0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Солнечный самолёт Рафаэля

Солнечный самолёт Рафаэля

SolarStratos — изящная механическая ласточка длиной всего 8,5 метра. Это первый в мире самолёт на солнечных батареях, который может подняться в стратосферу — на высоту 25 километров, где начинается космос. Оттуда пилоты смогут насладиться звёздным пейзажем и своими глазами убедиться, что наша планета круглая.

История началась в 2010 году, когда швейцарский лётчик-испытатель Рафаэль Домжан отправился в кругосветное путешествие на Turanor PlanetSolar — первом в мире корабле, где всё, от двигателей до уборных, функционировало за счёт энергии солнца. На борту не было ни капли топлива. Покрытое чёрными солнечными батареями судно напоминало инопланетный объект.

Turanor PlanetSolar вышел из Монако в сентябре 2010 года. Экипаж состоял из четырёх человек: трёх моряков и инициатора проекта Рафаэля. За 585 дней путешественники увидели 28 стран, пересекли 3 океана и 11 морей.

— Труднее всего было пережить шторм. До последнего момента никто не знал, сможет ли техника выстоять, — вспоминает Рафаэль. — Когда море успокоилось, мы встретили судёнышко местных рыбаков — жертв разбушевавшейся стихии. Аборигены жестами попросили топлива и долго не верили, что наш корабль «питается» солнечным светом. В итоге мы подружились, и они накормили нас только что пойманной рыбой.

В Индийском океане экипаж PlanetSolar столкнулся с сомалийскими пиратами. К счастью, разбойники не рискнули напасть на корабль.

— Это кругосветное приключение было не только опасным, но и очень романтичным, — рассказывает Рафаэль. — В один из вечеров я любовался звёздным небом и думал, как здорово было бы приблизиться к нему, долететь до границы с космосом. Так родилась идея электрического самолёта SolarStratos.

Проблема лишнего веса

Проект Рафаэля Домжана пока ещё в начале пути — как и сама отрасль электрического самолётостроения. Впрочем, уже существуют воздушные суда с электрическим двигателем, рассчитанные на 4, 6 и 8 пассажиров. Но пока все эти аппараты летают в нижних слоях атмосферы.

Самолёт SolarStratos должен подняться на высоту 25 000 метров. Для этого кабину требовалось максимально облегчить, и конструкторы решили её не отапливать и не герметизировать, а пилотов при необходимости посадить на диету. При этом из-за экономии веса у них не будет с собой ни еды, ни парашютов.

От стратосферного мороза и низкого давления, из-за которого человек раздувается, как пузырь, а слюна и слёзы начинают кипеть, пилотов будет защищать специальный скафандр из лёгких материалов, созданный российским предприятием «Звезда». Кстати, именно «Звезда» делала скафандры для Юрия Гагарина и Алексея Леонова.

В стратосфере пилоты столкнутся с неизвестностью. Главная опасность таится в устройстве самолёта: инженерам пока неизвестно, как солнечные батареи будут работать на высоте 25 000 метров при столь низких температурах и под воздействием космического излучения.

Разработчики хотят, чтобы самолёт каждую секунду получал максимум солнечной энергии. Поэтому траектория полёта представляет собой цилиндр с радиусом 50 километров: если Солнце на востоке, самолёт будет лететь на восток; если на западе, то на запад. Инженеры работают и над другими типами траекторий, но пока считают, что спираль лучше всего.

Предполагается, что подъём на нужную высоту со скоростью 20 км/ч займёт около трёх часов. В самой стратосфере, где давление очень низкое и нет такого сопротивления, как в нижних слоях, самолёт сможет преодолевать порядка 250 км/ч.

Путешествие на грани возможного

Над SolarStratos работают космонавты, пилоты, метеорологи, доктора, техники, инженеры, программисты из Швейцарии, Франции, Германии, России. Более 40 компаний со всего мира поддержали проект финансово.

В мае 2017-го был проведён успешный тестовый полёт на высоте 300 метров. Выход в стратосферу запланирован на 2020–2021 год.

— Это великолепно! Мы разрабатывали самолёт в течение многих лет, и теперь команда испытывает огромное удовлетворение, — говорит Рафаэль Домжан. — Я безумно счастлив, что наш самолёт наконец-то готов. Мы работали не покладая рук, старались быть организованными оптимистами, хотя периоды суматохи и паники тоже случались (смеётся). Мы хотим показать миру эффективность солнечной энергии, её возможности. Доказать, что возобновляемые источники энергии — это будущее. SolarStratos — рискованная магия, невероятное путешествие на грани возможного.

— Рафаэль, ваш проект очень дорогой. Как вы думаете, можно сделать его более доступным и организовать массовое производство подобных самолётов?

— Да, это возможно, но для более низких слоёв атмосферы, где пилотам не нужны дорогостоящие скафандры.

— А как долго такой самолёт может находиться в пути без дозаправки?

— Около двух часов. Но это пока. Думаю, спустя некоторое время мы сможем летать за счёт батарей, запасающих солнечную энергию, — как на электромобилях, только на электросамолётах. Плюс станет возможным находиться в стратосфере длительное время. Сейчас уже есть скафандры, в которых космонавты работают в открытом космосе до восьми часов.

— Какова научная цель ваших полётов? Какие необычные измерения вы планируете сделать?

— Хороший вопрос. Через стратосферу проходят ракеты и сверхзвуковые самолёты, но на больших скоростях, которые не позволяют проводить полноценные исследования. Наш аппарат будет лететь в стратосфере достаточно долго и медленно. Сейчас мы ведём переговоры с научными институтами, которые хотели бы проводить измерения для исследования стратосферы.

— Как пилоты будут спасаться, если случится авария?

— Этот вопрос остаётся открытым, — отвечает Сергей Поздняков, генеральный директор научно-производственного предприятия «Звезда». — Самолёт должен быть очень лёгким. И пилот, как жокей, тоже должен быть очень лёгким. Инженеры удаляют каждый лишний килограмм конструкции. Самолёт спускается долго, и мы думаем, как обеспечить безопасность пилота на протяжении всего полёта. Нужен особый парашют, специальный кислородный прибор для дыхания. Сложная задача — это сделать.

— Полёт планируется уже через два-три года. Получается, есть риск отправить пилота в небо без возможности спастись?

— В корень смотрите. Я думаю, мы попробуем всё-таки сделать полноценную систему безопасности. Но, понимаете, в случае прыжка с такой высоты спуск почти невозможно контролировать: человек сильно вращается, воздух разрежен.

Сам Рафаэль относится к опасному испытанию с долей юмора:

— Конечно, будут риски, но я исследователь! Если вы назвались первооткрывателем, но боитесь рисковать, ничего не получится — никакого приключения. Таким людям нужно сидеть в офисе (смеётся). Так что полёт состоится, даже если система безопасного спуска не будет доработана. Не забывайте, жизнь — это и есть приключение! И мы все умрём когда-нибудь. Значение имеет лишь то, что находится между началом жизни и её концом.

В 1981-м авиаконструктор Пол Маккриди представил аппарат, который пролетел целых 262 км от Парижа до английского Менстона. Это был прорыв.

Со временем попытки создать полноценный самолёт на солнечных батареях становились всё более успешными. Вот только аппараты оставались беспилотными до 2009 года, когда швейцарский аэронавт Бертран Пиккар несколько часов пробыл в воздухе на Solar Impulse. Чуть позже усовершенствованная модель этого аппарата позволила пилотам облететь вокруг Земли.

Будущее электросамолётов

Давняя мечта инженеров и механиков, работающих с авиацией, — электрический самолёт: крылатая машина, которая приводится в движение электрическим двигателем. Электродвигатель проще в обслуживании, чем двигатели другого типа, не имеет существенных ограничений по оборотам, легко запускается и останавливается, а также имеет крайне высокий КПД.

Почему же электросамолёты до сих пор не вытеснили обычные? Проблема кроется в источниках электричества. Для того чтобы запасти сколько-нибудь существенные объёмы энергии, требуются огромные, массивные аккумуляторные батареи. Даже самые совершенные литиевые аккумуляторы уступают в ёмкости хранения энергии старому доброму керосину. Плюс ко всему, если обычное топливо в полёте расходуется, значительно облегчая самолёт (и, как следствие, снижая расход топлива и нагрузку на конструкцию при посадке), то масса электрического самолёта во время движения остаётся практически неизменной. А перегрев аккумуляторов, риск повреждения и взрыва делает их куда опаснее, чем классическое авиатопливо.

При этом в обозримом будущем не намечается адекватных по стоимости прорывных технологий, которые позволят аккумуляторам сравниться по эффективности с традиционным топливом.

Так что, мечта оказалась несбыточной? Не совсем, ведь мы рассмотрели лишь самый простой вариант электросамолёта.

Альтернативой огромной батарее, рассчитанной на весь полёт, является относительно небольшой аккумулятор, подзаряжаемый в полёте от внешнего источника энергии — в первую очередь Солнца. Построенный по этому принципу Solar Impulse 2 совершил успешное кругосветное путешествие с несколькими остановками. Правда, самолёт массой около двух тонн имел размеры колоссального Airbus 380 и летел со скоростью менее 100 км/ч. Для гражданских авиаперевозок такая машина определённо не подходит, но зато может использоваться как атмосферный спутник — для аэрофотосъёмки, наблюдения за погодой и иных задач. В любом случае концепция электрического самолёта на солнечной энергии была успешно опробована на практике.

Но есть и другие способы генерации электроэнергии, в том числе с помощью того же авиационного, а точнее, газотурбинного двигателя. В современных самолётах двигатель (источник энергии) и движитель (источник движения) объединены, что накладывает ряд технических ограничений как на конструкцию самолёта, так и на сами двигатели. Но их можно разделить — например, в хвостовой части разместить двигатель, вырабатывающий электричество для винтов на крыльях. Такая машина называется турбоэлектролётом. При должном развитии технологий и некоторых конструкторских усилиях вполне возможно получить более выигрышные (в сравнении с традиционными схемами) решения по массе и расходу топлива.

Правда, новые массивные элементы — генераторы, электродвигатели и силовые кабели — могут запросто нивелировать все преимущества этой конструкции, поэтому разработка конкурентоспособной машины с разделёнными двигателем и движителем, без сомнения, будет трудным делом.

Самое же массовое и наиболее перспективное применение электромоторов в авиации мы видим в маленьких беспилотниках. Квадрокоптеры сейчас демонстрируют настоящие чудеса, немыслимые каких-то несколько лет назад: скоростной маневренный полёт на большие расстояния, доставка грузов, аэрофотосъёмка. В случае миниатюрных летательных аппаратов что поршневой, что газотурбинный двигатель прожорливы, ненадёжны, с трудом управляются. И здесь как раз электрический двигатель превосходит любой двигатель внутреннего сгорания. Так что, возможно, будущее электрического воздухоплавания за малоразмерными самолётами и вертолётами.

  • » onclick=»window.open(this.href,’win2′,’status=no,toolbar=no,scrollbars=yes,titlebar=no,menubar=no,resizable=yes,width=640,height=480,directories=no,location=no’); return false;» rel=»nofollow»> Печать
  • E-mail

Дата Категория: Транспорт

Автомобили, работающие на солнечной энергии, все еще находятся в стадии разработки, поэтому сильно отличаются друг от друга по внешнему виду, конструкции и основным параметрам. Но все эти автомобили, как и те, что показаны в этой статье имеют основные общие закономерности. Главная — это наличие солнечных собирающих панелей, которые поглощают солнечный свет и преобразуют его в электричество. В большинстве моделей это электричество накапливается в аккумуляторах, откуда оно поступает в электродвигатель, а тот вращает колеса.

Читать еще:  Как сделать ловушку для москитных насекомых из подручных средств

Конструкторы стремятся сделать солнечные автомобили такими, чтобы они могли с большей эффективностью использовать свои запасы энергии. Поэтому большинство подобных автомобилей изготовлено из легких материалов и имеют обтекаемую форму, чтоб уменьшить сопротивление ветра. Теоретически солнечный автомобиль способен работать бесконечно долго, ведь ему не требуется иного топлива, кроме солнечного света. К тому же он не производит никаких выбросов, то есть не портит природу. Однако у него есть большой недостаток: такой автомобиль не может двигаться ночью и при сплошной облачности. Сейчас специалисты работают над тем, чтобы преодолеть подобные ограничения.

Схема устройства автомобиля на солнечных батареях

Электричество, получаемое в панелях солнечных коллекторов, передается по проводам в накопительную батарею, то есть в аккумулятор. Аккумулятор питает электродвигатель, который вращает колесный вал и колеса. Специальная система механической передачи, имеющая 12 скоростей, позволяет эффективно использовать энергию в разных дорожных условиях.

Солнечная батарея

Каждый солнечный элемент состоит из двух слоев кремния: Р-типа, то есть позитивный или положительный, и N-типа, то есть негативный или отрицательный. Когда свет попадает на такой элемент, он освобождает электроны в слое Р-типа, которые сами переходят в слой N-типа. Двигатель солнечного автомобиля пользуется запасами этого тока.

Автомобиль «Southern Cross»

Автомобиль «Southern Cross» имеет наклоняемую солнечную панель

Японский «Саузен кросс» имеет длину около 20 футов, весит 620 фунтов и двигается по ровной поверхности со скоростью до 25 миль в час. А так же он оснащен подвижной солнечной панелью.

Подвижная солнечная панель

Чтобы солнечные коллекторы поглощали наибольшее количество света, панель может наклоняться (справа) по направлению к солнцу — даже во время движения автомобиля.

Коллекторная солнечная панель обтекаемой формы

Автомобиль «Солар флер»(Solar flare), построенный в Калифорнийском университете, участвовал в автомобильной гонке «World Solar» — «Мир солнца» 1990 года. Тогда он прошел по необжитым районам Австралийского материка 1800 миль и занял в гонке 11-е место. Автомобиль имеет в длину двадцать футов и 9200 солнечных элементов толщиной меньше визитной карточки. Корпус автомобиля сделан из эпоксидной смолы, армированной углеродом. На борту находится серебряно-цинковая аккумуляторная батарея. Одного ее заряда — без дополнительной солнечной подпитки — хватает на 125 миль пути.

Гонка по Австралии не обошлась без трудностей. Часто ломалась цепная передача, которая использовалась для привода заднего колеса, — как в мотоцикле. И часто прокалывались колеса. Непредвиденные остановки снижали среднюю скорость. Во время той гонки она оказалась равной 27 милям в час вместо предполагавшихся 42 миль в час. После технической доработки » Solar flare » принял участие в двух автогонках по Соединенным Штатам в 1991 году и победил в них.

Как работают альтернативные солнечные батареи

Мы привыкли видеть батареи темно-синими (например, на крышах домов или на светофорах). Это стандартная кремниевая технология, которую люди научились делать более полувека назад. Однако она не так рентабельна, как атомная или топливная энергетика. Ее могут позволить себе только такие развитые страны, как, например, Германия и Швейцария. Внедрение альтернативной энергетики — это скорее имиджевое решение, а не экономическое

Можно сделать солнечную энергетику на порядок дешевле. Существует несколько претендентов на то, чтобы стать альтернативной солнечной технологией. Раньше все думали, что это будут элементы на красителях сенсибилизаторов, которые эффективно поглощают свет за счет электрохимических процессов в устройствах. Солнечные элементы можно печатать. Однако их КПД был маленький — 7%, — в то время как у кремниевых элементов, которые мы видим на крышах домов, — более 20%. Никто не будет покупать альтернативные солнечные батареи за одну лишь красоту и экологичность.

В 2000-х начало активно развиваться направление специальных полимерных полупроводников. Они эффективно поглощают свет, их можно печатать на гибкую пластиковую подложку, ими можно закрывать крыши фасадов зданий, однако КПД — 9–11%. Модно, эстетично, экологично, но пока уровень технологий не позволяет ее воспринимать всерьез как конкурентоспособную систему. Учитывая, что вся промышленность сосредоточена в Китае, никто не собирается закрывать заводы только из-за того, что ученые изобрели что-то очень классное. Они будут снижать цены и настаивать на своем. Каждый, кто занимается производством солнечных батарей, уверяет, что их технология самая лучшая.

Темпы развития сферы перовскитных материалов очень высокие, в течение 10 лет удалось достичь КПД более 20%. В эту сферу начинают приходить деньги не только грантовые и научных проектов, но и бизнеса, а это говорит о том, что в ближайшем будущем перовскитные солнечные элементы попробуют зайти на рынок.

Перовскит хорош тем, что он работает не хуже, чем кремний, но эти солнечные батареи можно напечатать на стекле и на пластике, сделать полупрозрачными. Эти солнечные батареи можно интегрировать в окна, в фасады здания — все это очень дешево. В чем проблема?

По моим прогнозам, мы сможем увидеть альтернативные солнечные батареи на международном рынке примерно через пять лет. Уже есть анонс от британской компании Oxford Photovoltaics о старте продаж в 2021 году. Разработчики создали тандемные солнечные элементы: кремниевые солнечные элементы и перовскитные сверху. Китайская компания GSL с 2021 года продает перовскитные солнечные панели с углеродными электродами. В Польше компания Saule Technologies планирует выпуск печатных солнечных батарей на пластиковых подложках. Активные исследования в данной области ведут техногиганты Samsung и Toshiba.

Главная проблема, которая стоит перед нами сейчас, — это стабильность перовскитных солнечных элементов. Собственно, сейчас мы пытаемся ее решить с помощь подходов, называемых пассивацией: когда мы стабилизируем, изолируем этот перовскитный слой от других и защищаем его. Пока что рекорд по стабильности более года. Скажем так, в рутинной работе, в том числе в нашей лаборатории, уже есть образцы на 1000 часов, это уже неплохо.

Производство перовскитных солнечных батарей требует использования агрессивных химических растворителей, а также материалов, содержащих свинец (правда, в небольших концентрациях). Поэтому даже относительное упрощение технологии с возможностью печати солнечных батарей на принтерах требует строгого контроля и отработанных процедур утилизации.

Зачем полетит?

По словам Михаила Лифшица, для «РОТЭК» в проекте «Альбатрос» важна не финансовая, а скорее исследовательская составляющая.

— Понятно, что мы не первые, кто замахнулся на такой проект. Мы внимательно смотрели на то, что в мире происходило, начиная с Пикара, который облетел вокруг света. У него ушло на это два года, 17 посадок, каждая из которых была сопряжена с ремонтом самолета. После этого были попытки. Мы знаем об этих проектах, со всеми в той или иной степени дружим. И первое, что мы решили сделать, — это учесть их ошибки. Даже не столько ошибки, сколько попробовать сделать проект более прикладным, техническим, научным, — говорит летчик.

По его словам, серийное производство пилотируемых «солнечных» самолетов, способных облететь за раз вокруг Земли, никому не нужно. С коммерческой точки зрения перспективнее питаемые от солнца беспилотные летательные аппараты.

— Сейчас много проектов атмосферных и стратосферных спутников на солнечных батарейках, но пока они тащат только сами себя. Мы пытаемся сделать полноценный летательный аппарат с самой высокой полезной нагрузкой, — объясняет Лифшиц.

— Кроме того, с помощью такого аппарата можно будет обкатать некоторые технологии в сфере накопителей энергии, топливных элементов, новых покрытий и материалов, — добавляет к этому Олег Дубнов, вице-президент, исполнительный директор кластера энергоэффективных технологий фонда «Сколково».

Также создатели «Альбатроса» надеются, что успех проекта поднимет престиж страны и стимулирует развитие бестопливной авиации. Они рассчитывают, что в будущем автономные летательные аппараты заменят спутники в ряде отраслей, их можно будет использовать для мониторинга поверхностей океанов, лесов и земель сельского хозяйства.

— Этими полетами и решениями будет показано, насколько можно использовать солнечную энергетику сейчас, настало ли то время и достигли ли технологии того развития, когда это возможно делать, — говорит Дубнов.

Как создавалась лаборатория

Начиная со старших курсов я проходил практику в Институте энергетических проблем химической физики им. В.Л. Тальрозе РАН и единственный из всего потока занимался исследованиями в направлении органических полупроводников. Эта область существенно отличается от классических представлений о технологиях и физике в сравнении с повсеместно используемым кремнием и аналогами. В будущем все микроэлектронные и оптоэлектронные устройства мы сможем печатать на принтере.

После университета я работал инженером на предприятии и занимался полупроводниковой керамикой. Однако производство — это очень строгая цепочка процессов, и любое отклонение от схемы принципиально не приветствуется. На предприятиях, которые занимаются производством изделий двойного назначения (гражданского и военного), было тяжелее реализовать себя как ученого, и я понял, что не смогу развивать свои лучшие качества и амбиции. Это сугубо инженерная работа на маленьком участке без перспективы роста.

Тогда мне поступило предложение из НИТУ «МИСиС», где я вновь начал заниматься разработками органической электроники. Но чтобы заниматься чем-то стоящим и не быть просто молодцом и писать отчеты, нужна сильная и мощная современная лаборатория. К счастью, НИТУ «МИСиС» вступил и начал активно развиваться по программе «5-100» (государственная инициатива, направленная на адаптацию российских университетов к мировым стандартам и вовлечение их в международную образовательную среду). Университет смог реализовать проект с американским ученым Анваром Захидовым.

Я и несколько моих коллег прошли интенсивную стажировку в Университете Техаса в Далласе. Мы вышли на новый уровень разработок по солнечным элементам — собственно, сейчас это мое главное направление. Мы разрабатываем солнечные батареи нового типа.

По приезде мы решили создать свою лабораторию, подали на получение мегагранта уже с итальянским профессором Ди Карло и выиграли 90 млн рублей на 3 года. Благодаря этому мы создали лабораторию по разработке перспективных солнечных батарей. У нас появилась база, инфраструктура и перспективы.

Изначально по этому направлению активно работала группа из 5 человек. Вели эту группу я и мои коллеги. Теперь у нас есть собственное структурное подразделение. В нашей лаборатории работают специалисты по микроэлектронным устройствам, инженеры, которые делают реальные прототипы устройств, и специалисты по новым материалам — материаловеды. Здесь мы реализуем самые интересные, уникальные новые материалы уже в готовых устройствах. Мы не только делаем маленькие лабораторные солнечные элементы, но и прототипы солнечных модулей. Сейчас коллектив составляет 20 человек. Мы отбираем студентов на конкурсной основе. Наши студенты и аспиранты активно участвуют в различных конкурсах. Двое человек выиграли стипендию президента РФ: они будут получать степень как в МИСиС, так и в Италии. Наши разработки отмечены премией правительства Москвы и вышли в финал конкурса «Новатор Москвы». Также задумываемся о коммерциализации наших устройств. Естественно, наш дом — лаборатория. Мы одним глазом смотрим на возможность открытия стартапа на базе университета.

Солнечный самолёт Рафаэля

SolarStratos — изящная механическая ласточка длиной всего 8,5 метра. Это первый в мире самолёт на солнечных батареях, который может подняться в стратосферу — на высоту 25 километров, где начинается космос. Оттуда пилоты смогут насладиться звёздным пейзажем и своими глазами убедиться, что наша планета круглая.

История началась в 2010 году, когда швейцарский лётчик-испытатель Рафаэль Домжан отправился в кругосветное путешествие на Turanor PlanetSolar — первом в мире корабле, где всё, от двигателей до уборных, функционировало за счёт энергии солнца. На борту не было ни капли топлива. Покрытое чёрными солнечными батареями судно напоминало инопланетный объект.

Читать еще:  Как сделать жидкостное охлаждение процессора

Turanor PlanetSolar вышел из Монако в сентябре 2010 года. Экипаж состоял из четырёх человек: трёх моряков и инициатора проекта Рафаэля. За 585 дней путешественники увидели 28 стран, пересекли 3 океана и 11 морей.

— Труднее всего было пережить шторм. До последнего момента никто не знал, сможет ли техника выстоять, — вспоминает Рафаэль. — Когда море успокоилось, мы встретили судёнышко местных рыбаков — жертв разбушевавшейся стихии. Аборигены жестами попросили топлива и долго не верили, что наш корабль «питается» солнечным светом. В итоге мы подружились, и они накормили нас только что пойманной рыбой.

В Индийском океане экипаж PlanetSolar столкнулся с сомалийскими пиратами. К счастью, разбойники не рискнули напасть на корабль.

— Это кругосветное приключение было не только опасным, но и очень романтичным, — рассказывает Рафаэль. — В один из вечеров я любовался звёздным небом и думал, как здорово было бы приблизиться к нему, долететь до границы с космосом. Так родилась идея электрического самолёта SolarStratos.

Проблема лишнего веса

Проект Рафаэля Домжана пока ещё в начале пути — как и сама отрасль электрического самолётостроения. Впрочем, уже существуют воздушные суда с электрическим двигателем, рассчитанные на 4, 6 и 8 пассажиров. Но пока все эти аппараты летают в нижних слоях атмосферы.

Самолёт SolarStratos должен подняться на высоту 25 000 метров. Для этого кабину требовалось максимально облегчить, и конструкторы решили её не отапливать и не герметизировать, а пилотов при необходимости посадить на диету. При этом из-за экономии веса у них не будет с собой ни еды, ни парашютов.

От стратосферного мороза и низкого давления, из-за которого человек раздувается, как пузырь, а слюна и слёзы начинают кипеть, пилотов будет защищать специальный скафандр из лёгких материалов, созданный российским предприятием «Звезда». Кстати, именно «Звезда» делала скафандры для Юрия Гагарина и Алексея Леонова.

В стратосфере пилоты столкнутся с неизвестностью. Главная опасность таится в устройстве самолёта: инженерам пока неизвестно, как солнечные батареи будут работать на высоте 25 000 метров при столь низких температурах и под воздействием космического излучения.

Разработчики хотят, чтобы самолёт каждую секунду получал максимум солнечной энергии. Поэтому траектория полёта представляет собой цилиндр с радиусом 50 километров: если Солнце на востоке, самолёт будет лететь на восток; если на западе, то на запад. Инженеры работают и над другими типами траекторий, но пока считают, что спираль лучше всего.

Предполагается, что подъём на нужную высоту со скоростью 20 км/ч займёт около трёх часов. В самой стратосфере, где давление очень низкое и нет такого сопротивления, как в нижних слоях, самолёт сможет преодолевать порядка 250 км/ч.

Путешествие на грани возможного

Над SolarStratos работают космонавты, пилоты, метеорологи, доктора, техники, инженеры, программисты из Швейцарии, Франции, Германии, России. Более 40 компаний со всего мира поддержали проект финансово.

В мае 2017-го был проведён успешный тестовый полёт на высоте 300 метров. Выход в стратосферу запланирован на 2020–2021 год.

— Это великолепно! Мы разрабатывали самолёт в течение многих лет, и теперь команда испытывает огромное удовлетворение, — говорит Рафаэль Домжан. — Я безумно счастлив, что наш самолёт наконец-то готов. Мы работали не покладая рук, старались быть организованными оптимистами, хотя периоды суматохи и паники тоже случались (смеётся). Мы хотим показать миру эффективность солнечной энергии, её возможности. Доказать, что возобновляемые источники энергии — это будущее. SolarStratos — рискованная магия, невероятное путешествие на грани возможного.

— Рафаэль, ваш проект очень дорогой. Как вы думаете, можно сделать его более доступным и организовать массовое производство подобных самолётов?

— Да, это возможно, но для более низких слоёв атмосферы, где пилотам не нужны дорогостоящие скафандры.

— А как долго такой самолёт может находиться в пути без дозаправки?

— Около двух часов. Но это пока. Думаю, спустя некоторое время мы сможем летать за счёт батарей, запасающих солнечную энергию, — как на электромобилях, только на электросамолётах. Плюс станет возможным находиться в стратосфере длительное время. Сейчас уже есть скафандры, в которых космонавты работают в открытом космосе до восьми часов.

— Какова научная цель ваших полётов? Какие необычные измерения вы планируете сделать?

— Хороший вопрос. Через стратосферу проходят ракеты и сверхзвуковые самолёты, но на больших скоростях, которые не позволяют проводить полноценные исследования. Наш аппарат будет лететь в стратосфере достаточно долго и медленно. Сейчас мы ведём переговоры с научными институтами, которые хотели бы проводить измерения для исследования стратосферы.

— Как пилоты будут спасаться, если случится авария?

— Этот вопрос остаётся открытым, — отвечает Сергей Поздняков, генеральный директор научно-производственного предприятия «Звезда». — Самолёт должен быть очень лёгким. И пилот, как жокей, тоже должен быть очень лёгким. Инженеры удаляют каждый лишний килограмм конструкции. Самолёт спускается долго, и мы думаем, как обеспечить безопасность пилота на протяжении всего полёта. Нужен особый парашют, специальный кислородный прибор для дыхания. Сложная задача — это сделать.

— Полёт планируется уже через два-три года. Получается, есть риск отправить пилота в небо без возможности спастись?

— В корень смотрите. Я думаю, мы попробуем всё-таки сделать полноценную систему безопасности. Но, понимаете, в случае прыжка с такой высоты спуск почти невозможно контролировать: человек сильно вращается, воздух разрежен.

Сам Рафаэль относится к опасному испытанию с долей юмора:

— Конечно, будут риски, но я исследователь! Если вы назвались первооткрывателем, но боитесь рисковать, ничего не получится — никакого приключения. Таким людям нужно сидеть в офисе (смеётся). Так что полёт состоится, даже если система безопасного спуска не будет доработана. Не забывайте, жизнь — это и есть приключение! И мы все умрём когда-нибудь. Значение имеет лишь то, что находится между началом жизни и её концом.

В 1981-м авиаконструктор Пол Маккриди представил аппарат, который пролетел целых 262 км от Парижа до английского Менстона. Это был прорыв.

Со временем попытки создать полноценный самолёт на солнечных батареях становились всё более успешными. Вот только аппараты оставались беспилотными до 2009 года, когда швейцарский аэронавт Бертран Пиккар несколько часов пробыл в воздухе на Solar Impulse. Чуть позже усовершенствованная модель этого аппарата позволила пилотам облететь вокруг Земли.

Будущее электросамолётов

Давняя мечта инженеров и механиков, работающих с авиацией, — электрический самолёт: крылатая машина, которая приводится в движение электрическим двигателем. Электродвигатель проще в обслуживании, чем двигатели другого типа, не имеет существенных ограничений по оборотам, легко запускается и останавливается, а также имеет крайне высокий КПД.

Почему же электросамолёты до сих пор не вытеснили обычные? Проблема кроется в источниках электричества. Для того чтобы запасти сколько-нибудь существенные объёмы энергии, требуются огромные, массивные аккумуляторные батареи. Даже самые совершенные литиевые аккумуляторы уступают в ёмкости хранения энергии старому доброму керосину. Плюс ко всему, если обычное топливо в полёте расходуется, значительно облегчая самолёт (и, как следствие, снижая расход топлива и нагрузку на конструкцию при посадке), то масса электрического самолёта во время движения остаётся практически неизменной. А перегрев аккумуляторов, риск повреждения и взрыва делает их куда опаснее, чем классическое авиатопливо.

При этом в обозримом будущем не намечается адекватных по стоимости прорывных технологий, которые позволят аккумуляторам сравниться по эффективности с традиционным топливом.

Так что, мечта оказалась несбыточной? Не совсем, ведь мы рассмотрели лишь самый простой вариант электросамолёта.

Альтернативой огромной батарее, рассчитанной на весь полёт, является относительно небольшой аккумулятор, подзаряжаемый в полёте от внешнего источника энергии — в первую очередь Солнца. Построенный по этому принципу Solar Impulse 2 совершил успешное кругосветное путешествие с несколькими остановками. Правда, самолёт массой около двух тонн имел размеры колоссального Airbus 380 и летел со скоростью менее 100 км/ч. Для гражданских авиаперевозок такая машина определённо не подходит, но зато может использоваться как атмосферный спутник — для аэрофотосъёмки, наблюдения за погодой и иных задач. В любом случае концепция электрического самолёта на солнечной энергии была успешно опробована на практике.

Но есть и другие способы генерации электроэнергии, в том числе с помощью того же авиационного, а точнее, газотурбинного двигателя. В современных самолётах двигатель (источник энергии) и движитель (источник движения) объединены, что накладывает ряд технических ограничений как на конструкцию самолёта, так и на сами двигатели. Но их можно разделить — например, в хвостовой части разместить двигатель, вырабатывающий электричество для винтов на крыльях. Такая машина называется турбоэлектролётом. При должном развитии технологий и некоторых конструкторских усилиях вполне возможно получить более выигрышные (в сравнении с традиционными схемами) решения по массе и расходу топлива.

Правда, новые массивные элементы — генераторы, электродвигатели и силовые кабели — могут запросто нивелировать все преимущества этой конструкции, поэтому разработка конкурентоспособной машины с разделёнными двигателем и движителем, без сомнения, будет трудным делом.

Самое же массовое и наиболее перспективное применение электромоторов в авиации мы видим в маленьких беспилотниках. Квадрокоптеры сейчас демонстрируют настоящие чудеса, немыслимые каких-то несколько лет назад: скоростной маневренный полёт на большие расстояния, доставка грузов, аэрофотосъёмка. В случае миниатюрных летательных аппаратов что поршневой, что газотурбинный двигатель прожорливы, ненадёжны, с трудом управляются. И здесь как раз электрический двигатель превосходит любой двигатель внутреннего сгорания. Так что, возможно, будущее электрического воздухоплавания за малоразмерными самолётами и вертолётами.

Как полетит?

Сейчас лаборатория фотовольтаики проходит серию испытаний: уже прошли полеты в районе аэродрома «Северка» в Московской области, но планируются и перелеты по всей России. А с января 2019 года начнется проектирование самого летательного аппарата, «Альбатроса». К разработке двигателя авторы намерены привлечь конструкторов из Австралии и Британии. В полет «Альбатрос» отправится в 2020 году, пилотировать его будет известный российский путешественник Федор Конюхов. Сейчас он тренируется и учится на пилота планера и малой авиации в Белоруссии.

— Видите, мне 67 лет, а я все еще учусь, — смеется Конюхов. — К 2020 году, когда предстоит лететь на «Альбатросе», у меня уже будет много часов налета на обычных самолетах. Я знаю небо, я летал на воздушном шаре вокруг света.

Свою кругосветку российский «солнечный» самолет будет делать на высоте полета обычных пассажирских самолетов — около 11 километров. Скорость самолета будет достигать примерно 200-220 километров в час.

— На высоте, соответственно, 300 километров в час ветер и наша скорость 200 километров в час — вот и будем двигаться со скоростью примерно 500 километров в час, — рассуждает путешественник.

Данные о поведении ветра на разных высотах Конюхов собирал во время путешествия вокруг Земли на воздушном шаре — они тоже будут использованы при расчете полета «Альбатроса».

Предполагается, что днем самолет будет набирать максимальную высоту, а ночью несколько сотен километров планировать, к утру достигая отметки в 8-10 километров над уровнем моря. Большая высота для полета нужна не только из-за сильного ветра, но и потому, что на такой высоте нет гроз. Попадать в грозовые тучи очень опасно.

Читать еще:  Самодельная сушилка для обуви

— Когда я летал на воздушном шаре, у меня была установка: «Ночью ты должен видеть звезды, днем — солнце. Если не видишь, значит ты падаешь», — говорит Конюхов.

Он также тренируется, чтобы выдержать пять дней почти неподвижного пребывания в маленькой кабине самолета. Отвлечься от управления и отдохнуть позволит автопилот. У путешественника также будет специальное жидкое питание, легкое и сбалансированное. На случай эвакуации на парашюте будет спускаться весь самолет.

Проводить полет планируется в Южном полушарии, так как в Северном слишком много суши и, соответственно, стран, с которыми пришлось бы договариваться о пролете в их воздушном пространстве, а это сложно. Так что большую часть пути под крылом «Альбатроса» будет океан. Сейчас авторы проекта договариваются с правительством Австралии для пролета над ней, также «Альбатрос» пролетит над Новой Зеландией, Чили, Аргентиной, Бразилией и ЮАР.

В том же 2020 году самолет SolarStratos тоже отправится в свой первый полет. Но, по словам Лифшица, никакой конкуренции у проектов нет. Швейцарцы планируют подняться на максимальную высоту в 25 километров, а полет будет длиться всего несколько часов. Для облегчения конструкции кабина самолета будет негерметичной, так что пилот проведет эти часы в скафандре, который, кстати, разрабатывает российское предприятие «Звезда». «Альбатрос» же будет находиться в полете пять дней, и пилот будет пребывать в герметичной кабине без скафандра.

  • » onclick=»window.open(this.href,’win2′,’status=no,toolbar=no,scrollbars=yes,titlebar=no,menubar=no,resizable=yes,width=640,height=480,directories=no,location=no’); return false;» rel=»nofollow»> Печать
  • E-mail

Дата Категория: Транспорт

Автомобили, работающие на солнечной энергии, все еще находятся в стадии разработки, поэтому сильно отличаются друг от друга по внешнему виду, конструкции и основным параметрам. Но все эти автомобили, как и те, что показаны в этой статье имеют основные общие закономерности. Главная — это наличие солнечных собирающих панелей, которые поглощают солнечный свет и преобразуют его в электричество. В большинстве моделей это электричество накапливается в аккумуляторах, откуда оно поступает в электродвигатель, а тот вращает колеса.

Конструкторы стремятся сделать солнечные автомобили такими, чтобы они могли с большей эффективностью использовать свои запасы энергии. Поэтому большинство подобных автомобилей изготовлено из легких материалов и имеют обтекаемую форму, чтоб уменьшить сопротивление ветра. Теоретически солнечный автомобиль способен работать бесконечно долго, ведь ему не требуется иного топлива, кроме солнечного света. К тому же он не производит никаких выбросов, то есть не портит природу. Однако у него есть большой недостаток: такой автомобиль не может двигаться ночью и при сплошной облачности. Сейчас специалисты работают над тем, чтобы преодолеть подобные ограничения.

Схема устройства автомобиля на солнечных батареях

Электричество, получаемое в панелях солнечных коллекторов, передается по проводам в накопительную батарею, то есть в аккумулятор. Аккумулятор питает электродвигатель, который вращает колесный вал и колеса. Специальная система механической передачи, имеющая 12 скоростей, позволяет эффективно использовать энергию в разных дорожных условиях.

Солнечная батарея

Каждый солнечный элемент состоит из двух слоев кремния: Р-типа, то есть позитивный или положительный, и N-типа, то есть негативный или отрицательный. Когда свет попадает на такой элемент, он освобождает электроны в слое Р-типа, которые сами переходят в слой N-типа. Двигатель солнечного автомобиля пользуется запасами этого тока.

Автомобиль «Southern Cross»

Автомобиль «Southern Cross» имеет наклоняемую солнечную панель

Японский «Саузен кросс» имеет длину около 20 футов, весит 620 фунтов и двигается по ровной поверхности со скоростью до 25 миль в час. А так же он оснащен подвижной солнечной панелью.

Подвижная солнечная панель

Чтобы солнечные коллекторы поглощали наибольшее количество света, панель может наклоняться (справа) по направлению к солнцу — даже во время движения автомобиля.

Коллекторная солнечная панель обтекаемой формы

Автомобиль «Солар флер»(Solar flare), построенный в Калифорнийском университете, участвовал в автомобильной гонке «World Solar» — «Мир солнца» 1990 года. Тогда он прошел по необжитым районам Австралийского материка 1800 миль и занял в гонке 11-е место. Автомобиль имеет в длину двадцать футов и 9200 солнечных элементов толщиной меньше визитной карточки. Корпус автомобиля сделан из эпоксидной смолы, армированной углеродом. На борту находится серебряно-цинковая аккумуляторная батарея. Одного ее заряда — без дополнительной солнечной подпитки — хватает на 125 миль пути.

Гонка по Австралии не обошлась без трудностей. Часто ломалась цепная передача, которая использовалась для привода заднего колеса, — как в мотоцикле. И часто прокалывались колеса. Непредвиденные остановки снижали среднюю скорость. Во время той гонки она оказалась равной 27 милям в час вместо предполагавшихся 42 миль в час. После технической доработки » Solar flare » принял участие в двух автогонках по Соединенным Штатам в 1991 году и победил в них.

Как работают альтернативные солнечные батареи

Мы привыкли видеть батареи темно-синими (например, на крышах домов или на светофорах). Это стандартная кремниевая технология, которую люди научились делать более полувека назад. Однако она не так рентабельна, как атомная или топливная энергетика. Ее могут позволить себе только такие развитые страны, как, например, Германия и Швейцария. Внедрение альтернативной энергетики — это скорее имиджевое решение, а не экономическое

Можно сделать солнечную энергетику на порядок дешевле. Существует несколько претендентов на то, чтобы стать альтернативной солнечной технологией. Раньше все думали, что это будут элементы на красителях сенсибилизаторов, которые эффективно поглощают свет за счет электрохимических процессов в устройствах. Солнечные элементы можно печатать. Однако их КПД был маленький — 7%, — в то время как у кремниевых элементов, которые мы видим на крышах домов, — более 20%. Никто не будет покупать альтернативные солнечные батареи за одну лишь красоту и экологичность.

В 2000-х начало активно развиваться направление специальных полимерных полупроводников. Они эффективно поглощают свет, их можно печатать на гибкую пластиковую подложку, ими можно закрывать крыши фасадов зданий, однако КПД — 9–11%. Модно, эстетично, экологично, но пока уровень технологий не позволяет ее воспринимать всерьез как конкурентоспособную систему. Учитывая, что вся промышленность сосредоточена в Китае, никто не собирается закрывать заводы только из-за того, что ученые изобрели что-то очень классное. Они будут снижать цены и настаивать на своем. Каждый, кто занимается производством солнечных батарей, уверяет, что их технология самая лучшая.

Темпы развития сферы перовскитных материалов очень высокие, в течение 10 лет удалось достичь КПД более 20%. В эту сферу начинают приходить деньги не только грантовые и научных проектов, но и бизнеса, а это говорит о том, что в ближайшем будущем перовскитные солнечные элементы попробуют зайти на рынок.

Перовскит хорош тем, что он работает не хуже, чем кремний, но эти солнечные батареи можно напечатать на стекле и на пластике, сделать полупрозрачными. Эти солнечные батареи можно интегрировать в окна, в фасады здания — все это очень дешево. В чем проблема?

По моим прогнозам, мы сможем увидеть альтернативные солнечные батареи на международном рынке примерно через пять лет. Уже есть анонс от британской компании Oxford Photovoltaics о старте продаж в 2021 году. Разработчики создали тандемные солнечные элементы: кремниевые солнечные элементы и перовскитные сверху. Китайская компания GSL с 2021 года продает перовскитные солнечные панели с углеродными электродами. В Польше компания Saule Technologies планирует выпуск печатных солнечных батарей на пластиковых подложках. Активные исследования в данной области ведут техногиганты Samsung и Toshiba.

Главная проблема, которая стоит перед нами сейчас, — это стабильность перовскитных солнечных элементов. Собственно, сейчас мы пытаемся ее решить с помощь подходов, называемых пассивацией: когда мы стабилизируем, изолируем этот перовскитный слой от других и защищаем его. Пока что рекорд по стабильности более года. Скажем так, в рутинной работе, в том числе в нашей лаборатории, уже есть образцы на 1000 часов, это уже неплохо.

Производство перовскитных солнечных батарей требует использования агрессивных химических растворителей, а также материалов, содержащих свинец (правда, в небольших концентрациях). Поэтому даже относительное упрощение технологии с возможностью печати солнечных батарей на принтерах требует строгого контроля и отработанных процедур утилизации.

  • » onclick=»window.open(this.href,’win2′,’status=no,toolbar=no,scrollbars=yes,titlebar=no,menubar=no,resizable=yes,width=640,height=480,directories=no,location=no’); return false;» rel=»nofollow»> Печать
  • E-mail

Дата Категория: Транспорт

Автомобили, работающие на солнечной энергии, все еще находятся в стадии разработки, поэтому сильно отличаются друг от друга по внешнему виду, конструкции и основным параметрам. Но все эти автомобили, как и те, что показаны в этой статье имеют основные общие закономерности. Главная — это наличие солнечных собирающих панелей, которые поглощают солнечный свет и преобразуют его в электричество. В большинстве моделей это электричество накапливается в аккумуляторах, откуда оно поступает в электродвигатель, а тот вращает колеса.

Конструкторы стремятся сделать солнечные автомобили такими, чтобы они могли с большей эффективностью использовать свои запасы энергии. Поэтому большинство подобных автомобилей изготовлено из легких материалов и имеют обтекаемую форму, чтоб уменьшить сопротивление ветра. Теоретически солнечный автомобиль способен работать бесконечно долго, ведь ему не требуется иного топлива, кроме солнечного света. К тому же он не производит никаких выбросов, то есть не портит природу. Однако у него есть большой недостаток: такой автомобиль не может двигаться ночью и при сплошной облачности. Сейчас специалисты работают над тем, чтобы преодолеть подобные ограничения.

Схема устройства автомобиля на солнечных батареях

Электричество, получаемое в панелях солнечных коллекторов, передается по проводам в накопительную батарею, то есть в аккумулятор. Аккумулятор питает электродвигатель, который вращает колесный вал и колеса. Специальная система механической передачи, имеющая 12 скоростей, позволяет эффективно использовать энергию в разных дорожных условиях.

Солнечная батарея

Каждый солнечный элемент состоит из двух слоев кремния: Р-типа, то есть позитивный или положительный, и N-типа, то есть негативный или отрицательный. Когда свет попадает на такой элемент, он освобождает электроны в слое Р-типа, которые сами переходят в слой N-типа. Двигатель солнечного автомобиля пользуется запасами этого тока.

Автомобиль «Southern Cross»

Автомобиль «Southern Cross» имеет наклоняемую солнечную панель

Японский «Саузен кросс» имеет длину около 20 футов, весит 620 фунтов и двигается по ровной поверхности со скоростью до 25 миль в час. А так же он оснащен подвижной солнечной панелью.

Подвижная солнечная панель

Чтобы солнечные коллекторы поглощали наибольшее количество света, панель может наклоняться (справа) по направлению к солнцу — даже во время движения автомобиля.

Коллекторная солнечная панель обтекаемой формы

Автомобиль «Солар флер»(Solar flare), построенный в Калифорнийском университете, участвовал в автомобильной гонке «World Solar» — «Мир солнца» 1990 года. Тогда он прошел по необжитым районам Австралийского материка 1800 миль и занял в гонке 11-е место. Автомобиль имеет в длину двадцать футов и 9200 солнечных элементов толщиной меньше визитной карточки. Корпус автомобиля сделан из эпоксидной смолы, армированной углеродом. На борту находится серебряно-цинковая аккумуляторная батарея. Одного ее заряда — без дополнительной солнечной подпитки — хватает на 125 миль пути.

Гонка по Австралии не обошлась без трудностей. Часто ломалась цепная передача, которая использовалась для привода заднего колеса, — как в мотоцикле. И часто прокалывались колеса. Непредвиденные остановки снижали среднюю скорость. Во время той гонки она оказалась равной 27 милям в час вместо предполагавшихся 42 миль в час. После технической доработки » Solar flare » принял участие в двух автогонках по Соединенным Штатам в 1991 году и победил в них.

Ссылка на основную публикацию
Статьи c упоминанием слов:
Adblock
detector