ساخت هواپیماهای برقی؛ پروژه شگفت‌انگیز دیگری از ناسا
این روزها یکی از اهداف اصلی آژانسهای تجاری فضایی و هوافضا کاهش هزینه‌های مربوط به اکتشافات فضایی است. حقیقتاً فرستادن موشک به مدار بسیار پرهزینه است؛ اما فقط هزینه ارسال این نوع دستگاها به فضا و آلودگی ناشی از آن نیست که آژانس‌هایی مانند ناسا را نگران کرده است. هزینه‌های (اقتصادی و همچنین زیست محیطی) مربوط به حمل و نقل هوایی را هم می‌بایست در نظر گرفت. این امر ناسا را برآن داشته تا بر روی هواپیمای‌های برقی متمرکز کند.
سوخت جت نیز ارزان نبوده و سفرهای تجاری هوایی ۴ تا ۹ درصد از گازهای گلخانه‌ای آنتروپوژنیک را تشکیل می‌دهند-این مقدار حتی رو به افزایش نیز است. به همین دلیل، ناسا برای توسعه هواپیماهای برقی با صنعت بازرگانی همکاری دارد، این تیم امیدوار است تا سال ۲۰۳۵ جایگزین مناسبی را به منظور کاهش مصرف سوخت و هزینه جت‌های تجاری ارائه دهد.
این مسئله یک چالش بزرگ را ایجاد می‌کند. زیرا بسیاری از اجزای مورد نیاز برای ساخت یک هواپیمای برقی کارآمد، بسیار بزرگ و سنگین هستند. به ویژه اینکه، پروژه وسایل نقلیه هوایی پیشرفته ناسا (AAVP) به دنبال اینورترهای سبک و جمع و جوریست که در واقع جزء اصلی یک سیستم برقی به‌حساب می‌آید. این اینورترها(دستگاهی که جریان مستقیم را به جریان متناوب تبدیل می‌کند.) نیروی لازم برای بکار انداختن موتور الکتریکی را تأمین می‌کند.
اینورترها برای سیستم‌های پیشران الکترونیکی بسیار مهم هستند؛ زیرا جریان متناوب (AC) تولید شده توسط ژنراتورها، موتورهای برقی و…را به برق جریان مستقیم و ولتاژ بالا (DC) تبدیل می‌کنند. متأسفانه، اجزای مورد نیاز برای تولید این میزان انرژی با استفاده از ژنراتورها، وسیله‌های الکترونیکی تبدیل نیرو، موتورها و … بسیار بزرگ و سنگین هستند؛ از این رو عملاً نمی‌توان از آنها در این نوع هواپیماها استفاده کرد.
این مسئله یک مشکل اساسی ایجاد می‌کند زیرا مقدار انرژی جهت تولید نیروی بالابرنده، حتی به تجهیزات الکترونیکی سنگین‌تری نیاز دارد و این دلیلی است که ناسا برای ایجاد تجهیزات سبک‌تر و کوچکتر، در حال تحقیق در مورد علم مواد برقی است. بدین منظور، آنها اخیراً با جنرال الکتریک (GE) که یکی از شرکت‌های پیشرو در توسعه فناوری کاربید سیلیکون (SiC) در دنیا است یک قرارداد ۱۲ میلیون دلاری به امضاء رسانده است.
این ماده معدنی نیمه‌هادی در ساخت وسایل الکترونیکی که حرارت زیادی تولید کرده و یا از ولتاژ بالایی استفاده می‌کنند، مورد استفاده قرار می‌گیرد و GE امیدوار است که از آن برای رسیدن به اندازه، توان و راندمان مد‌نظر ناسا استفاده کند. رسیدن به این استاندارد، یک اینورتر کوچکتر از یک چمدان نیاز داشته که بتواند یک مگاوات (MWs) برق تولید کند.
به بیان ساده، یک مگاوات مقدار زیادی انرژی الکتریکی بوده و مدیریت ایمن آن بسیار چالش‌برانگیز است. به عنوان مثال، هواپیمای توربو الکتریکی ناسا با یک لایه (Aft Boundary-Layer (STARC-ABL که برای کاهش مصرف سوخت و تولید گازهای گلخانه‌ای همچنین تولید سر و صدای کمتر از فن‌آوری‌های پیشران استفاده می‌کند، برای فعالیت خود به ۲٫۴ مگاوات برق نیاز دارد که در واقع برق لازم برای ۲۰۰۰ خانه را تأمین می‌کند؛ اما به لطف پیشرفت‌های انجام شده در زمینه الکترونیک و فن‌آوری موتور هیبریدی در سال‌های اخیر، اکنون این شرایط می‌تواند فراهم شود.
کاربید سیلیکون به دلیل خواص ماده‌ای که دارد، مخصوصاً برای ابزارهای هوانوری قوی بسیار امیدوار‌کننده است. این ماده ظرفیت مدیریت درجه حرارت و ولتاژ بالا و قدرت بالای مورد نیاز برای انتقال را دارد. این مزایا به مهندسان امکان می‌دهد تا در ضمن افزایش توان خروجی، قطعاتی را در ابعاد کوچکتر و سبک‌تر طراحی کنند. توسعه این سیستم‌های الکتریکی در حال حاضر در حال آزمایش در هواپیمای آزمایشی الکتریکی ناسا است.
تهدید تغییرات آب و هوا و این واقعیت که پیش‌بینی شده تا سال ۲۰۵۰ جمعیت جهان نزدیک به ۱۰ میلیارد نفر برسد، محققان را برآن داشته تا ابزارهای جایگزین برای تولید انرژی و حمل و نقل را توسعه دهند. خوب است بدانید که اکنون در کنار اتومبیل‌های برقی و هیبریدی، می‌توانیم چشم انتظار هواپیماهای برقی و هیبریدی نیز باشیم.
