Günümüzde uzay ajanslarının ve ticari havacılığın başlıca amaçlarından biri, uzay araştırmalarının ilgili maliyetlerini azaltmaktır. Ancak NASA gibi ajansları ilgilendiren sadece yükleri uzaya göndermenin maliyeti (ve sebep olduğu kirlilik) değildir.
Havacılık ile ilgili maliyet (ekonomik ve çevresel) da vardır. Jet yakıtı da ucuz değildir ve ticari hava yolculuğu antropojenik sera gazlarının% 4 ila 9'unu oluşturur (ve artmaktadır). Bu nedenle NASA, 2035 yılına kadar ticari jetlere yakıt ve maliyet açısından verimli bir alternatif sunacağını umdukları elektrikli uçaklar geliştirmek için ticari endüstri ile ortaklık kurdu.
Bu, önemli bir meydan okumayı temsil eder, çünkü çalışan bir elektrikli uçak oluşturmak için gereken bileşenlerin çoğu oldukça büyük ve ağırdır. Özellikle, NASA’nın Gelişmiş Hava Araçları Programı (AAVP), elektrik motorunu çalıştırmak için güç sağlayan bir elektrik sisteminin merkezi bir bileşeni olan hafif ve kompakt invertörler arıyor.
İnvertörler, motora bağlı jeneratörler ve pervaneler tarafından tahrik edilen elektrik motorları tarafından üretilen alternatif akımı (AC) yüksek voltajlı doğru akım (DC) gücüne dönüştürdüğü için elektronik tahrik sistemleri için kritik öneme sahiptir. Ne yazık ki, bu miktarda güç üretecek bileşenler - güç dönüşüm elektroniği, motorlar, vb. - tarihsel olarak bir uçağa sığmayacak kadar büyük ve ağırdı.
Gerekli asansörü oluşturmak için gereken enerji miktarı daha ağır elektronikler gerektireceğinden, bu bir muamma yaratır. Bu yüzden NASA, daha hafif ve daha küçük elektronikler oluşturmak için en son malzeme bilimini araştırıyor. Bu amaçla, son zamanlarda son teknoloji silikon karbür (SiC) teknolojisinin geliştirilmesinde dünya liderlerinden biri olan General Electric (GE) ile 12 milyon dolarlık bir sözleşme imzaladılar.
Bu yarı iletken mineral, yüksek sıcaklık, yüksek voltajlı elektroniklerin üretiminde kullanılır ve GE, NASA tarafından belirtilen boyut, güç ve verimlilik gereksinimlerini karşılamak için kullanmayı umuyor. Bu özellikler, bir bavuldan daha büyük olmayan ve bir megawatt (MWs) elektrik üretebilen bir invertör gerektirir.
NASA'nın Gelişmiş Hava Taşımacılığı Teknolojisi Projesi yöneticisi Jim Heidmann'ın bir NASA basın açıklamasında açıkladığı gibi:
“Havacılık tarihinde kritik bir dönemdeyiz, çünkü Amerikan şirketleri için yeni pazarlar ve fırsatlar yaratırken maliyeti, enerji tüketimini ve gürültüyü azaltacak sistemler geliştirme fırsatımız var. Gelecekteki yolcu ve taşıyıcıların taleplerini karşılayacak doğru teknolojilerin mevcut olmasını sağlamak için endüstri ve akademi ile birlikte çalışmamız şart. ”
Basitçe söylemek gerekirse, bir megawatt muazzam bir elektrik miktarıdır ve bu tür bir gücü güvenli bir şekilde yönetmek büyük bir zorluktur. Örneğin, NASA'lar
Ancak, son yıllarda elektronik ve hibrit motor teknolojisi alanında yapılan adımlar sayesinde, bu gereksinimler ulaşılabilir olabilir. NASA’n Glenn Araştırma Merkezi’nde Hibrid Gaz-Elektrik Tahrik Alt Projesi yöneticisi Amy Jankovsky şöyle dedi:
“Malzeme ve güç elektroniğindeki son gelişmelerle, enerji azaltıcı elektrifikasyon konseptlerinin geliştirilmesinde karşılaşılan zorlukların üstesinden gelmeye başlıyoruz ve bu invertör çalışması elektrikli uçak tahrik çabalarımızda kritik bir adım. GE ile ortaklığımız, gelecekteki nakliye uçakları için megawatt sınıfında uçuş ağırlığı ve uçuşa hazır bileşenleri geliştirmenin anahtarıdır. ”
Silikon karbür, malzeme özellikleri nedeniyle özellikle yüksek güçlü havacılık uygulamaları için umut vericidir. Yüksek çalışma sıcaklıkları, yüksek voltaj ve yüksek güç kullanma kapasitesi sunar. Bu avantajlar, mühendislerin daha küçük boyutlu ve daha hafif bileşenleri tasarlamalarını sağlarken, aynı zamanda güç çıkışını da artıracaktır.
GE Research Elektrik Enerjisi baş mühendisi Konrad Weeber, “Temelde bir megawatt gücü ticari uçaklar için hibrid-elektrikli sevk mimarilerini sağlayacak yeterli elektrik gücünü dönüştürecek kompakt bir bavul boyutuna yerleştiriyoruz” dedi. "Elektrikli uçuşun güç, boyut ve verimlilik gereksinimlerini karşılayan zemin seviyesinde invertörleri başarıyla inşa ettik ve gösterdik."
Bu elektrik sistemlerinin geliştirilmesi, daha önce NASA Glenn Hipersonik Tünel Tesisi olan Sandusky, Ohio'daki NASA Electric Aircraft Testbed'de (NEAT) gerçekleşiyor. Türünün ilk örneği olan bu yeniden yapılandırılabilir test yatağı, iki kişilik uçaklardan 20 MW'lık uçaklara kadar her şeyin yaratılmasına girecek elektrikli uçak güç sistemlerinin tasarımı, geliştirilmesi, montajı ve test edilmesinden sorumludur.
Mayıs ayında NEAT, tesisin erişebileceği muazzam miktarda güç sayesinde ilk megawatt ölçekli testini yapabildi. Bu ve GE ile yakın zamanda imzalanan ortaklık, NASA'nın GE ve iki büyük havacılık şirketi olan Boeing ve United Technologies Pratt & Whitney ile megawatt ölçekli uçuş gösterilerinin olası faydalarını ve risklerini incelemek için bir başka kârlı ortaklık açıklamasından kısa bir süre sonra geliyor.
NASA’nın Gelişmiş Hava Araçları Programının genel müdür yardımcısı Barb Esker’ın dediği gibi:
“Uçuş gösterileri teknoloji geliştirmenin önemli bir parçasıdır çünkü mühendislerimize ve endüstri ortaklarımıza havacılıkta elektrikli tahrikin karşılaştığı zorlukları ele alırken sorunları gerçekçi bir ortamda çalışma ve kavramları kanıtlama fırsatı sunuyorlar.”
İklim değişikliği tehdidi ile dünya nüfusunun 2050 yılına kadar 10 milyara yaklaşacağı tahmin ediliyorsa, alternatif imalat, enerji üretimi ve ulaşım araçlarının geliştirilmesi gerektiği açık. Elektrikli ve hibrit arabaların yanı sıra elektrikli ve hibrit uçakları dört gözle bekleyebileceğimizi bilmek güzel.
