نسل جدید هواپیماهای خورشیدی

و در این میان، انرژی خورشید با توجه به ارزانی و سهولت دسترسی به آن از اهمیت فوق‌العاده‌‌ای برخوردار است. هواپیماهای خورشیدی نیز با توجه به این ویژگی و مزایایی دیگر همچون مداومت پروازی و ارتفاع بالا، سرعت کم و هزینه پروازی بسیار پایین در سال‌های اخیر به‌شدت توجه محققان علوم هوانوردی را به‌عنوان جایگزین برتر ماهواره‌های مخابراتی و تجسسی در کاربردهای اکتشافی، تجسسی، مخابراتی(تلفن همراه  و اینترنت)، مدیریت کشاورزی، کنترل مرزها و مقابله با بلایای طبیعی به‌خود جلب کرده است.

برای مثال، سازمان ناسا از سال 2000-1994 مبلغ 64 میلیون دلار و از سال 2003-2001 نیز 33 میلیون دلار، روی پروژه‌های هواپیماهای خورشیدی سرمایه‌‌گذاری کرده است.

از جنبه‌های متعددی این هواپیماها می‌‌توانند مأموریت سیستم‌های زمینی و ماهواره‌‌ای را اقتصادی‌‌تر از هر دو انجام دهند. همچنین آنها توان بازگشت سریع را دارند که این مساله آنها را برای محافظت در برابر عوامل پیش‌‌بینی نشده و همچنین سرویس‌‌دهی خوب، مناسب می‌‌سازد.

مهم‌ترین بعد گسترش‌‌دهنده هواپیماهای خورشیدی، گسترش کاربردهای تجسسی و سرویس‌هایی بر پایه ارتباطات با گستره فرکانسی بالا و سرویس‌های اینترنت است و حتی مأموریت‌‌های خاصی همچون پدافند موشکی و پرواز بر فراز سیارات دیگر نیز مطرح است.

در این بخش، هواپیماهای خورشیدی به 3  دسته هواپیماهای کوچک رادیو کنترل، پیکربندی‌های مشابه هواپیما با نیروی انسانی و هواپیماهای ارتفاع و مداومت پروازی بالا که اکثراً کار شرکت ایرووایرونمنت هستند تقسیم‌بندی شده‌‌اند.

ابتدا با توجه به اهمیت، هواپیماهای معمولی و هواپیماهای خورشیدی ارتفاع و مداومت پروازی بالای دیگر مورد بررسی قرار داده‌ایم؛ در فرصت‌های بعدی، پیکربندی‌های شبیه هواپیما با نیروی انسانی و در نهایت هواپیماهای کوچک رادیو کنترل بررسی خواهد شد.

هواپیماهای ارتفاع و مداومت پروازی بالا

1- هواپیمای گوسامر پنگوئن(Gossamer Penguin)در سال 1980 شرکت ایرووایرونمنت که به‌وسیله دکتر پاول مک کریدی، قهرمان سابق گلایدرسواری و طراح معروف هواپیماهای نیروی انسانی تأسیس شد، پروژه‌‌ای را برای طراحی یک هواپیمای خورشیدی سرنشین‌‌دار با همکاری مرکز درایدن (Dryden) ناسا شروع کرد.

این کار با ساخت مدل مقیاس سه‌چهارم هواپیمای نیروی انسانی گوسامر آلباتروس2(Gossamer Albatross II)  برای پرواز خورشیدی شروع شد.

این کار به‌راحتی به انجام رسید زیرا در اوایل سال1980 که این هواپیما در یک برنامه پروازی تحقیقاتی در مرکز درایدن با مشارکت مرکز لانگلی(Langley) شرکت کرد، بعضی از پروازها با استفاده از یک موتور الکتریکی کوچک صورت پذیرفته بود.

هواپیمای مقیاس شده، گوسامر پنگوئن نام گرفت که دهنه بال آن 71پا بود. بدون خلبان فقط 68پوند وزن داشت، در نتیجه توان کمی نیاز داشته و نمونه آزمایشی خوبی برای توان خورشیدی بود.

منبع انرژی برای پروازهای اولیه از 28‌باتری نیکل کادمیوم تشکیل شده بود
که در پروازهای خورشیدی با 3920 سلول خورشیدی به قدرت 541 وات تعویض شد.

پروازهای با قدرت باتری در فرودگاه شافتر در نزدیکی بیکرزفیلد کالیفرنیا صورت پذیرفت. مارشال،  پسر 13 ساله دکتر مک کریدی که تنها 80پوند (36 کیلوگرم) وزن داشت، نخستین خلبان این پروازها بود که هدف از آن به‌دست آوردن توان مورد نیاز پرواز هواپیما، بهینه‌سازی سیستم رانش و آموزش خلبان بود.

او نخستین پرواز را در 7 آوریل 1980 انجام داد و پرواز خورشیدی کوچکی نیز در 18 می. خلبان رسمی پروژه، جنیس براون بود وکمی زیر 100 پوند وزن داشت. او حدود 40 پرواز با باتری و سلول خورشیدی انجام داد.

در نیمه تابستان ثابت شد که جهت باد، توربولانس، انتقال حرارت همرفتی و تشعشعی و دما در شافتر برای هواپیما کمتر از مقدار ایده‌آل است زیرا در موقع برخاست نمی‌‌بایست باد جانبی وجود می‌‌داشت و افزایش دما باعث کاهش توان خروجی سلول‌های خورشیدی می‌شد.

در نتیجه پروژه در انتهای جولای به درایدن منتقل شد. گرچه شرایط در آنجا هم ایده‌آل نبود. در هر صورت، جنیس آزمایش‌ها را تمام کرد و در 7 اوت 1980، پروازی به‌طول 3/14 کیلومتر به‌مدت 14دقیقه و 21 ثانیه انجام داد

 (km/hو 13 = Vmean)

2- هواپیمای سولار چلنجر (Solar Challenger)با استفاده از تجربیات به‌دست آمده از گوسامر پنگوئن، مهندسان ایرووایرونمنت هواپیمای سولار چلنجر را طراحی کردند. این هواپیمای خورشیدی سرنشین‌‌دار می‌‌توانست پروازهای طولانی و بلند را حین تحمل توربولانس‌های عادی انجام دهد. دهانه بال آن 5/46 پا بود، اما از یک دم افقی بزرگ و از سطح بالی برای جای‌دهی 16128 سلول خورشیدی بهره می‌‌‌برد.

مهندسان ایرووایرونمنت با استفاده از برنامه‌های رایانه‌ای شخصی، ملخ، بال و دم غیرمعمول این هواپیما را طراحی کردند که سطح بالای آنها برای جای‌دهی سلول‌های خورشیدی هموار بود.

شرکت آستروفلایت تأمین کننده موتور و شرکت دو پونت (DuPont)که بسیاری از مواد پیشرفته این هواپیماها را تولید کرد تأمین‌‌کنندگان اصلی پروژه بودند.

خلبان دیگری به نام استفان پاتک (حدود 150 پوند) که حدود 4600 ساعت پرواز با هواپیماهای مختلف داشت نیز به جمع اضافه شد. خلبانان هواپیما را ابتدا با باتری و سپس با توان خورشیدی پرواز دادند. در انتهای سال 1980 و در اوایل 1981، مجموعه به پارک هوایی مارانا در تاکسون منتقل شد.

سولار چلنجر ارتفاع اولیه 14300 پا را ثبت کرد و در هفتم جولای 1981 موفق شد 163 مایل از پاریس به لندن را به‌مدت 5 ساعت و 23 دقیقه پرواز کند (km/h 48/44 = Vmean).

قبلا در سال 1979 دکتر مک‌‌کریدی به‌وسیله هواپیما با نیروی انسانی گوسامر آلباتروس نیز به این موفقیت دست یافته بود.

3- هواپیمای هالسول(HALSOL)ایرووایرونمنت در 1981 به‌عنوان بخشی از برنامه سری، بودجه‌‌ای محرمانه از اداره‌‌ای ناشناس دریافت کرد تا امکان طراحی و ساخت هواپیمای خورشیدی با مداومت پروازی زیاد در ارتفاع بالای 65000 پا را بررسی کند.

هواپیمای طراحی شده با نام هالسول با 3 مدل در مقیاس کوچک‌تر و یک پروتوتایپ نهایی ساخته و آزمایش شد. هالسول در2ماه، 9 بار پرواز کرد و عاقبت به یاری باتری‌های قابل شارژ روی- نقره به ارتفاع 20000 پایی رسید.

برنامه آزمایش در پایگاهی ناشناخته در «گروم لیک» صحرای نوادا انجام شد. سازمان‌های دخیل در این برنامه عبارت بودند از: نیروی هوایی، آزمایشگاه تحقیقات نیروی دریایی، سازمان سیا، اداره شناسایی ملی و ناسا.

اینکه کدامیک از این سازمان‌ها مشتری چنین هواپیمایی بودند، خود یک راز است.
هواپیما صلاحیت پروازی خود را از نظر ایرودینامیکی و سازه‌‌ای نشان داد، اما درصورت تجهیز به سلول‌های خورشیدی و تجهیزات کنترل توان موجود در آن موقع، از حمل بار مفید باز می‌‌ماند. 

همچنین از نظر سیستم‌های ذخیره انرژی نیز با مشکل مواجه بود. هالسول نیازمند ایده‌هایی بود که از فناوری سال 1980 فراتر می‌‌رفت، لذا برای 10 سال معطل ماند و بعدا به پث‌‌‌فایندر تبدیل شد.

طاهره ساعدی