El Helios Prototype fue el cuarto y último avión desarrollado como parte de una serie evolutiva de vehículos aéreos no tripulados propulsados por sistemas de pilas de combustible y energía solar . AeroVironment, Inc. desarrolló los vehículos bajo el programa de Tecnología de Sensores y Aeronaves de Investigación Ambiental (ERAST) de la NASA. Fueron construidos para desarrollar tecnologías que permitirían que los aviones de gran altitud a largo plazo sirvieran como satélites atmosféricos , realizar tareas de investigación atmosférica y servir como plataformas de comunicaciones. [1] Fue desarrollado a partir de los aviones Pathfinder y Centurion de la NASA .
El Centurion de la NASA se modificó a la configuración Helios Prototype agregando una sexta sección de ala de 41 pies (12 m) y un quinto tren de aterrizaje y cápsula de sistemas, convirtiéndose en la cuarta configuración de la serie de aviones demostradores de alas volantes con energía solar desarrollados por AeroVironment bajo el proyecto ERAST. El ala más grande del Prototipo Helios albergaba más paneles solares para proporcionar la energía adecuada para los vuelos de desarrollo propulsados por energía solar que siguieron. [1] El vuelo inaugural del avión tuvo lugar el 8 de septiembre de 1999. [2]
El programa ERAST tenía dos objetivos al desarrollar el prototipo Helios: 1) vuelo sostenido a altitudes cercanas a los 100.000 pies (30.000 m) y 2) resistencia de al menos 24 horas, incluidas al menos 14 de esas horas por encima de 50.000 pies (15.000 m). Para ello, el Helios Prototype podría configurarse de dos formas diferentes. El primero, denominado HP01, se centró en alcanzar los objetivos de altitud y propulsaba el avión con baterías y células solares. La segunda configuración, HP03, optimizó la resistencia del avión y utilizó una combinación de células solares, baterías de almacenamiento y un sistema comercial modificado de pila de combustible de hidrógeno y aire para obtener energía durante la noche. En esta configuración, el número de motores se redujo de 14 a diez. [3]
Utilizando el enfoque tradicional incremental o escalonado para las pruebas de vuelo, el Prototipo Helios voló por primera vez en una serie de vuelos de desarrollo impulsados por baterías a finales de 1999 para validar el rendimiento del ala más larga y las cualidades de manejo del avión. La instrumentación que se utilizó para los siguientes vuelos de altitud y resistencia con energía solar también fue revisada y calibrada durante los vuelos iniciales a baja altitud en NASA Dryden . [1]
El Helios Prototype es un avión de ala volante ultraligero con una envergadura de 247 pies (75 m), más larga que la envergadura del transporte militar C-5 de la Fuerza Aérea de EE. UU. (222 pies (68 m) o el Boeing 747 (195 o 224 pies (59 o 68 m), según el modelo), los dos aviones operativos más grandes construidos en los EE. UU. El Helios propulsado eléctricamente se construyó principalmente con materiales compuestos como fibra de carbono , grafito epoxi, Kevlar , espuma de poliestireno y un Una piel de plástico delgada y transparente. El larguero tubular principal del ala estaba hecho de fibra de carbono. El larguero, que era más grueso en la parte superior e inferior para absorber los constantes movimientos de flexión que ocurren durante el vuelo, también estaba envuelto con Nomex y Kevlar para mayor resistencia. Las costillas del ala también estaban hechas de epoxi y fibra de carbono. Se utilizó espuma de poliestireno moldeada para el borde de ataque del ala y una película de plástico transparente y duradera cubrió toda el ala .
El Helios Prototype compartía la misma cuerda de ala de 8 pies (2,4 m) (distancia desde el borde de ataque hasta el borde de salida) que sus predecesores Pathfinder y Centurion. La envergadura de 247 pies (75 m) le dio al Helios Prototype una relación de aspecto de casi 31 a 1. El grosor del ala era el mismo de punta a punta, 11,5 pulgadas (29 cm) o el 12 por ciento de la cuerda, y no tenía estrechar o barrer . Los paneles exteriores tenían un diedro incorporado de 10 grados para darle al avión más estabilidad lateral. Un ligero giro hacia arriba en las puntas del borde de fuga ayudó a evitar pérdidas en las puntas del ala durante los aterrizajes y giros lentos. El área del ala era de 1.976 pies cuadrados (183,6 m2 ) , lo que le daba a la nave una carga alar máxima de sólo 0,81 lb/sq. pies cuando vuela con un peso bruto de 1,600 lb. [1]
El avión de alas se ensambló en seis secciones, cada una de aproximadamente 41 pies (12 m) de largo. Se colocó una cápsula debajo del ala en cada junta del panel para transportar el tren de aterrizaje, el sistema de energía de la batería, las computadoras de control de vuelo y la instrumentación de datos. Las cinco cápsulas de forma aerodinámica estaban hechas en su mayoría de los mismos materiales que el ala, con la excepción de la cubierta transparente del ala. Dos ruedas en cada módulo formaban el tren de aterrizaje fijo: ruedas resistentes de bicicleta de montaña en la parte trasera y ruedas de scooter más pequeñas en la parte delantera. [1]
Las únicas superficies de control de vuelo utilizadas en el Prototipo Helios fueron 72 elevadores de borde de salida que proporcionaban control de cabeceo. Abarcando toda el ala, eran operados por pequeños servomotores conectados a la computadora de control de vuelo del avión. Para girar el avión en vuelo, se aplicó control de guiñada utilizando potencia diferencial en los motores: acelerando los motores en un panel exterior del ala mientras desaceleraba los motores en el otro panel exterior. Una prueba importante durante la serie de vuelos inicial fue la evaluación de la potencia diferencial del motor como medio de control del cabeceo. Durante el crucero normal, los paneles exteriores del ala del Helios estaban arqueados hacia arriba y le daban al avión la forma de una media luna poco profunda cuando se veía desde adelante o desde atrás. Esta configuración colocó los motores en los paneles exteriores del ala más altos que los motores en los paneles centrales. Acelerar los motores del panel exterior hizo que el avión descendiera y comenzara a descender. Por el contrario, la aplicación de energía adicional a los motores de los paneles centrales provocó que Helios se inclinara y comenzara a ascender. [1]
De 2000 a 2001, el HP01 recibió una serie de actualizaciones, incluida nueva aviónica, sistemas de control ambiental a gran altitud y paneles solares SunPower compuestos por más de 62.000 células solares instaladas en la superficie superior del ala. [3] Estas celdas presentaban un diseño de celda de contacto posterior que colocaba cables en la parte inferior de las celdas, para no obstruir la exposición de las celdas a la radiación solar .
El 13 de agosto de 2001, [1] el prototipo Helios pilotado remotamente por Greg Kendall alcanzó una altitud de 96.863 pies (29.524 m), un récord mundial de vuelo horizontal sostenido de un avión alado. [4] La altitud alcanzada fue más de 11.000 pies (3.400 m), o más de 2 millas (3,2 km), por encima del récord de altitud anterior para un vuelo sostenido de un avión alado. Además, el avión pasó más de 40 minutos por encima de los 29.000 m (96.000 pies). [1]
El 26 de junio de 2003, el Prototipo Helios se rompió y cayó en el Océano Pacífico a unas diez millas (16 km) al oeste de la isla hawaiana de Kauai durante un vuelo de verificación de sistemas pilotado de forma remota en preparación para una prueba de resistencia programada para el mes siguiente. [5]
En la mañana del accidente, los pronósticos meteorológicos indicaron que las condiciones estaban dentro del sobre aceptable, aunque durante la revisión previa al vuelo, el meteorólogo le dio un "GO muy marginal". Una de las principales preocupaciones era un par de zonas de cizalladura del viento frente a la costa de la isla. Después de un retraso en el despegue, debido a que los vientos no cambiaron como se había previsto, Helios pasó más tiempo del esperado volando a través de una zona de turbulencia de bajo nivel en el lado de sotavento de Kauai, porque ascendía más lentamente de lo normal, ya que tuvo que lidiar con las sombras de las nubes y la consiguiente reducción de la energía solar.
A medida que la aeronave ascendía a 2.800 pies (850 m) a los 30 minutos de vuelo, según el informe de investigación del percance posterior, "la aeronave encontró turbulencias y se transformó en una configuración de alto diédrico inesperada, persistente. , la aeronave se volvió inestable en un modo de cabeceo muy divergente en el que las excursiones de velocidad aerodinámica desde la velocidad de vuelo nominal casi se duplicaban en cada ciclo de oscilación . La condición de exceso de velocidad se exacerbó cuando el piloto apagó el bucle de retención de velocidad aerodinámica en lugar de ejecutar el modo correcto Posteriormente se superó la velocidad de diseño de la aeronave y las altas presiones dinámicas resultantes provocaron que fallara la estructura secundaria del borde de ataque del ala en los paneles exteriores del ala y que fallaran las células solares y la piel en la superficie superior del ala. La aeronave impactó el océano dentro de los límites del campo de pruebas del Pacific Missile Range Facility y fue destruida. La mayor parte de la estructura del vehículo fue recuperada excepto la celda de combustible de hidrógeno-aire y dos de los diez motores, que se hundieron en el océano." [3]
El informe de la investigación identificó una causa fundamental del accidente en dos partes:
Este artículo contiene material que proviene 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 .
