Aviones de largo alcance alimentados con energía solar
Solar Impulse es un proyecto suizo de avión experimental de largo alcance propulsado por energía solar , y también el nombre de los dos aviones operativos del proyecto. [1] El proyecto financiado de forma privada está dirigido por el ingeniero y empresario suizo André Borschberg y el psiquiatra y aeronauta suizo Bertrand Piccard , quienes copilotaron el Breitling Orbiter 3 , el primer globo en dar la vuelta al mundo sin escalas. [2] Los objetivos del proyecto Solar Impulse eran realizar la primera circunnavegación de la Tierra mediante un avión de ala fija tripulado utilizando solo energía solar y llamar la atención sobre las tecnologías limpias . [3]
El avión es un monoplano monoplaza propulsado por células fotovoltaicas ; es capaz de despegar por su propia energía. El prototipo, a menudo denominado Solar Impulse 1 , fue diseñado para permanecer en el aire hasta 36 horas. [4] Realizó su primer vuelo de prueba en diciembre de 2009. En julio de 2010, voló un ciclo solar diurno completo , incluidas casi nueve horas de vuelo nocturno, en un vuelo de 26 horas. [5] Piccard y Borschberg completaron con éxito vuelos con energía solar desde Suiza a España y luego a Marruecos en 2012, [6] y realizaron un vuelo de varias etapas a través de los EE. UU. en 2013. [7] [8]
Un segundo avión, completado en 2014 y llamado Solar Impulse 2 , lleva más células solares y motores más potentes, entre otras mejoras. El 9 de marzo de 2015, Piccard y Borschberg comenzaron a circunnavegar el mundo con Solar Impulse 2 , partiendo de Abu Dabi en los Emiratos Árabes Unidos. [9] El avión tenía previsto regresar a Abu Dabi en agosto de 2015 después de un viaje de varias etapas alrededor del mundo. [10] En junio de 2015, el avión había atravesado Asia, [11] y en julio de 2015, completó el tramo más largo de su viaje, desde Japón a Hawái. [12] Durante ese tramo, las baterías del avión sufrieron daños térmicos y tardaron meses en reemplazarse. [13]
Se instaló un sistema de enfriamiento de batería y Solar Impulse 2 reanudó la circunnavegación en abril de 2016, cuando voló a California. [14] [15] Continuó a través de los EE. UU. hasta llegar a la ciudad de Nueva York en junio de 2016. [16] Más tarde ese mes, la aeronave cruzó el Océano Atlántico hasta Sevilla , España. [17] Se detuvo en Egipto antes de regresar a Abu Dabi el 26 de julio de 2016, más de 16 meses después de su partida (506 días), completando la primera circunnavegación de la Tierra de aproximadamente 42 000 km (26 000 mi) por una aeronave de ala fija tripulada utilizando solo energía solar. [18] [19]
En 2019, el Solar Impulse 2 se vendió a Skydweller Aero, una empresa estadounidense-española que utiliza el fuselaje para desarrollar vehículos aéreos autónomos no tripulados capaces de volar de forma perpetua. [20] Planea utilizar el avión para investigación y desarrollo y pruebas de vuelo, después de lo cual el Solar Impulse 2 será devuelto para su exhibición permanente en el Museo Suizo de Transporte .
Desarrollo y financiación de proyectos
Bertrand Piccard inició el proyecto Solar Impulse en noviembre de 2003 después de realizar un estudio de viabilidad en colaboración con la Escuela Politécnica Federal de Lausana (EPFL) . [21] Como ingeniero mecánico, el cofundador André Borschberg dirigió la construcción de cada aeronave y supervisó la preparación de las misiones de vuelo. [22] En 2009, habían reunido un equipo multidisciplinario de 50 ingenieros y especialistas técnicos de seis países, asistidos por unos 100 asesores externos y 80 socios tecnológicos. [23] [24]
El proyecto está financiado por varias empresas privadas e individuos, además de recibir alrededor de 6 millones de CHF ( 6,4 millones de USD ) en fondos del gobierno suizo. [25] Los patrocinadores financieros privados del proyecto incluyen Omega SA , Solvay , Schindler , ABB [26] y Peter Diamandis . [27] La EPFL , la Agencia Espacial Europea y Dassault han proporcionado experiencia técnica, mientras que SunPower proporcionó las células fotovoltaicas de la aeronave. [28] [29]
Piccard afirmó que todo el proyecto desde sus inicios en 2003 hasta mediados de 2015 había costado 150 millones de euros. [30] Recaudó otros 20 millones de euros a finales de 2015 para continuar el vuelo alrededor del mundo. [31]
Cronología
2002: [32] Estudio de viabilidad en la École Polytechnique Fédérale de Lausanne
2004-2005: Desarrollo del concepto
2006: Simulación de vuelos de larga distancia
2006-09: Construcción del primer prototipo (HB-SIA; Solar Impulse 1 )
2011-13: Construcción del segundo prototipo (HB-SIB; Solar Impulse 2 )
2013: Vuelo continental sobre los EE. UU. con el Solar Impulse 1 [1] [7] [8]
2014: Primer vuelo del Solar Impulse 2
2015-2016: circunnavegación de la Tierra con Solar Impulse 2 , realizada en diecisiete etapas durante 16 meses y medio [19]
Impulso solar 1(HB-SIA)
Solar Impulse 1 – fuselaje y motoresSolar Impulse 1 – Estructura del ala
El primer avión Solar Impulse, registrado como HB-SIA, fue diseñado principalmente como un avión de demostración. Tiene una cabina no presurizada y un ala única con una envergadura similar a la del avión de pasajeros Airbus A340 . Bajo el ala hay cuatro góndolas , cada una con un conjunto de baterías de polímero de litio , un motor eléctrico de 7,5 kW (10 hp) y una hélice de dos palas. Para mantener el ala lo más ligera posible, se utilizó una estructura sándwich de panal de fibra de carbono personalizada. [34] 11.628 células fotovoltaicas en la superficie superior del ala y el estabilizador horizontal generan electricidad durante el día para alimentar los motores eléctricos y cargar las baterías, lo que permite el vuelo nocturno, lo que teóricamente permite que el avión monoplaza permanezca en el aire indefinidamente. [35] [36]
La principal limitación de diseño del avión es la capacidad de las baterías de polímero de litio. En un ciclo óptimo de 24 horas, los motores pueden entregar un promedio combinado de aproximadamente 6 kW (8 hp), aproximadamente la potencia utilizada por el Flyer de los hermanos Wright , el primer avión a motor exitoso, en 1903. [34] Además de la carga almacenada en sus baterías, el avión utiliza la energía potencial de la altura ganada durante el día para impulsar sus vuelos nocturnos. [37]
Presupuesto
Datos del Proyecto Solar Impulse [34] y Díaz [38]
Características generales
Tripulación: 1
Longitud: 21,85 m (71 pies 8 pulgadas)
Envergadura: 63,4 m (208 pies 0 pulgadas)
Altura: 6,40 m (21 pies 0 pulgadas)
Área del ala: 200 m2 ( 2200 pies cuadrados) cubiertos con 11.628 células fotovoltaicas con una potencia máxima de 45 kW
Capacidad de combustible: batería de iones de litio de 21 kW⋅h (76 MJ) Velocidad de despegue: 35 km/h (22 mph)
Planta motriz: 4 motores eléctricos de 7,5 kW (10 CV)
Hélices: 2 palas, 3,5 m (11 pies 0 pulgadas) de diámetro
Actuación
Velocidad de crucero: 70 km/h (43 mph, 38 nudos)
Resistencia: aproximadamente 36 horas
Techo de servicio: 8.500 m (27.900 pies) con una altitud máxima de 12.000 m (39.000 pies)
Historial operativo
Vuelo inaugural y otros vuelos tempranos
El Solar Impulse 1 durante su primer vuelo de prueba en Dübendorf el 3 de diciembre de 2009
El 26 de junio de 2009, el Solar Impulse 1 se presentó por primera vez al público en la base aérea de Dübendorf , Suiza. Después de las pruebas de rodaje, se realizó un vuelo de prueba de salto corto el 3 de diciembre de 2009, [39] pilotado por Markus Scherdel. [40] Borschberg, codirector del equipo del proyecto, dijo sobre el vuelo:
"Fue un día increíble. El avión voló unos 350 metros (1.150 pies) y aproximadamente 1 metro (3 pies 3 pulgadas) sobre el suelo... El objetivo no era llegar alto, sino aterrizar en la misma pista a una velocidad que permitiera probar su controlabilidad y obtener una primera sensación de sus características de vuelo... el aparato se comportó tal como los ingenieros habían esperado. Es el final de la fase de ingeniería y el comienzo de la fase de pruebas de vuelo". [40]
El 7 de abril de 2010, el avión realizó un vuelo de prueba de 87 minutos, pilotado por Markus Scherdel. Este vuelo alcanzó una altitud de 1.200 m (3.937 pies). [41] [42] El 28 de mayo de 2010, el avión realizó su primer vuelo propulsado completamente por energía solar, cargando sus baterías en vuelo. [43]
Primer vuelo nocturno
El 8 de julio de 2010, el Solar Impulse 1 logró el primer vuelo tripulado de 26 horas con energía solar del mundo. [44] [45] [46] El avión fue pilotado por Borschberg y despegó a las 06:51 hora de verano de Europa Central (UTC+2) el 7 de julio desde la base aérea de Payerne , Suiza. Regresó para aterrizar a la mañana siguiente a las 09:00 hora local. [47] Durante el vuelo, el avión alcanzó una altitud máxima de 8700 m (28 500 pies). [48] En ese momento, el vuelo fue el más largo y más alto jamás realizado por un avión tripulado con energía solar; estos récords fueron reconocidos oficialmente por la Fédération Aéronautique Internationale (FAI) en octubre de 2010. [49] [50]
El 13 de mayo de 2011 a las 21:30 hora local, el avión aterrizó en el aeropuerto de Bruselas , después de completar un vuelo de 13 horas desde su base de origen en Suiza. Fue el primer vuelo internacional del Solar Impulse, que voló a una altitud media de 1.800 m (6.000 pies) durante una distancia de 630 km (391 mi), con una velocidad media de 50 km/h (31 mph). La baja velocidad de crucero del avión requería operar a una altitud media, lo que permitía que el tráfico aéreo pasara a su alrededor mucho más rápido. [51] El avión estaba pilotado por Borschberg. El otro cofundador del proyecto, Piccard, dijo en una entrevista después del aterrizaje: "Nuestro objetivo es crear una revolución en las mentes de las personas... promover las energías solares, no necesariamente una revolución en la aviación". [52] [53]
El 12 de junio de 2011 se intentó un segundo vuelo internacional al Salón Aeronáutico de París , pero el avión dio la vuelta y regresó a Bruselas debido a las condiciones meteorológicas adversas. [54] En un segundo intento el 14 de junio, Borschberg aterrizó con éxito el avión en el aeropuerto Le Bourget de París después de un vuelo de 16 horas. [55]
Primer vuelo intercontinental (2012)
El 5 de junio de 2012, el Solar Impulse completó con éxito su primer vuelo intercontinental, un viaje de 19 horas desde Madrid , España, a Rabat , Marruecos. [6] Durante la primera etapa del vuelo desde la base aérea de Payerne a Madrid, el avión rompió varios récords más para vuelos solares, incluido el vuelo con energía solar más largo entre puntos de referencia predeclarados (1099,3 km o 683 mi) y a lo largo de un curso (1116 km o 693 mi). [56]
Cada tramo de vuelo duró entre 14 y 22 horas. [7] [61] El segundo tramo del viaje del avión el 23 de mayo a Dallas-Fort Worth cubrió 1.541 kilómetros (958 millas) y estableció varios nuevos récords mundiales de distancia en la aviación solar. [62] El Solar Impulse 1 fue colocado en exhibición pública en JFK después de su aterrizaje. En agosto de 2013, fue desmontado y luego transportado a través de un Cargolux B-747-400F a la Base Aérea de Dübendorf , donde fue almacenado en un hangar.
Ruta detallada
Fuente: [63]
Aeronaves en exhibición
En marzo de 2015, el avión fue transportado en camión a París para formar parte de la exposición permanente de la Cité des Sciences et de l'Industrie . [65]
La construcción del segundo avión, conocido como Solar Impulse 2 , que lleva la matrícula suiza HB-SIB, comenzó en 2011. La finalización estaba prevista inicialmente para 2013, con una circunnavegación del globo de 25 días prevista para 2014. Se produjo un fallo estructural en el larguero principal del avión durante las pruebas estáticas en julio de 2012, lo que provocó retrasos en el programa de pruebas de vuelo para permitir las reparaciones. El primer vuelo del Solar Impulse 2 tuvo lugar en la base aérea de Payerne el 2 de junio de 2014. [66]
Diseño
La envergadura del Solar Impulse 2 es de 71,9 m (236 pies), ligeramente menos que la de un Airbus A380 , el avión de pasajeros más grande del mundo , [38] pero comparado con el A380 de 500 toneladas, [67] el Solar Impulse de fibra de carbono pesa solo alrededor de 2,3 toneladas (5100 libras), poco más que un SUV promedio . [68] Cuenta con una cabina no presurizada de 3,8 metros cúbicos (130 pies cúbicos) de tamaño [69] y aviónica avanzada , incluida la funcionalidad limitada de un piloto automático que permite al piloto dormir hasta 20 minutos a la vez, [70] lo que permite vuelos transcontinentales y transoceánicos de varios días. [23] El oxígeno suplementario y varios otros sistemas de soporte ambiental permiten al piloto volar hasta una altitud de 12 000 metros (39 000 pies). [38]
Área del ala: 17.248 células solares fotovoltaicas cubren la parte superior de las alas, el fuselaje y el plano de cola para un área total de 269,5 m2 ( 2.901 pies cuadrados) (clasificada a 66 kW pico)
Velocidad de crucero: 90 km/h (56 mph, 49 kn) 60 km/h (37 mph) de noche para ahorrar energía
Techo de servicio: 8.500 m (27.900 pies) con una altitud máxima de 12.000 m (39.000 pies)
Historial operativo
El Solar Impulse 2 se exhibió públicamente por primera vez el 9 de abril de 2014. [24] Su vuelo inaugural tuvo lugar el 2 de junio de 2014, pilotado por Markus Scherdel. [71] La aeronave alcanzó una velocidad terrestre promedio de 30 nudos (56 km/h) y alcanzó una altitud de 1700 metros (5500 pies). [72] El primer vuelo nocturno se completó el 26 de octubre de 2014, y la aeronave alcanzó su altitud máxima durante un vuelo el 28 de octubre de 2014.
Circunnavegación de la Tierra 2015-16
Ruta de circunnavegación del Solar Impulse 2 .
Los trabajos de reparación del larguero principal del avión retrasaron la circunnavegación de la Tierra del Solar Impulse 2 de 2012 a 2015. [ 73 ] El avión fue entregado a la ciudad de Masdar en Abu Dabi para la Cumbre Mundial de Energía del Futuro a fines de enero de 2015, [74] y comenzó el viaje desde el Aeropuerto Ejecutivo Al Bateen el 9 de marzo de 2015. [9] [75] Estaba programado que regresara al mismo lugar en agosto de 2015. [10] [76] Se estableció un centro de control de misión para la circunnavegación en Mónaco , utilizando enlaces satelitales para recopilar telemetría de vuelo en tiempo real y permanecer en contacto constante con la aeronave y el equipo de apoyo. [77] La ruta seguida por el Solar Impulse 2 fue completamente en el hemisferio norte . Salió de Abu Dabi, luego se dirigió al este hacia las cercanías de Omán y la India. [76] [78] Originalmente se planearon doce paradas a lo largo de la ruta, con los pilotos Borschberg y Piccard alternándose; En cada parada, la tripulación esperaba buenas condiciones meteorológicas a lo largo del siguiente tramo de la ruta. [79] Durante la mayor parte de su tiempo en el aire, Solar Impulse 2 navegó a una velocidad terrestre de entre 50 y 100 kilómetros por hora (31 y 62 mph), generalmente en el extremo más lento de ese rango por la noche para ahorrar energía. Los tramos del vuelo que cruzaban los océanos Pacífico y Atlántico eran las etapas más largas de la circunnavegación, y duraban hasta cinco días y noches. [10] [80] En los vuelos de varios días, los pilotos tomaban siestas de 20 minutos y usaban yoga u otros ejercicios para promover el flujo sanguíneo y mantenerse alerta. [69]
Solar Impulse 2 en su hangar de Hawái, 2016
A finales de mayo de 2015, el avión había atravesado Asia. [81] Hizo una parada no programada en Japón para esperar un clima favorable en el Pacífico, aumentando el número esperado de tramos del viaje a 13. [11] [82] El avión comenzó el vuelo desde Japón a Hawái el 28 de junio de 2015 (29 de junio, hora local de Japón). [83] Con Borschberg en la cabina, llegó a Hawái el 3 de julio, estableciendo nuevos récords para el vuelo con energía solar más largo del mundo tanto en tiempo (117 horas, 52 minutos) como en distancia (7212 km; 4481 mi). La duración del vuelo también fue un récord para el vuelo en solitario más largo , por tiempo, para cualquier aeronave. [12] [84] [85] Durante ese tramo, las baterías del avión se dañaron por sobrecalentamiento porque estaban empaquetadas en demasiado aislamiento. Se tuvieron que pedir nuevas piezas y, como era tarde en la temporada y los días se acortaban en el hemisferio norte, el avión quedó en tierra en Hawái. El Departamento de Transporte de los EE. UU. almacenó el avión en un hangar en el aeropuerto de Kalaeloa en Oahu . [86] [87]
Se fabricaron e instalaron nuevas baterías en el avión. Los vuelos de prueba comenzaron en febrero de 2016 [88] para preparar la reanudación de la circunnavegación una vez que los días del hemisferio norte se alargaran lo suficiente como para permitir vuelos de varios días con energía solar. [13] [31] Se abrió una ventana meteorológica favorable en abril de 2016 y el avión reanudó su viaje, [14] [89] aterrizando en Moffett Field , en California, el 23 de abril. [15] Durante ese vuelo, Piccard, a través de un enlace de video en vivo, habló con Ban Ki-moon y Doris Leuthard ante la Asamblea General de las Naciones Unidas , desde la cabina del Solar Impulse 2 , comentando la histórica firma de ese día del Acuerdo de París y discutiendo cómo el uso de tecnologías limpias puede crear empleos y combatir el calentamiento global . [90] Se agregaron tramos adicionales del vuelo en los EE. UU. Cuando Solar Impulse 2 voló a Phoenix, Arizona, [91] [92] Tulsa, Oklahoma , [93] Dayton, Ohio , [94] Lehigh Valley , Pensilvania [95] y la ciudad de Nueva York, llegando allí el 11 de junio de 2016. [16]
Piccard pilotó la aeronave a través del Océano Atlántico, llegando a Sevilla , España, el 23 de junio. [17] La aeronave luego se detuvo en El Cairo ., Egipto, el 13 de julio, [18] y aterrizó en Abu Dhabi el 26 de julio, completando el viaje alrededor del mundo en un total de 17 etapas y 16 meses y medio; fue la primera circunnavegación de la Tierra realizada por un avión de ala fija pilotado utilizando únicamente energía solar. [19]
Ruta detallada
Notas:
^N1 — La séptima etapa estaba prevista como un vuelo de 144 horas desde Nanjing , China, hasta Hawái (4931 millas náuticas o 9132 km). El empeoramiento del clima obligó a desviarse a Nagoya , Japón. [11]
Venta post vuelo
En septiembre de 2019, el avión Solar Impulse 2 fue vendido a Skydweller, una empresa hispanoamericana que está desarrollando vehículos aéreos autónomos no tripulados capaces de volar de forma continua y "llevar radar, óptica electrónica, dispositivos de telecomunicaciones, sistemas de escucha e interceptación telefónica". [115] Como parte de esta venta, el avión Solar Impulse 2 fue transferido de Suiza a España, aunque una vez que Skydweller complete sus vuelos de investigación y desarrollo, el Solar Impulse 2 será transferido de regreso a Suiza para su exhibición permanente en el Museo Suizo de Transporte . [116] [117]
En febrero de 2023, Skydweller Aero había realizado su primer vuelo autónomo en España antes de transferir el avión al sur de Mississippi en 2024, donde realizó el primer vuelo autónomo sin tripulación del mundo de un avión solar. [118] La compañía tiene la intención de construir una flota de aviones para operar durante todo el año en latitudes entre Miami (26° N) y Río de Janeiro (23° S). [119] . Estas aeronaves, no tripuladas y autónomas, podrán realizar misiones militares y tareas comerciales inalcanzables para las aeronaves tripuladas y a un coste mucho menor que los satélites. [120]
Skydweller pretende volar un avión sin escalas alrededor del mundo en los próximos años. [121]
Honores
En 2015, Swissmint emitió una moneda conmemorativa especial en anticipación de la misión de circunnavegación de la Tierra. [122]
En 2016, Swiss Post editó un sello especial para honrar el logro de Solar Impulse 2. [ 123]
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