Güneş enerjisiyle çalışan insansız uçakların haftalarca, hatta aylarca havada kalabilmesi için batarya teknolojilerinde ulaşılması gereken önemli bir seviye belirlendi. Harvard Üniversitesi araştırmacılarının yürüttüğü çalışmaya göre kilogram başına 500 Wh enerji depolayabilen bataryalar, uzun süreli stratosfer uçuşlarının önünü açabilir.
Gündüz saatlerinde güneş panellerinden elektrik üreten bu uçaklar, ihtiyaç fazlası enerjiyi bataryalarında depolayarak gece boyunca uçuşlarını sürdürüyor. Ancak daha fazla enerji depolamak için kullanılan bataryaların ağırlığının artması, uçuş verimliliğini olumsuz etkileyen başlıca sorunlardan biri olarak öne çıkıyor.
Harvard Üniversitesi Mühendislik ve Uygulamalı Bilimler Fakültesi (SEAS) tarafından gerçekleştirilen araştırma, bu sorunun çözümünde bataryaların enerji yoğunluğunun belirleyici olduğunu ortaya koyuyor. Çalışmada, mevcut elektrikli otomobil bataryalarının yaklaşık iki katı enerji yoğunluğuna ulaşılması hedefleniyor.
GÜNEŞ ENERJİLİ UÇAKLARDA BATARYA AĞIRLIĞI SORUNU
Güneş enerjisiyle çalışan sabit kanatlı insansız uçaklar, ticari yolcu uçaklarından çok daha yüksek irtifalarda uzun süre görev yapabilecek şekilde tasarlanıyor.
Ticari jetlerin yaklaşık 30 bin fit, yani 9 bin 144 metre seviyesindeki seyir irtifasının iki katı yüksekliğe ulaşabilen bu hava araçlarının stratosferde haftalarca veya aylarca kalması amaçlanıyor.
Uçakların kanatlarına yerleştirilen güneş panelleri gündüz elektrik üretirken depolanan enerji gece uçuşlarında kullanılıyor.
Ancak bataryaların kapasitesi yükseldikçe ağırlıkları da artıyor. Bu durum, uçağın havada kalabilmek için daha fazla enerji tüketmesine neden oluyor.
Araştırmaya liderlik eden Craig Mascarenhas, enerji depolama kapasitesi ile batarya ağırlığı arasındaki ilişkinin uzun süreli uçuşlar açısından önemli bir mühendislik sorunu oluşturduğunu belirtiyor.
500 WH/KG ENERJİ YOĞUNLUĞU NEDEN ÖNEMLİ?
Harvard Üniversitesi araştırmacıları, güneş enerjili stratosfer uçaklarının uzun süreli operasyonları için kilogram başına 500 watt-saat (Wh/kg) enerji yoğunluğunu önemli bir hedef olarak belirledi.
Bu seviyeye ulaşılması, atmosfer koşullarının uygun olduğu dünyanın birçok bölgesinde uzun süreli uçuşların uygulanabilir hale gelmesini sağlayabilir.
Enerji yoğunluğu, bataryanın ağırlığına oranla ne kadar elektrik enerjisi depolayabildiğini gösteriyor.
Bataryaların daha yüksek enerji yoğunluğuna ulaşması, uçakların ağırlığı artırılmadan daha fazla enerji taşıyabilmesine olanak tanıyabilir.
Araştırmanın temel hedefi de güneş enerjili uçakların gece boyunca ihtiyaç duyduğu elektriği daha hafif bataryalarla karşılayabilmek.
MEVCUT BATARYALAR HEDEFİN GERİSİNDE
Araştırmada belirlenen 500 Wh/kg seviyesine ulaşmak için mevcut batarya teknolojilerinin geliştirilmesi gerekiyor.
Günümüzde elektrikli otomobillerde kullanılan bataryaların enerji yoğunluğu yaklaşık 250 Wh/kg seviyesinde bulunuyor.
Deneysel ve özel amaçlı bazı batarya hücrelerinde ise 400 Wh/kg enerji yoğunluğuna ulaşılmış durumda.
Araştırmacılar, 400 Wh/kg seviyesine ulaşan batarya hücrelerinin geliştirilmiş olmasını, 500 Wh/kg hedefine yaklaşılması açısından önemli görüyor.
Bununla birlikte yüksek enerji yoğunluğuna sahip mevcut özel bataryaların maliyetlerinin yüksek olması, teknolojinin yaygın kullanımının önündeki engeller arasında bulunuyor.
Batarya üretim teknolojilerinin gelişmesiyle maliyetlerin zaman içerisinde düşmesi bekleniyor.
NASA DESTEKLİ PROJEDE ATMOSFER GÖZLEMLERİ HEDEFLENİYOR
Güneş enerjili uçaklar üzerinde yürütülen araştırmalar, yalnızca havacılık teknolojilerinin geliştirilmesiyle sınırlı değil.
NASA tarafından desteklenen Stratospheric Airborne Climate Observing System (SACOS) araştırma işbirliği, güneş enerjisiyle çalışan insansız uçakların atmosfer gözlemlerinde kullanılmasına odaklanıyor.
Projede Harvard Üniversitesi araştırmacılarının yanı sıra Massachusetts Teknoloji Enstitüsü (MIT) ve özel havacılık şirketleri de yer alıyor.
Araştırma kapsamında uzun süre havada kalabilen hava araçlarının atmosferin farklı bölgelerinde kesintisiz gözlem yapabilmesi amaçlanıyor.
MEVCUT ARAŞTIRMA UÇAKLARI 6-8 SAAT HAVADA KALABİLİYOR
NASA'nın ER-2 gibi yüksek irtifa araştırma uçakları, bilimsel cihazlarla atmosferin incelenmesinde kullanılıyor.
Ancak bu uçakların tek seferde yaklaşık 6 ila 8 saat havada kalabildiği belirtiliyor.
Ayrıca operasyonların maliyeti saat başına on binlerce dolara ulaşabiliyor.
Yeterli enerji depolama kapasitesine sahip güneş enerjili insansız uçakların ise haftalarca veya aylarca görev yapabilmesi hedefleniyor.
Bu araçların daha az personelle kullanılabilmesi ve işletme maliyetlerini düşürme potansiyeli, uzun süreli atmosfer araştırmalarında önemli avantajlar sunabilir.
İKLİM ARAŞTIRMALARINDAN ORMAN YANGINLARINA KADAR KULLANILABİLİR
Uzun süre havada kalabilen güneş enerjili uçakların farklı bilimsel araştırmalarda görev alması planlanıyor.
Atmosfer kimyasının incelenmesi, iklim değişikliğine ilişkin gözlemler, kasırgaların takibi ve orman yangınlarının tespiti bu kullanım alanları arasında yer alıyor.
Aynı bölgenin uzun süre veya tekrar tekrar gözlemlenmesi, bilim insanlarının daha düzenli ve ayrıntılı veri toplamasına yardımcı olabilir.
Güneş enerjisiyle çalışan insansız hava araçlarının bu görevleri uzun süre boyunca sürdürebilmesi ise büyük ölçüde bataryaların depolama kapasitesine bağlı bulunuyor.
GÜÇ YOĞUNLUĞUNDAN ÇOK ENERJİ YOĞUNLUĞU ÖNE ÇIKIYOR
Harvard araştırmasının sonuçlarına göre güneş enerjili uçaklara yönelik batarya tasarımlarında önceliklerin yeniden değerlendirilmesi gerekiyor.
Geleneksel batarya geliştirme çalışmalarında enerji yoğunluğu ve güç yoğunluğu birlikte ele alınıyor.
Ancak uzun süre havada kalması planlanan güneş enerjili uçakların anlık güç ihtiyacı görece düşük olduğundan enerji yoğunluğu daha fazla önem taşıyor.
Bu uçaklar için temel ihtiyaç, kısa sürede yüksek güç elde etmekten çok gece boyunca uçuşu sürdürebilecek miktarda enerjiyi depolayabilmek.
Araştırmacılar, kilogram başına depolanabilen enerji miktarının artırılmasının uçuş sürelerini uzatmak için öncelikli hedef olması gerektiğini belirtiyor.
YENİ NESİL BATARYALAR UZUN SÜRELİ UÇUŞLARIN ÖNÜNÜ AÇABİLİR
Harvard Üniversitesi araştırmacılarının belirlediği 500 Wh/kg hedefi, güneş enerjili uçakların geleceği açısından önemli bir teknolojik ölçüt olarak öne çıkıyor.
Bu seviyeye ulaşan bataryaların kullanılması, uygun atmosfer koşullarında insansız hava araçlarının aylar boyunca havada kalabilmesine katkı sağlayabilir.
Ancak söz konusu değer, araştırmanın ortaya koyduğu bir hedefi ifade ediyor. Çalışmada 500 Wh/kg enerji yoğunluğuna sahip bataryalarla aylarca süren bir uçuşun gerçekleştirildiği bilgisi yer almıyor.
Batarya teknolojilerindeki gelişmelerin ve üretim maliyetlerindeki olası düşüşün, güneş enerjili uçakların uzun süreli bilimsel görevlerde kullanılabilirliğini artırması bekleniyor.
