Vliegtuig
op zonne-energie slaat vleugels uit
Binnenkort
ook bruikbaar als ‘atmosferische satelliet? - 17-07-2001
Geen
betere plek om een vliegtuig op zonne-energie te testen dan Hawaii
en het was dan ook daar dat NASA en AeroVironment Inc. het prototype
van Helios testten. De testvlucht slaagde wonderwel, waarmee de eerste
stap is gezet naar de ontwikkeling van een vliegtuig dat maandenlang
in de lucht blijft, goedkoop lichte vrachten naar grote hoogtes brengt,
als goedkoop alternatief voor satellieten dienst kan doen en zelfs
ingezet zou kunnen worden voor de verkenning van Mars.
Helios,
het nieuwste prototype van een vliegtuig dat door zonne-energie wordt
aangedreven, is een creatie van AeroVironment,
in samenwerking met NASA’s Dryden
Flight Research Center. Het bedrijf heeft heel wat ervaring met
het ontwerpen van vreemdsoortige vliegtuigen en tekende ook al voor
de Gossamer Albatros, dat in 1979 als eerste door mensenkracht
aangedreven vliegtuig het kanaal overstak. Een ander ontwerp, de Pathfinder
Plus, was dan weer het eerste propellor-aangedreven vliegtuig
dat hoger vloog dan 24000 meter.
Nu is er dus Helios, al is dat lang niet het eerste vliegtuig op zonne-energie.
Die eer gaat naar de Sunrise
– het eerste vliegtuig op zonne-energie, een vinding van Astroflight
die al in 1974 in het luchtruim werd gesignaleerd. Sindsdien heeft
de sector een hoge vlucht genomen, wat te merken is aan de gegevens
van de Helios. Met een vleugelwijdte van 75 meter –ter vergelijking,
de vleugels van een Boeing 747 jumbojet meten 60 meter – weegt het
lege vliegtuig toch maar een kleine 600 kilogram, te danken aan het
gebruik van ultra-lichte materialen als kevlar, styrofoam en koolstofvezels.
62000 zonnecellen
verzorgen de aandrijving van de 14 propellers en leveren 40 kilowatt,
genoeg om 4-6 huisgezinnen 24 uur lang van stroom te voorzien. Het
toestel is ontworpen om tot op een hoogte van 30.480 meter te werken
en zou op termijn vluchten van zes maanden lang moeten kunnen maken,
tegen een gezapige snelheid van 30-40 km/u. Alles samen goed voor
een kostenplaatje van 15 miljoen dollar.
De testvlucht vanaf de Pacific Missile Range Facility van de Amerikaanse
marine op het Hawaii-eiland Kauaoi was de eerste sinds het toestel
een korte vlucht maakte in 1999, toen nog volledig op batterijkracht.
Dit keer werd alleen op de kracht van de zon vertrouwd. Tijdens de
eerste vlucht haalde Helios een maximale hoogte van 22.818 meter,
een tocht die 10 uur en 17 minuten in beslag nam. Het boemerangvormige
vliegtuig wordt vanop de grond bestuurd door twee ‘piloten’, en voerde
ook enkele geslaagde manoevers uit.
De vlucht was dus een succes en tijdens volgende proeven hoopt het
team achter de Helios een recordhoogte van 30.000 meter te halen.
Voorlopig staat het record van een aanhoudende vlucht op grote hoogte
op 24.000 meter. Ten minste, voor zover publiekelijk bekend, want
militaire ontwikkelingen zijn in deze branche legio en de resultaten
daarvan worden niet altijd aan het Guinnes Book doorgegeven. In elk
geval toont dit eerste experiment aan dat het record wellicht binnen
het bereik van de Helios ligt.
Vanaf 2003 hopen de onderzoekers het uithoudingsvermogen van het vliegtuig
te kunnen testen, in de hoop om het toestel uiteindelijk maandenlang
in de lucht te houden. Dan zullen brandstofcellen geïnstalleerd worden,
die het surplus aan energie dat overdag aan de zon wordt onttrokken
moeten bewaren. Helios produceert 40 kilowatt, maar heeft slechts
10 kilowatt nodig. Een deel van de elektriciteit zal daarom worden
afgeleid naar een ‘electrolyzer’, die water omzet in waterstof – en
zuurstofgas. ’s Nachts wordt het proces omgekeerd en zullen de brandstofcellen
de zuurstof en waterstof opnieuw omzetten in water en electriciteit.
De ontwikkeling van Helios kadert in NASA’s ERAST-project,
het Environmental Research Aircraft Sensor Technology, wat meteen
enkele van de beoogde functies verraadt. Zo hoopt men het zonaangedreven
vliegtuig in te kunnen zetten voor het verzamelen van wetenschappelijke
gegevens over de atmosfeer, het klimaat, vulkaanuitbarstingen en andere
aardwetenschappelijke onderzoeksgebieden. Helios is dan ook zo ontworpen
dat kleine vrachten – zoals wetenschappelijke apparatuur – makkelijk
tot op grote hoogte gebracht kunnen worden. Bovendien kan het toestel
ook eenvoudig weer aan de grond worden gezet, zodat onderhoudswerken
kunnen worden gedaan of de apparatuur kan worden veranderd. Op die
manier zouden onbemande vliegtuigen op zonne-energie een goedkoop
alternatief kunnen bieden voor de middelen die nu worden ingezet om
deze data te verzamelen, zoals ballonnen, vliegtuigen en satellieten.
Bovendien maken de ontwerpers zich sterk dat het tuig ook commerciële
taken aankan, al heeft Earl Cox, hoofd van de telecommunicatieafdeling
van AeroVironment, vaak nog af te rekenen met de ‘giechelfactor’ als
hij zijn plannen voorstelt aan potentiële investeerders. Zelf is hij
er heilig van overtuigd dat Helios dienst zou kunnen doen als atmosferische
satelliet, een toestel dat de taken van een ruimtesatelliet vervult
maar binnen de atmosfeer blijft. Daarbij wordt bv. gedacht aan het
aanbieden van breedband internet of digitale televisie in afgelegen
gebieden. Bovendien verschijnt het toestel niet op een radar, een
eigenschap die het leger vast niet ontgaan is...
Aanvulling:
inmiddels heeft Helios het hoogterecord voor niet-raketaangedreven
vliegtuigen verbroken. Met een hoogte die maximaal 25.530 meter bedroeg,
sloeg het toestel er echter niet in het vooropgestelde doel van 30.000
meter te bereiken.
David
de Vaal
Aansluitende artikels:
5
patenten om in de gaten te houden – 11-04-2001
Met
de zon in de zeilen – 27-02-2001
Related links:
Dryden
Flight Research Center
Helios
Foto’s
en filmpjes
van Helios.
Vliegen
op zonne-energie
Hoe
werken zonnecellen?
©
David de Vaal
