Az űrügynökségek és a kereskedelmi repülőgép egyik fő célja manapság az űrkutatás kapcsolódó költségeinek csökkentése. A NASA-hoz hasonló ügynökségeket nemcsak a hasznos rakományok űrbe jutásának költségei (és az általa okozott szennyezés) jelentik.
Vannak még a légi közlekedés költségei (gazdasági és környezeti). A repülőgép-üzemanyag sem olcsó, és a kereskedelmi célú légi közlekedés az antropogén üvegházhatású gázok 4–9% -át teszi ki (és egyre növekszik). Ezért a NASA együttműködött a kereskedelmi iparral az elektromos repülőgépek kifejlesztésében, amelyek reményük szerint 2035-ig üzemanyag- és költséghatékony alternatívát kínálnak a kereskedelmi repülőgépek számára.
Ez jelentős kihívást jelent, mivel a működőképes elektromos repülőgépek létrehozásához sok elem meglehetősen nagy és nehéz. Különösen a NASA korszerű légijármű-programja (AAVP) keresi a könnyű és kompakt invertert - az elektromos rendszer egyik központi elemét, amely energiát szolgáltat az elektromos motor hajtásához.
A frekvenciaváltók kritikus jelentőségűek az elektronikus meghajtó rendszerek szempontjából, mivel átalakítják a motorra szerelt generátorok és a légcsavarok által hajtott váltakozó áramot (AC) a nagyfeszültségű egyenáramú (DC) teljesítményre. Sajnos az ilyen mennyiségű energia előállításához szükséges alkatrészek - generátorok, energiaátalakító elektronikák, motorok stb. - történelem során túl nagyok és nehézek voltak ahhoz, hogy beilleszkedjenek a repülőgépbe.
Ez valami gondot okoz, mivel a szükséges emeléshez szükséges energiamennyiség még nehezebb elektronikát igényel. Ezért vizsgálja a NASA az élvonalbeli anyagtudományt, hogy könnyebb és kisebb elektronikákat hozzon létre. Ebből a célból nemrégiben 12 millió dolláros szerződést írtak alá a General Electric-rel (GE), az egyik legmodernebb szilícium-karbid (SiC) technológia fejlesztésében a világ vezető vezetõjével.
Ezt a félvezető ásványt használják a magas hőmérsékletű, nagyfeszültségű elektronika gyártásához, és a GE azt reméli, hogy felhasználja a NASA által meghatározott méret-, teljesítmény- és hatékonysági követelmények teljesítéséhez. Ezek a specifikációk olyan invertert igényelnek, amely nem nagyobb, mint egy bőrönd, és képes megawatt (MWs) villamos energiát előállítani.
Ahogyan Jim Heidmann, a NASA fejlett légiközlekedési technológiai projekt igazgatója elmondta a NASA sajtóközleményében:
„A repülés történetében kritikus időben vagyunk, mert lehetősége van olyan rendszerek kifejlesztésére, amelyek csökkentik a költségeket, az energiafogyasztást és a zajt, miközben új piacokat és lehetőségeket nyitnak meg az amerikai vállalatok számára. Fontos, hogy együtt dolgozzunk az iparral és a tudományos élettel annak biztosítása érdekében, hogy megfelelő technológiák álljanak rendelkezésre a jövőbeli utasok és fuvarozók igényeinek kielégítéséhez. "
Egyszerűen fogalmazva: a megawatt óriási mennyiségű villamos energiát jelent, és az ilyen energia biztonságos kezelése nagy kihívás. Például a NASA
De az elektronika és a hibrid motor technológia területén az utóbbi években tett lépéseknek köszönhetően ezek a követelmények elérhetőek lehetnek. Mondta Amy Jankovsky, a NASA Glenn Kutatóközpontjának a hibrid gáz-elektromos meghajtás alprojekt vezetője:
„Az anyagok és az erőelektronika közelmúltbeli fejlődésével elkezdjük leküzdeni azokat a kihívásokat, amelyek az energiacsökkentő villamosítási koncepciók kidolgozásával szembesülnek, és ez a frekvenciaváltó munkája kritikus lépés az elektromos repülőgépek meghajtó erőfeszítéseink során. A GE-vel való partnerségünk kulcsa a repülési súly és a repülésre kész alkatrészek megalapozásához a megawatt osztályban a jövőbeni szállító repülőgépek számára. ”
A szilícium-karbid az anyag tulajdonságai miatt különösen ígéretes nagy teljesítményű repülési alkalmazásokra. Magas üzemi hőmérsékletet, nagyfeszültséget és nagy teljesítménykezelési képességet kínál. Ezek az előnyök lehetővé teszik a mérnökök számára, hogy kisebb méretű és könnyebb alkatrészeket tervezzenek, miközben növelik a teljesítményt.
"Alapvetően egy megawatt teljesítményt csomagolunk egy olyan kompakt bőrönd méretére, amely elegendő villamos energiát képes átalakítani ahhoz, hogy a hibrid-elektromos hajtóművek architektúráját lehetővé tegyék a kereskedelmi repülőgépek számára" - mondta Konrad Weeber, a GE Research villamosenergia-mérnöke. "Sikeresen felépítettünk és demonstráltunk földi szintű invertereket, amelyek megfelelnek az elektromos repülés teljesítményére, méretére és hatékonyságára vonatkozó követelményeknek."
Ezen elektromos rendszerek fejlesztése jelenleg zajlik a NASA Elektromos Repülőgép Testbedben (NEAT) Sanduskyban, Ohioban, amely korábban a NASA Glenn hiperszonikus alagútja volt. Az első a maga nemében, ez az újrakonfigurálható próbapad az elektromos repülőgépek energiaellátó rendszereinek megtervezésével, fejlesztésével, összeszerelésével és tesztelésével, amelyek mindent megtesznek a kétszemélyes repülőgépektől a 20 MW-os repülőgépekig.
Májusban a NEAT képes volt elvégezni az első megawatt méretű tesztet annak a hatalmas energiának köszönhetően, amelyhez a létesítmény hozzáfér. Ez és a nemrégiben aláírt partnerség a GE-vel nem sokkal azután, hogy a NASA újabb jövedelmező partnerséget hirdetett meg a GE-vel és két nagy repülésbiztonsági társasággal - a Boeing és az United Technologies Pratt & Whitney - hogy megvizsgálja a megawatt méretű repülési demonstrációk lehetséges előnyeit és kockázatait.
Amint Barb Esker, a NASA fejlett légijármű-programjának igazgatóhelyettese elmondta:
"A repülési demonstrációk a technológiafejlesztés fontos részét képezik, mivel mérnökeinknek és ipari partnereinknek lehetőséget kínálnak a kérdések kidolgozására és a koncepciók bizonyítására realisztikus környezetben, miközben foglalkoznak a repülés elektromos meghajtása előtt álló kihívásokkal."
Az éghajlatváltozás fenyegetése és az a tény között, hogy a világ népessége 2050-re várhatóan megközelíti a 10 milliárd dollárt, egyértelmű, hogy alternatív gyártási, energiatermelési és szállítási eszközöket kell kidolgozni. Jó tudni, hogy az elektromos és hibrid autók mellett várjuk az elektromos és hibrid repülőgépeket is.
