electric Propulsion v Glenn Research Center NASA:
„S nedávným pokrokem v materiálech a výkonové elektronice začínáme překonávat výzvy, kterým čelíme při vývoji konceptů elektrifikace snižujících spotřebu energie, a tato práce na měniči je kritickým krokem v našem úsilí o elektrifikovaný pohon letadel. Naše partnerství s GE je klíčem k pokroku v oblasti letové hmotnosti a letových komponentů ve třídě megawattů pro budoucí dopravní letadla.“
Karbid křemíku je díky svým materiálovým vlastnostem obzvláště slibný pro aplikace ve vysokovýkonném letectví. Nabízí vysoké provozní teploty, vysoké napětí a vysokou kapacitu zpracování energie. Tyto výhody umožní inženýrům navrhnout součásti, které jsou menší a lehčí, a zároveň zvýšit výstupní výkon.
Umělecký koncept letadla NASA X-57 Maxwell, nového elektrického letadla X, které je tišší, efektivnější a šetrnější k životnímu prostředí. Poděkování: NASA Langley/Advanced Concepts Lab, AMA, Inc
„V podstatě zabalíme jeden megawatt energie do velikosti kompaktního kufru, který přemění dostatek elektrické energie, aby umožnil architekturu hybridního elektrického pohonu pro komerční letadla,“ řekl Konrad Weeber, hlavní inženýr společnosti Electric Power ve společnosti GE Research. 'Úspěšně jsme postavili a předvedli invertory na úrovni země, které splňují požadavky na výkon, velikost a účinnost elektrického letu.'
Vývoj těchto elektrických systémů v současné době probíhá u Testbed elektrických letadel NASA (NEAT) v Sandusky, Ohio, což bylo dříve zařízení NASA Glenn Hypersonic Tunnel Facility. První svého druhu, toto rekonfigurovatelné testovací zařízení je pověřeno navrhováním, vývojem, montáží a testováním energetických systémů elektrických letadel, které půjdou při vytváření všeho od dvoumístných letadel až po dopravní letadla o výkonu 20 MW.
V květnu to NEAT dokázal provést svůj první test v megawattovém měřítku díky obrovskému množství energie, ke které má zařízení přístup. Toto a nedávno podepsané partnerství s GE přichází jen krátce poté, co NASA oznámila další lukrativní partnerství s GE a dvěma velkými leteckými společnostmi – Boeing a United Technologies Pratt & Whitney – prostudovat možné přínosy a rizika letových ukázek v megawattovém měřítku.
Jak uvedla Barb Esker, zástupkyně ředitele programu NASA Advanced Air Vehicles Program:
„Letové ukázky jsou důležitou součástí technologického vývoje, protože nabízejí našim inženýrům a průmyslovým partnerům příležitost řešit problémy a ověřovat koncepty v realistickém prostředí a zároveň řešit výzvy, kterým čelí elektrifikovaný pohon v letectví.“
Mezi hrozbou změny klimatu a skutečností, že se světová populace podle odhadů přiblíží 10 miliard do roku 2050 Je jasné, že je třeba vyvinout alternativní způsoby výroby, výroby energie a dopravy. Je dobré vědět, že vedle elektrických a hybridních vozů se můžeme těšit na elektrická a hybridní letadla.
Další čtení: NASA