Jedan od glavnih ciljeva svemirskih agencija i komercijalnog zrakoplovstva ovih dana je smanjenje povezanih troškova svemirskih istraživanja. Ali to se ne odnosi samo na troškove slanja korisnih tereta u svemir (i onečišćenja koje uzrokuje) koje se odnose na agencije poput NASA-e.
Tu su i troškovi (gospodarski, ali i ekološki) povezani sa zrakoplovstvom. Mlazno gorivo nije jeftino, a komercijalni zračni promet čini 4 do 9% antropogenih stakleničkih plinova (i u porastu je). Iz tog razloga, NASA se udružila s komercijalnom industrijom u razvoju električnih zrakoplova, za koje se nadaju da će do 2035. godine pružiti alternativu ekonomičnom trošenju goriva i troškova.
Ovo predstavlja značajan izazov, jer su mnoge komponente potrebne za stvaranje funkcionalnog zrakoplova prilično velike i teške. Konkretno, NASA-in napredni program zračnih vozila (AAVP) traži lagane i kompaktne pretvarače - središnju komponentu električnog sustava koji omogućuje napajanje električnim motorom.
Pretvarači su kritični za elektroničke pogonske sustave jer pretvaraju izmjeničnu struju (izmjeničnu struju) - koju generiraju generatori montirani na motoru i električni motori pokretani propelerima - u snagu istosmjerne struje visokog napona. Nažalost, komponente potrebne za stvaranje te količine energije - generatori, elektronika za pretvaranje napajanja, motori, itd. - povijesno su bili preveliki i teški za postavljanje u zrakoplov.
To stvara nešto zagoneta, jer za količinu energije koja je potrebna za stvaranje potrebnog dizanja potrebna bi bila još teža elektronika. Otuda NASA istražuje vrhunske znanosti o materijalima kako bi stvorio lakšu i manju elektroniku. U tu svrhu nedavno su potpisali ugovor vrijedan 12 milijuna dolara s General Electricom (GE), jednim od svjetskih lidera u razvoju vrhunske tehnologije silicij-karbida (SiC).
Ovaj poluvodički mineral koristi se u proizvodnji visokotemperaturne elektronike visokog napona, a GE se nada da će ga koristiti za ispunjavanje zahtjeva za veličinom, snagom i učinkovitošću koje je navela NASA. Ove specifikacije zahtijevaju pretvarač koji nije veći od kovčega i može stvarati megavat (MW) električne energije.
Kao što je Jim Heidmann, upravitelj NASA-inog naprednog projekta zračnog prometa, objasnio u NASA-inoj izjavi za medije:
„U kritičnom smo vremenu u povijesti zrakoplovstva jer imamo priliku razviti sustave koji će smanjiti troškove, potrošnju energije i buku, istovremeno otvarajući nova tržišta i mogućnosti za američke kompanije. Nužno je raditi s industrijom i akademskim snagama kako bismo osigurali da su prave tehnologije dostupne kako bi se zadovoljile potrebe budućih putnika i prijevoznika. "
Jednostavno rečeno, megavat je ogromna količina električne energije i sigurno upravljanje takvom energijom je glavni izazov. Na primjer, NASA-in
Ali zahvaljujući napretku na polju elektronike i tehnologije hibridnih motora posljednjih godina, ti bi se zahtjevi mogli nadohvatiti. Rekla je Amy Jankovsky, voditeljica podprojekta hibridnog plinsko-električnog pogona u NASA-inom istraživačkom centru Glenn:
„S nedavnim napretkom u materijalima i energetskoj elektronici počinjemo rješavati izazove s kojima se suočavaju u razvoju koncepata za elektrifikaciju koji smanjuju potrošnju energije, a ovaj pretvarač je presudan korak u našim naporima za pogon elektrificiranih zrakoplova. Naše partnerstvo s GE-om ključno je za napredovanje komponenata u težini leta i spremnih za let u klasi megavata za buduće transportne zrakoplove. "
Silicijev karbid je posebno perspektivan za zrakoplovne aplikacije velike snage zbog svojih svojstava materijala. Nudi visoke radne temperature, visoki napon i veliku moć rukovanja. Ove prednosti omogućit će inženjerima mogućnost da dizajniraju komponente manje veličine i lakše, a istovremeno će povećati i izlaznu snagu.
"Mi u biti spakiramo jedan megavat snage u veličinu kompaktnog kofera koji će pretvoriti dovoljno električne energije da bi se omogućile hibridno-električne pogonske arhitekture za komercijalne avione", rekao je Konrad Weeber, glavni inženjer za električnu energiju u GE Research. "Uspješno smo izgradili i pokazali pretvarače na razini tla koji udovoljavaju zahtjevima snage, veličine i učinkovitosti električnog leta."
Razvoj ovih električnih sustava trenutno se odvija na NASA-inoj probnoj letjelici za zrakoplove (NEAT) u Sanduskyu u Ohiju, koja je prethodno bila NASA-in Glenn Hipersonski tunel. Ovo takvo konfigurirajuće testno postolje, koje je prvo takve vrste, zaduženo je za projektiranje, razvoj, sastavljanje i testiranje elektroenergetskih sustava električnih zrakoplova koji će ući u stvaranje svega, od zrakoplova s dvije osobe do 20 MW zrakoplova.
Još u svibnju, NEAT je uspio provesti svoj prvi megavatni test zahvaljujući ogromnim količinama snage kojima objekt ima pristup. Ovo i nedavno potpisano partnerstvo s GE-om dolazi tek nedugo nakon što je NASA najavila još jedno unosno partnerstvo s GE-om i dvije velike zrakoplovne tvrtke - Boeing i United Technologies Pratt & Whitney - kako bi proučila moguće koristi i rizike demonstracija leta u megavatima.
Kao Barb Esker, zamjenik direktora NASA-inog naprednog programa zračnih vozila:
„Demonstracije letova važan su dio tehnološkog razvoja jer nude našim inženjerima i industrijskim partnerima mogućnost da razviju probleme i dokažu koncepte u realnom okruženju, istovremeno rješavajući izazove s kojima se suočavaju elektrificirani pogoni u zračnom prometu.“
Između prijetnje klimatskim promjenama i činjenice da se predviđa da će svjetska populacija dostići oko 10 milijardi do 2050. godine, jasno je da je potrebno razviti alternativne načine proizvodnje, proizvodnje energije i prometa. Dobro je znati da se uz električne i hibridne automobile možemo veseliti i električnim i hibridnim zrakoplovima.
