Elektryczne systemy napędowe są aktywnie wykorzystywane w nowoczesnych bezzałogowych statkach powietrznych i zapewniają wysokie osiągi w locie. Dalszy wzrost kluczowych parametrów można osiągnąć dzięki wykorzystaniu energii słonecznej. Opracowano wiele eksperymentalnych UAV zasilanych energią słoneczną, ale żaden z projektów nie został jeszcze doprowadzony do pełnej eksploatacji z rozwiązaniem rzeczywistych problemów.
Z udziałem NASA
Na przełomie lat siedemdziesiątych i osiemdziesiątych amerykańska firma AeroVironment prowadziła badania w zakresie energii słonecznej dla samolotów. W 1983 roku otrzymała od NASA zamówienie na stworzenie eksperymentalnego bezzałogowego statku powietrznego zdolnego do wykazania się wysokimi parametrami użytkowymi. Pierwszy projekt z nowej serii nosił nazwę HALSOL (High Altitude Solar). Został później przemianowany na Pathfinder.
W tym samym roku odbył się pierwszy lot doświadczonego drona, jednak testy uznano za nieudane ze względu na niewystarczający poziom rozwoju kluczowych technologii. Finalizacja projektu trwała do 1993 roku, kiedy wznowiono testy. Wkrótce Pathfinder pokazał wszystkie zalety nowych technologii i komponentów. Przez lata UAV ustanowił szereg rekordów wysokości i czasu lotu dla pojazdów napędzanych energią słoneczną.
W 1998 roku doświadczony dron został zmodernizowany zgodnie z projektem Pathfinder Plus. Przeprojektowanie i wprowadzenie nowych komponentów elektrycznych pozwoliły na ponowną poprawę wydajności i ustanowiono nowe rekordy. W tym samym okresie powstały bezzałogowce Centurion i Helios Prototype o podobnym wyglądzie, ale o innych cechach.
Doświadczone UAV z NASA i AeroVironment zostały zbudowane zgodnie z ogólnym schematem. Głównym elementem projektu było skrzydło o dużym wydłużeniu rozpiętości od 29,5 m (Pathfinder) do 75 m (Helios). Na skrzydle zainstalowano silniki elektryczne ze śrubami ściągającymi (od 6 do 14 szt.) oraz gondole z podwoziem i wyposażeniem. Wszystkie pojazdy z tej serii były zdalnie sterowane i mogły przenosić pewną ładowność.
Maksymalną możliwą powierzchnię skrzydła przeznaczono na panele słoneczne. W projekcie Pathfinder dali moc 7,5 kW, a w późniejszym Centurionie udało się uzyskać ponad 30 kW. Jako zapasowe źródło zasilania zastosowano akumulatory. Ogniwa paliwowe były również wykorzystywane w późniejszych eksperymentach.
Eksperymentalne drony nie miały dużej prędkości lotu. Proste skrzydło o dużej rozpiętości ograniczało ten parametr do 30-45 km/h. Jednocześnie rekordowe loty wykonano na wysokości 24-29 km i trwały co najmniej 12-18 godzin.
Seria europejska
Od 2003 roku prowadzone są prace nad projektami serii Zephyr. Początkowo nowy UAV został stworzony przez brytyjską firmę QinetiQ, ale później prace zostały przeniesione do departamentu wojskowego Airbusa. Celem projektu było stworzenie wysokogórskiego, zasilanego energią słoneczną drona o długim czasie lotu, zdolnego do przenoszenia sprzętu monitorującego.
W połowie dekady rozpoczęto testy na zredukowanej aparaturze demonstracyjnej technologii. Zephyr 6 zademonstrował potencjał projektu jako całości i jego poszczególnych elementów. W 2008 roku ten UAV wspiął się na wysokość 19 km. Potem pojawił się pełnowymiarowy prototyp Zephyr 7. W lipcu 2010 ustanowił rekord czasu lotu wynoszący ponad 14 dni. W 2018 roku kolejny prototyp, Zephyr 8 (Zephyr S), pozostawał w powietrzu przez prawie 26 dni.
UAV z serii Airbus Zephyr otrzymują skrzydło o dużym wydłużeniu z podniesionymi końcówkami. Największy Zephyr 8 ma rozpiętość skrzydeł 28 metrów. Waga - do 50-70 kg, z czego na ładowność przypada nie więcej niż 5 kg. Silniki elektryczne znajdują się na przedniej krawędzi skrzydła; z tyłu przymocowany jest cienki bom ogonowy z upierzeniem. Prawie cała górna powierzchnia skrzydła jest przeznaczona na panele słoneczne. Dodatkowo UAV posiada akumulatory zapewniające lot w przypadku braku światła słonecznego. Prędkość lotu nie przekracza 50-60 km/h, jednak celem projektu było uzyskanie dużego zasięgu, wysokości i czasu trwania.
Rozwój projektów serii Zephyr trwa. Przeprowadzane jest ulepszanie istniejących maszyn w celu realizacji rzeczywistych zadań, a także tworzone są nowe próbki o różnych charakterystykach. W chwili obecnej takie UAV są uważane za nośniki sprzętu inwigilacyjnego, sprzętu elektronicznego itp.
Od załogowego do bezzałogowego
Na szczególną uwagę zasługuje projekt Solar Impulse szwajcarskiej firmy o tej samej nazwie. Proponuje budowę samolotów załogowych napędzanych energią słoneczną. Od 2009 roku w testach w locie biorą udział dwie podobne maszyny. Z czasem firma deweloperska ogłosiła zamiar stworzenia bezzałogowej wersji istniejącego samolotu.
W listopadzie 2019 r. Solar Impulse, z pomocą Leonardo i Northrop Grumman, zakończył konwersję jednego z prototypowych samolotów na bezzałogowy statek powietrzny. Testy w locie zaplanowano na lata 2020-21, a na początku lat dwudziestych możliwe jest uruchomienie produkcji na małą skalę w interesie realnych klientów. Uważa się, że taki dron ma przewagę konkurencyjną w postaci wysokiej wydajności.
Solar Impulse 2, przebudowany na bezzałogowy statek powietrzny, ma proste skrzydło o rozpiętości 72 m, pod którym zainstalowano lekki kadłub i cztery gondole silników elektrycznych. Zastosowano kombinację paneli słonecznych i akumulatorów; moc szczytowa 66 kW. Samolot rozwinął prędkość do 140 km/h i wspiął się na 12 km. Cechy konstrukcyjne modyfikacji bezzałogowej będą wyższe. W szczególności wydłuży się czas lotu do 90 dni.
Ograniczone perspektywy
W ostatnich dziesięcioleciach nastąpił znaczny postęp w dziedzinie bezzałogowych statków powietrznych na energię słoneczną. Opracowywane i wprowadzane są nowe typy paneli, akumulatorów i silników elektrycznych o ulepszonych właściwościach; Do budowy płatowców wykorzystywane są nowoczesne materiały, zapewniające trwałość i niską wagę. Jednocześnie, pomimo wszelkich wysiłków, takie drony nie osiągnęły jeszcze pełnej eksploatacji.
Pomimo wszystkich wysiłków naukowców panele słoneczne nie są jeszcze zbyt potężne. W rezultacie pod nimi konieczne jest nadanie maksymalnej możliwej powierzchni przy jednoczesnym rozjaśnieniu konstrukcji. Tylko w takich warunkach jest wystarczająca ilość energii do zasilania silników i ładowania akumulatorów. Ponadto potrzebne są środki mające na celu utrzymanie zasilania silników niezależnie od natężenia padającego światła lub w przypadku jego braku.
W efekcie załogowy samolot lub bezzałogowy statek powietrzny, zbudowany nawet przy użyciu zaawansowanych technologii, okazuje się duży i drogi, ale nie może udźwignąć znacznej ładowności. Jest jednak w stanie wykazywać wysokie parametry lotu i dlatego ma pewne praktyczne znaczenie.
Możliwość długiego latania na dużych wysokościach może być przydatna podczas prowadzenia rozpoznania lub monitorowania sytuacji w różnych sytuacjach. Proponowane są również projekty dla "satelitów atmosferycznych" - bezzałogowych statków powietrznych o długim czasie lotu z urządzeniami do przekazywania sygnałów radiowych. Oczekuje się, że taka technologia będzie w stanie długo pozostawać na danym obszarze i zapewniać stałą komunikację, będąc łatwiejszym i tańszym zamiennikiem statku kosmicznego.
Oczywiście na obecnym poziomie cech taktycznych i technicznych bezzałogowce zasilane energią słoneczną nie mogą być bojowymi. Ograniczona nośność nie pozwoli na zabranie dużej amunicji, a charakterystyczny wygląd zwiększy widoczność wszelkich środków wykrywania. Jednak armie mogą zainteresować również drony zwiadowcze i wzmacniaki.
Solarne UAV są w trakcie opracowywania w kilku krajach i nastąpił znaczny postęp. Charakterystyka takiego sprzętu stopniowo się zwiększa, aw przewidywalnej przyszłości pierwsze próbki są w stanie osiągnąć rzeczywiste działanie. Nie należy jednak przeceniać tego kierunku. W praktyce takie drony mogą stać się skutecznym sposobem wypełniania określonych nisz, w których mogą w pełni wykorzystać swój potencjał i nie wykazywać nieodłącznych wad.
