Električni pogonski sistemi se aktivno uporabljajo v sodobnih brezpilotnih letalih in zagotavljajo visoke zmogljivosti letenja. Nadaljnjo rast ključnih parametrov je mogoče doseči z uporabo sončne energije. Razvili so številne eksperimentalne brezpilotne letalnike na sončno energijo-vendar nobeden od projektov še ni prišel do popolnega delovanja z rešitvijo resničnih težav.
S sodelovanjem NASA
Na prehodu v sedemdeseta in osemdeseta leta je ameriško podjetje AeroVironment izvajalo raziskave na področju sončne energije za letala. Leta 1983 je od NASA prejela naročilo za izdelavo poskusnega brezpilotnega letala, ki bi lahko pokazalo visoke zmogljivosti. Prvi projekt nove serije se je imenoval HALSOL (High Altitude Solar). Kasneje se je preimenoval v Pathfinder.
Istega leta je potekal prvi let izkušenega brezpilotnega letala, vendar so bili testi priznani kot neuspešni zaradi nezadostne stopnje razvoja ključnih tehnologij. Dokončanje projekta se je nadaljevalo do leta 1993, ko so se preskusi nadaljevali. Kmalu je Pathfinder pokazal vse prednosti novih tehnologij in komponent. Z leti je UAV postavil številne rekorde nadmorske višine in trajanja leta za vozila na sončno energijo.
Leta 1998 so po projektu Pathfinder Plus nadgradili izkušenega brezpilotnega letala. Prenova in uvedba novih električnih komponent sta omogočila ponovno izboljšanje zmogljivosti in postavitev novih rekordov. V istem obdobju so nastala brezpilotna letala Centurion in Helios Prototype s podobnim videzom, vendar z različnimi značilnostmi.
Izkušeni brezpilotni letali iz NASA in AeroVironment so bili zgrajeni po splošni shemi. Glavni oblikovalski element je bilo krilo velikega razmerja stranic, ki sega od 29,5 m (Pathfinder) do 75 m (Helios). Na krilu so bili nameščeni elektromotorji z vlečnimi vijaki (od 6 do 14 enot) in gondole s podvozjem in opremo. Vsa vozila v seriji so imela daljinski upravljalnik in so lahko nosila nekaj tovora.
Največja možna površina kril je bila dana sončnim kolektorjem. Pri projektu Pathfinder so oddali moč 7,5 kW, v poznejšem Centurionu pa jim je uspelo dobiti več kot 30 kW. Polnilne baterije so bile uporabljene kot rezervni vir energije. Gorivne celice so bile uporabljene tudi v kasnejših poskusih.
Poskusni droni niso imeli visoke hitrosti letenja. Ravno krilo velikega razpona je omejilo ta parameter na 30-45 km / h. Hkrati so bili rekordni leti opravljeni na nadmorski višini 24-29 km in so trajali najmanj 12-18 ur.
Evropska serija
Od leta 2003 se dela na projektih serije Zephyr. Sprva je novo brezpilotno letalo ustvarilo britansko podjetje QinetiQ, kasneje pa so delo prenesli na vojaški oddelek Airbus. Cilj projekta je bil ustvariti nadmorsko višino brezpilotnega letala na sončno energijo z dolgim letom, ki bi lahko nosil nadzorno opremo.
Sredi desetletja so se začeli testi na demonstracijskem aparatu z zmanjšano tehnologijo. Zephyr 6 je pokazal potencial oblikovanja kot celote in njenih posameznih elementov. Leta 2008 se je ta UAV povzpel na nadmorsko višino 19 km. Nato je prišel prototip Zephyr 7. polne velikosti, ki je julija 2010 postavil rekord trajanja leta več kot 14 dni. Leta 2018 je drugi prototip, Zephyr 8 (Zephyr S), ostal v zraku skoraj 26 dni.
Brezpilotni letali serije Airbus Zephyr prejmejo krilo velikega razmerja stranic z dvignjenimi konicami. Največji Zephyr 8 ima razpon kril 28 m. Teža - do 50-70 kg, od tega največ 5 kg na nosilnost. Elektromotorji se nahajajo na sprednjem robu krila; na zadnji strani je pritrjen tanek repni nosilec z perjem. Skoraj celotna zgornja površina krila je prepuščena sončnim kolektorjem. Poleg tega ima UAV akumulatorje, ki zagotavljajo let v odsotnosti sončne svetlobe. Hitrost letenja ne presega 50-60 km / h, vendar je bil cilj projekta doseči velik doseg, nadmorsko višino in trajanje.
Razvoj projektov serije Zephyr se nadaljuje. Izboljšanje obstoječih strojev se izvaja za izpolnitev resničnih nalog, ustvarjajo pa se tudi novi vzorci z različnimi lastnostmi. Trenutno se takšni UAV štejejo za nosilce nadzorne opreme, elektronske opreme itd.
Od posadke do brez posadke
Posebno zanimiv je projekt Solar Impulse istoimenskega švicarskega podjetja. Predlaga gradnjo letal s človeško posadko na sončno energijo. Od leta 2009 sta dva podobna stroja sodelovala pri preizkusih letenja. Sčasoma je razvojno podjetje objavilo, da namerava ustvariti različico obstoječega letala brez posadke.
Novembra 2019 je Solar Impulse s pomočjo Leonarda in Northropa Grummana zaključil pretvorbo enega od prototipnih letal v UAV. Letalski preizkusi so bili predvideni za obdobje 2020-21, v zgodnjih dvajsetih letih pa je možno začeti majhno proizvodnjo v interesu resničnih kupcev. Menijo, da ima takšen dron konkurenčno prednost v obliki visokih zmogljivosti.
Solar Impulse 2, prenovljen v UAV, ima ravno krilo z razponom 72 m, pod katerim je nameščen lahek trup in štiri grede elektromotorjev. Uporabljena je bila kombinacija sončnih kolektorjev in akumulatorjev; največja moč 66 kW. Letalo je razvilo hitrost do 140 km / h in se povzpelo 12 km. Oblikovne značilnosti spremembe brez posadke bodo višje. Zlasti se bo trajanje leta povečalo na 90 dni.
Omejene možnosti
V zadnjih desetletjih je bil dosežen pomemben napredek na področju sončnih UAV. Razvijajo se in uvajajo nove vrste plošč, baterij in elektromotorjev z izboljšanimi lastnostmi; pri izdelavi letalskih konstrukcij se uporabljajo sodobni materiali, ki zagotavljajo vzdržljivost in majhno težo. Hkrati pa kljub vsem prizadevanjem takšni brezpilotni letali še niso dosegli popolnega delovanja.
Kljub vsem prizadevanjem znanstvenikov sončne celice še niso zelo močne. Posledično je treba pod njimi dati največjo možno površino in hkrati osvetliti strukturo. Samo v takšnih pogojih je dovolj energije za pogon motorjev in polnjenje baterij. Poleg tega so potrebni ukrepi za vzdrževanje napajanja motorjev ne glede na jakost vpadne svetlobe ali v odsotnosti.
Posledično se izkaže, da je letalo s posadko ali UAV, zgrajeno tudi z uporabo naprednih tehnologij, veliko in drago, vendar ne more nositi velike obremenitve. Vendar pa lahko pokaže visoke letne lastnosti in je zato v določenem praktičnem interesu.
Sposobnost daljšega letenja na velikih nadmorskih višinah je lahko koristna pri izvidovanju ali spremljanju razmer v različnih situacijah. Predlagani so tudi projekti za "atmosferske satelite" - brezpilotne letalnike z dolgim letom z opremo za posredovanje radijskih signalov. Pričakuje se, da bo takšna tehnologija dolgo časa ostala na določenem območju in zagotavljala stalno komunikacijo ter bo lažja in cenejša zamenjava vesoljskih plovil.
Očitno je, da na trenutni ravni taktičnih in tehničnih značilnosti UAV na sončno energijo ne morejo biti bojni. Omejena nosilnost ne bo dovoljevala jemanja velikega streliva, značilen videz pa bo povečal vidnost katerega koli sredstva za odkrivanje. Vendar pa lahko izvidniške brezpilotne letalnike in repetitorje zanimajo tudi vojske.
Sončni UAV se razvijajo v več državah in dosežen je pomemben napredek. Značilnosti takšne opreme se postopoma povečujejo in v bližnji prihodnosti bodo prvi vzorci povsem sposobni doseči resnično delovanje. Vendar te smeri ne smemo precenjevati. V praksi bodo takšni brezpilotni letali verjetno postali učinkovito sredstvo za zapolnitev posebnih niš, v katerih bodo lahko uresničili svoj polni potencial in ne bodo pokazali pomanjkljivosti.
