پرنده هاي ابدي

پروژه اي که واقعيت پيدا کرد
 

بعضي هواپيماها مي توانند صدها نفر را حمل کنند، بعضي از آنها مي توانند با چندين برابر سرعت صوت حرکت کنند و بعضي هم براي مانورهاي هوايي زيبا و چرخ زدن در هوا و توليد دود و صداي زياد ساخته شده اند؛ اما هيچ کدام از اين هواپيماها نمي توانند مدت طولاني پرواز کنند، چون بايد فرود بيايند، سوخت گيري کنند و دوباره پرواز کنند. روياي پرواز طولاني مدت يا دائمي مدت هاي بسياري است که در ذهن مهندسان هوانوردي چرخ مي خورد، اما تنها هواپيماهاي خورشيدي هستند که توان بالقوه براي تحقق اين رويا را دارند. اگر چه اين هواپيماها از دهه 1970بوده اند، اما به دليل محدوديت هايي که تا همين اواخر وجود داشت ، اخبار چنداني در موردشان منتشر نمي شد. در نتيجه براي بسياري، هواپيماي خورشيدي فناوري تازه اي است.
اگر بخواهيد با يکي از اين هواپيماهاي خورشيدي پرواز کنيد، معمولا بايد صبر کنيد تا خورشيد طلوع کند و آسمان خالي از ابر شود. هنگامي که موتورهاي هواپيما روشن مي شود و هواپيما حرکتش روي باند را آغاز مي کند، چنان سرعت کمي دارد که به سختي مي توانيد فشرده شدن خود به صندلي را احساس کنيد. با اين وجود، هواپيماهاي خورشيدي مي توانند شما را فراتر از پرندگان، قله اورست، هواپيماهاي جت و حتي هواپيماهاي جاسوسي نظامي به پرواز در آورند. آنها به لايه استراتوسفر يا هواکره که خانه ابرهاي باران زاي سيروس است، تعلق دارند. اگر چه حتي تصور چنين پروازي خيلي لذت بخش است، اما هواپيماهاي خورشيدي در اصل براي اهداف ديگري طراحي شده اند. چون اين هواپيماها عملا نوعي ماهواره ارتفاع پايين محسوب مي شوند. ابتدا ناسا قصد داشت که از آنها به جاي برج هاي مخابراتي بالاي شهرها استفاده کند. البته اين ماجرا به دوران پيش از اختراع تلفن همراه و استفاده از آنتن هاي بي تي اس مربوط مي شود . اما در دنياي امروز دو کاربري نظامي و غير نظامي براي آنها پيش بيني شده است. نظاميان اين هواپيماها را به چشم ابزارهاي ديده باني و مراقبت دائمي مي نگرند. از طرف ديگر، چون هواپيماهاي خورشيدي در ارتفاع خيلي بالا پرواز مي کنند، مي شود آنها را جايگزين برخي از ماهواره هاي مخابراتي کرد.

نازک، نازک و نازکتر
 

اغلب هواپيماهاي خورشيدي به شکل خط کش هاي پرنده هستند. آنها به طرز خنده داري صاف و باريک اند. اما همين عامل باعث مي شود که نيروي باد به جاي کوبيدن آنها به اطراف، به پروازشان کمک کند. اسکلت بدنه محکم و در عين حال سبک، اغلب از لوله هاي فيبر کربن ساخته شده که با سلول هاي خورشيدي پوشانده مي شود. در بخشي از سازه آنها هم يک ساختار XياVشکل وجود دارد که مانع از درهم پيچيده شدن هواپيما مي شود. جذب حداکثر مقدار ممکن نور خورشيد يک مساله حياتي است. چون تامين انرژي و خصوصا چگونگي ذخيره انرژي براي نگه داشتن هواپيما در پروازهاي شبانه يا فضاهاي تاريک، يکي از بزرگ ترين چالش هاي پيش روي پروازهاي خورشيدي است . اغلب هواپيماهاي خورشيدي براي پرواز در شب از باتري استفاده مي کنند. اگر چه برخي از آنها پيل هاي سوختي هم دارند. البته اساس اين هواپيماها صفحات خورشيدي است. اين صفحات که نقش روکش هواپيما را نيز دارند، برخلاف صفحات خورشيدي حجيم و صلب ماهواره ها يا خانه هاي خورشيدي، تنها چند ميلي متر ضخامت دارند و آن قدر انعطاف پذيرند که مي توان آنها را لوله کرد. اين صفحات بسيار کارآمدند و البته قيمتشان هم زياد است.

چرا چرخ نداري؟
 

بسياري از اين هواپيماها بدون چرخ طراحي مي شوند. زيرا نيازي به چرخ ندارند. آنها مي توانند به روش سُر خوردن يا حتي سقوط آزاد فرود بيايند. در طراحي هواپيماي خورشيدي بايد از هر وزن اضافه اي که شايد به ذهن شما هم نرسد، خلاص شد و وقتي مي شود هواپيمايي را روي چمن فرود آورد، چرا بايد از چرخ استفاده کرد؟بسياري از هواپيماهاي خورشيدي، هوانوردهاي بي سرنشين(UAV)هستند. غير از عمليات بلند شدن و فرود اين سيستم هدايت خودکار است که هواپيما را هدايت مي کند و اپراتورهاي روي زمين، تنها هواپيما را رديابي و موتورهاي آن را کنترل مي کنند. هواپيماهاي خورشيدي معروفي مانند هليوس، زفر، اوديسه و ايگل در اين زمره اند.

سحر خيز تا بلندپرواز باشي
 

بهترين زمان براي آغاز پرواز هواپيما، صبح زود است که خورشيد تازه به آسمان پاي گذاشته و براي مدت طولاني مي توان از انرژي آن استفاده کرد. اين هواپيماها براي پرواز به باندي به طول سه زمين فوتبال نياز دارند که تنها يک دهم طول باند يک فرودگاه معمولي است. براي آغاز پرواز هم معمولا همزمان از نيروي باتري و سلول هاي خورشيدي استفاده مي کنند. در طول پرواز، هواپيما به طور خودکار بين باتري و صفحات خورشيدي سوئيچ مي کند. هنگامي که خورشيد در آسمان است، موتورها با استفاده از نيروي خورشيد کار مي کنند. براي شارژ سريع تر باتري، مي توان سرعت پرواز را کم کرد. در شب يا هواي ابري، از باتري يا پيل هاي سوختي براي حرکت موتورها استفاده مي شود . هنگامي که زمان فرود فرا مي رسد، با قطع نيروي موتورها ،هواپيما به آرامي به سمت پايين سر خورده و مانند يک گلايدر حرکت مي کند. اين نحوه فرود آرام، بسيار موثرتر از يک فرود سريع است.

برنامه کرکس و هواپيماهاي خورشيدي امروزي
 

تا چند ماه قبل ، طولاني ترين مدتي که يک هواپيما توانسته بود در هوا بماند نه روز بود. بارت و ديک روتان با هواپيماي ويجر خود اين رکورد را در سال1986ثبت کردند. آنها موفق شدند بدون سوخت گيري مسافت 40/211کيلومتر را دور زمين طي کنند. اما نه روز براي سازمان تحقيقات پيشرفته پنتاگون ، دارپا، چندان راضي کننده نبود. آنها به دنبال ساخت يک هواپيماي مخابراتي و ديده باني بي سرنشين بودند که بتواند پنج سال بالاي يک هدف پرواز کند و تنها به نيروي خورشيد متکي باشد. مهم ترين قابليت اين هواپيماها باقي ماندن طولاني مدت آنها برفراز يک منطقه است. ماهواره هايي که در مدارهاي نزديک به زمين حرکت مي کنند، به سرعت از هر منطقه مشخص شده عبور خواهند کرد و هواپيماهاي خودکار بزرگ تر نيز که در نيروي هوايي استفاده مي شوند، براي سوخت گيري بايد در فاصله هاي زماني مشخص به پايگاه بازگردند. براي ساخت چنين هواپيماهايي ، دارپا رقابتي را با عنوان برنامه ولچر(به معني کرکس)راه انداخت تا به روياي ساخت هواپيماهايي با توان پروازي فوق العاده واقعيت ببخشد. در نتيجه اين رقابت و تلاش هاي مشابه، نسل جديدي از هواپيماهاي خورشيدي ساخته شدند.
منبع: نشريه دانستنيها شماره 14