Viens no galvenajiem kosmosa aģentūru un komerciālās kosmiskās aviācijas mērķiem mūsdienās ir kosmosa izpētes saistīto izmaksu samazināšana. Bet ne tikai izmaksas par kravas nosūtīšanu kosmosā (un tās radītais piesārņojums) skar tādas aģentūras kā NASA.
Ir arī ar aviāciju saistītās izmaksas (ekonomiskās, kā arī apkārtējās vides). Arī reaktīvā degviela nav lēta, un komerciālie gaisa pārvadājumi veido 4–9% no antropogēnām siltumnīcefekta gāzēm (un to skaits palielinās). Šī iemesla dēļ NASA sadarbojās ar komerciālo nozari, lai izstrādātu elektriskos lidaparātus, kuri, pēc viņu domām, līdz 2035. gadam nodrošinās degvielu un rentablu alternatīvu komerciālajām lidmašīnām.
Tas ir nopietns izaicinājums, jo daudzas sastāvdaļas, kas vajadzīgas funkcionējoša elektriskā gaisa kuģa izveidošanai, ir diezgan lielas un smagas. Jo īpaši NASA uzlabotā gaisa transportlīdzekļu programma (AAVP) meklē vieglus un kompaktus invertorus - elektriskās sistēmas centrālo sastāvdaļu, kas nodrošina jaudu elektromotora vadīšanai.
Invertori ir kritiski svarīgi elektroniskajām vilces sistēmām, jo tie maiņstrāvu (AC), ko rada uz motora uzstādīti ģeneratori, un elektromotorus, ko darbina dzenskrūves, konvertē uz augstsprieguma līdzstrāvas (DC) jaudu. Diemžēl komponenti, kas nepieciešami šāda enerģijas daudzuma ģenerēšanai - ģeneratori, enerģijas pārveidošanas elektronika, motori utt. - vēsturiski ir bijuši pārāk lieli un smagi, lai ietilptu lidmašīnā.
Tas rada kaut ko saprotošu, jo nepieciešamā pacēlāja ģenerēšanai vajadzīgais enerģijas daudzums prasa vēl smagāku elektroniku. Tāpēc NASA pēta progresīvas materiālu zinātnes, lai radītu vieglāku un mazāku elektroniku. Šajā nolūkā viņi nesen parakstīja 12 miljonu dolāru līgumu ar General Electric (GE), kas ir viens no pasaules līderiem progresīvas silīcija karbīda (SiC) tehnoloģijas attīstībā.
Šis pusvadošais minerāls tiek izmantots augstas temperatūras, augstsprieguma elektronikas ražošanā, un GE cer to izmantot, lai sasniegtu NASA noteiktās lieluma, jaudas un efektivitātes prasības. Šīs specifikācijas prasa invertoru, kas nav lielāks par čemodānu un spēj ģenerēt megavatu (MWs) elektrības.
Kā NASA paziņojumā presei skaidroja Nims progresīvā gaisa transporta tehnoloģiju projekta vadītājs Džims Heidmans:
“Mēs atrodamies kritiskā laikā aviācijas vēsturē, jo mums ir iespēja attīstīt sistēmas, kas samazinās izmaksas, enerģijas patēriņu un troksni, vienlaikus atverot jaunus tirgus un iespējas Amerikas uzņēmumiem. Obligāti jāsadarbojas ar nozari un akadēmisko aprindām, lai nodrošinātu pareizo tehnoloģiju pieejamību, lai apmierinātu nākamo pasažieru un pārvadātāju prasības. ”
Vienkārši sakot, megavats ir milzīgs elektroenerģijas daudzums, un šāda veida enerģijas droša pārvaldība ir liels izaicinājums. Piemēram, NASA
Bet, pateicoties pēdējos gados panākumiem elektronikas un hibrīddzinēju tehnoloģijas jomā, šīs prasības varētu sasniegt. Teica Eimija Jankovska, NASA Glennas pētījumu centra apakšprojekta Hibrīda gāze-elektriskā vilces vadītāja:
“Ar nesenajiem sasniegumiem materiālu un enerģijas elektronikā mēs sākam pārvarēt problēmas, ar kurām nākas saskarties, izstrādājot enerģijas samazināšanas elektrifikācijas koncepcijas, un šis invertora darbs ir kritisks solis mūsu elektrificēto gaisa kuģu vilces darbībās. Mūsu partnerība ar GE ir būtiska, lai nākamajiem transporta lidmašīnām uzlabotu megavatu klases lidojuma svara un lidojumam gatavās sastāvdaļas. ”
Silīcija karbīds ir īpaši daudzsološs lieljaudas aviācijas lietojumiem, pateicoties tā materiālajām īpašībām. Tas piedāvā augstu darba temperatūru, augstu spriegumu un lielu jaudas apstrādes jaudu. Šīs priekšrocības inženieriem ļaus projektēt komponentus, kas ir mazāki un vieglāki, vienlaikus palielinot arī jaudas jaudu.
"Mēs būtībā iesaiņojam viena megavata jaudu kompakta kofera lielumā, kas pārveidos pietiekami daudz elektroenerģijas, lai komerciālajās lidmašīnās ļautu izmantot hibrīda un elektriskā piedziņas arhitektūru," sacīja Konrad Weeber, GE Research galvenais elektriskās enerģijas inženieris. "Mēs esam veiksmīgi izveidojuši un demonstrējuši invertorus zemes līmenī, kas atbilst elektriskā lidojuma jaudas, lieluma un efektivitātes prasībām."
Šo elektrisko sistēmu izstrāde pašlaik notiek NASA elektrisko gaisa kuģu izmēģinājumu telpā (NEAT) Sandusky, Ohaio, kas iepriekš bija NASA Glenn Hipersoniskā tuneļa iekārta. Pirmais šāda veida pārveidojamais testa paraugs ir paredzēts elektrisko lidmašīnu energosistēmu projektēšanai, izstrādei, montāžai un testēšanai, kas ļaus izveidot visu, sākot no divu cilvēku lidmašīnām līdz 20 MW lidmašīnām.
Jau maijā NEAT spēja veikt savu pirmo megavatu mēroga testu, pateicoties milzīgajam enerģijas daudzumam, kuram iekārta var piekļūt. Šī un nesen parakstītā partnerība ar GE rodas neilgi pēc tam, kad NASA paziņoja par vēl vienu ienesīgu partnerību ar GE un diviem lielākajiem aviācijas un kosmosa uzņēmumiem - Boeing un United Technologies Pratt & Whitney -, lai izpētītu iespējamos ieguvumus un riskus no megavatu mēroga lidojumu demonstrācijām.
Kā sacīja Barbs Eskers, NASA uzlaboto gaisa transportlīdzekļu programmas direktora vietnieks:
"Lidojumu demonstrācijas ir svarīga tehnoloģiju attīstības sastāvdaļa, jo tās piedāvā mūsu inženieriem un nozares partneriem iespēju izstrādāt jautājumus un pierādīt koncepcijas reālistiskā vidē, vienlaikus risinot problēmas, ar kurām saskaras aviācijas elektrificētās piedziņas."
Starp klimata pārmaiņu draudiem un faktu, ka tiek prognozēts, ka pasaules iedzīvotāju skaits 2050. gadā sasniegs gandrīz 10 miljardus, ir skaidrs, ka ir jāattīsta alternatīvi ražošanas, enerģijas ražošanas un transporta veidi. Ir labi zināt, ka līdztekus elektriskajām un hibrīdajām automašīnām mēs ar nepacietību varam gaidīt arī elektriskas un hibrīdas lidmašīnas.
