Однією з головних цілей космічних агентств та комерційного аерокосмічного простору в цей час є зниження супутніх витрат на дослідження космосу. Але це стосується не таких витрат, як відправлення корисних вантажів у космос (а також забруднення, яке воно спричиняє), таких як NASA.
Існує також вартість (економічна, а також екологічна), пов'язана з авіацією. Паливне реактивне паливо теж недешеве, а на комерційні авіаперельоти припадає від 4 до 9% антропогенних парникових газів (і вони зростають). З цієї причини НАСА співпрацює з комерційною галуззю з розробки електричних літальних апаратів, які, як вони сподіваються, забезпечать економічно вигідною альтернативою комерційним реактивам до 2035 року.
Це представляє значну проблему, оскільки багато компонентів, необхідних для створення функціонуючого електричного літального апарату, є досить великими та важкими. Зокрема, НАСА Просунута програма повітряних транспортних засобів (AAVP) шукає легкі та компактні інвертори - центральний компонент електричної системи, що забезпечує енергію для керування електродвигуном.
Інвертори мають вирішальне значення для електронних силових установок, оскільки вони перетворюють змінний струм (змінного струму) - генерований генераторами, встановленими на двигуні, та електродвигуни, що приводяться в рух гвинтами, у потужність постійного струму високого напруги (постійного струму). На жаль, компоненти, необхідні для вироблення такої кількості енергії - генератори, електроніка для перетворення потужності, двигуни тощо - історично були занадто великими і важкими, щоб вмістити в літак.
Це створює щось загальне, оскільки для енергії, необхідної для створення необхідного підйому, потрібна ще більш важка електроніка. Тому NASA досліджує передові наукові матеріали з метою створення легшої та меншої електроніки. З цією метою вони нещодавно підписали контракт на 12 мільйонів доларів з General Electric (GE), одним із світових лідерів у розробці передової технології карбіду кремнію (SiC).
Цей напівпровідниковий мінерал використовується у виробництві високотемпературної електроніки високої напруги, і GE сподівається використовувати його для задоволення вимог щодо розміру, потужності та ефективності, визначених NASA. Ці характеристики вимагають перетворювача, який не перевищує валізу і здатний генерувати мегават (МВт) електроенергії.
Як пояснив у прес-релізі НАСА Джим Хайдман, менеджер проекту передових технологій повітряного транспорту НАСА:
«Ми перебуваємо в критичний час в історії авіації, оскільки маємо можливість розробити системи, які дозволять зменшити витрати, енергоспоживання та шум, відкриваючи при цьому нові ринки та можливості для американських компаній. Важливо, щоб ми працювали з промисловістю та науковими колами, щоб забезпечити доступність правильних технологій для задоволення потреб майбутніх пасажирів та перевізників. "
Простіше кажучи, мегават - це величезна кількість електроенергії, а безпечне управління такою енергією - головна проблема. Наприклад, NASA
Але завдяки успіхам, досягнутим в галузі електроніки та гібридних технологій двигунів в останні роки, ці вимоги можуть бути в межах досяжності. Саїд Емі Янковський, менеджер підпроекту "Гібридний газо-електричний двигун" в Науково-дослідному центрі Глена НАСА:
"З недавніми досягненнями в галузі матеріалів та енергетики електроніки ми починаємо долати проблеми, що стоять перед розробкою концепцій електрифікації, що зменшують енергію, і ця робота інвертора є критичним кроком у наших зусиллях з приведення в рух електризованих літаків. Наше партнерство з GE - це ключове значення для просування компонентів, що мають вагу до польоту та готові до польоту в мегаватному класі для майбутніх транспортних літаків "
Карбід кремнію особливо перспективний для авіаційних застосувань високої потужності через його матеріальні властивості. Він пропонує високі робочі температури, високу напругу та високу потужність керування потужністю. Ці переваги дозволять інженерам можливість проектувати компоненти меншого розміру та легші, одночасно збільшуючи вихідну потужність.
"Ми по суті набираємо один мегават енергії в розмір компактної валізи, яка буде перетворювати достатню кількість електроенергії, що дозволяє гібридно-електричним двигуновим архітектурам для комерційних літаків", - сказав Конрад Вебер, головний інженер з електроенергії в GE Research. "Ми успішно створили та продемонстрували інвертори на рівні землі, які відповідають вимогам потужності, розміру та ефективності електричного польоту."
Розвиток цих електричних систем в даний час відбувається на приміщенні NASA Electric Aircraft Testbed (NEAT) в Сандускі, штат Огайо, який раніше був гіперзвуковим тунельним закладом NASA Glenn. Перша в своєму роді ця налаштована випробувальна площадка заряджається проектуванням, розробкою, складанням і випробуванням електромереж електромонтажних систем, які підуть на створення всього, від двомісних літаків до літаків потужністю 20 МВт.
Ще в травні NEAT зміг провести свій перший мегават-тестовий тест завдяки величезній кількості енергії, до якої має доступ об'єкт. Це та нещодавно підписане партнерство з GE настає незабаром після того, як NASA оголосила про ще одне вигідне партнерство з GE та двома великими аерокосмічними компаніями - Boeing та United Technologies Pratt & Whitney - для вивчення можливих вигод та ризиків демонстрацій польотів у мегаватних масштабах.
Як зазначає Барб Ескер, заступник директора НАСА Просунута програма повітряних транспортних засобів:
"Демонстрації польотів є важливою частиною розвитку технологій, оскільки вони пропонують нашим інженерам та індустріальним партнерам можливість розробити проблеми та довести концепції в реалістичній обстановці, вирішуючи при цьому проблеми, що стоять перед електризованим рухом в авіації"
Між загрозою зміни клімату та тим, що населення світу до 2050 року прогнозуватиме близько 10 мільярдів, зрозуміло, що необхідно розробити альтернативні способи виробництва, виробництва енергії та транспорту. Добре знати, що поряд з електричними та гібридними автомобілями ми можемо сподіватися на електричні та гібридні літаки.
