אחת המטרות העיקריות של סוכנויות חלל וחלל מסחרי בימינו היא הפחתת העלויות הנלוות לחקר החלל. אבל לא רק העלות של משלוח מטענים לחלל (והזיהום שהוא גורם) נוגעת לסוכנויות כמו נאס"א.
יש גם את העלות (כלכלית כמו גם סביבתית) הקשורה לתעופה. גם דלק סילוני אינו זול, ונסיעות אוויריות מסחריות מהוות 4 עד 9% מגזי החממה האנתרופוגניים (והוא נמצא במגמת עלייה). מסיבה זו, נאס"א שיתפה פעולה עם התעשייה המסחרית לפיתוח מטוסים חשמליים, שלדעתם יספקו אלטרנטיבה חסכונית בדלק וחסכוני למטוסים מסחריים עד שנת 2035.
זה מהווה אתגר משמעותי מכיוון שרבים מהרכיבים הדרושים ליצירת מטוס חשמלי מתפקד הם גדולים וכבדים למדי. בפרט, תוכנית כלי רכב אוויריים מתקדמים של NASA (AAVP) מחפשת ממירים קלים וקומפקטיים - מרכיב מרכזי במערכת חשמלית המספקת כוח להנעת המנוע החשמלי.
מהפכים הם קריטיים למערכות ההנעה האלקטרונית מכיוון שהם ממירים זרם חילופי זרם (AC) - הנוצר על ידי גנרטורים המותקנים על ידי המנוע והמנועים החשמליים המונעים על ידי מדחפים - לכוח הזרם הנוכחי של מתח ישר (DC). לרוע המזל, הרכיבים הדרושים לייצור כמות כוח זו - גנרטורים, אלקטרוניקה להמרת כוח, מנועים וכו '- היו היסטוריים גדולים מכבדים מכדי להתאים לכלי טיס.
זה יוצר משהו של קונבולום מכיוון שכמות האנרגיה הדרושה לייצור המעלית הדרושה תדרוש אלקטרוניקה כבדה עוד יותר. מכאן מדוע נאס"א בוחנת מדעי חומרים מתקדמים כדי ליצור אלקטרוניקה קלילה וקטנה יותר. לשם כך הם חתמו לאחרונה על חוזה בסך 12 מיליון דולר עם ג'נרל אלקטריק (GE), אחד המובילים בעולם בפיתוח טכנולוגית סיליקון קרביד מתקדמת (SiC).
מינרל מוליך למחצה זה משמש לייצור האלקטרוניקה בטמפרטורה גבוהה ומתח גבוה, ו- GE מקווה להשתמש בו כדי לעמוד בדרישות הגודל, ההספק והיעילות שצוינו על ידי נאס"א. מפרטים אלה דורשים מהפך שאינו גדול ממזוודה ויכול לייצר מגה-וואט (MWs) חשמל.
כפי שהסביר ג'ים היידמן, מנהל הפרויקט המתקדם של הובלה אווירית של נאס"א בהודעה לעיתונות של נאס"א:
"אנו נמצאים בזמן קריטי בהיסטוריה של התעופה מכיוון שיש לנו הזדמנות לפתח מערכות שיפחיתו את העלות, צריכת האנרגיה והרעש, תוך פתיחת שווקים והזדמנויות חדשות לחברות אמריקאיות. חובה שנעבוד עם התעשייה והאקדמיה כדי להבטיח שהטכנולוגיות הנכונות זמינות כדי לעמוד בדרישות הנוסעים והמובילים העתידיים. "
במילים פשוטות, מגה וואט היא כמות עצומה של חשמל וניהול כוח מסוג זה בבטחה הוא אתגר גדול. לדוגמה, של נאס"א
אך הודות לצעדים שנעשו בתחום האלקטרוניקה וטכנולוגיית המנועים ההיברידיים בשנים האחרונות, דרישות אלה יכולות להיות בהישג יד. אמרה איימי ינקובסקי, מנהלת פרויקט המשנה של הנעה היברידית בגז-חשמלי במרכז המחקר גלן של נאס"א:
"עם ההתקדמות האחרונה בתחום החומרים ואלקטרוניקה של כוח, אנו מתחילים להתגבר על האתגרים העומדים בפני פיתוח מושגי חשמל של הפחתת אנרגיה, ועבודת מהפך זו מהווה צעד קריטי במאמצי ההנעה של המטוסים המחושמלים שלנו. השותפות שלנו עם GE היא המפתח לקידום רכיבי משקל הטיסה ומוכנים לטיסה במחלקת מגה-ווט למטוסי תובלה עתידית.
קרביד סיליקון מבטיח במיוחד ליישומי תעופה בעלי עוצמה גבוהה בגלל תכונותיו החומריות. הוא מציע טמפרטורות הפעלה גבוהות, מתח גבוה ויכולת טיפול גבוהה בהספק. יתרונות אלה יאפשרו למהנדסים יכולת לתכנן רכיבים שהם קטנים יותר בגודלם וקלים יותר תוך הגברת תפוקת הכוח.
"אנו אורזים בעצם מגה וואט אחד בגודל של מזוודה קומפקטית שתמיר מספיק כוח חשמלי כדי לאפשר ארכיטקטורות הנעה היברידיות-חשמליות למטוסים מסחריים," אמר קונראד ווייבר, המהנדס הראשי של חשמל בחברת GE Research. "בנינו בהצלחה והדגמנו מהפכים בגובה הקרקע העומדים בדרישות הכוח, הגודל והיעילות של טיסה חשמלית."
פיתוח מערכות חשמל אלה מתרחשות כיום במבחן המטוסים החשמלי של נאס"א (NEAT) בסנדוסקי, אוהיו, שהיה בעבר מתקן המנהרות ההיפרסוני של נאס"א. הראשונה מסוגה, ערכת הבדיקה הניתנת לשינוי זה, אמונה על תכנון, פיתוח, הרכבה ובדיקה של מערכות החשמל של המטוסים החשמליים שייכנסו ליצירה של כל דבר, החל ממטוסים דו-אישיים ועד 20 מטוסים של מגה-וואט.
בחודש מאי, NEAT הצליחה לבצע את המבחן הראשון שלה בסולם מגה-וואט בזכות כמויות הכוח העצומות שיש למתקן גישה אליו. זה והשותפות האחרונה שנחתמה עם GE מגיעה מעט אחרי שנאס"א הכריזה על שותפות רווחית נוספת עם GE ושתי חברות תעופה וחלל מרכזיות - בואינג ויונייטד טכנולוגיות פראט וויטני - כדי לחקור את היתרונות והסיכונים האפשריים בהפגנות טיסה בקנה מידה מגה-ואט.
כפי שניסח זאת ברב אסקר, סגן מנהל התוכנית לרכבים אוויריים מתקדמים של נאס"א:
"הפגנות הטיסה הן חלק חשוב בפיתוח הטכנולוגי מכיוון שהן מציעות למהנדסים ולשותפי התעשייה שלנו את האפשרות לפתח סוגיות ולהוכיח מושגים בסגנון ריאלי, תוך התמודדות עם האתגרים העומדים בפני הנעה חשמלית בתעופה."
בין האיום של שינויי אקלים לבין העובדה שאוכלוסיית העולם צפויה להגיע לכמעט 10 מיליארד עד שנת 2050, ברור שצריך לפתח אמצעים חלופיים לייצור, ייצור אנרגיה ותחבורה. טוב לדעת שלצד מכוניות חשמליות והיברידיות, אנו יכולים לצפות קדימה למטוסים חשמליים והיברידיים.
