Elektrické pohonné systémy se aktivně používají v moderních bezpilotních prostředcích a poskytují vysoký letový výkon. Další růst klíčových parametrů lze dosáhnout využitím sluneční energie. Byla vyvinuta řada experimentálních solárních pohonů UAV-ale žádný z projektů nebyl dosud uveden do plnohodnotného provozu s řešením skutečných problémů.
Za účasti NASA
Na přelomu sedmdesátých a osmdesátých let prováděla americká společnost AeroVironment výzkum v oblasti sluneční energie pro letadla. V roce 1983 obdržela od NASA objednávku na vytvoření experimentálního UAV schopného vykazovat vysoké výkonové charakteristiky. První projekt nové řady dostal název HALSOL (High Altitude Solar). Později byl přejmenován na Pathfinder.
Ve stejném roce proběhl první let zkušeného dronu, ale testy byly uznány jako neúspěšné kvůli nedostatečné úrovni rozvoje klíčových technologií. Dokončení projektu pokračovalo až do roku 1993, kdy byly testy obnoveny. Pathfinder brzy ukázal všechny výhody nových technologií a komponent. V průběhu let vytvořil UAV řadu rekordů v nadmořské výšce a délce letu pro solární vozidla.
V roce 1998 byl zkušený dron upgradován podle projektu Pathfinder Plus. Přepracování a zavedení nových elektrických komponent umožnilo opět zlepšit výkon a byly stanoveny nové rekordy. Ve stejném období byly vytvořeny prototypy UAV Centurion a Helios s podobným vzhledem, ale s odlišnými charakteristikami.
Zkušené UAV od NASA a AeroVironment byly postaveny podle obecného schématu. Hlavním konstrukčním prvkem bylo velké křídlo s poměrem stran od 29,5 m (Pathfinder) do 75 m (Helios). Na křídlo byly instalovány elektromotory s tažnými šrouby (od 6 do 14 jednotek) a gondoly s podvozkem a vybavením. Všechna vozidla v sérii měla dálkové ovládání a mohla nést nějaké užitečné zatížení.
Maximální možná plocha křídla byla předána solárním panelům. V projektu Pathfinder dávali výkon 7,5 kW a v pozdějším Centurionu se jim podařilo získat více než 30 kW. Jako záložní zdroj energie byly použity dobíjecí baterie. V pozdějších experimentech byly použity také palivové články.
Experimentální drony neměly vysokou rychlost letu. Rovné křídlo s velkým rozpětím omezilo tento parametr na 30–45 km / h. Současně byly uskutečněny rekordní lety ve výškách 24-29 km a trvaly nejméně 12-18 hodin.
Evropská série
Od roku 2003 se pracuje na projektech řady Zephyr. Zpočátku byl nový UAV vytvořen britskou společností QinetiQ, ale později byla práce převedena na vojenské oddělení Airbus. Cílem projektu bylo vytvořit vysokohorský solární dron s dlouhým letem, který by mohl nést sledovací zařízení.
V polovině tohoto desetiletí byly zahájeny testy na demonstračním zařízení se sníženou technologií. Zephyr 6 demonstroval potenciál designu jako celku a jeho jednotlivých prvků. V roce 2008 se tento UAV vyšplhal do výšky 19 km. Poté přišel prototyp Zephyr 7 v plné velikosti. V červenci 2010 vytvořil rekord v délce letu více než 14 dní. V roce 2018 zůstal další prototyp, Zephyr 8 (Zephyr S), ve vzduchu téměř 26 dní.
UAV řady Airbus Zephyr dostávají křídlo s velkým poměrem stran a vyvýšenými špičkami. Největší Zephyr 8 má rozpětí křídel 28 m. Hmotnost - až 50-70 kg, z nichž ne více než 5 kg připadá na užitečné zatížení. Elektromotory jsou umístěny na náběžné hraně křídla; vzadu je připevněn tenký ocasní výložník s peřím. Téměř celý horní povrch křídla je předán solárním panelům. UAV má navíc akumulátory, které zajišťují let bez slunečního světla. Rychlost letu nepřesahuje 50-60 km / h, nicméně cílem projektu bylo získat vysoký dolet, výšku a dobu trvání.
Vývoj projektů řady Zephyr pokračuje. Vylepšení stávajících strojů se provádí za účelem splnění skutečných úkolů a také se vytvářejí nové vzorky s různými charakteristikami. V současné době jsou takové UAV považovány za nosiče sledovacích zařízení, elektronických zařízení atd.
Od posádky po bezpilotní
Obzvláště zajímavý je projekt Solar Impulse stejnojmenné švýcarské společnosti. Navrhuje stavbu letadel s posádkou na solární pohon. Od roku 2009 se letových zkoušek účastní dva podobné stroje. Časem vývojová společnost oznámila svůj záměr vytvořit bezpilotní verzi stávajícího letadla.
V listopadu 2019 společnost Solar Impulse za pomoci Leonarda a Northropa Grummana dokončila přestavbu jednoho z prototypových letadel na UAV. Letové testy byly naplánovány na roky 2020–21 a na počátku dvacátých let je možné v zájmu skutečných zákazníků zahájit malosériovou výrobu. Předpokládá se, že takový dron má konkurenční výhodu v podobě vysokých výkonových charakteristik.
Solar Impulse 2, přestavěný na UAV, má rovné křídlo s rozpětím 72 m, pod kterým je instalován lehký trup a čtyři gondoly elektromotorů. Byla použita kombinace solárních panelů a akumulátorů; špičkový výkon 66 kW. Letoun vyvinul rychlost až 140 km / h a vystoupal 12 km. Konstrukční vlastnosti bezpilotní úpravy budou vyšší. Zejména se prodlouží doba letu na 90 dní.
Omezené vyhlídky
V posledních desetiletích došlo v oblasti solárních UAV k významnému pokroku. Vyvíjejí se a zavádějí se nové typy panelů, baterií a elektromotorů se zlepšenými charakteristikami; při konstrukci draků jsou použity moderní materiály zajišťující odolnost a nízkou hmotnost. Přitom přes veškerou snahu takové drony ještě nedosáhly plnohodnotné operace.
Přes veškerou snahu vědců nejsou solární panely zatím příliš silné. V důsledku toho je pod nimi nutné dát maximální možnou plochu a současně odlehčit strukturu. Pouze za takových podmínek je dostatek energie pro napájení motorů a dobíjení baterií. Kromě toho jsou nutná opatření k udržení napájení motorů bez ohledu na intenzitu dopadajícího světla nebo v jeho nepřítomnosti.
Výsledkem je, že letadlo s posádkou nebo UAV, postavené dokonce s využitím pokročilých technologií, se ukazuje být velké a drahé, ale nemůže nést významné užitečné zatížení. Je však schopen vykazovat vysoké letové vlastnosti, a proto má určitý praktický význam.
Schopnost dlouho létat ve vysokých nadmořských výškách může být užitečná při provádění průzkumu nebo sledování situace v různých situacích. Projekty jsou rovněž navrhovány pro „atmosférické satelity“- bezpilotní vzdušné prostředky na dlouhé lety s vybavením pro předávání rádiových signálů. Očekává se, že taková technologie bude schopna zůstat v dané oblasti po dlouhou dobu a bude poskytovat neustálou komunikaci, přičemž bude jednodušší a levnější náhradou vesmírných lodí.
Je zřejmé, že na současné úrovni taktických a technických charakteristik nemohou být solární UAV bojové. Omezená nosnost nedovolí vzít si velkou munici a charakteristický vzhled zvýší viditelnost jakýchkoli detekčních prostředků. Průzkumné drony a opakovače však mohou být zajímavé i pro armády.
Solární UAV jsou ve vývoji v několika zemích a došlo k významnému pokroku. Charakteristiky takového zařízení se postupně zvyšují a v dohledné budoucnosti jsou první vzorky docela schopné dosáhnout reálného provozu. Tento směr by však neměl být přeceňován. V praxi se takové drony pravděpodobně stanou účinným prostředkem k vyplnění konkrétních mezer, ve kterých mohou plně využít svůj potenciál a nevykazovat inherentní nevýhody.
