ESA tukee aurinkoenergialla suoritettavaa maailmanympärilentoa

Vuonna 1999 Piccard ja hänen perämiehensä Brian Jones olivat ensimmäiset ihmiset, jotka onnistuivat kiertämään maailman ympäri kuumailmapallolla ilman välilaskuja. Nyt Piccard on aloittanut Solar Impulse -projektin, jonka tarkoitus on lentää jälleen ympäri maailman, mutta tällä kertaa saasteettomalla aurinkoenergialla toimivalla lentokoneella.

Tämä kunnianhimoinen projekti esitellään tällä viikolla avattavassa 32. kansainvälisessä keksintöjen, uusien tekniikoiden ja tuotteiden näyttelyssä (‘32nd International Exhibition of Inventions, New Techniques and Products’) Genevessä, Sveitsissä.

Suunnitteilla oleva lentokone muistuttaa purjelentokonetta, mutta sen siipien väli on mammuttimaiset 70 metriä, mikä ylittää jopa Boeing 747:n siipien välin. Lentokone on kokonaan peitetty aurinkokennoilla ja siinä on todennäköisesti kaksi perään asennettua sähkömoottorikäyttöistä potkuria. Lentokone pystyy nousemaan ilmaan itsenäisesti ja kantamaan yöllä lennettäessä virtaa moottoreille antavat akut.

Projektissa on useita eri osa-alueita, joihin ESA voisi toimittaa huipputeknologiaansa. Niihin kuuluu esimerkiksi akut ja aurinkokennot, energianhallintajärjestelmät ja ultrakevyet rakenteet sekä valvontajärjestelmä lentäjän terveyden tarkkailemiseksi.

Taivas rajana kestävälle kehitykselle

Piccardin kumppanina Solar Impulse -projektissa on jälleen Brian Jones, joka jakoi viisi vuotta sitten Piccardin kanssa Breitling Orbiter 3 -ennätysheliumpallon pienen hytin. Tiimin projektipäälliköksi ja kolmanneksi lentäjäksi on palkattu insinööri ja lentäjä André Borschberg.

”Tällä kertaa haasteena on vaikuttaa ilmailun historiaan käyttämällä hyväksi uusia tekniikoita, jotka tyydyttävät aikakautemme kestävälle kehitykselle ja uusiutuvien energiamuotojen käytölle asettamat vaatimukset”, Piccard toteaa.

ESAn Teknologiansiirto-ohjelma (Technology Transfer Programme) antaa projektille teknistä tukea, kun taas Sveitsin valtion teknologiainstituutti EPFL (Swiss Federal Institute of Technology ) on projektin virallinen tieteellinen neuvonantaja.

”Satelliittiemme, kuten myös Piccardin lentokoneen, pääasiallinen energianlähde on aurinko,” sanoo ESAn Teknologiansiirto-ohjelman johtaja Pierre Brisson. ”Olemme kehittäneet maailman parhaimpiin kuuluvia aurinkokennoja sekä edistyksellisiä järjestelmiä energian varastointiin ja tehonhallintaan, jotka kaikki ovat avaintekniikoita avaruusaluksessamme. Ne ovat hyvä lähtökohta myös Piccardin projektille.”

EPFL-instituutti on juuri saanut päätökseen projektin esitutkimuksen, joka analysoi jo olemassa olevia tekniikoita. Yves Perriard, EPFL:n Integroidut toimilaitteet - laboratorion (Integrated Actuators Laboratory) johtaja ja yksi esitutkimuksen johtavista tiedemiehistä, vahvisti: ”Tiedämme, että on mahdollista luoda pelkästään aurinkoenergialla toimiva lentolaite.”

EPFL oli selkeä valinta tutkimuksen suorittajaksi. Instituutti suoritti termodynaamisen tutkimuksen Piccardin ja Jonesin vuonna 1999 onnistuneesti suorittamalle kuumailmapallolennolle ja on American Cupin viimekertaisen voittajan, sveitsiläisen Alinghi-purjehdustiimin, virallinen tieteellinen neuvonantaja.

100-prosenttisesti aurinkoenergiaa 10 km korkeudessa, ilmassa ympäri vuorokauden

Aurinkoenergialla toimivan Solar Impulse -lentokoneen on pysyttävä pilvien yläpuolella saadakseen kaiken mahdollisen auringonvalon. Tämä tarkoittaa 10 000 – 11 000 metrin korkeutta, jossa lämpötila on noin –55 °C.

Sen ohjaamon täytyy luultavasti olla paineistettu pidemmillä matkoilla, ja sen rakenne vaatii nykyaikaisten ultrakevyiden materiaalien käyttöä. Tärkein haaste on ison lentokoneen rakentaminen, jonka rakenne on hyvin kevyt, mutta joka voi kuitenkin kantaa yölennot mahdollistavia, riittävän suuria akkuja. Toisen suuren haasteen muodostavat sähkövarustukseen liittyvät vaatimukset - kuinka aurinkoenergiaa voidaan varastoida riittävästi päivän aikana, jotta lennon jatkaminen yön läpi on mahdollista.

Perriard toteaakin, että systeemin rakentaminen on ”jatkuvaa kamppailua kaikkia sähköjärjestelmän häiriöitä vastaan aurinkokennoista moottoriin.”

EPFL:n tutkimuksen mukaan nykyiset tavalliset litium-ioniakut tuottavat ainoastaan alle 200 wattituntia kiloa kohti (Wh/kg), mikä riittää juuri yksipaikkaiselle lentokoneelle, kun taas kaksipaikkainen ratkaisu vaatii vähintään 300 wattituntia per kilo tuottavan akun.

Tarkoituksena on suunnitella ja rakentaa ensimmäinen lentokoneen prototyyppi vuonna 2004-2005, jolloin ensimmäiset koelennot voisivat tapahtua vuonna 2006. Seuraavaksi olisi yölentojen vuoro vuonna 2007, jolloin lentojen pituun olisi ensin vähintään 36 tuntia, käsittäen yhden kokonaisen yön, mistä eteenpäin lentojen pituutta lisätään. Innovatiivisia ratkaisuja vaaditaan myös riittävän ruuan ja veden mukana kuljettamiseksi. Samalla koneen massaa täytyy kuitenkin pitää kurissa ja saada mahdollisimman alhaiseksi. Nämä ovatkin tuttuja ongelmia ESAn insinööreille heidän suunnitellessaan avaruuslentoja.

Milloin Solar Impulse lentää yhtäjaksoisesti maailman ympäri? ”Suunnitelmana on ylittää Atlantti vuonna 2008, ja lentää maailman ympäri etapeissa vuonna 2009”, André Borschberg sanoo. ”Se, milloin voimme suorittaa yhtäjaksoisen maailmanympärilennon, riippuu hyvin paljon siitä, miten nopeasti meillä on korkeamman energiatiheyden omaavia akkuja ... mikä ei varmaankaa ole ennen vuotta 2009.”

Når vil Solar Impulse fly verden rundt uten stopp? "Planen er å krysse Atlanteren i 2008 og fly verden rundt med mellomlandinger i 2009,” sier André Borschberg, "Å fly rundt uten stopp avhenger av hvor snart vi har batterier med høyere energitetthet, men ikke før 2009.”