Les systèmes de propulsion électriques sont activement utilisés dans les véhicules aériens sans pilote modernes et offrent des performances de vol élevées. Une croissance supplémentaire des paramètres clés peut être obtenue en utilisant l'énergie solaire. Un certain nombre d'UAV solaires expérimentaux ont été développés - mais aucun des projets n'a encore été mis en œuvre à part entière avec la solution de problèmes réels.
Avec la participation de la NASA
Au tournant des années 70 et 80, la société américaine AeroVironment menait des recherches dans le domaine de l'énergie solaire pour les avions. En 1983, elle a reçu une commande de la NASA pour créer un drone expérimental capable de montrer des caractéristiques de haute performance. Le premier projet de la nouvelle série a été nommé HALSOL (High Altitude Solar). Il a ensuite été rebaptisé Pathfinder.
La même année, le premier vol d'un drone expérimenté a eu lieu, mais les tests ont été reconnus comme infructueux en raison du niveau de développement insuffisant des technologies clés. La finalisation du projet s'est poursuivie jusqu'en 1993, date de la reprise des tests. Bientôt, Pathfinder a montré tous les avantages des nouvelles technologies et composants. Au fil des ans, l'UAV a établi un certain nombre de records d'altitude et de durée de vol pour les véhicules à énergie solaire.
En 1998, un drone expérimenté a été mis à niveau selon le projet Pathfinder Plus. La refonte et l'introduction de nouveaux composants électriques ont permis d'améliorer encore les performances et de nouveaux records ont été établis. Dans la même période, les drones Centurion et Helios Prototype ont été créés avec une apparence similaire, mais avec des caractéristiques différentes.
Les drones expérimentés de la NASA et d'AeroVironment ont été construits selon le schéma général. L'élément de conception principal était une aile à grand allongement allant de 29,5 m (Pathfinder) à 75 m (Helios). Sur l'aile, des moteurs électriques à vis de traction (de 6 à 14 unités) et des nacelles avec train d'atterrissage et équipements ont été installés. Tous les véhicules de la série avaient une télécommande et pouvaient transporter une charge utile.
La surface d'aile maximale possible a été consacrée à des panneaux solaires. Dans le projet Pathfinder, ils ont distribué une puissance de 7,5 kW et, dans le dernier Centurion, ils ont réussi à obtenir plus de 30 kW. Des piles rechargeables ont été utilisées comme source d'alimentation de secours. Les piles à combustible ont également été utilisées dans des expériences ultérieures.
Les drones expérimentaux n'avaient pas une vitesse de vol élevée. L'aile droite de grande envergure limitait ce paramètre à 30-45 km/h. Dans le même temps, des vols records ont été effectués à des altitudes de 24 à 29 km et ont duré au moins 12 à 18 heures.
Série européenne
Depuis 2003, des travaux ont été menés sur des projets de la série Zephyr. Initialement, le nouveau drone a été créé par la société britannique QinetiQ, mais plus tard, le travail a été transféré au département militaire d'Airbus. L'objectif du projet était de créer un drone solaire à haute altitude avec une longue durée de vol, capable de transporter des équipements de surveillance.
Au milieu de la décennie, débutent des essais sur un appareil démonstrateur à technologie réduite. Zephyr 6 a démontré le potentiel de la conception dans son ensemble et de ses éléments individuels. En 2008, ce drone est monté à une altitude de 19 km. Puis vint le prototype grandeur nature du Zephyr 7. En juillet 2010, il établit un record de durée de vol de plus de 14 jours. En 2018, un autre prototype, le Zephyr 8 (Zephyr S), est resté en vol pendant près de 26 jours.
Les drones de la série Airbus Zephyr reçoivent une aile à grand allongement avec des pointes surélevées. Le plus grand Zephyr 8 a une envergure de 28 m. Poids - jusqu'à 50-70 kg, dont pas plus de 5 kg tombent sur la charge utile. Les moteurs électriques sont situés sur le bord d'attaque de l'aile; une poutre de queue mince avec un plumage est attachée à l'arrière. Presque toute la surface supérieure de l'aile est consacrée à des panneaux solaires. De plus, le drone dispose d'accumulateurs pour assurer le vol en l'absence de soleil. La vitesse de vol ne dépasse pas 50-60 km/h, cependant, le but du projet était d'obtenir une portée, une altitude et une durée élevées.
Le développement des projets de la série Zephyr se poursuit. L'amélioration des machines existantes est effectuée afin de remplir des tâches réelles, ainsi que de nouveaux échantillons avec des caractéristiques différentes sont créés. À l'heure actuelle, ces drones sont considérés comme des porteurs d'équipements de surveillance, d'équipements électroniques, etc.
De piloté à non piloté
Le projet Solar Impulse de la société suisse du même nom est particulièrement intéressant. Il propose la construction d'avions pilotés à énergie solaire. Depuis 2009, deux machines similaires participent à des essais en vol. Au fil du temps, la société de développement a annoncé son intention de créer une version sans pilote de l'avion existant.
En novembre 2019, Solar Impulse, avec l'aide de Leonardo et Northrop Grumman, a achevé la conversion d'un des prototypes d'avion en drone. Des essais en vol étaient prévus pour 2020-21, et au début des années vingt, il est possible de lancer une production à petite échelle dans l'intérêt de vrais clients. On pense qu'un tel drone présente un avantage concurrentiel sous la forme de caractéristiques de haute performance.
Solar Impulse 2, reconstruit en drone, possède une aile droite d'une envergure de 72 m, sous laquelle sont installés un fuselage léger et quatre nacelles de moteurs électriques. Une combinaison de panneaux solaires et d'accumulateurs a été utilisée; puissance de crête 66 kW. L'avion a développé une vitesse allant jusqu'à 140 km/h et a grimpé de 12 km. Les caractéristiques de conception de la modification sans pilote seront plus élevées. En particulier, la durée du vol va être portée à 90 jours.
Perspectives limitées
Au cours des dernières décennies, il y a eu des progrès significatifs dans le domaine des drones solaires. De nouveaux types de panneaux, de batteries et de moteurs électriques aux caractéristiques améliorées sont en cours de développement et d'introduction; des matériaux modernes sont utilisés dans la construction des cellules, assurant durabilité et faible poids. Dans le même temps, malgré tous les efforts, ces drones ne sont pas encore pleinement opérationnels.
Malgré tous les efforts des scientifiques, les panneaux solaires ne sont pas encore très puissants. En conséquence, sous eux, il est nécessaire de donner le maximum de surface possible tout en allégeant la structure. Ce n'est que dans de telles conditions qu'il y a suffisamment d'énergie pour alimenter les moteurs et recharger les batteries. De plus, des mesures sont nécessaires pour maintenir l'alimentation des moteurs quelle que soit l'intensité de la lumière incidente ou en son absence.
En conséquence, un aéronef habité ou un drone, construit même avec l'utilisation de technologies de pointe, s'avère volumineux et coûteux, mais ne peut pas transporter une charge utile importante. Cependant, il est capable de présenter des caractéristiques de vol élevées et présente donc un certain intérêt pratique.
La capacité de voler longtemps à haute altitude peut être utile lors de la reconnaissance ou de la surveillance de la situation dans différentes situations. Des projets sont également proposés pour des "satellites atmosphériques" - des véhicules aériens sans pilote de longue durée de vol avec des équipements pour relayer les signaux radio. On s'attend à ce qu'une telle technologie puisse rester dans une zone donnée pendant une longue période et fournir une communication constante, en remplaçant plus facilement et moins cher les engins spatiaux.
Évidemment, au niveau actuel des caractéristiques tactiques et techniques, les drones à énergie solaire ne peuvent pas être des drones de combat. La capacité de charge limitée ne permettra pas de prendre de grosses munitions, et l'aspect caractéristique augmentera la visibilité de tout moyen de détection. Cependant, les drones de reconnaissance et les répéteurs peuvent également intéresser les armées.
Les drones solaires sont en cours de développement dans plusieurs pays et des progrès significatifs ont été réalisés. Les caractéristiques de ces équipements augmentent progressivement et, dans un avenir prévisible, les premiers échantillons sont tout à fait capables d'atteindre un fonctionnement réel. Cependant, cette direction ne doit pas être surestimée. Dans la pratique, ces drones sont susceptibles de devenir un moyen efficace de remplir des niches spécifiques dans lesquelles ils peuvent réaliser leur plein potentiel et ne pas présenter d'inconvénients inhérents.
