غزال زیاری: هواپیماهای بدون سرنشین و پهپادها هرچقدر هم کاربردی، جالب، همه‌کاره و پیچیده باشند ولی همگی با مشکل مشابه و بزرگی دست‌وپنجه نرم می‌کنند: مدت‌زمان پرواز محدود.
یعنی گرچه پهپادها با یک‌بار شارژ کردن می‌توانند کارهای زیادی انجام دهند؛ ولی با اتمام شارژ، یا باید صبر کنید تا باتری مجدداً شارژ شود تا دوباره پرواز را از سر بگیرد یا باید لوازم‌یدکی متناسبی برایش تهیه کنید. البته صحبت درباره پهپادهای تجاری است و نه هواپیماهای بدون سرنشین نظامی که می‌توانند ساعت‌ها یا روزها در آسمان بمانند.
این روزها محققان در حال بررسی و مطالعه بر روی فناوری‌ای هستند که این امکان را برای پهپادها فراهم می‌کند تا بتوانند تا هرزمان که می‌خواهند در هوا بمانند. بدین ترتیب که پهپاد در طول روز، از انرژی خورشید بهره می‌برد و در هنگام شب با بهره‌گیری از منابع دیگری مثل دریافت سیگنال‌های 4G و Wi-Fi، آن‌ها را به انرژی تبدیل خواهد کرد.
اما استفاده از پهپادهای خورشیدی که قادر خواهند بود تا برای همیشه پرواز کنند، محدودیت دیگری را دست‌کم در ابتدای امر خواهد داشت: آن‌هم این است که این پهپادها در ابتدا باید بسیار کوچک باشند؛ یعنی نباید انتظار داشت که این پهپادهای کوچک که از فناوری انرژی خورشیدی بهره می‌برند، بتوانند دوربینی را برای چندین روز در هوا نگه دارند.
دغدغه‌ها و ابهامات موجود
سؤالی که مطرح می‌شود این است که این پهپادهای جدید، چقدر کوچک خواهند بود؟ پهپاد باانرژی خورشیدی ساخت محققان دانشگاه بی هانگ چین، تنها 4.21 گرم وزن دارد. بدین ترتیب CoulombFly باوجودی که فوق‌العاده سبک است، ولی آن‌قدرها هم کوچک نیست و تقریباً به‌اندازه یک مرغ مگس‌خوار است.
اما مشخص نیست که آیا چنین پهپادی می‌تواند در شرایط متفاوت آب و هوایی به کار ادامه دهد یا خیر. درصورتی‌که این پهپاد نتواند در برابر وزش باد مقاومت کند، تولید برق از انرژی خورشیدی و شبکه بی‌سیم هم بی‌فایده خواهد بود. درهرحال باید این را در نظر داشت که این ایده، فعلاً در حد پروژه‌ای تحقیقاتی است.
البته شرایط آب و هوایی تنها دغدغه موجود نیست. پس از خرابی یکی از قطعات نمونه اولیه، پهپاد تنها برای یک ساعت توانست به فعالیتش ادامه دهد و این مشکل دیگری است که می‌تواند پهپادی که قابلیت پرواز مادام‌العمر را دارد، برای همیشه زمین‌گیر کند.
به هر ترتیب، محققان معتقدند که می‌توان از این فناوری برای ساخت پهپادهایی به‌اندازه حشرات که به‌طور نامحدود در هوا بمانند، بهره برد و می‌توان از چنین پهپادهایی برای ارتباطات، عملیات جستجو و نجات و جاسوسی استفاده کرد.
تلاش برای حل مشکلات
بدین ترتیب، محققان تصمیم گرفتند تا برای حل دو مشکل موجود، یعنی اندازه پنل‌های خورشیدی و کارایی موتور پهپاد وارد عمل شوند.
اولاً، با کاهش ابعاد پهپاد، پنل‌های خورشیدی آن نیز کوچک می‌شوند؛ بنابراین، انرژی کمتری تولید خواهد شد و درعین‌حال، موتور الکتریکی هم ممکن است مقداری انرژی برای گرم شدن دست بدهد که همه این‌ها بر طول مدت‌زمان پرواز پهپاد تأثیرگذار خواهند بود.
مینگجنیگ کی و اعضای تیمش پهپادی ساخته‌اند که در آن هر دوی این مشکلات برطرف شده است؛ در ابتدا یک مدار، ولتاژ پنل‌های خورشیدی را بین 6000 تا 9000 ولت کاهش می‌دهد و سپس، سیستم محرکه الکترواستاتیک، نیروی روتوری را با حداقل اتلاف حرارتی حدود 10 سانتی‌متر تأمین می‌کند.
اجزای موتور در حلقه‌ای قرار دارند؛ این اجزا دارای بارهای الکتریکی متناوبی هستند که با ایجاد نیرو، تیغه روتور را می‌چرخاند. در صورت وجود منبع انرژی، حلقه‌ها نیز می‌چرخند و پهپاد را در هوا نگه می‌دارند. این قطعات از برش‌های سبک فیبر کربنی که با فویل آلومینیومی پوشانده شده‌اند ساخته می‌شوند. تقاضای ولتاژ بالای این قطعات، مزیت بزرگی است؛ چراکه با کاهش جریان، مشکل گرما برطرف خواهد شد.
مینگجنیگ کی دراین‌باره توضیح داد: «جریان عملیاتی برای همان توان خروجی، بسیار کم است و درنتیجه تقریباً هیچ گرمایی توسط موتور تولید نمی‌شود. راندمان بالا و مصرف انرژی کم موتور این امکان را فراهم می‌کند که وسیله‌نقلیه را با یک پنل خورشیدی بسیار کوچک تغذیه کنیم. ما موفق شدیم برای اولین بار یک وسیله نقلیه میکرو هوایی برای پرواز با اتکا به نور طبیعی خورشید تولید کنیم؛ تا پیش‌ازاین، فقط هواپیماهای بسیار بزرگ و فوق سبک می‌توانستند به این هدف دست یابند.»
او ادامه داد: «البته این طراحی مبتکرانه، هنوز کامل نیست. پهپاد خورشیدی 4.21 گرمی قبل از آنکه نقص مکانیکی باعث سقوطش شود، تنها یک ساعت دوام آورد؛ اما محققان می‌توانند این مشکل را در پهپادهای بعدی برطرف کنند. درعین‌حال، محققان قصد دارند این نوع پهپادها را برای دریافت انرژی در شب به سیگنال‌های رادیویی متصل کنند.»
بحث بعدی، موضوع هدایت پهپادهاست که در طراحی فعلی چنین امکانی وجود ندارد؛ هرچند که این آزمایش‌ها هنوز در روزهای اولیه خود است.
محققان اعلام کرده‌اند که این پهپاد 4.21 گرمی می‌تواند محموله‌ای 1.59 گرمی را حمل کند که شاید برای حمل دوربین یا اجزای دیگری روی پهپاد کافی باشد. در آینده می‌توان محموله بار پهپاد را به 4 گرم و حتی تا 30 گرم افزایش داد.
در رابطه با پهپادی به‌اندازه حشره، محققان به دنبال آن هستند تا پهپادی را با روتوری به قطر فقط 1 سانتی‌متر تولید کنند.
منبع: bgr