ESA-Hilfe für Erdumrundung in solarbetriebenem Flugzeug
Die ESA wird die Erdumrundung des Abenteurers Bertrand Piccard in einem einsitzigen solarbetriebenen Flugzeug mit modernsten Technologien unterstützen. Damit soll der Weg zum emissionsfreien Flug der Zukunft aufgezeigt werden.
1999 führten Piccard und sein Kopilot Brian Jones den ersten Nonstop-Ballonflug um die Erde durch. Piccard hat nunmehr das Projekt Solar Impulse initiiert. Dabei geht es wieder um einen Flug um die Erde, diesmal jedoch in einem emissionsfreien, solarbetriebenen Flugzeug.
Dieses anspruchsvolle Projekt wird erstmalig auf der „32. Internationalen Messe für Erfindungen, Neue Techniken und Produkte“ vorgestellt, die heute in Genf eröffnet wird.
Der Entwurf ähnelt einem Segelflugzeug, jedoch mit der gigantischen Spannweite von 70 Metern, mehr als die einer Boeing 747. Das Flugzeug wird vollständig mit Solarzellen bedeckt sein und wahrscheinlich von zwei Heckpropellern angetrieben werden. Es wird eigenständig starten können und die für den Nachtflug nötigen Batterien mitführen.
Mehrere Bereiche, in denen die ESA Hochtechnologien zur Verfügung stellen könnte, wurden bereits identifiziert: Batterien und Solarzellen, Energiemanagementsysteme, ultraleichte Verbundwerkstoffe für die Flugzeugstruktur sowie Systeme zur gesundheitlichen Überwachung des Piloten.
Nachhaltige Entwicklung auch in der Luft
In das Solar Impulse Team holte Piccard wieder Brian Jones, seinen Kopiloten beim Rekordflug des Breitling Orbiter 3 Ballons vor fünf Jahren. Als Projektmanager und dritten Piloten des Teams berief er den Ingenieur und Piloten André Borschberg.
„Dieses Mal liegt die Herausforderung darin, die Geschichte der Luftfahrt durch den Einsatz neuer Technologien zu beeinflussen, die im Einklang mit den heutigen Forderungen nach nachhaltiger Entwicklung und einer ausschließlichen Verwendung erneuerbarer Energien stehen“, erklärt Piccard.
Das ESA-Technologie-Transfer-Programm leistet die technische Unterstützung, während die Eidgenössische Technische Hochschule Lausanne (EPFL) die „Offizielle Wissenschaftliche Beraterin“ des Projektes ist.
„Genau wie bei Piccards Flugzeug ist die Sonne Hauptenergiequelle für unsere Satelliten“, sagt Pierre Brisson, Leiter des ESA-Technologie-Transfer-Programms. “Wir haben einige der weltbesten Solarzellen sowie hochmoderne Energiespeicher- und Leistungssteuerungssysteme entwickelt. Diese Schlüsseltechnologien für unsere Raumfahrzeuge sind ein guter Startpunkt für Piccards Unternehmung.“
Die EPFL hat soeben eine Machbarkeitsstudie für das Projekt abgeschlossen, bei der existierende Technologien analysiert wurden. Yves Perriard, Direktor des EPFL-Labors für Integrierte Stellantriebe und einer der leitenden Wissenschaftler der Studie bestätigt: „Wir wissen, dass es möglich ist, eine Struktur zu entwickeln, die vollständig von der Sonne angetrieben wird.“ Die EPFL war aus guten Gründen für diese Studie gewählt worden. Das Institut führte die thermodynamischen Untersuchungen für den erfolgreichen 1999er Ballonflug von Piccard und Jones durch und ist offizieller wissenschaftlicher Berater des Schweizer Alinghi-Segelteams, das z.Zt. im Besitz des American Cup ist.
100% solarbetriebener Rund-um-die-Uhr-Flug in 10km Höhe
Das solarbetriebene Solar Impulse-Flugzeug muss über den Wolken bleiben, um das gesamte verfügbare Sonnenlicht einzufangen, in einer Höhe von 10000 bis 11000 Metern bei Temperaturen von etwa –55 ˚C.
Im Cockpit wird für längere Flüge wohl ein Druckausgleich nötig sein. Für die Bauteile werden die neuesten Technologien ultraleichter Werkstoffe zur Anwendung kommen müssen. Die größte Herausforderung ist es, das riesige Flugzeug mit einer sehr leichten Struktur zu bauen, die genug Batterien für den Nachtflug tragen kann. Die elektrischen Anforderungen stellen die Ingenieure vor ein weiteres Schlüsselproblem – wie kann tagsüber ausreichend Sonnenenergie für den nächtlichen Weiterflug gespeichert werden?
Perriard erklärt: „Es ist ein regelrechter Krieg gegen alle Verluste im Antriebssystem – von den Solarzellen bis hin zu den Motoren.“
Die EPFL-Studie besagt, dass die heute marktgängigen Lithiumbatterien etwas weniger als 200 Wattstunden pro Kilogramm (Wh/kg) liefern – genug um ein einsitziges Flugzeug anzutreiben. Ein Zweisitzer würde hingegen mindestens 300 Wh/kg benötigen.
Der Zeitplan sieht die Entwicklung und Fertigung des ersten Prototypen von 2004 bis 2005 und erste Testflüge für 2006 vor. Anschließend sollen 2007 Nachtflüge durchgeführt werden, zunächst mindestens 36 Stunden einschließlich einer vollen Nacht. Danach werden die Flugstrecken verlängert werden. Innovative Lösungen werden nötig sein, um die erforderlichen Lebensmittel und Wasser mitzuführen und gleichzeitig das Gewicht auf ein Minimum zu senken. Das alles sind sehr bekannte Probleme für ESA-Ingenieure, die Raumflugmissionen entwickeln.
Wann wird Solar Impulse nonstop um die Welt fliegen? „Die Atlantiküberquerung ist für 2008 und die Erdumrundung mit Zwischenstopps für 2009 geplant“, so André Borschberg. „Eine Nonstop-Umrundung wird vor allem dann möglich werden, wenn es Batterien mit höheren Energiedichten gibt, jedoch nicht vor 2009.“
