Что может помешать летательному аппарату на солнечных батареях вечно оставаться в воздухе?

Самые распространенные поломки самолетов начинаются с: человеческой ошибки или механической неисправности . Где, конечно, механические поломки гораздо чаще случаются на движущихся частях.

У спутников очень мало движущихся частей: вы получаете пару серводвигателей для регулировки угла наклона вашего оборудования, такого как солнечные панели и антенны. Оба происходят в единицах полных оборотов в день. У вас также часто есть небольшие ракетные двигатели для корректировки курса спутников, но это ракетные двигатели, движущиеся части которых состоят примерно из одного клапана.

Однако в самолете у вас есть детали, которые движутся очень быстро, и жидкости всех видов (не только топливо, которое вам не нужно в самолете на солнечной энергии, но также смазочные материалы, гидравлика и т. д.), а также очень чувствительные механические датчики, -остановка операции имеет решающее значение для полета. Это все нужно осмотреть, проверить уровень масла, проверить гидравлику. И последнее, но не менее важное: погода в космосе довольно спокойная по сравнению с атмосферой. В зависимости от того, как высоко вы летите, вы встречаете облака, штормы, птиц, перепады температуры и т. д., что может увеличить износ вещей и потребовать обслуживания.

Я не уверен, что будет ограничивающим фактором, но я думаю, что либо какое-то оборудование не будет работать без обслуживания, либо вы получите какую-то механическую неисправность.

Помимо механических или человеческих факторов, другими ключевыми факторами будут погода и время года.

Погода повлияет даже на высоколетящие самолеты на солнечных батареях, потому что они снижаются (хотя и медленно) в течение ночного цикла. Кроме того, их конструкция требует очень тщательно управляемой зоны полета: нестабильная воздушная масса может легко разрушить самолет. Обратите внимание, что грозы, струйные течения и даже горные волны также могут достигать высоты полета в дневное время. Должен быть компромисс между тем, насколько высоко самолет может летать в разреженном воздухе, и размером, весом и хрупкостью полученной конструкции. Это подвергло бы воздушное судно потенциальному риску во время одного или нескольких этапов полета.

Сезон (в сочетании с положением самолета) повлияет на количество энергии, которую он может получить от солнца. В то время как БПЛА на солнечной энергии может хорошо работать в летние месяцы в северном полушарии, например, в зимние месяцы на нем может быть невозможно непрерывно летать. Поскольку большинство приложений зависят от местоположения и, как правило, над промышленно развитыми регионами, это исключает перемещение самолета к экватору или полет по синусоидальной схеме между двумя тропическими кругами.

В ваших механических предположениях также стоило бы учитывать ионизирующее солнечное излучение (которое может воздействовать на бортовой компьютер и чипы памяти) и более сильное ультрафиолетовое излучение, которое, вероятно, оказывает разрушающее воздействие на большинство материалов, используемых для создания самолета.

Наконец, просто упоминание о том, что резервирование может быть разумным подходом, когда есть запасная полезная нагрузка и/или энергия, но было бы менее желательным, когда и то, и другое в большом почете.

Один из них, о котором я могу думать, - это эффективность заряда / разряда батареи. чем больше циклов зарядки/разрядки применяется к батарее, тем менее эффективно батарея может удерживать заряд, вплоть до 70%. В конце концов, батареи необходимо заменить, прежде чем они разрядятся ночью.

Есть некоторые практические вопросы, которые влияют на этот вопрос.

У спутников высокая стоимость запуска, и обслуживание их в космосе тоже очень дорого. Таким образом, системы рассчитаны на экономичный срок службы, который определяется ожидаемой интенсивностью отказов всех систем и такими факторами, как скорость истощения RCS, используемой для обслуживания станций, и т. д. Таким образом, существует высокий экономический стимул для разработки систем, которые имеют долгая жизнь.

С БПЛА на солнечных батареях затраты намного ниже, и, конечно, стоимость запуска на пару величин или около того меньше. Стоимость обслуживания невелика, если самолет можно восстановить, обслуживать и перезапустить. Так что на самом деле нет большого экономического стимула для инвестиций в БАС, который может оставаться на станции в течение многих лет.

Так что, на мой взгляд, можно иметь БАС на солнечных батареях, которые будут работать очень долго, но мало экономических стимулов для разработки систем высокой надежности (возможно, включая резервирование), потому что стоимость извлечения и повторного запуска низка.

Одним из таких приложений для самолетов, подобных этому, является обеспечение передачи данных над городами или даже отдаленными районами, что-то вроде запуска точки доступа в воздухе.