Tækni

Umhverfis jörðina á sólarsellum

Sem fyrsta mannaða flaugin flaug Solar Impulse umhverfis jörðu á hreinni sólarorku og ferðalagið var bæði á nóttu sem degi. Til þess að þetta gæti tekist urðu verkfræðingar að finna allra léttustu lausnirnar á fjölmörgum tæknilegum áskorunum.

BIRT: 04/11/2014

Þann 3. desember 2009 skráði sólarselluflaugin Solar Impulse nafn sitt í sögubækur. Þá flaug þessi veikburða mannaða flugvél 350 m í nokkurra metra hæð yfir flugbraut í Sviss. Solar Impulse er árangur af meira en 6 ára þrotlausu þróunarstarfi, sem náði hámarki núna í júlí þegar þessi mannaða flaug fór umhverfis jörðu á sólarorkunni einni saman.

 

Forkólfurinn að baki þessu verkefni er einhver helsti ævintýramaður okkar tíma, svissneski geðlæknirinn, loftbelgsfarinn og flugmaðurinn Bertrand Piccard. Draumur hans um að hringa jörðina á sólargeislunum einum saman hófst árið 1999. Þá var hann að verða eldsneytislaus þegar hann ásamt Bretanum Brian Jones voru fyrstir til að fljúga umhverfis hnöttinn viðstöðulaust í loftbelg. Eldsneytisskorturinn kveikti drauminn um að nota viðvarandi orkuuppsprettu í flaug sem gæti náð umhverfis jörðu.

 

Hópurinn að baki Solar Impulse fór ótroðnar slóðir. Flugvélin var fyrsta mannaða sólarselluflaugin sem tekst á loft undir eigin afli og flýgur á nóttunni á þeirri orku sem sólarrafhlöðurnar hafa náð að safna í sig í dagsljósinu. Solar Impulse þurfti auk þess að halda inn á margar ókannaðar slóðir hvað varðar stærð flaugarinnar, þyngd hennar og hraða.

 

Frumgerðinni ætlað að sníða af vankanta

 

Piccard leitaði því liðsinnis landa síns André Borschberg sem er margreyndur orrustuflugmaður. Hann veit öðrum fremur hvaða áskoranir bíða Solar Impulse.

 

„Allt snýst þetta um samhengi milli sólarsella, rafhlaða, og þyngdar,“ segir Borschberg staddur í höfuðstöðvunum í EPFL Scientific Park í Lausanne. Og það er einmitt þetta rétta jafnvægi milli veigamestu hluta flaugarinnar sem valdið hefur verkfræðingum heilabrotum. Fjölmörg líkön hafa verið hönnuð og prófuð í tölvuhermum þar til endanleg frumgerð var loksins tilbúin. Solar Impulse-verkefnið samanstendur af tveimur flugvélum er nefnast HB-SIA og HB-SIB. Sú fyrrnefnda er frumgerðin og niðurstöðurnar úr fjölmörgum prófum á henni voru nýttar í HB-SIB, en það er sú flaug sem mun fara umhverfis jörðu árið 2012.

 

Margvíslegar tilraunir sýndu að verkefnið er á réttri leið. Í nóvember 2009 var flauginni ekið á flugbrautinni og í desember 2009 stóðst HB-SIA svonefnd flóarstökks-próf, þegar sem hún flaug 350 m á eigin vélarafli. Þetta próf skiptir sköpum og lofar góðu fyrir komandi flug. Fyrsta næturflugið var reynt í apríl síðastliðinn og athugað var hvernig flugvélin spjaraði sig við 36 stunda flug í háloftunum yfir Sviss. Fari allt að óskum er smíði HB-SIB þegar vel á veg komin. Borschberg áætlar að HB-SIB muni verða tiltölulega skjótt tilbúin þar sem flestir vankantar hafa þegar verið sniðnir af við hönnun frumgerðarinnar HB-SIA.

 

Sólarsellurnar eru eðli málsins samkvæmt mikilvægastar og Solar Impulse er búin 11.628 kísilmónokristal-sellum, sem þekja vængina og stél flaugarinnar – flatarmál sem nemur 200 fermetrum. Sólarsellur þessar eru hreint ekki þær skilvirkustu sem fyrirfinnast. Í reynd skila þær einungis fjórðungi af þeirri orku sem bestu sólarsellurnar geta afkastað. Hins vegar eru þær afar léttar og sveigjanlegar. Betri sólarsellur fælu í sér meiri þyngd sem var óásættanlegt við hönnunina.

 

Þegar flogið er á nóttunni eru það rafhlöðurnar sem gegna mestu máli og fjögur sett þeirra, hvert undir sínum mótor, hafa takmarkaða hleðslugetu sem er þó nægjanlega mikil miðað við þyngd flugvélarinnar. Rafhlöðurnar sjálfar vega um 400 kg sem er fjórðungur af heildarþyngd flugvélarinnar,en hún er 1.600 kg.

 

Skrokkurinn og vængirnir hafa reynst vera annars konar áskorun. Skrokkurinn varð að vera bæði þéttur og sterkur með nauðsynlega loftflæðieiginleika. Lausnin fólst í samanþjappaðri byggingu koltrefja í býkúpuformi, meðan vængirnir eru byggðir upp af 120 koltrefjasúlum með hálfs metra millibili. Það er sveigja súlnanna sem veitir vængjunum sem minnsta loftmótstöðu.

 

Verkfræðingarnir hafa allan tímann nýtt sér viðurkennd efni, sem þeir hafa aðlagað Solar Impulse. Sem dæmi er afar kostnaðarsamt að þróa nýjar sólarsellur eða rafhlöður og getur tekið 10 – 15 ár samkvæmt Borschberg. Til þess er hvorki tími né fjármagn. Hugmyndin með Solar Impulse er nefnilega að hraða sem mest frumherjastarfinu, til að ná fullkomnlega umhverfisvænu flugi – jafnvel á nóttunni.

 

Flogið með nýrri aðferð

 

Solar Impulse hefur ekki aðeins verið mikil áskorun vegna hönnunar. Hin litla þyngd flaugarinnar krefst þess nefnilega að flugmaðurinn endurmeti verklag sitt í fluginu.

 

„Það er undarlegt en í þessu verkefni þarf maður að gleyma öllu sem maður hefur lært um flug, t.d. er lending Solar Impulse frábrugðin annarra flauga þar sem hægt er verulega á flugvélinni. Hér er þessu öfugt farið: Hraða þarf vélinni til að hámarka stýrigetuna – rétt eins og auðveldara er að stýra hraðbáti í ölduróti með auknum hraða,“ útskýrir Borschberg.

 

Áður en kom að sjálfu fluginu umhverfis jörðina fengu Borschberg og Piccard möguleika á að æfa sig, m.a. á langri ferð frá Evrópu yfir Atlantshaf til BNA.

 

Fyrirhugað var að skipta ferðinni í fimm þrep. Hvert stopp varði í um þrjá daga og aðstoðarmenn voru til staðar á hverjum stað sem og nýr flugmaður. Haldið var þvert yfir BNA, Evrópu og Kína, en Piccard hafði þegar sótt heim marga kínverska ráðamenn til að fá leyfi til að fljúga yfir þetta víðfeðma land, en einnig til að geta lent reyndist það nauðsynlegt.

 

Flugmaðurinn varð að spjara sig með stutta dúra

 

Þessi mörg þúsund kílómetra löngu þrep reyndu sérstaklega á flugmennina. T.d. var ekki mögulegt að setja sjálfstýringu á þegar þreytan sagði til sín þannig að flugmaðurinn varð að láta sér nægja stutta dúra. Og hvað klósettferðir varðar var ekki búið að finna góða lausn á þeim fyrir flug. Á meðan flugi stóð var flugmaðurinn einn og yfirgefinn og þurfti hann því að vera bæði hugrakkur og treysta algjörlega á tæknina. Það voru engar fylgdarflaugar eða skip með í för ef eitthvað hefði farið úrskeiðis. Flugmaðurinn var með sína fallhlíf en hefði orðið óhapp yfir sjó var lítið hald í henni þar sem enginn björgunarbátur var um borð. Því var leiðin yfir Kyrrahafið sérstaklega hættuleg.

 

Að langt sé í að almennar flugferðir verði knúnar með umhverfisvænni orku er ekkert vafamál. En Borschberg telur að möguleikinn sé til staðar. Hann áréttar mikilvægi þess að hefjast handa strax og er fullviss um að markinu verði náð á endanum. Þó þarf að finna upp ýmis konar tækni, sem er ekki enn til staðar.

 

„Sjáið bara Wright bræður árið 1903. Þeir voru vissir um að þeir gætu komið vél sinni í loftið, en grunaði ekki að unnt yrði að fljúga yfir Atlantshaf,“ segir hann. Frumherjavinnan heldur nú áfram og árið 2012 mun Solar Impulse mögulega afhjúpa hvort lausnina á flugumferð framtíðar sé að finna í geislum sólar.

 
 

Náttúran

Hér lifa hættulegustu marglyttur heims

Maðurinn

Þetta eru sjö mikilvægustu skilningarvitin

Maðurinn

Þetta eru sjö mikilvægustu skilningarvitin

Lifandi Saga

Kveðjuveisla Washingtons endaði með rosalegu fylleríi

Lifandi Saga

Kveðjuveisla Washingtons endaði með rosalegu fylleríi

Náttúran

Spendýr og eðlur skiptu um hlutverk

Náttúran

Hvernig brögðuðust risaeðlur?

Lifandi Saga

13 ódauðleg kveðjuorð

NÝJASTA NÝTT

Saga

Með hverju var þurrkað áður en klósettpappírinn var fundinn upp?

Maðurinn

Mikilvægt atriði getur komið í veg fyrir að börn verði nærsýn

Maðurinn

Hver er sneggsti vöði líkamans?

Maðurinn

Karlhormón styttir ævina

Heilsa

Sannleikurinn um kaffi

Maðurinn

Þess vegna fá sumir fremur marbletti en aðrir

Tækni

140.000 veirur hafa fundist í þarmaflórunni

Maðurinn

Fimm svefntruflanir sem geta komið þér til að kvíða nóttinni

Náttúran

Hvers vegna mala kettir?

Maðurinn

Þvagið segir ýmislegt um heilsu okkar

Saga

Með hverju var þurrkað áður en klósettpappírinn var fundinn upp?

Maðurinn

Mikilvægt atriði getur komið í veg fyrir að börn verði nærsýn

Maðurinn

Hver er sneggsti vöði líkamans?

Maðurinn

Karlhormón styttir ævina

Heilsa

Sannleikurinn um kaffi

Maðurinn

Þess vegna fá sumir fremur marbletti en aðrir

Tækni

140.000 veirur hafa fundist í þarmaflórunni

Maðurinn

Fimm svefntruflanir sem geta komið þér til að kvíða nóttinni

Náttúran

Hvers vegna mala kettir?

Maðurinn

Þvagið segir ýmislegt um heilsu okkar

Fáðu aðgang að vÍSINDI.IS

Ókeypis í 2 vikur!

 

Eftir það kostar eingöngu 1.390 kr. á mánuði og enginn uppsagnarfrestur.

 

Innifalið er aðgangur að öllum greinum á vefnum ásamt rafræna útgáfu af nýjustu tölublöðunum.

  • Fullur aðgangur að visindi.is
  • Frábærar myndir og myndbönd
  • Aðgengilegt í öllum snjalltækjum
  • Fullur aðgangur að gríðarlegu magni eldri greina
  • Nýjustu tölublöðin í rafrænu formi

Heilsa

Mold undir nöglum barna skiptir máli fyrir ónæmiskerfið

Heilsa

Mold undir nöglum barna skiptir máli fyrir ónæmiskerfið

Lifandi Saga

England og Frakkland: Bestu óvinir í þúsund ár

Lifandi Saga

England og Frakkland: Bestu óvinir í þúsund ár

Jörðin

Er Ísland eftirstöðvar af sokknu meginlandi?

Maðurinn

Einkabörn eru með sérstakan heila

Alheimurinn

Satúrnus: Gasplánetan með hringina fögru

Alheimurinn

Sólmyrkvi 2024 – Hvað er það og hvenær sést hann á Íslandi?

Vinsælast

1

Maðurinn

Þvagið segir ýmislegt um heilsu okkar

2

Náttúran

Hvers vegna mala kettir?

3

Maðurinn

Þess vegna fá sumir fremur marbletti en aðrir

4

Maðurinn

Er hættulegt að halda í sér prumpinu?

5

Heilsa

Sannleikurinn um kaffi

6

Maðurinn

Mikilvægt atriði getur komið í veg fyrir að börn verði nærsýn

1

Maðurinn

Þvagið segir ýmislegt um heilsu okkar

2

Náttúran

Hvers vegna mala kettir?

3

Maðurinn

Þess vegna fá sumir fremur marbletti en aðrir

4

Heilsa

Sannleikurinn um kaffi

5

Maðurinn

Mikilvægt atriði getur komið í veg fyrir að börn verði nærsýn

6

Alheimurinn

Hvað ef við höfum í raun fengið heimsóknir úr geimnum?

Náttúran

Háhyrningurinn: líklega skæðasta ránspendýr sögunnar

Jörðin

Vísindamenn finna sönnun fyrir stærsta jarðskjálfta mannkynssögunnar

Maðurinn

Af hverju get ég ekki kitlað sjálfan mig?

Menning

11 dýrustu málverk heims

Menning

Stærstu borgir heims

Maðurinn

Framtíðarmaturinn borinn fram: Borðum þörunga!

Maðurinn

7 ósannar mýtur um líkamann

Náttúran

Hvers vegna eru sólin og tunglið ekki með sama lit? 

Maðurinn

Síamstvíburar giftust og eignuðust börn

Lifandi Saga

Guðfaðir hrollvekjunnar: Edgar Allan Poe: Enn hvílir dulúð yfir meistara myrkranna

Menning og saga

Stórt nef arfur fortíðarinnar

Heilsa

Sannleikurinn um vítamín

Með hverju var þurrkað áður en klósettpappírinn var fundinn upp?

Hvernig kláraði fólk salernisferðina áður en klósettpappírinn kom til sögunnar?

Saga

ÁSKRIFT AÐ VÍSINDI.IS

Prófaðu í 14 daga ókeypis!

  • Fullur aðgangur að vefnum okkar með tæplega 3000 skemmtilegum og spennandi greinum um allt milli himins og jarðar á sviði vísinda og sögu.
  • Lifandi vísindi/Lifandi saga í rafrænni útgáfu á vefnum,
  • Aðeins 1.690 krónur á mánuði.
  • Engin skuldbinding – Þú getur hætt hvenær sem er.

ÁSKRIFT AÐ TÍMARITINU

Þrjú tölublöð + gjöf: Skemmtilegur sjónauki
  • Þrjú næstu tölublöð Lifandi vísinda/Lifandi sögu – sent heim til þín – eins færðu lítinn og vandaðan sjónauka að gjöf.
  • Fullur aðgangur að vefnum okkar – visindi.is – með tæplega 3000 skemmtilegum og spennandi greinum um allt milli himins og jarðar á sviði vísinda og sögu.
  • Spennandi greinar og flottar myndir sem svala forvitni þinni.
  • Þú getur hætt eftir tilboðið en ef þú heldur áfram skuldbindur þú þig aðeins þrjú tölublöð í einu og þú getur sagt upp hvenær sem sem og klárar þá tímabilið sem er hafið.
  • Venjuleg áskrift – þrjú tölublöð – kostar aðeins 7.590 kr

Sjónauki og þriggja blaða áskrift – Alls 3.800 kr.

Lifandi vísindi

Lyf

Lifandi saga

Search

Ertu áskrifandi að tímaritinu?

Áskrifendur að tímaritinu geta fengið frían aðgang að vefnum hér.

Innskráning

Ertu áskrifandi að tímaritinu?

Áskrifendur að tímaritinu geta fengið frían aðgang að vefnum hér.

Viltu lesa greinina?

Fáðu aðgang að visindi.is

Ókeypis í 2 vikur!

Eftir það kostar eingöngu 1.390 kr. á mánuði og enginn uppsagnarfrestur.

Innifalið er aðgangur að öllum greinum á vefnum ásamt rafræna útgáfu af nýjustu tölublöðunum.

  • Fullur aðgangur að visindi.is
  • Frábærar myndir og myndbönd
  • Aðgengilegt í öllum snjalltækjum
  • Fullur aðgangur að gríðarlegu magni eldri greina
  • Nýjustu tölublöðin í rafrænu formi

Núverandi áskrifendur að tímaritinu fá að sjálfsögðu ókeypis aðgang að vefnum og þurfa bara að virkja aðgang sinn hér.

Ef þú ert þegar áskrifandi að visindi.is