Riassunto:
L'azienda britannica BAE Systems sta aggiungendo una nuova capacità di alimentazione wireless al suo drone solare ad alta quota PHASA-35, che utilizza una stazione di terra per emettere energia a microonde in modo direzionale al drone volante per integrarne la potenza. Il progetto ha ricevuto un sostegno contrattuale di 15,7 milioni di sterline e circa 21 milioni di dollari dalla British Advanced Research and Invention Agency (ARIA), con l'obiettivo di completare lo sviluppo tecnologico e la verifica del volo entro i prossimi tre anni e mezzo. Se il test avrà esito positivo, questo metodo dovrebbe risolvere il problema dei droni ad alta quota alimentati a energia solare che hanno difficoltà a mantenere il volo di notte e quando manca la luce solare in inverno.
PHASA-35 è un UAV ad alta quota e lunga autonomia ad energia solare, classificato anche come "Pseudolite ad alta quota" (HAPS). È progettato per operare nella stratosfera al di sopra dei 20.000 metri circa. Può evitare la maggior parte dei sistemi meteorologici e del traffico aereo tradizionale e continuare a navigare a una velocità di circa 90 chilometri orari. L'aereo ha un'ala composita in fibra di carbonio lunga 35 metri. La fusoliera è molto leggera. Sulla superficie delle ali sono disposte celle solari per fornire energia ai motori elettrici e alle apparecchiature di bordo.
Il più grande vantaggio di questo tipo di velivolo è che può rimanere a lungo su aree designate per svolgere missioni. I droni ad alta quota alimentati a energia solare sono più economici da schierare rispetto ai satelliti tradizionali che devono essere lanciati nello spazio e possono cambiare aree di missione come gli aerei normali. In futuro, PHASA-35 potrà svolgere attività di ritrasmissione delle comunicazioni, osservazione della Terra, sorveglianza e altri compiti che richiedono un funzionamento continuo a lungo termine.
In teoria, PHASA-35 può fare affidamento sull'energia solare per generare elettricità durante il giorno, immagazzinando l'energia in eccesso nella batteria per mantenere il volo notturno. BAE Systems ha precedentemente fissato un obiettivo fino a un anno di volo continuo per questo velivolo. Tuttavia, questa capacità dipende fortemente dalle condizioni di luce solare locale.
Vicino all'equatore, poiché la durata del giorno e della notte cambia meno durante l'anno, è più facile per i droni alimentati a energia solare ricevere abbastanza luce solare. Ma alle alte latitudini, come nel Regno Unito, la situazione è completamente diversa. In inverno le giornate si accorciano notevolmente e le notti si allungano. In alcuni periodi può verificarsi anche una mancanza di luce solare efficace per lungo tempo. Per gli aerei che devono mantenere sempre l’altitudine, la capacità della batteria diventa in definitiva un limite critico nel determinare il tempo di volo.
Se si aggiunge un gran numero di batterie per far fronte alle lunghe notti invernali, il peso dell'aereo aumenterà ulteriormente. Per un velivolo estremamente leggero a energia solare come il PHASA-35, l’aumento di peso influenzerà direttamente l’efficienza del volo, occupando anche spazio di peso che potrebbe altrimenti essere utilizzato per apparecchiature di comunicazione, sensori e altri carichi di missione.
ARIA ha quindi lanciato il progetto "Piattaforma atmosferica persistente", sperando di sviluppare un nuovo sistema energetico che consentirebbe alle piattaforme solari ad alta quota di sfuggire alle restrizioni diurne, notturne e stagionali. Prismatic, una filiale di BAE Systems, utilizzerà PHASA-35 come una vera e propria piattaforma di verifica del volo per sviluppare e testare la tecnologia di alimentazione wireless a terra in fasi nel corso dei prossimi tre anni e mezzo.
Il principio di base è costruire una stazione di trasmissione di energia dedicata da terra per convertire l'energia elettrica in raggi di microonde direzionali e inviare con precisione l'energia al PHASA-35 situato ad alta quota. Uno speciale dispositivo di ricezione sarà integrato all'interno dell'ala dell'aereo per convertire l'energia a microonde ricevuta in energia elettrica e quindi fornirla al motore e al sistema di batterie dell'aereo.
Questa soluzione è ovviamente diversa dalla ricarica wireless in senso tradizionale. Il drone non atterra a terra né entra in contatto con alcuna attrezzatura di ricarica. Continua invece a volare a un’altitudine di decine di migliaia di metri ricevendo energia da apparecchiature terrestri a lunga distanza. Pertanto, finché la stazione di terra può continuare a fornire energia alla posizione dell'aereo, il PHASA-35 può continuare a volare anche se il sole è tramontato.
Per i droni alimentati a energia solare ad alta quota, il significato più grande di questa tecnologia non è solo l'estensione del tempo di volo notturno, ma la possibilità di riallocare il budget di peso limitato del velivolo. Se gli aerei non avranno più bisogno di trasportare batterie di grande capacità in grado di sopportare le lunghe notti invernali, il peso delle batterie potrà essere ridotto e il peso liberato potrà essere utilizzato per aggiungere apparecchiature di comunicazione, radar, sensori elettro-ottici o altri carichi utili per la missione.
BAE Systems ha dichiarato che il PHASA-35 si è già dimostrato una piattaforma satellitare alternativa a basso costo e che questo progetto esplorerà ulteriormente come rendere questo velivolo con una maggiore capacità di lavoro continuo. L’obiettivo finale è che le piattaforme solari ad alta quota non siano più limitate dalla luce solare stagionale, ottenendo così un reale dispiegamento aereo a lungo termine durante tutto l’anno.
PHASA-35 ha già completato numerosi test di volo e di durata. L’aereo ha completato il suo primo volo nel 2020 e da allora è stato sottoposto a decine di ore di test di resistenza e di verifica completa dei sensori trasportati. È progettato per operare nella stratosfera per lunghi periodi di tempo e svolgere compiti che sono difficili da svolgere economicamente per i satelliti tradizionali e per alcuni aerei con equipaggio.
Se la tecnologia di fornitura di energia a microonde da terra verrà finalmente dimostrata, il campo di applicazione di questo velivolo potrebbe essere ulteriormente ampliato. Per le missioni di comunicazione, la piattaforma ad alta quota può restare sospesa a lungo sull'area target per fornire un relè di comunicazione per aree remote; per le missioni di sorveglianza e osservazione della terra, può rimanere a lungo in prossimità di un'area fissa senza la necessità di atterrare e ricaricarsi con la stessa frequenza dei normali droni.
Tuttavia, l'alimentazione wireless da terra agli aerei ad alta quota deve ancora affrontare molti problemi tecnici, tra cui l'efficienza della trasmissione di energia a microonde, il controllo del raggio a lunga distanza, il peso delle apparecchiature di ricezione dell'aereo, la trasmissione di energia in condizioni meteorologiche complesse e la sicurezza del volo. Uno dei punti centrali di questo progetto è verificare se questa tecnologia può funzionare stabilmente in un ambiente atmosferico reale attraverso dimostrazioni di volo reali.
Il contratto di ARIA sarà sviluppato in tre fasi, con l'obiettivo finale che PHASA-35 porti un sistema completo per una dimostrazione di volo completa. In caso di successo, i droni ad alta quota alimentati a energia solare potrebbero passare da una modalità operativa di “affidarsi al sole durante il giorno e fare affidamento sulle batterie di notte” a un sistema energetico per tutte le stagioni che “combina l’energia solare con la fornitura di energia wireless terrestre”.
Per PHASA-35, ciò significa che il suo principale punto debole originario, ovvero la mancanza di luce solare di notte e in inverno, dovrebbe essere risolto attraverso l'approvvigionamento energetico dalla terra. Per l’intero campo HAPS, questa tecnologia potrebbe consentire agli aerei solari ad alta quota di avere veramente la capacità di rimanere in aria tutto l’anno, formando una nuova piattaforma tra aerei tradizionali e satelliti in alcune missioni di comunicazione, sorveglianza e osservazione della terra.
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