Aviones de largo alcance propulsados por energía solar
Solar Impulse es un proyecto suizo de aviones experimentales de largo alcance propulsados por energía solar , y también el nombre de los dos aviones operativos del proyecto. [1] El proyecto, financiado con financiación privada, está dirigido por el ingeniero y empresario suizo André Borschberg y el psiquiatra y aeronáutico suizo Bertrand Piccard , que copilotó el Breitling Orbiter 3 , el primer globo que dio la vuelta al mundo sin escalas. [2] Los objetivos del proyecto Solar Impulse eran realizar la primera circunnavegación de la Tierra con un avión pilotado utilizando únicamente 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 sus propios medios. 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, terminado en 2014 y denominado 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 dar la vuelta al mundo con el Solar Impulse 2 , partiendo de Abu Dhabi, en los Emiratos Árabes Unidos. [9] Estaba previsto que el avión regresara a Abu Dhabi 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 Hawaii. [12] Durante ese tramo, las baterías del avión sufrieron daños térmicos y tardaron meses en reemplazarse. [13] Se instaló un sistema de refrigeración de la batería y el Solar Impulse 2 reanudó la circunnavegación en abril de 2016, cuando voló hacia 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, el avión cruzó el Océano Atlántico hacia la ciudad de Sevilla . [17] Se detuvo en Egipto [18] antes de regresar a Abu Dhabi 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 kilómetros (26.000 millas) por un avión pilotado de ala fija que utiliza únicamente energía solar. [19]
En 2019 el Solar Impulse 2 fue vendido a Skydweller, una empresa hispanoamericana que está desarrollando vehículos aéreos autónomos no tripulados capaces de realizar vuelos continuos. Tiene previsto utilizar el avión para vuelos de investigación y desarrollo, tras lo cual está previsto que el Solar Impulse 2 esté en exposición permanente en el Museo Suizo del Transporte .
Desarrollo y financiación de proyectos.
Bertrand Piccard inició el proyecto Solar Impulse en noviembre de 2003 tras realizar un estudio de viabilidad en colaboración con la Escuela Politécnica Federal de Lausana (EPFL) . [20] Como ingeniero mecánico, el cofundador André Borschberg dirigió la construcción de cada avión y supervisa la preparación de las misiones de vuelo. [21] En 2009, habían reunido un equipo multidisciplinario de 50 ingenieros y especialistas técnicos de seis países, asistidos por alrededor de 100 asesores externos y 80 socios tecnológicos. [22] [23]
El proyecto está financiado por varias empresas privadas y particulares, además de recibir alrededor de 6 millones de francos suizos ( 6,4 millones de dólares estadounidenses ) de financiación del gobierno suizo. [24] Entre los financiadores privados del proyecto se encuentran Omega SA , Solvay , Schindler , ABB [25] y Peter Diamandis . [26] La EPFL , la Agencia Espacial Europea y Dassault aportaron conocimientos técnicos, mientras que SunPower proporcionó las células fotovoltaicas del avión. [27] [28]
Piccard afirmó que todo el proyecto desde sus inicios en 2003 hasta mediados de 2015 había costado 150 millones de euros. [29] A finales de 2015 recaudó otros 20 millones de euros para continuar la vuelta al mundo. [30]
Línea de tiempo
2002: [31] 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 )
2009: primer vuelo del Solar Impulse 1
2009-2011: vuelos de prueba tripulados [32]
2011-2012: más vuelos de prueba a través de Europa y el norte de África
2011-13: Construcción del segundo prototipo (HB-SIB; Solar Impulse 2 )
2013: Vuelo continental a través de EE. UU. del Solar Impulse 1 [1] [7] [8]
2014: primer vuelo del Solar Impulse 2
2015-2016: Circunnavegación de la Tierra mediante 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 avión de demostración. Tiene una cabina no presurizada y un ala única con una envergadura similar a la del avión de pasajeros Airbus A340 . Debajo del ala hay cuatro góndolas , cada una con un juego de baterías de polímero de litio , un motor eléctrico de 7,5 kW (10 CV) y una hélice de dos palas. Para mantener el ala lo más ligera posible, se utilizó una estructura tipo sándwich de fibra de carbono personalizada. [33] 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 que permiten el vuelo nocturno, lo que teóricamente permite que el avión monoplaza permanezca en el aire indefinidamente. [34] [35]
La principal limitación de diseño del avión es la capacidad de las baterías de polímero de litio. Durante 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 propulsado exitoso, en 1903. [33] Además de A partir 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. [36]
Especificaciones
Datos de Solar Impulse Project [33] y Diaz [37]
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 m 2 (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 hp)
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)
Historia operativa
Vuelo inaugural y otros vuelos tempranos
Solar Impulse 1 durante su primer vuelo de prueba "flea hop" 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. Tras las pruebas de rodaje, el 3 de diciembre de 2009 se realizó un vuelo de prueba de salto corto [38] pilotado por Markus Scherdel. [39] 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 para probar su controlabilidad y tener una primera sensación de sus características de vuelo... la nave se comportó tal como esperaban los ingenieros. Es el final de la fase de ingeniería y el comienzo de la fase de pruebas de vuelo". [39]
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). [40] [41] El 28 de mayo de 2010, el avión realizó su primer vuelo propulsado íntegramente por energía solar, cargando sus baterías en vuelo. [42]
Primer vuelo nocturno
El 8 de julio de 2010, Solar Impulse 1 logró el primer vuelo tripulado de 26 horas del mundo con energía solar. [43] [44] [45] 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. [46] Durante el vuelo, el avión alcanzó una altitud máxima de 8.700 m (28.500 pies). [47] En ese momento, el vuelo fue el más largo y 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. [48] [49]
El 13 de mayo de 2011 a las 21:30 hora local, el avión aterrizó en el aeropuerto de Bruselas , tras completar un vuelo de 13 horas desde su base en Suiza. Fue el primer vuelo internacional del Solar Impulse, que voló a una altitud promedio de 1.800 m (6.000 pies) para una distancia de 630 km (391 millas), con una velocidad promedio de 50 km/h (31 mph). La lenta velocidad de crucero del avión requería operar a media altitud, lo que permitía desviar un tráfico aéreo mucho más rápido a su alrededor. [50] El avión fue pilotado por Borschberg. El otro cofundador del proyecto, Piccard, dijo en una entrevista después del aterrizaje: "Nuestro objetivo es crear una revolución en la mente de la gente... promover la energía solar, no necesariamente una revolución en la aviación". [51] [52]
El 12 de junio de 2011 se intentó realizar un segundo vuelo internacional al Salón Aeronáutico de París , pero el avión dio media vuelta y regresó a Bruselas debido a las condiciones meteorológicas adversas. [53] 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. [54]
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 el primer tramo del vuelo desde la base aérea de Payerne a Madrid, el avión batió varios récords más de vuelo solar, incluido el vuelo más largo con energía solar entre puntos de referencia previamente declarados (1.099,3 km o 683 millas) y a lo largo de un rumbo. (1.116 kilómetros o 693 millas). [55]
Cada tramo de vuelo duró entre 14 y 22 horas. [7] [60] La segunda etapa de su 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 aviación solar. [61] Solar Impulse 1 se exhibió públicamente en el aeropuerto JFK después de su aterrizaje. En agosto de 2013, fue desmontado y luego transportado en un Cargolux B-747-400F a la base aérea de Dübendorf , donde fue almacenado en un hangar.
Ruta detallada
Fuente: [62]
Aviones en exhibición
En marzo de 2015, el avión fue transportado en camión a París para formar parte de la exposición permanente en la Cité des Sciences et de l'Industrie . [64]
En 2011 comenzó la construcción del segundo avión, conocido como Solar Impulse 2 , que lleva la matrícula suiza HB-SIB. La finalización se planeó inicialmente para 2013, con una circunnavegación del mundo de 25 días planificada para 2014. Se produjo una falla estructural en el larguero principal de la aeronave durante las pruebas estáticas en julio de 2012, lo que provocó retrasos en el programa de pruebas de vuelo para permitir reparaciones. El primer vuelo del Solar Impulse 2 tuvo lugar en la base aérea de Payerne el 2 de junio de 2014. [65]
Diseño
La envergadura del Solar Impulse 2 es de 71,9 m (236 pies), ligeramente menor que la de un Airbus A380 , el avión de pasajeros más grande del mundo , [37] pero en comparación con el A380 de 500 toneladas, [66] el Solar Impulse de fibra de carbono Pesa sólo alrededor de 2,3 toneladas (5100 libras), poco más que un SUV promedio . [67] Cuenta con una cabina no presurizada de 3,8 metros cúbicos (130 pies cúbicos) de tamaño [68] y aviónica avanzada , incluida la funcionalidad limitada de un piloto automático que permite al piloto dormir hasta 20 minutos a la vez, [69 ] permitiendo vuelos transcontinentales y transoceánicos de varios días. [22] El oxígeno suplementario y varios otros sistemas de apoyo ambiental permiten al piloto navegar hasta una altitud de 12.000 metros (39.000 pies). [37]
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 m 2 (2901 pies cuadrados) (con una potencia máxima de 66 kW)
Velocidad de crucero: 90 km/h (56 mph, 49 nudos) 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)
Historia operativa
Solar Impulse 2 se mostró públicamente por primera vez el 9 de abril de 2014. [23] Su vuelo inaugural tuvo lugar el 2 de junio de 2014, pilotado por Markus Scherdel. [70] El avión promedió una velocidad terrestre de 30 nudos (56 km/h) y alcanzó una altitud de 1.700 metros (5.500 pies). [71] El primer vuelo nocturno se completó el 26 de octubre de 2014 y el avión alcanzó su altitud máxima durante un vuelo el 28 de octubre de 2014.
2015-16 circunnavegación de la Tierra
Ruta de circunnavegación del Solar Impulse 2 .
El trabajo de reparación del larguero principal del avión retrasó la circunnavegación de la Tierra del Solar Impulse 2 de 2012 a 2015. [72] El avión fue entregado a la ciudad de Masdar en Abu Dhabi para la Cumbre Mundial sobre la Energía del Futuro a finales de enero de 2015, [73] e inició el viaje desde el Aeropuerto Ejecutivo Al Bateen el 9 de marzo de 2015. [9] [74] Estaba previsto que regresara al mismo lugar en agosto de 2015. [10] [75] 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 soporte. [76] La ruta seguida por Solar Impulse 2 fue íntegramente en el hemisferio norte . Salió de Abu Dhabi y luego se dirigió hacia el este, hacia las cercanas Omán y la India. [75] [77] 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 climáticas para el siguiente tramo de la ruta. [78] 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 durante la noche para ahorrar energía. Los tramos del vuelo que cruzaron los océanos Pacífico y Atlántico fueron las etapas más largas de la circunnavegación y duraron hasta cinco días y cinco noches. [10] [79] En vuelos de varios días, los pilotos tomaban siestas de 20 minutos y utilizaban yoga u otros ejercicios para promover el flujo sanguíneo y mantener el estado de alerta. [68]
Solar Impulse 2 en su hangar de Hawaii, 2016
A finales de mayo de 2015, el avión había atravesado Asia. [80] Hizo una escala no programada en Japón para esperar un clima favorable sobre el Pacífico, aumentando el número esperado de tramos del viaje a 13. [11] [81] El avión inició el vuelo de Japón a Hawaii el 28 de junio de 2015 ( 29 de junio, hora local de Japón). [82] 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 (7.212 km; 4.481 millas). La duración del vuelo también fue un récord para el vuelo en solitario más largo , por tiempo, para cualquier avión. [12] [83] [84] Durante ese tramo, las baterías del avión resultaron dañadas por sobrecalentamiento porque estaban empaquetadas con demasiado aislamiento. Hubo que pedir piezas nuevas y, como ya era tarde en la temporada y los días se acortaban en el hemisferio norte, el avión quedó en tierra en Hawaii. El Departamento de Transporte de Estados Unidos almacenó el avión en un hangar del aeropuerto de Kalaeloa en Oahu . [85] [86]
Se fabricaron e instalaron nuevas baterías en el avión. Los vuelos de prueba comenzaron en febrero de 2016 [87] 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] [30] Se abrió una ventana de clima favorable en abril de 2016, y el avión reanudó su viaje, [14] [88] aterrizando en Moffett Field , en California, el 23 de abril. [15] Durante ese vuelo, Piccard, a través de un videoenlace 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 del Acuerdo de París ese día. y discutir cómo el uso de tecnologías limpias puede crear empleos y combatir el calentamiento global . [89] Se agregaron tramos adicionales del vuelo en los EE. UU. cuando Solar Impulse 2 voló a Phoenix, Arizona, [90] [91] Tulsa, Oklahoma , [92] Dayton, Ohio , [93] Lehigh Valley , Pensilvania [94] y la ciudad de Nueva York, llegando allí el 11 de junio de 2016. [16]
Piccard pilotó el avión a través del Océano Atlántico y llegó a Sevilla , España, el 23 de junio. [17] El avión se detuvo a continuación 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 pilotado de ala fija utilizando únicamente energía solar. [19]
Ruta detallada
Notas:
^ N1 : la etapa 7 se planeó como un vuelo de 144 horas desde Nanjing , China a Hawaii (4.931 millas náuticas o 9.132 km). El deterioro del tiempo obligó a un desvío 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 realizar vuelos continuos y "portar radares, ópticas electrónicas, dispositivos de telecomunicaciones, sistemas de escucha telefónica y de interceptación". [114] 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 . [115] [116]
En febrero de 2023, Skydweller Aero había realizado su primer vuelo autónomo y planeaba tener un avión de producción operativo para 2024; su objetivo es operar todo el año en latitudes entre Miami (26°N) y Río de Janeiro (23°S). [117]
Honores
En 2015, Swissmint emitió una moneda conmemorativa especial en anticipación de la misión de circunnavegación de la Tierra. [118]
En 2016, el Correo Suizo editó un sello especial para honrar el logro de Solar Impulse 2 . [119]
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enlaces externos
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