Güneş enerjisiyle çalışan uçakların uzun süre havada kalabilmesi için ihtiyaç duyulan batarya performansı netleşmeye başladı. Harvard Üniversitesi tarafından yürütülen araştırmada, kilometrelerce yüksekte haftalarca veya aylarca görev yapması planlanan insansız uçakların enerji depolama ihtiyacı incelendi.
Araştırmacılar, uzun süreli uçuşların mümkün hale gelmesi için bataryaların kilogram başına 500 watt-saat (Wh/kg) enerji yoğunluğuna ulaşması gerektiğini belirledi. Bu değer, günümüzde elektrikli otomobillerde yaygın olarak kullanılan bataryaların yaklaşık iki katına karşılık geliyor.
Çalışmanın merkezinde ise güneş enerjisiyle çalışan uçakların karşılaştığı temel sorun bulunuyor: Geceleri uçuşu sürdürecek kadar elektrik depolamak, ancak bu sırada uçağın ağırlığını fazla artırmamak.
GÜNDÜZ ÜRETİLEN ELEKTRİK GECE UÇUŞUNU SAĞLIYOR
Güneş enerjili insansız uçaklar, gün boyunca kanatlarındaki güneş panelleri aracılığıyla elektrik üretiyor.
Üretilen elektriğin bir bölümü uçuş sırasında kullanılırken ihtiyaç fazlası enerji bataryalarda depolanıyor. Güneş ışığının bulunmadığı gece saatlerinde ise uçuş, depolanan enerjiyle devam ediyor.
Bu sistemin uzun süre çalışabilmesi için bataryaların yeterli miktarda elektrik depolaması gerekiyor.
Ancak depolama kapasitesini artırmak amacıyla daha büyük bataryaların kullanılması, hava aracının ağırlığını da yükseltiyor. Ağırlaşan uçağın havada kalabilmek için daha fazla enerjiye ihtiyaç duyması, mühendislerin çözmeye çalıştığı temel sorunlardan birini oluşturuyor.
HARVARD ARAŞTIRMACILARI 500 WH/KG EŞİĞİNİ BELİRLEDİ
Harvard Üniversitesi Mühendislik ve Uygulamalı Bilimler Fakültesi (SEAS) araştırmacıları, güneş enerjili stratosfer uçakları için bataryaların ulaşması gereken enerji yoğunluğunu değerlendirdi.
Çalışmada kilogram başına 500 Wh enerji depolama kapasitesi, uzun süreli uçuşlar açısından önemli bir seviye olarak belirlendi.
Araştırmaya liderlik eden Craig Mascarenhas, daha yüksek kapasiteye duyulan ihtiyaç ile batarya ağırlığı arasındaki ilişkinin uçak tasarımını doğrudan etkilediğini belirtti.
Araştırmacılara göre 500 Wh/kg seviyesine ulaşılması, atmosfer koşullarının uygun olduğu birçok bölgede uzun süreli güneş enerjili uçuşları uygulanabilir hale getirebilir.
ELEKTRİKLİ OTOMOBİL BATARYALARIYLA ARADA BÜYÜK FARK VAR
Güneş enerjili uçaklar için belirlenen yeni hedef, mevcut batarya teknolojileriyle karşılaştırıldığında önemli bir gelişim ihtiyacına işaret ediyor.
Elektrikli otomobillerde kullanılan bataryaların enerji yoğunluğu yaklaşık 250 Wh/kg seviyesinde bulunuyor. Deneysel ve özel amaçlı bazı batarya hücrelerinde ise 400 Wh/kg değerine ulaşılmış durumda.
Araştırmacılar, mevcut deneysel hücrelerin ulaştığı seviyeleri dikkate alarak 500 Wh/kg hedefinin teknolojik açıdan erişilebilir olabileceğini değerlendiriyor.
Bununla birlikte 400 Wh/kg seviyesindeki özel batarya hücrelerinin maliyetlerinin yüksek olması, teknolojinin ticari kullanımında aşılması gereken sorunlardan biri olarak görülüyor.
Yeni üretim yöntemlerinin ve gelişen batarya teknolojilerinin bu maliyetleri zamanla düşürmesi bekleniyor.
STRATOSFERDE AYLARCA UÇUŞ HEDEFLENİYOR
Güneş enerjili sabit kanatlı insansız hava araçları, ticari yolcu uçaklarından çok daha yüksek irtifalarda görev yapmak üzere tasarlanıyor.
Ticari jetlerin yaklaşık 30 bin fit, yani 9 bin 144 metre yükseklikte seyretmesine karşılık güneş enerjili araştırma uçaklarının bunun yaklaşık iki katı irtifada uçması hedefleniyor.
Stratosferde görev yapması planlanan bu araçların yeterli enerji depolama kapasitesine ulaşmaları halinde haftalarca veya aylarca havada kalabilmesi amaçlanıyor.
Böylece kısa süreli uçuşlarla gerçekleştirilen bazı atmosfer gözlemlerinin daha uzun dönemlere yayılması mümkün olabilir.
NASA'NIN ARAŞTIRMA UÇAKLARIYLA ARASINDAKİ FARK
Günümüzde NASA'nın ER-2 gibi yüksek irtifa araştırma uçakları, atmosferin incelenmesi için bilimsel cihazlar taşıyor.
Ancak bu uçakların tek görevde havada kalabildiği süre yaklaşık 6 ila 8 saatle sınırlı bulunuyor.
Ayrıca uçuş maliyetlerinin saat başına on binlerce dolara ulaşabildiği belirtiliyor.
Güneş enerjili insansız uçakların geliştirilmesiyle daha uzun süreli gözlemler yapılması ve operasyonlarda ihtiyaç duyulan personel ile işletme maliyetlerinin azaltılması hedefleniyor.
Bunun gerçekleşmesi ise uçakların gündüz ürettiği enerjiyi gece boyunca kullanabilecek kapasitede bataryalara sahip olmasına bağlı.
NASA VE MIT UZUN SÜRELİ GÖZLEM PROJESİNDE YER ALIYOR
Araştırma, NASA tarafından desteklenen Stratospheric Airborne Climate Observing System (SACOS) işbirliğiyle bağlantılı olarak yürütülüyor.
Projede Massachusetts Teknoloji Enstitüsü (MIT) ve özel havacılık şirketleri de yer alıyor.
Çalışmalar, güneş enerjili insansız uçakların atmosfer gözlemlerinde uzun süreli görev yapabilmesine odaklanıyor.
Bu hava araçlarının iklim araştırmalarında daha uzun süre aynı bölgede veri toplayabilmesi amaçlanıyor.
İKLİM VE ORMAN YANGINI ARAŞTIRMALARINDA KULLANILABİLİR
Güneş enerjili uçakların uzun süre havada kalabilmesi, farklı bilimsel alanlarda yeni kullanım imkanları sağlayabilir.
Araştırmada değerlendirilen başlıca görev alanları arasında atmosfer kimyasının incelenmesi, kasırgaların izlenmesi, iklim gözlemleri ve orman yangınlarının tespiti bulunuyor.
Bu uçakların aynı bölgeyi uzun süre gözlemleyebilmesi, bilim insanlarının daha ayrıntılı ve tutarlı verilere ulaşmasına yardımcı olabilir.
Özellikle belirli bir bölgenin tekrar tekrar incelenmesi gereken araştırmalarda uzun uçuş süresi önemli bir avantaj olarak değerlendiriliyor.
BATARYALARDA HIZLI GÜÇ YERİNE YÜKSEK DEPOLAMA ÖNE ÇIKIYOR
Harvard Üniversitesi araştırmasının ortaya koyduğu bir diğer sonuç, güneş enerjili uçakların batarya ihtiyaçlarının geleneksel sistemlerden farklı olması.
Günümüzde batarya geliştirme çalışmalarında enerji yoğunluğu ve güç yoğunluğu birlikte değerlendiriliyor.
Ancak stratosferde uzun süre uçması planlanan güneş enerjili hava araçlarında anlık güç ihtiyacının görece düşük olduğu belirtiliyor.
Bu nedenle bataryaların kısa sürede yüksek güç sağlamasından çok, daha fazla enerjiyi düşük ağırlıkla depolayabilmesi önem kazanıyor.
Araştırmacılar, bu uçaklara yönelik batarya geliştirme çalışmalarında enerji yoğunluğuna öncelik verilmesi gerektiği sonucuna ulaştı.
500 WH/KG HEDEFİNE ULAŞILMASI BEKLENİYOR
Harvard araştırmacılarının belirlediği 500 Wh/kg seviyesi, güneş enerjili insansız uçakların uzun süreli uçuş kapasitesinin geliştirilmesi açısından önemli bir hedef oluşturuyor.
Günümüzde bazı deneysel batarya hücrelerinin 400 Wh/kg seviyesine ulaşmış olması, hedefe yönelik çalışmalar açısından değerlendiriliyor.
Ancak enerji yoğunluğunun artırılmasının yanı sıra yüksek performanslı bataryaların maliyetlerinin azaltılması da gerekiyor.
Araştırmada belirlenen 500 Wh/kg değeri, gerçekleştirilmiş bir uçuş başarısını değil, uygun koşullarda aylarca sürebilecek uçuşların mümkün hale gelmesi için ulaşılması gereken teknolojik seviyeyi ifade ediyor.
