Els sistemes de propulsió elèctrica s’utilitzen activament en vehicles aeris no tripulats moderns i ofereixen un alt rendiment en vol. Es pot aconseguir un creixement addicional de paràmetres clau mitjançant l’ús de l’energia solar. S'han desenvolupat diversos UAV experimentals amb energia solar, però cap dels projectes encara no s'ha dut a terme amb una solució completa de problemes reals.
Amb la participació de la NASA
A principis dels anys setanta i vuitanta, l’empresa nord-americana AeroVironment realitzava investigacions en el camp de l’energia solar per a avions. El 1983, va rebre l'ordre de la NASA de crear un UAV experimental capaç de mostrar característiques d'alt rendiment. El primer projecte de la nova sèrie es va anomenar HALSOL (High Altitude Solar). Posteriorment es va canviar el nom de Pathfinder.
El mateix any es va produir el primer vol d’un dron experimentat, però les proves es van reconèixer com a fallides a causa del nivell insuficient de desenvolupament de tecnologies clau. La finalització del projecte va continuar fins al 1993, quan es van reprendre les proves. Ben aviat, Pathfinder va mostrar tots els avantatges de les noves tecnologies i components. Al llarg dels anys, l’UAV ha establert una sèrie de registres d’altitud i durada del vol per als vehicles amb energia solar.
El 1998, es va actualitzar un dron experimentat segons el projecte Pathfinder Plus. El redisseny i la introducció de nous components elèctrics han permès millorar de nou el rendiment i establir nous registres. En el mateix període, es van crear els UAV Centurion i Helios Prototype amb un aspecte similar, però amb característiques diferents.
Els UAV experimentats de la NASA i AeroVironment es van construir d'acord amb l'esquema general. L’element principal de disseny era una gran ala de proporció que abastava des de 29,5 m (Pathfinder) fins a 75 m (Helios). A l’ala, s’hi van instal·lar motors elèctrics amb cargols de tracció (de 6 a 14 unitats) i nacelles amb tren d’aterratge i equipament. Tots els vehicles de la sèrie tenien control remot i podien transportar una mica de càrrega útil.
La superfície màxima possible de les ales es va donar als panells solars. En el projecte Pathfinder, van donar una potència de 7,5 kW i en el posterior Centurion van aconseguir obtenir més de 30 kW. Les bateries recarregables s’utilitzaven com a font d’energia de seguretat. Les piles de combustible també es van utilitzar en experiments posteriors.
Els drons experimentals no tenien una velocitat de vol elevada. L'ala recta de gran abast va limitar aquest paràmetre a 30-45 km / h. Al mateix temps, es van fer vols rècord a altituds de 24-29 km i van durar almenys 12-18 hores.
Sèries europees
Des del 2003 es treballa en projectes de la sèrie Zephyr. Inicialment, el nou UAV va ser creat per l’empresa britànica QinetiQ, però posteriorment el treball es va transferir al departament militar d’Airbus. L’objectiu del projecte era crear un dron amb energia solar a gran altitud amb una llarga durada de vol, capaç de transportar equips de vigilància.
A mitjan dècada, es van iniciar les proves en un aparell demostrador de tecnologia reduïda. Zephyr 6 va demostrar el potencial del disseny en conjunt i els seus elements individuals. El 2008, aquest UAV va pujar a una altitud de 19 km. Després va aparèixer el prototip Zephyr 7. A mida completa, el juliol de 2010 va establir un rècord de durada del vol de més de 14 dies. El 2018, un altre prototip, Zephyr 8 (Zephyr S), va romandre a l’aire durant gairebé 26 dies.
Els UAV de la sèrie Airbus Zephyr reben una gran proporció d’ala amb puntes elevades. El Zephyr 8 més gran té una envergadura de 28 m. Pes: fins a 50-70 kg, dels quals no més de 5 kg cauen sobre la càrrega útil. Els motors elèctrics es situen a la vora principal de l’ala; a la part posterior s’adjunta una fina ploma de cua amb plomatge. Gairebé tota la superfície superior de l’ala es dóna als panells solars. A més, l’UAV disposa d’acumuladors per garantir el vol en absència de llum solar. La velocitat del vol no supera els 50-60 km / h, però l'objectiu del projecte era obtenir un alt rang, altitud i durada.
Continua el desenvolupament dels projectes de la sèrie Zephyr. La millora de les màquines existents es duu a terme per tal de complir tasques reals, així com es creen noves mostres amb diferents característiques. De moment, aquests UAV es consideren portadors d’equips de vigilància, equips electrònics, etc.
De tripulats a no tripulats
El projecte Solar Impulse de l’empresa suïssa homònima té un especial interès. Proposa la construcció d’avions tripulats amb energia solar. Des del 2009, dues màquines similars participen en proves de vol. Amb el pas del temps, la companyia de desenvolupament va anunciar la seva intenció de crear una versió no tripulada de l'avió existent.
Al novembre de 2019, Solar Impulse, amb l’assistència de Leonardo i Northrop Grumman, va completar la conversió d’un dels avions prototips en un UAV. Es van programar proves de vol per al 2020-21 i, a principis dels anys vint, és possible llançar una producció a petita escala en interès de clients reals. Es creu que aquest dron té un avantatge competitiu en forma de característiques d’alt rendiment.
Solar Impulse 2, reconstruït en un UAV, té una ala recta amb una envergadura de 72 m, sota la qual s’instal·la un fuselatge lleuger i quatre nàcules de motors elèctrics. Es va utilitzar una combinació de plaques solars i acumuladors; potència màxima 66 kW. L’avió va desenvolupar una velocitat de fins a 140 km / h i va pujar 12 km. Les característiques de disseny de la modificació no tripulada seran més altes. En particular, la durada del vol augmentarà a 90 dies.
Perspectives limitades
En les darreres dècades, hi ha hagut avenços significatius en el camp dels UAV solars. S'estan desenvolupant i introduint nous tipus de quadres, bateries i motors elèctrics amb característiques millorades; els materials moderns s’utilitzen en la construcció de cèl·lules, garantint durabilitat i baix pes. Al mateix temps, malgrat tots els esforços, aquests drons encara no han arribat a una operació completa.
Malgrat tots els esforços dels científics, els panells solars encara no són molt potents. Com a resultat, a sota d’ells és necessari donar la màxima àrea possible alhora que alleugera l’estructura. Només en aquestes condicions hi ha prou energia per alimentar els motors i recarregar les bateries. A més, es necessiten mesures per mantenir l’alimentació dels motors independentment de la intensitat de la llum incident o de la seva absència.
Com a resultat, un avió tripulat o un UAV, construït fins i tot amb l'ús de tecnologies avançades, resulta ser gran i car, però no pot carregar una càrrega útil important. Tanmateix, és capaç de mostrar característiques de vol elevades i, per tant, té cert interès pràctic.
La capacitat de volar durant molt de temps a gran altitud pot ser útil a l’hora de realitzar reconeixements o controlar la situació en diferents situacions. També es proposen projectes per a "satèl·lits atmosfèrics": vehicles aeris no tripulats de llarga durada de vol amb equips per retransmetre senyals de ràdio. S'espera que aquesta tecnologia pugui romandre en una zona determinada durant molt de temps i proporcionar una comunicació constant, sent un reemplaçament més fàcil i econòmic de les naus espacials.
Viouslybviament, en el nivell actual de característiques tàctiques i tècniques, els UAV amb energia solar no poden ser de combat. La capacitat de càrrega limitada no permetrà prendre municions grans i l’aspecte característic augmentarà la visibilitat de qualsevol mitjà de detecció. No obstant això, els drons de reconeixement i els repetidors també poden ser d’interès per als exèrcits.
Els UAV solars estan en desenvolupament a diversos països i hi ha hagut avenços significatius. Les característiques d'aquests equips augmenten gradualment i, en un futur previsible, les primeres mostres són capaces d'arribar a un funcionament real. Tanmateix, aquesta direcció no s’ha de sobrevalorar. A la pràctica, és probable que aquests drons es converteixin en un mitjà eficaç per omplir nínxols específics en què puguin aprofitar tot el seu potencial i no mostrar desavantatges inherents.
