El Pathfinder de la NASA y el Pathfinder Plus de la NASA fueron las dos primeras aeronaves desarrolladas como parte de una serie evolutiva de vehículos aéreos no tripulados alimentados por energía solar y por sistemas de células de combustible . AeroVironment, Inc. desarrolló los vehículos en el marco del programa Environmental Research Aircraft and Sensor Technology (ERAST) de la NASA. Se construyeron para desarrollar las tecnologías que permitirían que las aeronaves de gran altitud y largo plazo sirvieran como satélites atmosféricos , para realizar tareas de investigación atmosférica y también como plataformas de comunicaciones. [1] Se desarrollaron aún más hasta convertirse en las aeronaves Centurion y Helios de la NASA .
AeroVironment inició el desarrollo de aeronaves a gran escala impulsadas por energía solar con los vehículos Gossamer Penguin y Solar Challenger a fines de la década de 1970 y principios de la de 1980, siguiendo el trabajo pionero de Robert Boucher , quien construyó los primeros modelos voladores impulsados por energía solar en 1974. Como parte del programa ERAST, AeroVironment construyó cuatro generaciones de vehículos aéreos no tripulados (UAV) de larga resistencia bajo el liderazgo de Ray Morgan, el primero de los cuales fue el Pathfinder.
En 1983, AeroVironment obtuvo financiación de una agencia gubernamental estadounidense no especificada para investigar en secreto un concepto de UAV denominado "High Altitude Solar" o HALSOL. El prototipo HALSOL voló por primera vez en junio de 1983. Se realizaron nueve vuelos HALSOL en Groom Lake , Nevada. Los vuelos se llevaron a cabo utilizando control por radio y energía de batería, ya que la aeronave no había sido equipada con células solares. La aerodinámica de HALSOL fue validada, pero la investigación llevó a la conclusión de que ni la célula fotovoltaica ni la tecnología de almacenamiento de energía estaban lo suficientemente maduras como para que la idea fuera práctica por el momento, por lo que HALSOL se almacenó. [2]
En 1993, después de diez años de almacenamiento, la aeronave volvió a estar en condiciones de vuelo para una breve misión a cargo de la Organización de Defensa de Misiles Balísticos (BMDO). Con la incorporación de pequeños paneles solares, se realizaron cinco vuelos de prueba a baja altitud en el marco del programa BMDO en la base Dryden de la NASA en el otoño de 1993 y principios de 1994, con una combinación de energía solar y de baterías. [3]
En 1994, el avión fue transferido al Programa ERAST de la NASA para desarrollar tecnología de aeronaves de plataforma científica. Se le cambió el nombre a "Pathfinder" porque era "literalmente el pionero de una futura flota de aeronaves impulsadas por energía solar que podrían permanecer en el aire durante semanas o meses en misiones de toma de imágenes y muestreo científico". [3] Se planeó una serie de vuelos para demostrar que una estructura de aeronave extremadamente ligera y frágil con una relación de aspecto muy alta (la relación entre la envergadura y la cuerda del ala) puede despegar y aterrizar con éxito desde un aeropuerto y puede volar a altitudes extremadamente altas (entre 50.000 pies (15.000 m) y 80.000 pies (24.000 m)) propulsada por la energía del sol. Además, el Proyecto ERAST también quería determinar la viabilidad de un UAV de este tipo para transportar instrumentos utilizados en una variedad de estudios científicos. [4]
El 21 de octubre de 1995, la fragilidad del avión quedó claramente demostrada cuando sufrió graves daños en un accidente en un hangar, pero posteriormente fue reconstruido. [4]
El Pathfinder estaba propulsado por ocho motores eléctricos (que luego se redujeron a seis) que, en un principio, funcionaban con baterías. Tenía una envergadura de 30 m (98,4 pies). Dos compartimentos debajo del ala contenían el tren de aterrizaje, las baterías, el sistema de instrumentación triplemente redundante y los ordenadores de control de vuelo doblemente redundantes. Cuando el avión fue adoptado en el proyecto ERAST a finales de 1993, se estaban añadiendo células solares que acabaron cubriendo toda la superficie superior del ala. [1] Los paneles solares proporcionan energía a los motores eléctricos, la aviónica, las comunicaciones y otros sistemas electrónicos del avión. El Pathfinder también tenía un sistema de batería de reserva que puede proporcionar energía durante entre dos y cinco horas para permitir un vuelo de duración limitada después del anochecer. [3]
El Pathfinder vuela a una velocidad aerodinámica de tan solo 15 millas por hora (24 km/h) a 25 millas por hora (40 km/h). El control de cabeceo se mantiene mediante el uso de pequeños elevadores en el borde de salida del ala. El control de giro y guiñada se logra reduciendo o acelerando la velocidad de los motores en las secciones exteriores del ala. [3]
Las principales actividades científicas de las misiones Pathfinder han incluido la detección del estado de los nutrientes de los bosques, la regeneración de los bosques después de los daños causados por el huracán Iniki en 1992, las concentraciones de sedimentos y algas en las aguas costeras y la evaluación de la salud de los arrecifes de coral. Las actividades científicas están coordinadas por el Centro de Investigación Ames de la NASA e incluyen investigadores de la Universidad de Hawai y la Universidad de California . El vuelo Pathfinder probó dos instrumentos científicos desarrollados por ERAST, un interferómetro digital escaneado de matriz de alta resolución espectral (DASI) y un sistema de imágenes en tiempo real aerotransportado de alta resolución espacial (ARTIS), ambos desarrollados en Ames. Estos vuelos se llevaron a cabo a altitudes de entre 22.000 pies (6.700 m) y 49.000 pies (15.000 m) en 1997. [3]
El 11 de septiembre de 1995, Pathfinder estableció un récord de altitud no oficial para una aeronave impulsada por energía solar de 50.000 pies (15.000 m) durante un vuelo de 12 horas desde el aeropuerto Dryden de la NASA . [1] [4] Este y los récords posteriores reclamados por la NASA para Pathfinder siguen siendo no oficiales, ya que no fueron validados por la FAI , el organismo sancionador de récords mundiales de aviación reconocido internacionalmente. La Asociación Aeronáutica Nacional le otorgó al equipo ERAST de la NASA y la industria un premio por uno de los "10 vuelos récord más memorables" de 1995. [3]
Después de más modificaciones, el avión fue trasladado a la instalación de misiles del Pacífico (PMRF) de la Marina de los EE. UU. en la isla hawaiana de Kauai . En uno de los siete vuelos que realizó allí en la primavera y el verano de 1997, Pathfinder elevó el récord de altitud para aeronaves impulsadas por energía solar (así como para aeronaves impulsadas por hélice) a 71.530 pies (21.800 m) el 7 de julio de 1997. Durante esos vuelos, Pathfinder llevó dos instrumentos de imagen livianos para aprender más sobre los ecosistemas terrestres y costeros de la isla, demostrando el potencial de tales aeronaves como plataformas para la investigación científica. [1]
Durante 1998, el Pathfinder fue modificado para adoptar la configuración Pathfinder-Plus, con alas más largas. Utilizaba cuatro de las cinco secciones del ala del Pathfinder original, pero las sustituía por una nueva sección del ala central de 13 m de largo que incorporaba un perfil aerodinámico de gran altitud diseñado para el siguiente Centurion/Helios. La nueva sección era el doble de larga que la original y aumentaba la envergadura total de la nave de 30 m a 37 m. La nueva sección central estaba rematada por células solares de silicio más eficientes desarrolladas por SunPower Corporation de Sunnyvale, California , que podían convertir casi el 19 por ciento de la energía solar que reciben en energía eléctrica útil para alimentar los motores, la aviónica y los sistemas de comunicación de la nave. Eso se compara con aproximadamente el 14 por ciento de eficiencia de los paneles solares más antiguos que cubren la mayor parte de la superficie de los paneles del ala media y exterior del Pathfinder original. La potencia máxima potencial se incrementó de aproximadamente 7.500 vatios en el Pathfinder a aproximadamente 12.500 vatios en el Pathfinder-Plus. El número de motores eléctricos se incrementó a ocho y los motores utilizados eran unidades más potentes, diseñadas para el avión sucesor. [3]
Los vuelos de desarrollo del Pathfinder-Plus realizados en PMRF en el verano de 1998 validaron las tecnologías de potencia, aerodinámica y sistemas para su sucesor, el Centurion. El 6 de agosto de 1998, el Pathfinder-Plus, pilotado por Derek Lisoski, demostró su diseño al elevar el récord nacional de altitud a 80.201 pies (24.445 m) para aeronaves impulsadas por energía solar y hélice. [1] [5]
En julio de 2002, Pathfinder-Plus transportó un equipo de retransmisión de comunicaciones comerciales desarrollado por Skytower, Inc., una subsidiaria de AeroVironment , en una prueba de uso de la aeronave como plataforma de transmisión. Skytower, en asociación con la NASA y el Ministerio de Telecomunicaciones de Japón , probó el concepto de un " satélite atmosférico " al utilizar con éxito la aeronave para transmitir tanto una señal de HDTV como una señal de comunicaciones inalámbricas IMT-2000 desde 65.000 pies (20.000 m), lo que le dio a la aeronave el equivalente a una torre transmisora de 12 millas (19 km) de altura. Debido al alto ángulo de visión hacia abajo de la aeronave, la transmisión utilizó solo un vatio de potencia, o 1/10.000 de la potencia requerida por una torre terrestre para proporcionar la misma señal. [6] Según Stuart Hindle, vicepresidente de Estrategia y Desarrollo Comercial de SkyTower, "las plataformas SkyTower son básicamente satélites geoestacionarios sin el retardo de tiempo". Además, Hindle afirmó que las plataformas que vuelan en la estratosfera, a diferencia de los satélites reales, pueden alcanzar niveles mucho más altos de uso de frecuencias. "Una sola plataforma SkyTower puede proporcionar más de 1.000 veces la capacidad de acceso local de banda ancha fija de un satélite geoestacionario que utilice la misma banda de frecuencias, en una base de bytes por segundo por milla cuadrada". [7]
Ray Morgan, presidente de AeroVironment, ha descrito el concepto como: "Lo que estamos tratando de hacer es crear lo que llamamos un 'satélite atmosférico', que opera y realiza muchas de las funciones que un satélite haría en el espacio, pero lo hace muy cerca, en la atmósfera" [8].
Este artículo contiene material extraído originalmente del artículo web "Vehículos aéreos no tripulados" de Greg Goebel, que existe en el dominio público.
Este artículo incorpora material de dominio público de sitios web o documentos de la Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio .
