Jedním z hlavních cílů kosmických agentur a komerčního letectví v současnosti je snížení souvisejících nákladů na průzkum vesmíru. Agentury, jako je NASA, se však nevztahují pouze na náklady na odesílání užitečného zatížení do vesmíru (a na znečištění, které způsobuje).
S letectvím jsou spojeny také náklady (ekonomické i environmentální). Rovněž tryskové palivo není levné a komerční letecká doprava představuje 4 až 9% antropogenních skleníkových plynů (a je na vzestupu). Z tohoto důvodu NASA spolupracovala s komerčním průmyslem na vývoji elektrických letadel, u nichž doufají, že do roku 2035 nabídnou alternativu k komerčním tryskám nákladově a nákladově efektivní alternativou.
To představuje významnou výzvu, protože mnoho komponent potřebných k vytvoření funkčního elektrického letadla je poměrně velké a těžké. Program AAVP (Advanced Air Vehicles Program) společnosti NASA zejména hledá lehké a kompaktní střídače - centrální součást elektrického systému, který poskytuje energii pro pohon elektromotoru.
Střídače jsou rozhodující pro elektronické pohonné systémy, protože převádějí střídavý proud (AC) - generovaný generátory namontovanými na motoru a elektrické motory poháněné vrtulemi - na vysokonapěťový stejnosměrný proud (DC). Komponenty potřebné k vytvoření tohoto množství energie - generátory, elektronika pro převod energie, motory atd. - bohužel byly historicky příliš velké a těžké, aby se vešly do letadla.
To vytváří něco hádanky, protože množství energie potřebné k vytvoření potřebného zdvihu by vyžadovalo ještě těžší elektroniku. Proto NASA zkoumá špičkovou materiálovou vědu s cílem vytvořit lehčí a menší elektroniku. Za tímto účelem nedávno podepsali smlouvu na 12 milionů dolarů se společností General Electric (GE), jedním ze světových lídrů ve vývoji špičkové technologie karbidu křemíku (SiC).
Tento polovodičový minerál se používá při výrobě vysokoteplotní vysokonapěťové elektroniky a společnost GE doufá, že jej použije ke splnění požadavků na velikost, výkon a účinnost specifikovaných NASA. Tyto specifikace vyžadují střídač, který není větší než kufr a je schopen generovat megawatty (MWs) elektřiny.
Jak Jim Heidmann, manažer technologického projektu moderní letecké dopravy NASA, vysvětlil v tiskové zprávě NASA:
„Jsme 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 naprosto nezbytné, abychom spolupracovali s průmyslem a akademií, abychom zajistili, že budou k dispozici ty správné technologie, které splní požadavky budoucích cestujících a dopravců. “
Jednoduše řečeno, megawatt je obrovské množství elektřiny a bezpečné řízení tohoto druhu energie je hlavní výzvou. Například NASA
Ale díky pokrokům v oblasti elektroniky a hybridních motorů v posledních letech by tyto požadavky mohly být na dosah. Amy Jankovsky, manažerka subprojektu Hybrid Gas-Electric Propulsion ve výzkumném centru Glenn Research Center NASA:
„S nedávným pokrokem v materiálech a výkonové elektronice začínáme překonávat výzvy, kterým čelí vývoj konceptů elektrifikace snižujících energii, a tato práce střídače je kritickým krokem v našem úsilí o elektrifikovaný pohon letadel. Naše partnerství s GE je klíčem k posunu letových hmotností a komponentů připravených na let ve třídě megawattů pro budoucí dopravní letadla. “
Karbid křemíku je zvláště slibný pro vysoce výkonné letecké aplikace díky svým materiálovým vlastnostem. Nabízí vysoké provozní teploty, vysoké napětí a vysokou kapacitu pro manipulaci s výkonem. Tyto výhody umožní technikům navrhovat komponenty, které jsou menší a menší, a zároveň zvyšují výkon.
"V zásadě balíme jeden megawatt energie do velikosti kompaktního kufru, který převede dostatek elektrické energie, aby umožnil hybridně-elektrické pohonné architektury pro komerční letadla," řekl Konrad Weeber, hlavní inženýr elektrické energie v GE Research. "Úspěšně jsme postavili a předvedli střídače na úrovni země, které splňují požadavky na výkon, velikost a účinnost elektrického letu."
Vývoj těchto elektrických systémů probíhá v současné době na NASA Electric Aircraft Testbed (NEAT) v Sandusky v Ohiu, který byl dříve hypersonickým tunelem NASA Glenn. Jako první svého druhu, toto rekonfigurovatelné zkušební stanoviště, je pověřeno navrhováním, vývojem, montáží a testováním energetických systémů elektrických letadel, které půjdou do vytvoření všeho od dvoučlenných letadel do 20 MW letadel.
V květnu byla společnost NEAT schopna provést svůj první test megawattů v měřítku díky obrovskému množství energie, do které má zařízení přístup. Toto a nedávno podepsané partnerství s GE přichází krátce poté, co NASA oznámila další lukrativní partnerství s GE a dvěma významnými leteckými společnostmi - Boeing a United Technologies Pratt & Whitney - ke studiu možných výhod a rizik leteckých demonstrací v měřítku megawattů.
Jako Barb Esker, zástupce ředitele programu Advanced Air Vehicles NASA, uvedl:
„Ukázky letů jsou důležitou součástí vývoje technologií, protože nabízejí našim technikům a průmyslovým partnerům příležitost vypracovat problémy a prokázat koncepty v realistickém prostředí a zároveň řešit problémy, kterým čelí elektrizovaný pohon v letectví.“
Je zřejmé, že mezi hrozbou změny klimatu a skutečností, že světová populace dosáhne do roku 2050 téměř 10 miliard, je třeba vyvinout alternativní způsoby výroby, výroby energie a dopravy. Je dobré vědět, že vedle elektrických a hybridních automobilů se můžeme těšit na elektrická a hybridní letadla.
