نجاح أول تجربة لتحليق طائرة تعمل بالطاقة الشمسية

filemanager-300x200

نجحت مجموعة «سولار امبلس» المعنية بمشروع أول طائرة تحلق حول العالم مصممة كي تطير ليلا ونهارا من دون وقود أو انبعاثات وتعمل بالطاقة الشمسية، بتجربة تحليق الطائرات المبتكرة لمدة 87 دقيقة متواصلة وصولا الى ارتفاع 1200 متر من مطار بايرن العسكري غرب سويسرا.

وأشار الرئيس التنفيذي للمشروع أندريه بوشبرغ في بيان الى أن «هذه المهمة الأولى هي المرحلة الأكثر خطورة في المشروع بأكمله فقد استغرق الاعداد للرحلة 7 سنوات كاملة من البحث والاختبار والمثابرة». وأكد أن «الهدف من الرحلة هو التحقق من مسار الطائرة في الرحلة واختبار رد فعل على مختلف المناورات أثناء التحليق مما يسمح بتصور برنامج آخر مع المزيد من التركيز».

من جهته أوضح رئيس مجلس ادارة المشروع الملاح السويسري برتراند بيكارد انه «لايزال امامنا طريق طويلة نقطعها وصولا الى رحلات جوية ليلية والتحليق لفترة أطول قبل أن نطير حول العالم ولكننا حققنا خطوة أساسية نحو تحقيق رؤيتنا وذلك بفضل العمل الاستثنائي لفريق كامل». وأضاف صاحب فكرة التحليق حول الأرض بطائرة تستخدم الطاقة الشمسية ان «مستقبلنا يعتمد على قدرتنا على التحول بسرعة لاستخدام الطاقات المتجددة، وهذه الفكرة تظهر ما يمكن القيام به باستخدام هذه الطاقات وتطبيق التكنولوجيات الجديدة التي يمكن أن توفر الموارد الطبيعية».

الدفع الشمسي

الطائرة المبتكرة تحمل اسم «الدفع الشمسي». وتأتي في بداية خطة تهدف إلى إنتاج طائرة تعمل بالطاقة الشمسية وتستطيع الطيران حول العالم عام 2012 . حول هذا الأمر، قال بيكارد بان الاعتماد على الطاقة المتجددة أحد أهداف الرحلة. وأضاف «مستقبلنا يعتمد على القدرة على التحول السريع نحو استخدام الطاقات المتجددة».
من ناحيته وصف الطيار ماركوس شيرديل الذي قاد الطائرة الرحلة بأنها «لحظة مثيرة».

التصميم والمكونات

تم تزويد الطائرة بحوالي 12 ألف خلية ضوئية مرتبطة بجناحيها. وهي مصنوعة من ألياف الكربون واستغرقت صناعتها ستة أعوام. ومزودة بجناحي طائرة إيرباص 340 ويبلغ طولهما 63.4 مترا. وتزن الطائرة 1600 كيلوغرام وهو وزن سيارة متوسطة الحجم.

وكان النموذج الاولي قد حلق لمسافة 350 مترا على ارتفاع متر واحد فوق مدرج قاعدة جوية بالقرب من زوريخ في ديسمبر 2009 . ثم نقلت الطائرة إلى غرب سويسرا كي تطير لأول مرة. والطائرة مزودة بأربعة محركات كهربائية من خلال تخزين الطاقة التي تأتي من الخلايا الشمسية في بطاريات عالية الكفاءة. ومن المتوقع في نهاية المطاف أن تصل سرعة الطيران إلى 70 كيلومترا في الساعة وأن يصل ارتفاع الطائرة إلى 8500 متر.

في هذا الشأن، وصف أحد مصمميها المهندس أندريه بورشبيرج وهو طيار رئيسي في المشروع أيضا، الطائرة بأنها «أخف عشر مرات من أفضل طائرة شراعية». وأضاف في موقع المشروع على الإنترنت «إن هذا الطول الكبير للأجنحة بالنسبة لهذا الوزن الخفيف هو شيء جديد تماما على عالم الطيران».

تجدر الإشارة إلى أن ميزانية المشروع بلغت 100 مليون فرنك سويسري (94 مليون دولار) .

نموذج أولي

إن جعل طائرة تقلع وتحلق بشكل ذاتي ليل نهار، طائرة مدفوعة حصرياً بالطاقة الشمسية، هو تحد يستحيل مواجهته من دون تخفيض شديد لاستهلاك الطاقة. وقد توجب علي الخمسين مهندسا وفنيا العاملين في «سولار امبوليس»، يدعمهم مئات الخبراء والمستشارين، القيام بحلول غير مسبوقة في مجال الملاحة الجوية. إنه «سولار امبولس» ليس أول مشروع لطائرة تعمل بالطاقة الشمسية، ولكنه بالتأكيد الأكثر طموحاً، ويفترض بالنموذج الأولي اتش اي اس اي أ HB-SIA، ان يكون أول طائرة تقترب من الرحلة المستمرة.

الهيكل العام

بطائرة ذات أجنحة طويلة جداً، يعادل طولها طول أجنحة طائرة الإيرباص 340A وبوزن أصغر نسبياً، يقدم النموذج الأولي اتش بي اس اي أ HB-SIA خصائص بناء وانسيابية لم تعرف من قبل. إن الهيكل مصنوع من ألياف الكربون، وسلسلة الدفع التسييري ومجال الطيران والأدوات المستخدمة داخل الطائرة، كل ذلك تم التفكير به ملياً وإنجازه من أجل الاقتصاد في الطاقة ومقاومة الظروف القاسية التي تعرض لها المواد والطيار في الارتفاعات العالية و(من اجل) تطويع قيود الوزن لمتطلبات المقاومة.

القائدان

رجلان رائدان ومبدعان وكلاهما طيار، يسهران على تقدم مشروع «سولار أمبولس»: برتراند بيكار، طبيب نفساني وملاح جوي وصاحب اول رحلة بالمنطاد حول العلام من دون هبوط، وهو من بادر بالمشروع ورئيسه. واندريه بورشبيرغ، المهندس والحاصل على دبلوم علم الادارة والمؤهل لقيادة الطائرات القتالية والطائرات المدنية والهليكوبتر، هو المدير العام للمشروع. ان رؤية الاول الريادية تصاحبها تجربة الثاني كرجل ميداني ومدير.

ميكانيكية الطيران

إن الحسابات والاختبارات وتجارب محاكاة الطيران شكلت جزءا اساسيا في كل محطة من محطات البناء.

ان تجارب الحمولة والاهتزازات سمحت بتحسين النماذج المطورة من قبل المهندسين الذين تقدموا بهذه الطريقة خطوة خطوة في مجال مجهول كليا، ومن اجل السيطرة على طائرة بتلك الخصائص غير المسبوقة، يجب على الطيارين ايضا التكيف مع اسلوب طيران مختلف جدا عنه في باقي انواع الطائرات، وقد تم تطوير محاكي طيران خصيصا من اجل السماح لهم بالتأقلم مع الانسيابية وميكانيكية طيران نموذج اتش بي اس اي أ HB-SIA. وهذا ما قد مكننا من اختيار مقاومة الطيارين اثناء رحلة افتراضية استغرقت 25 ساعة وفي حجرة قيادة بقياس 1.3 متر مكعب.

مركبات الخلايا والبطاريات

تم اختيار الـ 11628 خلية المصنوعة من السيليسيوم ذي البلور الاحادي وبسمك 150 ميكرونا، لخفتها ومرونتها وفعاليتها، وكان يمكن لمردودات تلك الخلايا ان تكون افضل بزيادة عددها بنسبة %22 ولكن وزنها عندئذ كان سيعيق الطائرة خلال التحليق الليلي، ان التحليق الليلي هو المرحلة الاكثر حساسية، والعائق الاهم في المشروع يكمن في مسألة خزن الطاقة في بطاريات الليثيوم البلمري، فكثافة الطاقة القصوى في المرحلة الحالية هي 220 واط ساعة/ كيلوغرام. ووزن مراكمات الطاقة الضرورية للتحليق الليلي لـ «سولار امبولس» يقدر بحوالي 400 كيلو غرام، اي ربع الوزن الاجمالي للطائرة، لذلك فإن النجاح لا يمكن تحقيقه الا عبر الاستفادة القصوى من الامكانات الانسيابية وتحسين سلسلة الدفع.

عش النحل

ان بناء طائرة بأبعاد عرض 63.40 مترا وبوزن 1600 كيلو غرام وبتجهيزات كاملة هو تحد لم يسبق ان تم تنفيذه في مجال الملاحة الجوية، من ناحية الصلابة والخفة والتحكم اثناء الطيران، ان «سولار امبولس» قد تم بناؤها حول هيكل من المواد المركبة المكونة من الياف الكربون ومادة اخرى يطلق عليها اصطلاحيا في مجال صناعة المواد المركبة «عش النحل» وتم جمع الكل على شكل شطيرة، ان السطح الاعلى لجناح الطائرة سيغطى بالخلايا الشمسية المدمجة والسطح الاسفل سيغطى بشريط مرن ذي مقاومة عالية، وسيقوم 120 عرقا ناتئا مصنوعة من الياف الكربون وموزعة على ابعاد متساوية من خمسين سنتميترا بجمع هاتين الطبقتين لكي تمنحهما شكلها الانسيابي.

منظومة الدفع

تم تثبيت 4 محركات تحت جناحي الطائرة قوة كل منها 10 احصنة ومجموعة بطاريات من الليثيوم البلمري ونظام ادارة يتحكم بمستوى شحن البطاريات والحرارة. لقد تم تصميم العزل الحراري من اجل الاحتفاظ بالحرارة المنبعثة من البطاريات والسماح لها بالعمل بالرغم من درجة حرارة تصل الى 40 درجة مئوية وعلى ارتفاع 8500 متر. ان كل محرك من هذه المحركات مزود بمخفض حركة يحدد دورات المراوح بــ200 - 400 دورة بالدقيقة، وهذه المراوح تتكون من شفرتين وقطرها 3.5 امتار.

موارد الطاقة

في منتصف النهار، يصل الى كل متر مربع من سطح الارض ما يعادل 1000 واط، اي 1.3 حصان على شكل طاقة ضوئية. ومعدل ما تزوده الشمس خلال 24 ساعة هو 250 واط / متر مربع. وبوجود 200 متر مربع من الخلايا الكهروضوئية و%12 من المردودية الكلية من سلسلة الدفع التسييري، فان معدل الاستطاعة المزودة من محركات الطائرة لن تتعدى 8 احصنة او 6 كيلو واط. وهي تقريبا تعادل الاستطاعة التي استخدمها الاخوان «رايت» لتسيير طائرتهما الاولى عام 1903 عندما حققوا اول رحلة طيران بمحرك. وبهذه الطاقة المقدمة من الخلايا الشمسية اضافة الى المراوح الهوائية والمحسنة بجهود فريق كامل، يأمل سولارامبولس بالطيران ليل نهار ومن دون وقود!

المواصفات الفنية

  • عرض 63.40 مترا.
  • طول 21.85 مترا.
  • ارتفاع 6.40 امتار.
  • نظام التحريك 4 محركات كهربائية كل منها بطاقة 10 احصنة.
  • خلايا شمسية عددها الاجمالي 11628 (10748 على الجناح، و880 على سطح الذيل الافقي).
  • معدل السرعة 70 كيلومترا في الساعة.
  • الارتفاع الاقصى 8500 متر (27900 قدم).
  • الوزن 1600 كيلوغرام.
  • سرعة الاقلاع 35 كيلومترا في الساعة.

أهداف للنموذج الأولي

  1. تثبيت نتائج المحاكاة الرقمية والخيارات التكنولوجية وتقنيات البناء.
  2. اختبار مجال طيران غير مجرب سابقا، لان أي طائرة بهذه المواصفات من الحجم والوزن والسرعة لم تنجح بالطيران من قبل.
  3. إظهار فعالية طاقة كامل النظام من خلال القدرة على التحليق طوال الليل بعد تخزين طاقة شمسية كافية خلال النهار.

ان الدروس المستخلصة من النموذج الاولي اتش بي اس اي ا HB-SIA ستتم الاستفادة منها في تصور وتصميم وخيارات نموذج اتش بي اس اي ب ا HB-SIA التكنولوجية، وهي الطائرة التي ستحاول القيام بالرحلة حول العالم.

مراحل المشروع

بعد ست سنوات من التصور الاولي والتنفيذ، يجب على الطائرة اتش بي اس آي اي HB-SIA ان تثبت قدراتها قبل ان تذهب في رحلة طيران تستغرق 36 ساعة، وهو الهدف الاكبر للمشروع. ان عدة اشهر ستكون ضرورية لتفصل بين بداية تحرك الطائرة الى قيامها بأولى الجولات حول المدرج قبل ان تقوم بأول رحلة ليلية. وبحلول عام 2010 سيتم تصنيع طائرة ثانية لكي تكتب، وبالطاقة الشمسية هذه المرة صفحات تضاف الى انصع صفحات تاريخ الطيران كعبور الاطلسي وعبور الولايات المتحدة. اما مرحلة الذروة فستكون رحلة حول العالم في خمس محطات تستغرق كل منها خمسة ايام.

بلا محروقات

أن أبعاد اجنحة «سولار أمبولس» هي أبعاد اجنحة طائرة الايرباص A340 نفسها، وذلك من اجل تقليص آثار الكبح الهوائي على هيكل الطائرة، ومن اجل تهيئة سطح كاف للخلايا الشمسية.

ان وزن «سولار أمبولس» هو وزن سيارة، فقد تم التخلص من كل غرام غير ضروري من اجل بناء طائرة بهذه الخفة المتناهية.

ان قوة دفع «سولار أمبولس» هي قوة دفع دراجة نارية خفيفة بعد ان تم تحسين سلسلة الطاقة الى اقصى حد

جزاك الله خيرا
تم اضافة الموضوع الى مجلة المهندس

يعطيك العافية على الموضوع الرائع

جزاك الله خيرا
.
اللهم وفقنا الى ما تحب وترضى

بارك الله فيك وجزاك الله خير