Resumen:
La empresa británica BAE Systems está añadiendo una nueva capacidad de suministro de energía inalámbrica a su dron solar de gran altitud PHASA-35, que utiliza una estación terrestre para emitir direccionalmente energía de microondas al dron volador para complementar su energía. El proyecto recibió un apoyo contractual de 15,7 millones de libras y aproximadamente 21 millones de dólares de la Agencia Británica de Invenciones e Investigación Avanzada (ARIA), con el objetivo de completar el desarrollo de tecnología y la verificación de vuelo en los próximos tres años y medio. Si la prueba tiene éxito, se espera que este método resuelva el problema de los drones de gran altitud propulsados por energía solar que tienen dificultades para mantener el vuelo durante la noche y cuando falta luz solar en invierno.
PHASA-35 es un UAV de gran altitud y larga duración propulsado por energía solar, también clasificado como "Pseudolito de gran altitud" (HAPS). Está diseñado para operar en la estratosfera por encima de unos 20.000 metros. Puede evitar la mayoría de los sistemas meteorológicos y el tráfico aéreo tradicional y continuar navegando a una velocidad de unos 90 kilómetros por hora. El avión tiene un ala compuesta de fibra de carbono de 35 metros de largo. El fuselaje es muy ligero. Las células solares están dispuestas en la superficie de las alas para proporcionar energía a los motores eléctricos y a los equipos de a bordo.
La mayor ventaja de este tipo de avión es que puede permanecer sobre áreas designadas durante mucho tiempo para realizar misiones. Los drones de gran altitud que funcionan con energía solar son más baratos de implementar que los satélites tradicionales que deben lanzarse al espacio y pueden cambiar de área de misión como los aviones normales. En el futuro, PHASA-35 podrá realizar retransmisiones de comunicaciones, observación de la Tierra, vigilancia y otras tareas que requieran un funcionamiento continuo a largo plazo.
En teoría, PHASA-35 puede depender de la energía solar para generar electricidad durante el día, mientras almacena el exceso de energía en la batería para mantener el vuelo durante la noche. BAE Systems se había fijado previamente el objetivo de hasta un año de vuelo continuo para este avión. Sin embargo, esta capacidad depende en gran medida de las condiciones locales de luz solar.
Cerca del ecuador, dado que la duración del día y la noche cambia menos a lo largo del año, es más fácil para los drones impulsados por energía solar obtener suficiente luz solar. Pero en latitudes altas, como el Reino Unido, la situación es completamente diferente. En invierno los días se acortan notablemente y las noches se alargan. En algunos periodos, incluso puede faltar durante mucho tiempo una luz solar efectiva. Para las aeronaves que necesitan mantener la altitud en todo momento, la capacidad de la batería se convierte en última instancia en una limitación crítica a la hora de determinar el tiempo de vuelo.
Si se añade una gran cantidad de baterías para hacer frente a las largas noches de invierno, el peso del avión aumentará aún más. Para un avión extremadamente liviano propulsado por energía solar como el PHASA-35, el aumento de peso afectará directamente la eficiencia del vuelo, al tiempo que ocupará espacio de peso que de otro modo podría usarse para equipos de comunicaciones, sensores y otras cargas de la misión.
Por lo tanto, ARIA lanzó el proyecto "Plataforma Atmosférica Persistente", con la esperanza de desarrollar un nuevo sistema energético que permitiría a las plataformas solares de gran altitud escapar de las restricciones diurnas, nocturnas y estacionales. Prismatic, una subsidiaria de BAE Systems, utilizará PHASA-35 como plataforma de verificación de vuelo real para desarrollar y probar tecnología de suministro de energía inalámbrica terrestre en fases durante los próximos tres años y medio.
El principio básico es construir una estación transmisora de energía dedicada desde la Tierra para convertir la energía eléctrica en haces de microondas direccionales y enviar con precisión la energía a PHASA-35 ubicado a gran altitud. Se integrará un dispositivo receptor especial dentro del ala del avión para convertir la energía de microondas recibida en energía eléctrica y luego suministrarla al motor y al sistema de batería del avión.
Esta solución es obviamente diferente de la carga inalámbrica en el sentido tradicional. El dron no aterriza en el suelo ni entra en contacto con ningún equipo de carga. En cambio, continúa volando a una altitud de decenas de miles de metros mientras recibe energía de equipos terrestres de larga distancia. Por lo tanto, mientras la estación terrestre pueda seguir suministrando energía a la ubicación de la aeronave, el PHASA-35 podrá seguir volando incluso si el sol se ha puesto.
Para los drones de gran altitud impulsados por energía solar, la mayor importancia de esta tecnología no es sólo ampliar el tiempo de vuelo nocturno, sino también la posibilidad de reasignar el presupuesto de peso limitado del avión. Si los aviones ya no necesitan llevar baterías de gran capacidad que puedan soportar largas noches de invierno, se puede reducir el peso de las baterías y el peso liberado se puede utilizar para agregar equipos de comunicaciones, radares, sensores electroópticos u otras cargas útiles de la misión.
BAE Systems declaró que el PHASA-35 ha demostrado ser una plataforma satelital alternativa de bajo costo y que este proyecto explorará más a fondo cómo hacer que este avión tenga una mayor capacidad de trabajo continuo. El objetivo final es que las plataformas solares de gran altitud ya no estén limitadas por la luz solar estacional, logrando así realmente un despliegue aéreo a largo plazo durante todo el año.
PHASA-35 ha completado previamente múltiples pruebas de vuelo y durabilidad. El avión completó su primer vuelo en 2020 y desde entonces ha sido sometido a decenas de horas de pruebas de resistencia y verificación exhaustiva de los sensores que lleva. Está diseñado para operar en la estratosfera durante largos períodos de tiempo y realizar tareas que son difíciles de realizar de manera económica para los satélites tradicionales y algunas aeronaves tripuladas.
Si finalmente se demuestra la tecnología de suministro de energía de microondas desde tierra, el ámbito de aplicación de este avión podría ampliarse aún más. Para misiones de comunicación, la plataforma de gran altitud puede flotar sobre el área objetivo durante mucho tiempo para proporcionar retransmisión de comunicaciones para áreas remotas; para misiones de vigilancia y observación de la Tierra, puede permanecer cerca de un área fija durante mucho tiempo sin necesidad de aterrizar y recargarse con tanta frecuencia como los drones comunes.
Sin embargo, el suministro de energía inalámbrica desde tierra a aviones de gran altitud todavía enfrenta muchos problemas técnicos, incluida la eficiencia de la transmisión de energía de microondas, el control del haz de larga distancia, el peso del equipo de recepción de aviones, la transmisión de energía en condiciones climáticas complejas y la seguridad de vuelo. Uno de los puntos centrales de este proyecto es verificar si esta tecnología puede funcionar de manera estable en un entorno atmosférico real mediante demostraciones de vuelo reales.
El contrato de ARIA se desarrollará en tres fases, con el objetivo final de que PHASA-35 lleve un sistema completo para una demostración de vuelo integral. Si finalmente tienen éxito, los drones de gran altitud impulsados por energía solar pueden pasar de un modo operativo de "depender del sol durante el día y de baterías durante la noche" a un sistema de energía para todo clima que "combina energía solar con suministro de energía inalámbrico terrestre".
Para PHASA-35, esto significa que se espera que su mayor debilidad original (la falta de luz solar durante la noche y en invierno) se resuelva mediante el suministro de energía desde la tierra. Para todo el campo HAPS, esta tecnología puede permitir que los aviones solares de gran altitud tengan realmente la capacidad de permanecer en el aire durante todo el año, formando una nueva plataforma entre los aviones tradicionales y los satélites en determinadas misiones de comunicaciones, vigilancia y observación de la Tierra.
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