الملخص:
تضيف شركة BAE Systems البريطانية قدرة جديدة على إمداد الطاقة اللاسلكية إلى طائرتها بدون طيار PHASA-35 التي تعمل بالطاقة الشمسية على ارتفاعات عالية، والتي تستخدم محطة أرضية لبث طاقة الموجات الدقيقة بشكل مباشر إلى الطائرة بدون طيار لتكملة قوتها. حصل المشروع على دعم عقد بقيمة 15.7 مليون جنيه إسترليني وحوالي 21 مليون دولار أمريكي من الوكالة البريطانية للبحث والاختراع المتقدم (ARIA)، بهدف استكمال تطوير التكنولوجيا والتحقق من الطيران خلال السنوات الثلاث والنصف القادمة. وإذا نجح الاختبار، فمن المتوقع أن تحل هذه الطريقة مشكلة الطائرات بدون طيار التي تعمل بالطاقة الشمسية والتي تحلق على ارتفاعات عالية والتي تواجه صعوبة في الحفاظ على الطيران ليلاً وعندما يكون هناك نقص في ضوء الشمس في الشتاء.
PHASA-35 عبارة عن طائرة بدون طيار تعمل بالطاقة الشمسية وتحلق على ارتفاعات عالية وطويلة التحمل، وتُصنف أيضًا على أنها "Pseudolite عالية الارتفاع" (HAPS). وهي مصممة للعمل في طبقة الستراتوسفير فوق ارتفاع حوالي 20 ألف متر. ويمكنها تجنب معظم أنظمة الطقس والحركة الجوية التقليدية ومواصلة التحليق بسرعة حوالي 90 كيلومترًا في الساعة. تحتوي الطائرة على جناح مركب من ألياف الكربون يبلغ طوله 35 مترًا. جسم الطائرة خفيف جدا. يتم ترتيب الخلايا الشمسية على سطح الأجنحة لتوفير الطاقة للمحركات الكهربائية والمعدات الموجودة على متن الطائرة.
الميزة الأكبر لهذا النوع من الطائرات هي أنه يمكنه البقاء فوق مناطق محددة لفترة طويلة لأداء المهام. تعد الطائرات بدون طيار التي تعمل بالطاقة الشمسية على ارتفاعات عالية أرخص في النشر من الأقمار الصناعية التقليدية التي يجب إطلاقها في الفضاء ويمكنها تغيير مناطق المهام مثل الطائرات العادية. في المستقبل، يمكن لـ PHASA-35 القيام بترحيل الاتصالات ومراقبة الأرض والمراقبة وغيرها من المهام التي تتطلب تشغيلًا مستمرًا على المدى الطويل.
من الناحية النظرية، يمكن لـ PHASA-35 الاعتماد على الطاقة الشمسية لتوليد الكهرباء خلال النهار، مع تخزين الطاقة الزائدة في البطارية للحفاظ على الطيران ليلاً. وقد حددت شركة BAE Systems سابقًا هدفًا يصل إلى عام واحد من الطيران المستمر لهذه الطائرة. ومع ذلك، هذه القدرة تعتمد بشكل كبير على ظروف ضوء الشمس المحلي.
بالقرب من خط الاستواء، نظرًا لأن طول النهار والليل يتغير بشكل أقل على مدار العام، فمن الأسهل للطائرات بدون طيار التي تعمل بالطاقة الشمسية الحصول على ما يكفي من ضوء الشمس. ولكن في مناطق خطوط العرض العليا، مثل المملكة المتحدة، فإن الوضع مختلف تمامًا. في الشتاء، يقصر النهار بشكل ملحوظ ويصبح الليل أطول. وفي بعض الفترات، قد يكون هناك نقص في ضوء الشمس الفعال لفترة طويلة. بالنسبة للطائرات التي تحتاج إلى الحفاظ على الارتفاع في جميع الأوقات، تصبح سعة البطارية في النهاية قيدًا حاسمًا في تحديد وقت الرحلة.
إذا تمت إضافة عدد كبير من البطاريات للتعامل مع ليالي الشتاء الطويلة، فسيتم زيادة وزن الطائرة بشكل أكبر. بالنسبة لطائرة خفيفة الوزن للغاية تعمل بالطاقة الشمسية مثل PHASA-35، فإن الزيادة في الوزن ستؤثر بشكل مباشر على كفاءة الطيران، بينما تشغل أيضًا مساحة الوزن التي يمكن استخدامها لمعدات الاتصالات وأجهزة الاستشعار وأحمال المهام الأخرى.
لذلك أطلقت ARIA مشروع "منصة الغلاف الجوي الثابت"، على أمل تطوير نظام طاقة جديد يسمح لمنصات الطاقة الشمسية على ارتفاعات عالية بالهروب من القيود النهارية والليلية والموسمية. ستستخدم شركة Prismatic، وهي شركة تابعة لشركة BAE Systems، PHASA-35 كمنصة فعلية للتحقق من الطيران لتطوير واختبار تكنولوجيا إمدادات الطاقة اللاسلكية الأرضية على مراحل خلال السنوات الثلاث والنصف القادمة.
المبدأ الأساسي هو بناء محطة مخصصة لنقل الطاقة من الأرض لتحويل الطاقة الكهربائية إلى أشعة ميكروويف اتجاهية وإرسال الطاقة بدقة إلى PHASA-35 الموجود على ارتفاعات عالية. سيتم دمج جهاز استقبال خاص داخل جناح الطائرة لتحويل طاقة الموجات الدقيقة المستقبلة إلى طاقة كهربائية ومن ثم إمدادها إلى محرك الطائرة ونظام البطارية.
من الواضح أن هذا الحل يختلف عن الشحن اللاسلكي بالمعنى التقليدي. لا تهبط الطائرة بدون طيار على الأرض أو تتلامس مع أي معدات شحن. وبدلاً من ذلك، يستمر في الطيران على ارتفاع عشرات الآلاف من الأمتار بينما يتلقى الطاقة من المعدات الأرضية للمسافات الطويلة. لذلك، طالما أن المحطة الأرضية يمكنها الاستمرار في توفير الطاقة لموقع الطائرة، يمكن لـ PHASA-35 الاستمرار في الطيران حتى لو غربت الشمس.
بالنسبة للطائرات بدون طيار التي تعمل بالطاقة الشمسية على ارتفاعات عالية، فإن الأهمية الكبرى لهذه التكنولوجيا لا تقتصر على تمديد وقت الرحلة الليلية فحسب، بل إمكانية إعادة تخصيص ميزانية الوزن المحدودة للطائرة. إذا لم تعد الطائرات بحاجة إلى حمل بطاريات ذات سعة كبيرة يمكنها التعامل مع ليالي الشتاء الطويلة، فيمكن تقليل وزن البطاريات، ويمكن استخدام الوزن المتحرر لإضافة معدات اتصالات أو رادار أو أجهزة استشعار كهروضوئية أو حمولات أخرى للمهام.
ذكرت شركة BAE Systems أن PHASA-35 أثبتت نفسها سابقًا كمنصة أقمار صناعية بديلة منخفضة التكلفة، وسيعمل هذا المشروع على استكشاف كيفية جعل هذه الطائرة تتمتع بقدرة عمل مستمرة أقوى. الهدف النهائي هو ألا تكون منصات الطاقة الشمسية على ارتفاعات عالية مقيدة بأشعة الشمس الموسمية، وبالتالي تحقيق انتشار جوي طويل المدى على مدار العام.
لقد أكمل PHASA-35 سابقًا اختبارات طيران ومتانة متعددة. وأتمت الطائرة رحلتها الأولى في عام 2020، وخضعت منذ ذلك الحين لعشرات الساعات من اختبارات التحمل والتحقق الشامل من أجهزة الاستشعار التي تحملها. وهو مصمم للعمل في طبقة الستراتوسفير لفترات طويلة من الزمن والقيام بمهام يصعب على الأقمار الصناعية التقليدية وبعض الطائرات المأهولة القيام بها اقتصاديًا.
إذا تم إثبات تقنية إمداد طاقة الموجات الدقيقة الأرضية أخيرًا، فقد يتم توسيع نطاق تطبيق هذه الطائرة بشكل أكبر. بالنسبة لمهام الاتصالات، يمكن للمنصة عالية الارتفاع أن تحوم فوق المنطقة المستهدفة لفترة طويلة لتوفير ترحيل الاتصالات للمناطق النائية؛ بالنسبة لمهام المراقبة ومراقبة الأرض، يمكن أن تظل بالقرب من منطقة ثابتة لفترة طويلة دون الحاجة إلى الهبوط وإعادة الشحن بشكل متكرر مثل الطائرات بدون طيار العادية.
ومع ذلك، لا يزال إمداد الطاقة اللاسلكية من الأرض إلى الطائرات على ارتفاعات عالية يواجه العديد من المشكلات الفنية، بما في ذلك كفاءة نقل الطاقة بالموجات الدقيقة، والتحكم في الشعاع لمسافات طويلة، ووزن معدات استقبال الطائرات، ونقل الطاقة في ظل الظروف الجوية المعقدة، وسلامة الطيران. إحدى النقاط الأساسية لهذا المشروع هي التحقق مما إذا كانت هذه التكنولوجيا قادرة على العمل بثبات في بيئة جوية حقيقية من خلال عروض الطيران الفعلية.
سيتم تنفيذ عقد ARIA على ثلاث مراحل، مع الهدف النهائي المتمثل في حمل PHASA-35 لنظام كامل لعرض طيران شامل. إذا نجحت الطائرات بدون طيار التي تعمل بالطاقة الشمسية على ارتفاعات عالية في نهاية المطاف، فقد تتحول من وضع التشغيل المتمثل في "الاعتماد على الشمس أثناء النهار والاعتماد على البطاريات في الليل" إلى نظام طاقة مناسب لجميع الأحوال الجوية "يجمع بين الطاقة الشمسية وإمدادات الطاقة اللاسلكية الأرضية".
بالنسبة لـ PHASA-35، يعني هذا أنه من المتوقع حل أكبر نقاط ضعفه الأصلية - قلة ضوء الشمس ليلًا وفي الشتاء - من خلال إمدادات الطاقة من الأرض. بالنسبة لمجال HAPS بأكمله، قد تسمح هذه التقنية للطائرات الشمسية التي تعمل على ارتفاعات عالية بأن تتمتع حقًا بالقدرة على البقاء في الجو طوال العام، مما يشكل منصة جديدة بين الطائرات التقليدية والأقمار الصناعية في بعض مهام الاتصالات والمراقبة ومراقبة الأرض.
التعليقات