НАСА планирует запустить свой экспериментальный электрический самолет в этом году

После бурного развития событий, в результате которого некоторые компоненты резко вышли из строя во время испытаний, X-57 должен, наконец, отправиться в полет в 2023 году. Вот что происходит.

X-57 будет летать в конфигурации, подобной этой — с электродвигателем на каждом крыле. Здесь он проходит испытания в апреле 2021 года. НАСА

ПОДЕЛИТЬСЯ

Когда—нибудь позже в этом году — возможно, этим летом, возможно, этой осенью - электрический самолет НАСА, X-57, должен совершить полет в Калифорнии. Это то, что НАСА называет своим “первым полностью электрическим экспериментальным самолетом”, и когда он оторвется от земли, он не будет выглядеть так, как НАСА изображает самолет на своем веб-сайте.

Вместо целых 14 электродвигателей и пропеллеров у самолета будет всего два. Но этих двух двигателей, работающих от более чем 5000 цилиндрических аккумуляторных батарей в фюзеляже самолета, должно быть достаточно, чтобы поднять его в воздух до конца 2023 года, когда программа X-57 также будет отключена.

Вот что нужно знать о том, как будет работать самолет, о проблемах, с которыми столкнулась программа, и о том, как уроки космического полета помогли уточнить детали его аккумуляторной системы.

Модификация 2

If the plane does indeed take flight this year as planned, it will do so in a form called Modification 2, which involves one electric motor and propeller on each wing giving the aircraft the thrust it needs to take to the skies.

While the aeronautics and space agency had hoped to fly the plane—which is based on a Tecnam P2006T—in additional configurations, known as Modifications 3 and 4, that won’t happen. Why? Because making a plane that flies safely on just electricity is hard, and the program is only funded through 2023. (IEEE Spectrum has more on the program’s original plans.)

“Мы многому научились за эти годы, и мы думали, что будем учиться на летных испытаниях — оказывается, нам нужно было многому научиться на этапах проектирования, интеграции и квалификации летной годности, и поэтому мы потратили на это больше времени и ресурсов”, - говорит Шон Кларкглавный исследователь программы X-57 в НАСА.

“И это было чрезвычайно ценно”, - добавляет он. “Но это означает, что у нас не будет ресурсов для этих полетов Mod 4 [или 3]”.

Он по-прежнему будет летать как полностью электрический самолет, но в модификации 2 с двумя двигателями.

Взрывающиеся транзисторы

One glitch that the team had to iron out before the aircraft can safely take flight involves components that electricity from the batteries have to travel through before they reach the motors. The problem was with transistor modules inside the inverters, which change electricity from DC to AC.

“Мы использовали эти модули, которые представляют собой несколько транзисторов в упаковке — они были рассчитаны на то, чтобы выдерживать условия, в которых мы ожидали их разместить”, - говорит Кларк. “Но каждый раз, когда мы их тестировали, они терпели неудачу. У нас были бы транзисторы, которые просто взрывались бы в нашей испытательной камере для окружающей среды ”.

[По теме: этот "авиалайнер будущего’ имеет радикально новую конструкцию крыла]

Отказ компонентов, например, взрыв части оборудования, — это проблема, которую производители самолетов предпочитают решать на земле. Кларк говорит, что они поняли это. “Мы их много анализировали — после того, как они взрываются, трудно понять, что пошло не так”, - беззаботно отмечает он, напоминая инженера, столкнувшегося с неприятной проблемой. Решением было более новое оборудование и “перепроектирование инверторной системы в основном с нуля”, - отмечает он.

Сейчас они “работают очень хорошо”, добавляет он. “Мы прошли полный набор квалификаций, и все они прошли”.

Уроки из космоса

Традиционные самолеты сжигают ископаемое топливо, явно легковоспламеняющееся и взрывоопасное вещество, для питания своих двигателей. Те, кто работает над электрическими самолетами, работающими от батарей, также должны следить за тем, чтобы элементы питания не вызывали возгораний. Например, в прошлом году в Канзасе в ходе теста, спонсируемого FAA, пакет авиационных батарей был сброшен на 50 футов, чтобы убедиться, что они выдержат удар. Они это сделали.

В X-57 батареи представляют собой модель, известную как 18650 cells, производства Samsung. В самолете используется 5120 из них, разделенных на 16 модулей по 320 ячеек в каждом. По словам Кларка, отдельный модуль, который включает в себя как элементы питания, так и упаковку, весит около 51 фунта. Хитрость заключается в том, чтобы убедиться, что все эти компоненты упакованы правильно, чтобы избежать пожара, даже если одна батарея выйдет из строя. Другими словами, отказ был вариантом, но они планируют справиться с любым отказом, чтобы он не вызвал пожара. “Мы обнаружили, что не существует отраслевого стандарта для упаковки этих элементов в высоковольтный блок высокой мощности, который также защитил бы их от сбоев в работе элементов”, - говорит Кларк.

[По теме: ВВС хотят модернизировать систему дозаправки в воздухе, но это было непросто]

Помощь пришла сверху. “В итоге мы переработали аккумуляторную батарею, основываясь на большом вкладе команды дизайнеров, которая работает на космической станции здесь, в НАСА”, - добавляет он. Он отмечает, что литиевые батареи на Международной космической станции, а также в скафандрах, которые используют астронавты EVA, и в устройстве, называемом инструментом для пистолетной рукоятки, были соответствующими примерами в этом процессе. Основные выводы касались расстояния между элементами батареи, а также того, как справляться с нагревом, если элемент вышел из строя, например, из-за теплового разряда. “Команда Космического центра Джонсона обнаружила, что одна из наиболее эффективных стратегий заключается в том, чтобы тепло от этой ячейки уходило в алюминиевую конструкцию, но при этом другие ячейки вокруг нее поглощали немного тепла каждая”, - объясняет он.

НАСА не одиноко в изучении границ электрической авиации, что представляет собой один из способов, с помощью которого авиационная промышленность может стать более экологичной для коротких полетов. Другие, работающие в космосе, включают Beta Technologies, Joby Aviation, Archer Aviation, Wisk Aero и Eviation с самолетом под названием Alice. Одна известная компания, Kitty Hawk, закрылась в прошлом году.

Когда-нибудь в этом году X-57 должен совершить первый полет, вероятно, совершив несколько вылетов. “Я все еще очень взволнован этой технологией”, - говорит Кларк. “Я с нетерпением жду, когда мои дети смогут совершать короткие полеты на электрических самолетах через 10-15 лет — это будет действительно большим шагом для авиации”.