Почти закончено кругосветное путешествие на самолете Solar Impulse 2. Почему так велика значимость полета?
Летом 2016 года самолет Solar Impulse 2 завершил первый перелет на солнечных батареях через Атлантику. Уникальный эксперимент заключался в том, что эта воздушная машина уже больше года пыталась совершить кругосветное путешествие, не потратив при этом ни капли топлива. В прошлом году полет был прерван на 9 месяцев вследствие непредвиденной поломки оборудования. В этой статье мы расскажем о кругосветном путешествии Solar Impulse 2 и объясним, почему так велика значимость этого эксперимента.
Основатели
Идея создания самолета Solar Impulse принадлежит двум швейцарцам Бертрану Пикару и Андре Боршбергу. Пикар работает психиатром, а у Боршберга свой бизнес, но оба они обладают приличным опытом участия в различных авантюрных затеях.
Еще в 1999 году Пикар облетел Землю на воздушном шаре без посадки, тем самым стал первым человеком, которому удалось благополучно завершить такой полет. Боршберг на протяжении двух десятков лет был пилотом истребителей Военно-воздушных сил Швейцарии.
Оба путешественника управляют одноместным самолетом Solar Impulse по очереди. Финансируют интересный проект как государственные структуры, так и частные компании.
Первый полет
«Мы обратились в несколько компаний, которые занимаются разработкой летательных аппаратов, – говорит Андре Боршберг. – Они посмотрели на набор спецификаций и сказали, что мы требуем невозможного. Поэтому нам пришлось построить такой аппарат самим. Точнее, даже два».
В 2003 году начались первые работы по созданию Solar Impulse на солнечных батареях. В 2009 году уже был готов прототип самолета, первая версия которого могла совершить беспосадочный перелет в течение определенного времени (36 часов).
Через год уникальным самолетом Solar Impulse 1 был установлен мировой рекорд. Длительность перелета на солнечных батареях составила 26 часов (остаток заряда в аккумуляторах после полета ночью был на уровне порядка 40%). У второй версии Solar Impulse в 2013 году время беспосадочного перелета увеличилось еще больше.
Восемь мировых рекордов было поставлено во время первого полета самолета на солнечных батареях Solar Impulse 1. Летчики Боршберг и Пикар планируют, не останавливаясь на имеющихся результатах, двигаться дальше и как можно быстрее апробировать Solar Impulse 2 (вторую версию экспериментального самолета).
Летающая лаборатория
Solar Impulse 2, согласно официальным пресс-релизам разработчиков, в большинстве случаев называется не самолетом, а летающей лабораторией. В ней на протяжении всего полета апробируются инновационные инженерные разработки. Те конструкции, которые десятилетиями были задействованы в традиционной авиации, здесь не используются, потому что их вес не подходит для Solar Impulse 2, он является слишком большим.
По словам Боршберга, они с Пикаром застрахованы от любых технических ошибок во время эксплуатации самолета. Solar Impulse 2 проектировался вначале в электронном виде посредством САПР (системы автоматического проектирования). Только после этого детали воздушной машины, многие из которых не имеют аналогов в существующей авиации, изготавливались уже из реальных материалов.
Всего 50 кг весит каркас фюзеляжа из легкого углепластика, произведенного швейцарской компанией без применения в производстве эпоксидных смол. Изготовители авиационных деталей не обладают опытом реализации подобных конструкций, поэтому сделать фюзеляж из углепластика было, можно сказать, определенной проблемой. Но специалисты из Decision, занимающиеся проектированием скоростных яхт, успешно справились с этой задачей.
Бертран Пикар рассказывают, что во время производства фюзеляжа посредством системы CATIA учитывался каждый грамм конструкции, а все детали прошли через тестирование на компьютере, позволяющее воссоздать любые нагрузки при минимальном запасе прочности. Следующий этап тестирования заключался в том, что эти же элементы самолета апробировались уже в реальных условиях.
Однажды Боршберг поделился с журналистами своей любимой шуткой: любая деталь, которая не сломалась в процессе испытаний, слишком тяжела для Solar Impulse 2.
Но один элемент, который играет значительную роль во всей конструкции, к удивлению оказался очень легким. Это была изготавливаемая в течение пяти месяцев хвостовая балка. Во время испытаний в ней появилась трещина, возникшая из-за ошибки при компьютерном проектировании.
Пикару и Боршбергу пришлось перенести перелет на год. Это время использовалось для улучшения качеств уже имеющейся конструкции самолета и совершения перелета в США на прототипе первой версии Solar Impulse.
Solar Impulse 2
В 2013 году была готова вторая версия самолета с увеличенным временем беспосадочного перелета.
Интересно то, что размах крыла у второй версии воздушной машины гораздо больше, чем у Boeing-747 и чуть-чуть меньше, чем у огромного Airbus A380. Вес Solar Impulse 2 составляет 2300 кг и этот самолет способен лететь на высоте до 12 км, в то время как стандартный потолок равен 8 000 метров.
Почти 270 м2 равна площадь солнечных батарей у Solar Impulse 2. Эти агрегаты дают энергию четырем двигателям, которые разгоняют скорость самолета до 140 км в час. Конечно, такие цифры являются максимальными, и во время обычного полета Solar Impulse 2 в основном летит немного медленнее: 90 км в час в дневное время и 60 км в час – в ночное.
Технические характеристики Solar Impulse 2
Высота полета: 8500 мНоминальная масса: 2300 кг
Крейсерская скорость: 70 км/ч
Размах крыла: 72 метра
Батареи: Li-Ion с плотностью энергии 260 Втч/кг расположены в четырех мотогондолах вместе с системами управления процессом заряда и контроля температуры. Полная масса батарей составляет 633 кг.
Силовая установка: четыре бесколлекторных электродвигателя с КПД 94% и мощностью 13,5 кВт через редуктор (1:10) приводят двухлопастные пропеллеры диаметром 4 м с максимальной скоростью вращения 525 об/мин.
Масса: 400 кг.
Кокпит
Негерметичный и необогреваемый кокпит объемом 3,8 м3 должен поддерживать жизнедеятельность одного пилота на протяжении 5-7 суток. Для защиты от колебаний температуры внешней среды (от -40 до +400°C) используется пассивная теплоизоляция. Кокпит оснащен раскладываемым креслом для отдыха и туалетом. В сутки пилот будет расходовать 2,4 кг пищи, 2,5 л воды и шесть баллонов с кислородом.
Компьютер
Автопилот помогает стабилизировать полет и отслеживает состояние всех систем. Об опасных кренах, превышающих 50, система сообщает с помощью вибрационных устройств, вмонтированных в рукава костюма пилота. Более ста различных параметров самолета и жизненных показателей пилота передаются по спутниковой связи в центр управления полетом.
Конструкция
Каркас фюзеляжа изготовлен из сверхлегких композитных материалов – сверхлегкого углепластика (на базе углеткани втрое легче обычной бумаги, 25 г/м2) и сотовых наполнителей и весит всего лишь 50 кг. Крыло имеет размах 72 м, внутри его аэродинамический профиль поддерживают 140 углепластиковых нервюр, расположенных с 50-сантиметровыми интервалами.
Медленный полет
Официальная презентация самолета Solar Impulse 2 состоялась в 2014 году. Хотя уже и был опыт апробации Solar Impulse 1, Пикар и Боршберг решили до начала первых полетов провести дополнительные испытания на специальном тренажере, который предназначался для отработки основных навыков управления летающей лабораторией.
Однако, вопреки первичным предположениям, эту задачу, оказалось, довольно сложно реализовать в реальности. Пришлось пригласить для консультации бывшего пилота NASA, обладающего огромным опытом в решении подобного рода проблем.
В процессе многодневных тренировочных испытаний обнаружились следующие недочеты: у Solar Impulse 2 была слишком медленная реакция на команды по крену, но в тоже время слишком чувствительная на команды к тангажу. По словам Пикара, нужно быстро реагировать на крены, но в тоже время прекращать ввод органами управления до появления любой реакции. Коррекция крена 5°, занимающая 20 секунд – это максимальный допустимый угол, установленный на Solar Impulse 2 в рамках обеспечения безопасности самолета.
Конечно, самолет Solar Impulse 2, обладающий подобными техническими характеристиками, в плохую погоду для полетов не используется. Кроме того, летчикам надо принимать все возможные меры для того, чтобы избежать попадания в зону турбулентности.
На максимально большой высоте планируется провести крейсерский полет, и посадить самолет уже в темное время суток (в это время турбулентность поверхности земли небольшая).
«Двадцать человек будут следить за Solar Impulse 2 из центра по управлению полетом, в том числе среди этих людей есть метеорологи, которые предварительно спрогнозировали погоду во временных рамках кругосветного путешествия воздушной машины, – рассказывает Боршберг. – Помимо этого, специалисты-метеорологи на протяжении всего полета будут вовремя производить коррекцию маршрута. Это позволит избежать сильного ветра, турбулентности и облачности из за которой может быть снижена солнечная энергия и привести к образованию обледенения».
Полет Solar Impulse 2 в дневное время планируется на максимальной высоте (8500 метров), а в ночное – до 3000 метров с аэродинамическим качеством 40 (иным словами, если самолет снизится на 1 метр, он пролетит 40 метров по горизонтали), что в конечном итоге обеспечит дополнительные 220 км полета. Поэтому энергии в солнечных батареях хватит для набора крейсерской высоты даже при низкой облачности.
Раньше таких самолетов никогда не строили. 12000 солнечных батарей находятся на больших крыльях Solar Impulse 2. В дневное время эти батареи заряжают литиевые аккумуляторы, за счет которых самолет может продолжать полет в темное время суток.
По мнению авторитетных экспертов в области авиастроения, Боршберг и Пикар реализовали, можно сказать, уникальный проект, не имеющий аналогов в истории авиации. Их крайне продуктивное партнерство позволило воплотить в жизнь всё необходимое для реализации этого проекта.
Пикар (по образованию психиатр) удачно привлек инвесторов, а коммерсант Боршберг организовал группу, в которую входят 80 высококвалифицированных технических специалистов, в том числе в области авиастроения.
Solar Impulse 2 кругосветное путешествие
Предполагается, что за 5 месяцев Solar Impulse 2 на солнечных батареях облетит весь мир. 9 марта 2015 года в Абу-Даби было начато кругосветное путешествие. После этого Solar Impulse 2 полетел в Оман, потом в Мьянму, Индию, Китай и Японию. Далее - через Тихий океан на Гавайи. В планы летчиков еще входит США и Испания, а закончить свой полет они планируют в Абу-Даби. Завершить путешествие отважные экспериментаторы хотели еще в 2015 году, но у Solar Impulse 2 появились поломки солнечных батарей, которые ремонтировались в течение 9 месяцев. Весной 2016 года самолет продолжил полет.
На данный момент у Solar Impulse 2 на солнечных батареях остался только один окончательный перелет – из Испании в Абу-Даби. Но пока его точная дата не определена. Самолет Solar Impulse 2 в течение 5 дней способен лететь без посадки. Целых 117 часов 52 минуты продолжался перелет из Нагойи на Гавайи, Андре Боршберг преодолел за это время 8924 км при средней скорости 75,7 км в час.
Помогли в трудном перелете Боршбергу занятия йогой, которую он практиковал прямо в кабине самолета. Кроме того, восстанавливал силы периодический кратковременный сон. Оба пилота: и Пикар, и Боршберг основным неудобством считают отсутствие душа (испытатели использовали влажные салфетки). Кроме того, туалет в самолете представлял собой небольшую дыру на дне кабине, что тоже было крайне некомфортно.
Итак, ранним утром в конце июля 2016 года самолет Solar Impulse 2 на солнечных батареях завершил кругосветное путешествие через Атлантический океан. Целых 19 мировых рекордов было поставлено во время этого полета. 11000 кВт/ч электроэнергии сгенерировали солнечные батареи Solar Impulse 2.
В целом, на этом самолете было реализовано 17 полетов, общая протяженность которых составила 42000 км. Летательный аппарат Solar Impulse 2 пролетел над двумя океанами и тремя морями. Общая стоимость проекта составила 115 млн. евро.
Основной задачей Solar Impulse 2 является привлечение внимания мировой общественности к «чистой энергетике». Ведь кругосветное путешествие, совершенное на уникальном самолете доказало, что солнечная энергия может заменить топливо и стать возможной альтернативой в авиации.
Однако Пикар и Боршберг не считают, что Solar Impulse 2 может быть основным видом транспорта. По их мнению, этот самолет – символ того, что с помощью возобновляемой энергетики реально добиться потрясающих результатов.
Ранее уже были попытки реализации подобных проектов, но ни один из них не обладал настолько технически продуманной системой. Никогда не совершал еще полет самолет на солнечных батареях, который может лететь и днем, и ночью. Такой первой воздушной машиной стал именно Solar Impulse 2.
Проект интересен уже по той причине, что кругосветное путешествие самолета Solar Impulse 2 доказало искусственную необходимость использования нефти в качестве источника топлива, которым пользуются во всем мире.
