Uçaklar Güneş’in gücüyle uçacak

Bir avuç havacılık öncüsü, güneş enerjisiyle çalışan uçakları tanıtarak uçuş teknolojisine yeni bir soluk getiriyor. Bunların sonsuza kadar prototip olarak mı kalacağını yoksa hava taşımacılığının geleceği mi olacağını dünya hâlâ bilmiyor. Ancak havacılık sektörü güneş enerjisini ciddiye alırsa, IEC Güneş enerjili uçaklar için standartlar oluşturmaya hazır olacaktır.

Uluslararası Enerji Ajansı'na (IEA) göre havacılık, küresel CO2 emisyonlarının yüzde 2,5'ini oluşturuyor. 2023 yılı verilerine göre 2000-2019 yılları arasında bu sektörün emisyonları demir yolu, kara yolu veya deniz taşımacılığına göre daha hızlı artıyor. ICAO üye ülkeleri, 2022 yılı sonunda 2050 yılına kadar uluslararası havacılıktan kaynaklanan net sıfır karbon emisyonuna ulaşma yönünde iddialı bir uzun vadeli hedef benimsedi.

Bu hedefe ulaşmanın büyük ölçüde hidrojen ve sürdürülebilir havacılık yakıtlarına dayanması beklenirken, güneş enerjisinin öncü rol oynayabileceği belirtiliyor. Güneş enerjisiyle çalışan uçaklar henüz prototip aşamasında olsalar da uzun vadede umut vadeden bir çözüm olabilir. Enerji verimliliğini en üst düzeye çıkarmak, ağırlığı azaltmak ve istikrarlı performans sağlamak için tasarlanmış gelişmiş teknolojilerin bir kombinasyonuna güveniyorlar.

Yüksek verimli güneş panellerinin kullanımı önemlidir. Genellikle uçağın kanatlarına doğrudan entegre edilerek mümkün olduğunca fazla güneş ışığı yakalanıyor. Hafif fotovoltaik hücreler, uçaktaki lityum iyon pillerle birleştirilerek gece uçuşları veya bulutlu havalarda uçuş sırasında kullanılmak üzere enerji topluyor ve depoluyor. Enerjinin israf edilmemesini sağlamak için de dikkatli bir şekilde yönetilmesi gereken özel sistemlere ihtiyaç vardır.

İSVİÇRE VE RUS ESİNTİLİ YENİLİKLER

Hafif ve verimli kalabilmek için güneş enerjili uçaklar karbon fiber gibi güçlü ama hafif malzemelerden üretiliyor. Elektrik motorları mümkün olduğunca az enerji kullanacak şekilde tasarlanmıştır. Akıllı otopilot sistemleri uzun uçuşların yönetilmesine yardımcı oluyor.

Özellikle hassas endüstrilerde mühendislik alanında güçlü bir geleneğe sahip olan İsviçre, güneş enerjisiyle çalışan havacılıkta önemli bir oyuncu olmaya aday görünüyor. Solar Impulse projesi bunun açık bir örneğiydi; mühendislik inovasyonunu ortaya koyarken aynı zamanda temiz teknolojiler ve sürdürülebilir çözümler konusunda kayda değer bir küresel farkındalık yarattı.

İsviçreli öncüler Bertrand Piccard ve André Borschberg liderliğindeki proje, çevre dostu uçuşlarda etkileyici başarılar sergileyen bir dizi Güneş enerjili uçağı başarıyla geliştirdi. İkili, 2010 yılında prototip bir uçak üreterek 26 saatlik direkt bir uçuş gerçekleştirdi ve bu, tamamen Güneş enerjisiyle çalışan ilk gece uçuşu oldu. Bu, uçağın 7/24 uçabilmesi için yeterli enerjiyi üretip depolayabilme yeteneğini gösteriyor.

Projenin ikinci etabı 2016 yılında tamamlanarak, sadece güneş enerjisiyle çalışan ve tarihi bir dünya turu gerçekleştiren bir uçağın inşasına başlandı. Yolculuk, birçok kıtayı kapsayan 40.000 km'den fazla mesafeyi kapsıyordu. Havacılıkta Güneş fotovoltaik enerjisinin potansiyelinin gösterildiği etkinlik 17 aşamada gerçekleştirildi.

Bu yöndeki son proje ise, yalnızca güneş enerjisini kullanarak stratosferde (uzayın sınırı) uçmak üzere tasarlanmış, güneş enerjili bir uçak olan SolarStratos. Amacı, sürdürülebilir teknolojilerin dünya çapında daha yaygın bir şekilde benimsenmesine ilham vermektir. Proje, hayatının son 20 yılını temiz teknolojileri araştırmaya ve tanıtmaya adamış eski bir tamirci, sağlık görevlisi ve İsviçreli dağ rehberi olan Raphael Domian'ın fikri. Araştırmacı, 2012 yılında PlanetSolar isimli güneş enerjili teknesiyle dünyanın ilk çevre turunu tamamladı.

52 yaşındaki Domian, Piccard'ın Solar Impulse'daki arkadaşı ve projenin kendisine çok etki ettiğini, kendisine önemli dersler verdiğini itiraf ediyor. "Uçağın boyutunun önemli olduğunu gördük. Uçak çok büyükse, maliyetler çok yüksek oluyor ve çalıştırılması zor oluyor. O zaman çok büyük bir ekibe ihtiyacınız oluyor ve bu da çok pahalı," diye açıklamışlardı.

Domyan, Solar Impulse'un yaklaşık 178 milyon İsviçre Frangı'na (187 milyon dolar) mal olduğunu, SolarStratos uçağının fiyatının ise "10 milyon dolara yakın" olacağını söyledi. İki kişilik uçağın alanı 22 metrekare. Kanatlarındaki fotovoltaik hücreler yaklaşık 6 kW enerji sağlıyor. Pilot, bu tasarımın uçağın normal uçuşlarda sadece güneş enerjisiyle çalışmasına olanak sağladığını iddia ediyor.

Aerospace Global News'e konuşan Domyan, güç kaynağının nasıl çalıştığını şöyle açıkladı: "Güneş panelleri her zaman motora bağlıdır, bu yüzden Güneş'ten aldığımızı kullanırız ve -örneğin kalkışta daha fazla güce ihtiyacımız olursa- pili de kullanırız. Ancak iniş yaptığımızda güce ihtiyacımız yoktur, bu yüzden motoru durdurur ve sadece pili şarj ederiz."

Domyan, bu yeni uçağın stratosferde ne kadar süre uçabileceği sorulduğunda, projenin amacının bu olmadığını söyledi. "Hedef, mümkün olduğunca yükseğe çıkmak ve 2 ila 6 saat arasında uçabilmek için iyi güneş ışığı almak. 2025 yılı hedefi, 10.000 m'nin üzerinde uçmak olacak ve bu, o irtifanın üzerine çıkan ilk insanlı uçak olacak." Bu uçuşun başarılı olması halinde, güneş enerjisiyle çalışan ultra hafif bir uzay giysisiyle stratosfere uçmayı planladıklarını sözlerine ekledi. Uzaya giden ilk insan Yuri Gagarin'in kıyafetlerini de tasarlayan Rus şirketi Zvezda tarafından tasarlanacak.

ZORLUKLAR VE ÇÖZÜMLER

Domyan, pilotun dar kokpitte ve sınırlı görüş açısıyla uçuş kıyafeti giymesi durumunda uçağı uçurmanın özel eğitim gerektireceğini kabul etti. Bu, onun ve ekibinin karşılaştığı birçok zorluktan biri. Bazıları projenin uygulanabilirliği ve uygulanabilirliği konusunda şüphe duyuyor. Endişeler, projenin iddialı hedefleri, teknolojik sınırlamaları ve yüksek irtifada güneş enerjisiyle uçuşla ilişkili potansiyel risklerle ilgili.

Domyan, "Piller büyük bir zorluk" diye itiraf etti. "Yaklaşan uçuş için piller henüz hazır değil. Ayrıca yüksek irtifa uçuşu için pervaneyi değiştirmemiz gerekiyor. En iyi, en hafif pile sahip olmak büyük bir zorluk."

Ancak SolarStratos diğer alanlarda zaten kayda değer başarılar elde etti. Uçak, geçen yıl Matterhorn üzerinde gerçekleştirdiği uçuşta 5 bin 993 metre irtifaya ulaşarak önemli bir dönüm noktasına ulaşmış ve yüksek irtifalarda uçuş kabiliyetini göstermişti.

Tasarım iyileştirmelerini ve sistem işlevlerini doğrulamak açısından büyük önem taşıyan bir dizi test uçuşu gerçekleştirildi. Bir sonraki uçuş 10.000 m yükseklikteki uçuş bu yaz İsviçre Alpleri üzerinde olacak ve stratosfere ulaşma yolunda kritik bir adım atılacak.

İLERİYE BAKMAK

Güneş enerjili uçakların daha ağır yükleri taşıyabilmesi veya geleneksel uçaklar kadar hızlı uçabilmesi için daha uzun bir zaman gerekecek olsa da, Güneş enerjisi teknolojisi ve pillerinin geliştirilmesi bu vizyonun gerçekleşmesine doğru önemli bir adımdır. Gelecekte Güneş enerjili uçaklar çevre araştırmaları, iletişim ve hatta eko-turizm gibi alanlarda önemli rol oynayabilir.

Domyan, sonuç olarak güneş enerjisiyle çalışan havacılığın ticari olarak uygulanabilir hale geldiği bir gelecek öngörüyor. İsviçreli cesur pilotların yaptıkları, havacılık sektörünün Güneş enerjisine dikkat çekmesini ve fosil yakıt kullanımından uzaklaşmasını sağlayabilir.

Bu sırada Uluslararası Elektroteknik Komisyonu IEC (IEC TC 82) teknik komitesi, güneş fotovoltaik enerji sistemleri için standartlar taslağı hazırlıyordu. Şimdilik bu standartlar, ister büyük tesisler isterse küçük çatı üstü sistemler olsun, yer tabanlı fotovoltaik sistemler için kullanılıyor. Komisyon ayrıca yüzen fotovoltaik sistemler için standartlar geliştiriyor. Uçaklar veya dronelar için güneş panelleri özel standartlar gerektirecektir, ancak bunların hazırlanması IEC'de halihazırda yayınlanmış olan geniş kapsamlı çalışmalara dayanabilir.

IEC'nin ayrıca havacılık sektörüyle ilgilenen iki ekibi daha bulunmaktadır: IEC TC 107: Aviyonik proses kontrolü ve IEC TC 97: Havaalanlarındaki aydınlatma ve işaret fişekleri için elektrik tesisatları. Uçağa giren tüm elektronik cihazların TC 107 standartlarına uygun olması gerekiyor.

Başlıca kaygılardan biri, uçaklar için beklenen güvenlik ve performans gerekliliklerini karşılamayan sahte veya geri dönüştürülmüş elektronik bileşenlerin kullanımının önlenmesidir. IEC 62668-1 bu tür standartlara bir örnektir. IEC Kalite Değerlendirme Sistemi (IECQ), IEC 62239-1 ve IEC 62239-2'ye uygunluk için üçüncü taraf değerlendirmesi ve sertifikasyonunu sunar.

Güneş enerjili uçaklar henüz toplu hava taşımacılığı için uygun olmasa da havacılık sektörü bu teknolojiye yoğun ilgi gösteriyor. Teknolojinin ticarileştirilmesine yönelik bir sonraki adımda, yeni teknolojinin güvenlik ve performans gerekliliklerini karşıladığından emin olmak için uluslararası IEC standartlarının yürürlükte olmasına güvenebileceğiz.