Jedným z hlavných cieľov vesmírnych agentúr a komerčného letectva v súčasnosti je zníženie súvisiacich nákladov na prieskum vesmíru. Agentúry ako NASA sa však netýkajú iba nákladov na odosielanie užitočného zaťaženia do vesmíru (a znečistenia, ktoré spôsobuje).
S letectvom súvisia aj náklady (ekonomické aj environmentálne). Lietadlo nie je ani lacné a komerčná letecká doprava predstavuje 4 až 9% antropogénnych skleníkových plynov (a stúpa). Z tohto dôvodu NASA spolupracuje s komerčným priemyslom na vývoji elektrických lietadiel, ktoré, ako dúfajú, poskytnú do roku 2035 alternatívu komerčných trysiek z hľadiska nákladov a nákladov.
To predstavuje významnú výzvu, pretože mnohé z komponentov potrebných na vytvorenie fungujúceho elektrického lietadla sú dosť veľké a ťažké. Program AAVP (Advanced Air Vehicles Program) spoločnosti NASA hľadá najmä ľahké a kompaktné meniče - ústrednú súčasť elektrického systému, ktorý poskytuje energiu na pohon elektromotora.
Meniče sú rozhodujúce pre elektronické propulzné systémy, pretože prevádzajú striedavý prúd (AC) - generovaný generátormi namontovanými na motore a elektromotory poháňané vrtuľami - na vysokonapäťový jednosmerný prúd (DC). Bohužiaľ, komponenty potrebné na výrobu tohto množstva energie - generátory, elektronika na konverziu energie, motory atď. - boli historicky príliš veľké a ťažké na to, aby sa zmestili do lietadla.
Toto vytvára niečo hlavolam, pretože množstvo energie potrebné na vytvorenie potrebného zdvihu by vyžadovalo ešte ťažšiu elektroniku. Preto NASA skúma najmodernejšiu vedu o materiáloch s cieľom vytvoriť ľahšiu a menšiu elektroniku. Za týmto účelom nedávno podpísali zmluvu s 12 miliónmi dolárov so spoločnosťou General Electric (GE), jedným zo svetových lídrov vo vývoji špičkovej technológie karbidu kremíka (SiC).
Tento polovodivý minerál sa používa na výrobu vysokoteplotnej vysokonapäťovej elektroniky a spoločnosť GE dúfa, že ho použije na splnenie požiadaviek na veľkosť, výkon a účinnosť špecifikovaných NASA. Tieto špecifikácie si vyžadujú menič, ktorý nie je väčší ako kufor a je schopný generovať megawatty (MWs) elektriny.
Ako uviedol Jim Heidmann, manažér technologického projektu modernej leteckej dopravy NASA, v tlačovej správe NASA:
„Sme v kritickej dobe v histórii letectva, pretože máme príležitosť vyvinúť systémy, ktoré znížia náklady, spotrebu energie a hluk a zároveň otvoria nové trhy a príležitosti pre americké spoločnosti. Je nevyhnutné, aby sme spolupracovali s priemyslom a akademickou obcou s cieľom zabezpečiť, aby boli k dispozícii správne technológie, ktoré uspokoja požiadavky budúcich cestujúcich a dopravcov. “
Zjednodušene povedané, megawatt je obrovské množstvo elektriny a bezpečné riadenie tohto druhu energie je veľkou výzvou. Napríklad NASA
Ale vďaka pokrokom dosiahnutým v oblasti elektroniky a technológie hybridných motorov v posledných rokoch by tieto požiadavky mohli byť na dosah. Amy Jankovsky, manažérka subprojektu Hybrid Gas-Electric Propulsion vo výskumnom centre Glenn Research Center NASA:
„S nedávnym pokrokom v oblasti materiálov a výkonovej elektroniky začíname prekonávať výzvy, ktorým čelí vývoj koncepcie elektrifikácie znižujúcej energiu, a táto práca invertora je kritickým krokom v našom úsilí o elektrifikovaný pohon lietadiel. Naše partnerstvo s GE je kľúčom k zlepšeniu letovej hmotnosti a komponentov pripravených na let v triede megawattov pre budúce dopravné lietadlá. “
Karbid kremíka je mimoriadne sľubný pre vysoko výkonné letecké aplikácie kvôli svojim materiálovým vlastnostiam. Ponúka vysoké prevádzkové teploty, vysoké napätie a vysokú kapacitu manipulácie s výkonom. Tieto výhody umožnia inžinierom navrhovať komponenty, ktoré sú menšie a ľahšie a zároveň zvyšujú výkon.
„V podstate balíme jeden megawatt energie do veľkosti kompaktného kufra, ktorý premení dostatok elektrickej energie na to, aby umožnil hybridné a elektrické pohonné architektúry pre komerčné lietadlá,“ povedal Konrad Weeber, hlavný inžinier pre elektrickú energiu v GE Research. „Úspešne sme vytvorili a demonštrovali striedače na úrovni zeme, ktoré spĺňajú požiadavky na výkon, veľkosť a účinnosť elektrického letu.“
Vývoj týchto elektrických systémov v súčasnosti prebieha v testovacom laboratóriu NASA Electric Aircraft Testbed (NEAT) v Sandusky v štáte Ohio, ktoré bolo predtým hypersonickým tunelným zariadením NASA Glenn. Ako prvé svojho druhu, toto rekonfigurovateľné testovacie pracovisko je poverené navrhovaním, vývojom, montážou a testovaním energetických systémov elektrických lietadiel, ktoré pôjdu k vytvoreniu všetkého od lietadiel pre dve osoby až po lietadlá do 20 MW.
V máji spoločnosť NEAT dokázala vykonať prvý test v megawattovom meradle vďaka obrovskému množstvu energie, do ktorej má zariadenie prístup. Toto a nedávno podpísané partnerstvo s GE prichádza krátko po tom, čo NASA oznámila ďalšie lukratívne partnerstvo s GE a dvoma hlavnými leteckými spoločnosťami - Boeing a United Technologies Pratt & Whitney - s cieľom preskúmať možné prínosy a riziká ukážok letov v megawatte.
Ako Barb Esker, zástupca riaditeľa programu Advanced Air Vehicles Program NASA, uviedla:
„Letové ukážky sú dôležitou súčasťou vývoja technológie, pretože ponúkajú našim inžinierom a priemyselným partnerom príležitosť vypracovať problémy a dokázať koncepty v realistickom prostredí a zároveň riešiť problémy, ktorým čelí elektrifikovaný pohon v letectve.“
Je zrejmé, že medzi hrozbou zmeny klímy a skutočnosťou, že svetová populácia dosiahne do roku 2050 takmer 10 miliárd, je potrebné vyvinúť alternatívne spôsoby výroby, výroby energie a dopravy. Je dobré vedieť, že popri elektrických a hybridných automobiloch sa môžeme tešiť aj na elektrické a hybridné lietadlá.
