Resumo:
A empresa britânica BAE Systems está adicionando uma nova capacidade de fornecimento de energia sem fio ao seu drone solar de alta altitude PHASA-35, que usa uma estação terrestre para emitir direcionalmente energia de micro-ondas para o drone voador para complementar sua energia. O projeto recebeu apoio contratual de 15,7 milhões de libras e aproximadamente US$ 21 milhões da Agência Britânica de Pesquisa e Invenção Avançada (ARIA), com o objetivo de concluir o desenvolvimento de tecnologia e verificação de voo nos próximos três anos e meio. Se o teste for bem sucedido, espera-se que este método resolva o problema dos drones de alta altitude movidos a energia solar que têm dificuldade em manter o voo à noite e quando há falta de luz solar no inverno.
PHASA-35 é um UAV movido a energia solar de alta altitude e longa duração, também classificado como "Pseudolite de Alta Altitude" (HAPS). Ele foi projetado para operar na estratosfera acima de cerca de 20.000 metros. Ele pode evitar a maioria dos sistemas climáticos e o tráfego aéreo tradicional e continuar a navegar a uma velocidade de cerca de 90 quilômetros por hora. A aeronave possui uma asa composta de fibra de carbono com 35 metros de comprimento. A fuselagem é muito leve. Células solares são dispostas na superfície das asas para fornecer energia para motores elétricos e equipamentos de bordo.
A maior vantagem desse tipo de aeronave é que ela pode permanecer por muito tempo em áreas designadas para realizar missões. Drones movidos a energia solar de alta altitude são mais baratos de implantar do que satélites tradicionais que precisam ser lançados ao espaço e podem mudar as áreas de missão como aeronaves normais. No futuro, o PHASA-35 poderá realizar retransmissão de comunicações, observação da Terra, vigilância e outras tarefas que exijam operação contínua a longo prazo.
Teoricamente, o PHASA-35 pode contar com energia solar para gerar eletricidade durante o dia, enquanto armazena o excesso de energia na bateria para manter o voo à noite. A BAE Systems estabeleceu anteriormente uma meta de até um ano de voo contínuo para esta aeronave. No entanto, esta capacidade é altamente dependente das condições locais de luz solar.
Perto do equador, como a duração do dia e da noite muda menos ao longo do ano, é mais fácil para os drones movidos a energia solar obterem luz solar suficiente. Mas em latitudes elevadas, como no Reino Unido, a situação é completamente diferente. No inverno, os dias encurtam significativamente e as noites ficam mais longas. Em alguns períodos, pode até haver falta de luz solar eficaz por um longo período. Para aeronaves que precisam manter a altitude o tempo todo, a capacidade da bateria acaba se tornando uma limitação crítica na determinação do tempo de voo.
Se um grande número de baterias for adicionado para lidar com as longas noites de inverno, o peso da aeronave aumentará ainda mais. Para uma aeronave extremamente leve movida a energia solar como o PHASA-35, o aumento no peso afetará diretamente a eficiência do voo, ao mesmo tempo que ocupará espaço de peso que poderia de outra forma ser usado para equipamentos de comunicação, sensores e outras cargas de missão.
A ARIA lançou, portanto, o projeto "Plataforma Atmosférica Persistente", na esperança de desenvolver um novo sistema de energia que permitiria que plataformas solares de alta altitude escapassem às restrições diurnas, noturnas e sazonais. A Prismatic, uma subsidiária da BAE Systems, usará o PHASA-35 como uma plataforma real de verificação de voo para desenvolver e testar a tecnologia terrestre de fornecimento de energia sem fio em fases ao longo dos próximos três anos e meio.
O princípio básico é construir uma estação de transmissão de energia dedicada a partir do solo para converter energia elétrica em feixes de microondas direcionais e enviar com precisão a energia para o PHASA-35 localizado em grandes altitudes. Um dispositivo receptor especial será integrado dentro da asa da aeronave para converter a energia de micro-ondas recebida em energia elétrica e então fornecê-la ao motor e ao sistema de bateria da aeronave.
Esta solução é obviamente diferente do carregamento sem fio no sentido tradicional. O drone não pousa no solo nem entra em contato com nenhum equipamento de carregamento. Em vez disso, continua a voar a uma altitude de dezenas de milhares de metros enquanto recebe energia de equipamentos terrestres de longa distância. Portanto, enquanto a estação terrestre puder continuar a fornecer energia ao local da aeronave, o PHASA-35 poderá continuar a voar mesmo que o sol tenha se posto.
Para drones movidos a energia solar de alta altitude, o maior significado desta tecnologia não é apenas estender o tempo de voo noturno, mas a possibilidade de realocar o orçamento de peso limitado da aeronave. Se as aeronaves não precisarem mais transportar baterias de grande capacidade que possam suportar longas noites de inverno, o peso das baterias poderá ser reduzido e o peso liberado poderá ser usado para adicionar equipamentos de comunicação, radar, sensores eletro-ópticos ou outras cargas úteis de missão.
A BAE Systems afirmou que o PHASA-35 já provou ser uma plataforma alternativa de satélite de baixo custo, e este projeto irá explorar ainda mais como fazer com que esta aeronave tenha uma capacidade de trabalho contínuo mais forte. O objetivo final é que as plataformas solares de alta altitude não sejam mais limitadas pela luz solar sazonal, alcançando assim uma implantação aérea de longo prazo durante todo o ano.
O PHASA-35 já completou vários testes de voo e durabilidade. A aeronave completou seu primeiro voo em 2020 e, desde então, passou por dezenas de horas de testes de resistência e verificação abrangente dos sensores que carrega. Ele foi projetado para operar na estratosfera por longos períodos de tempo e realizar tarefas que são difíceis de serem executadas economicamente pelos satélites tradicionais e algumas aeronaves tripuladas.
Se a tecnologia terrestre de fornecimento de energia por micro-ondas for finalmente comprovada, o escopo de aplicação desta aeronave poderá ser expandido ainda mais. Para missões de comunicação, a plataforma de alta altitude pode pairar sobre a área alvo durante um longo período de tempo para fornecer retransmissão de comunicação para áreas remotas; para missões de vigilância e observação da Terra, ele pode permanecer próximo a uma área fixa por um longo período sem a necessidade de pousar e recarregar com a mesma frequência que os drones comuns.
No entanto, o fornecimento de energia sem fio do solo para aeronaves de alta altitude ainda enfrenta muitos problemas técnicos, incluindo eficiência de transmissão de energia de microondas, controle de feixe de longa distância, peso do equipamento de recebimento de aeronaves, transmissão de energia sob condições climáticas complexas e segurança de voo. Um dos pontos centrais deste projeto é verificar se esta tecnologia pode funcionar de forma estável num ambiente atmosférico real através de demonstrações de voo reais.
O contrato da ARIA será avançado em três fases, com o objetivo final de que o PHASA-35 carregue um sistema completo para uma demonstração de voo abrangente. Se forem bem-sucedidos, os drones de alta altitude movidos a energia solar podem mudar de um modo operacional de "depender do sol durante o dia e de baterias à noite" para um sistema de energia para qualquer clima que "combina energia solar com fornecimento de energia sem fio baseado em terra".
Para o PHASA-35, isto significa que a sua maior fraqueza original - falta de luz solar à noite e no inverno - deverá ser resolvida através do fornecimento de energia a partir do solo. Para todo o campo HAPS, esta tecnologia pode permitir que aeronaves solares de alta altitude tenham verdadeiramente a capacidade de permanecer no ar durante todo o ano, formando uma nova plataforma entre aeronaves e satélites tradicionais em certas missões de comunicações, vigilância e observação da Terra.
Comentários