Vienas pagrindinių kosminių agentūrų ir komercinės aviacijos kosmoso tikslų šiomis dienomis yra sumažinti susijusias kosmoso tyrinėjimo išlaidas. Bet ne tik naudingų krovinių siuntimo į kosmosą išlaidos (ir jos sukeliama tarša) rūpi tokioms agentūroms kaip NASA.
Taip pat su aviacija susijusios išlaidos (ekonominės ir aplinkosaugos). Lėktuvų degalai taip pat nėra pigūs, o komercinės kelionės oro transportu sudaro 4–9% antropogeninių šiltnamio efektą sukeliančių dujų (ir jų vis daugėja). Dėl šios priežasties NASA bendradarbiauja su komercine pramone kurdama elektrinius orlaivius, kurie, jų manymu, iki 2035 m. Pateiks degalus ir ekonomiškai efektyvią alternatyvą komerciniams lėktuvams.
Tai yra didelis iššūkis, nes daugelis komponentų, reikalingų veikiančiam elektriniam orlaiviui sukurti, yra gana dideli ir sunkūs. Visų pirma, NASA pažengusiųjų oro transporto priemonių programa (AAVP) ieško lengvų ir kompaktiškų keitiklių - centrinės elektros sistemos sudedamosios dalies, teikiančios galią varikliui valdyti.
Inverteriai yra nepaprastai svarbūs elektroninėms varomosioms sistemoms, nes jie keičia kintamąją srovę (kintamąją), kurią sukuria varikliuose įmontuoti generatoriai, ir elektrinius variklius, varomus sraigtais, į aukštos įtampos nuolatinės srovės (DC) galią. Deja, komponentai, reikalingi tam energijos kiekiui generuoti, - generatoriai, galios keitimo elektronika, varikliai ir kt. - istoriškai buvo per dideli ir sunkūs, kad tilptų orlaivyje.
Tai sukuria tam tikrą sumaištį, nes reikiamam liftui sugeneruoti reikalinga dar sunkesnė elektronika. Todėl NASA tiria moderniausius medžiagų mokslus, kad sukurtų lengvesnę ir mažesnę elektroniką. Šiuo tikslu jie neseniai pasirašė 12 mln. USD sutartį su bendrove „General Electric“ (GE), viena iš pasaulio lyderių kuriant pažangiausias silicio karbido (SiC) technologijas.
Šis puslaidininkinis mineralas yra naudojamas gaminant aukštos temperatūros, aukštos įtampos elektroniką, o GE tikisi jį panaudoti, kad atitiktų NASA nurodytus dydžio, galios ir efektyvumo reikalavimus. Šiose specifikacijose reikalaujama inverterio, kuris nėra didesnis nei lagaminas ir gali generuoti megavatų (MWs) elektrą.
Kaip NASA pranešime spaudai paaiškino Jimas Heidmannas, NASA pažangiųjų oro transporto technologijų projekto vadovas,:
„Esame kritiniu metu aviacijos istorijoje, nes turime galimybę sukurti sistemas, kurios sumažintų sąnaudas, energijos suvartojimą ir triukšmą, tuo pačiu atverdamos naujas rinkas ir galimybes Amerikos įmonėms. Būtina bendradarbiauti su pramone ir akademine bendruomene, kad būtų užtikrintos tinkamos technologijos, kad būtų patenkinti būsimų keleivių ir vežėjų reikalavimai. “
Paprasčiau tariant, megavatai yra nepaprastai daug elektros energijos, o saugus tokios rūšies energijos valdymas yra didelis iššūkis. Pavyzdžiui, NASA
Tačiau pastaraisiais metais elektronikos ir hibridinių variklių technologijos srityje padarytais žingsniais šie reikalavimai gali būti pasiekiami. Pasak Amy Jankovsky, hibridinio dujų ir elektros varymo paprojekčio vadovo NASA Gleno tyrimų centre:
„Neseniai pasiekę pažangą medžiagų ir galios elektronikos srityje, mes pradedame įveikti iššūkius, kylančius kuriant energiją mažinančias elektrifikavimo koncepcijas, ir šis keitiklio darbas yra kritinis žingsnis mūsų elektrifikuotų orlaivių varymo pastangose. Mūsų partnerystė su GE yra pagrindinė būsimų transporto orlaivių, skirtų megavatų klasei, sklaidant pagal skrydžio svorį ir paruoštus skrydžiams. “
Silicio karbidas dėl savo medžiagų savybių yra ypač perspektyvus didelės galios aviacijos reikmėms. Jis siūlo aukštą darbinę temperatūrą, aukštą įtampą ir didelę galią valdyti energiją. Šie pranašumai leis inžinieriams suprojektuoti mažesnio dydžio ir lengvesnius komponentus, kartu padidinant galią.
„Iš esmės mes pakuojame vieną megavatą galios į kompaktišką lagaminą, kuris konvertuos pakankamai elektros energijos, kad komerciniuose lėktuvuose būtų galima naudoti hibridinės ir elektrinės varomosios jėgos architektūrą“, - sakė Konradas Weeberis, „GE Research“ vyriausiasis elektros energijos inžinierius. „Mes sėkmingai sukūrėme ir demonstravome inverterius žemės lygyje, kurie atitinka elektrinio skrydžio galios, dydžio ir efektyvumo reikalavimus“.
Šių elektros sistemų plėtra šiuo metu vyksta NASA elektrinių orlaivių bandomajame stende (NEAT) Sandusky mieste, Ohajo valstijoje, kuris anksčiau buvo NASA Gleno hipersoninio tunelio objektas. Pirmasis tokio tipo šis perkonfigūruojamas bandomasis komplektas yra suprojektuotas, kuriamas, surenkamas ir išbandomas elektrinių orlaivių galios sistemos, kurios bus naudojamos kuriant viską - nuo dviejų asmenų orlaivių iki 20 MW oro linijų.
Gegužės mėn. NEAT sugebėjo atlikti savo pirmąjį megavatų galios testą dėl didžiulės galios, kurią įrenginys turi. Ši ir neseniai pasirašyta partnerystė su GE atsirado netrukus po to, kai NASA paskelbė dar vieną pelningą partnerystę su GE ir dviem pagrindinėmis aviacijos ir kosmoso kompanijomis - „Boeing“ ir „United Technologies Pratt & Whitney“ - norėdami ištirti galimą megavatų masto skrydžių demonstracijų naudą ir riziką.
Kaip sakė Barbas Eskeris, NASA Pažangiosios oro transporto priemonių programos direktoriaus pavaduotojas:
„Skrydžių demonstracija yra svarbi technologijos plėtros dalis, nes jie suteikia mūsų inžinieriams ir pramonės partneriams galimybę išspręsti problemas ir įrodyti koncepcijas realistiškomis sąlygomis, kartu sprendžiant iššūkius, su kuriais susiduria elektrifikuota varomoji jėga aviacijoje“.
Tarp klimato pokyčių grėsmės ir to, kad prognozuojama, kad iki 2050 m. Pasaulio gyventojų skaičius pasieks beveik 10 milijardų, akivaizdu, kad reikia sukurti alternatyvias gamybos, energijos gamybos ir transportavimo priemones. Verta žinoti, kad greta elektrinių ir hibridinių automobilių galime tikėtis ir elektrinių, ir hibridinių lėktuvų.
