Avion na solarni pogon

Početkom maja, avion je preleteo Sjedinjene Američke Države pomoću sunčeve energije. U 2015. godini procenjuje se da će preleteti svet.

Tokom 2011. godine avion na solarni pogon je leteo preko Švajcarske

Tokom 2011. godine avion na solarni pogon je leteo preko Švajcarske

Dvadeset prvog marta 1999. godine, ujutru, Bertrand Pikard (Betrand Piccard) i Brajan Džouns (Brian Jones), prizemljili su njihov balon u egipatskoj pustinji, i tako su kompletirali prvi let oko sveta bez stajanja. Tokom slavlja, Pikard je konstatovao: Rezervoari sa propanom koji su bili neophodni da bi se balon održavao u vazduhu su bili skoro prazni. “Da su vetrovi bili malo slabiji preko Atlantika, završio bih u nekom jarku”, dodao je. Pikard je tada obećao da će pronaći način da preleti svet bez trunke goriva.

Početkom maja, Pikard i njegov partner su, koristeći avion na solarni pogon, leteli od San Franciska do Njujorka – kao uvod za planirani let 2015. koji podrazumeva put oko celog sveta. Kada je prvi put rekao svima za njegov san, svi su mislili da je lud. Iako su pioniri kao što je Pol Mek Kridi (Paul MacCready), pravili avione na solarni pogon još od 70-ih godina, ni jedan nije mogao da leti nakon što sunce zađe, a kamoli da lete danima preko Atlantika i Pacifika.

Prepreka je bila težina. Da bi leteo tokom noći, avion mora da crpi snagu iz baterija koje se pune danju. Ali baterije su sadržale mnogo manje energije po kilogramu nego rezervoar sa gorivom. Što  znači da avion mora da nosi veće baterije kako bi skladištio veću količinu energije, što je dalje značilo da bi avion bio još teži i tako zahtevao još više energije za letenje. Kada na to dodate kabinu i pilota, avion postaje pretežak i za samo uzletanje. Zbog toga su se istraživači letelica na solarni pogon fokusirali na bespilotne letelice, kao što su „heliosi sa letećim krilima“ agencije NASA.

Bertrand Pikard 2012. godine nakon letenja preko Mediterana u solarnom avionu

Bertrand Pikard 2012. godine nakon letenja preko Mediterana u solarnom avionu

Pikard, švajcarski fizioterapeut i pilot, dolazi iz porodice avanturista koji nisu skloni odustajanju: 1960. njegov otac Žakez (Jacques), prvi je putovao do okeanove najdublje tačke, 1931. njegov deda Avgust (Auguste) bio je prvi pilot koji je balonom došao do stratosfere. Pikard je nastavio da promoviše njegov koncept letenja uz pomoć solarne energije, i tako mu je Švajcarski federalni institut za tehnologiju u Luzanu (Lausanne EPFL) omogućio 2003. godine da započne istraživanja. Oni su zaključili da bi ultra laki avion sa širokim rasponom krila mogao da smanji otpor vazduha i uz pomoć solarne energije poleti. Andre Boršberg (André Borschberg), pilot i inženjer koji je vodio EPFL istraživanje, pridružio se Pikardu kako bi zvanično pronašli Solarni impuls. Tako su njih dvojica počeli da regrutuju ljude i donatore za 10-ogodišnji projekat vredan 130 miliona dolara.

Oni su odmah naleteli na probleme. Nisu mogli da nađu nikoga ko bi im napravio avion. Svi su mislili da je nemoguće, tako da su Pikard i Boršberg okupili svoj tim inženjera. “Mislim da imamo više ljudi izvan sveta avijacije nego onih kojih su zapravo za to specijalizovani”, izjavio je Boršberg. Glavni na razvoju aviona, Robert Fraefel, vodi poreklo iz Formula 1 trkanja. Ostali dolaze iz industrija kao što su fotonaponska proizvodnja i izlivanje metala.”U neku ruku, imali smo veliku prednost jer smo imali mnogo neiskusnih ljudi. Kada ste iskusni, stalno se vraćate rešenjima koje već znate”, izjavio je Boršberg.

Tim je odlučio da ram i krila napravi kompletno od karbonskih vlakana (proizvedeno od kompanije koja pravi jahte), koji se spajaju visoko obrađenom plastičnim šrafovima i zavrtnjima. Materijali su lagani, ali ipak dovoljno jaki da omoguće raspon krila od 63 metra (skoro identično kao kod Erbas aviona A340-500). Avion je težio nešto malo preko 1500 kilograma, što je manje od 1% težine Erbasa.

Kako bi pokrenuli avion, inženjeri su obložili sa skoro 12.000 silikonskih solarnih ćelija glavno krilo i horizontalni stabilizator. Ćelije su proizvodile u proseku 50 kilovati tokom 24 časa, šaljući energiju direktno u motor kada je avion u vazduhu i usmeravajući svaki višak do četiri litijum-polimerne baterije.

Krilo solarnog aviona, izgrađeno od karbonskih vlakana

Krilo solarnog aviona, izgrađeno od karbonskih vlakana

Nakon četiri godine dizajniranja i 2 pravljenja, avion je načinio svoje prve korake – letenjem 350 metara na aerodromu u Dubendorfu, Švajcarskoj, krajem 2009. godine. Pravi test desio se u julu 2010. godine kada je Boršberg leteo avionom noću po prvi put preko Pajerne, Švajcarska. ”Nismo znali kako će tačno avion da se ponaša”, dodao je. “Da li ćemo potrošiti više energije nego što smo planirali? Da li ćemo se susreti sa silaznom strujom?” Bez autopilota, leteo je u sedećoj poziciji 26 sati bez prestanka, koristeći joga tehnike da se istegne u skučenoj kabini. Kada je sleteo, oborio je tri rekorda, uključujući postignutu najvišu tačku letenja avionom na solarni pogon koja je iznosila 9.150 metara, kao i najduži solarni let od 26 sati, 10 minuta i 19 sekundi.

Prototip aviona dokazao je da je koncept koji je tim prolongirao važeći – ali i dalje ne mogu da lete oko sveta. Pošto je brzina solarnog aviona koji su osmislili iznosila 100 kilometara po času, Pikard procenjuje da bi bila potrebna 3 dana letenja bez prestanka da bi se preleteo Atlantski okean i 5 do 6 za Pacifički. To zahteva složeniji sistem sa većim kokpitom koji bi omogućavao pilotu da prespava; veću efikasnost za skladištenje više energije u rezervama; kao i nepromočivu elektroniku koja bi omogućavala letenje u vlažnim uslovima. Tako da je Solarno impulsni tim sada na pola puta. “Prvi avion imao je tehnologiju iz 2007. godine. Drgi će imati tehnologiju budućnosti”, dodao je Pikard.

Solarni avion se ubacuje u Boing 747. Inženjeri će ga sastaviti kada sleti u San Francisko radi leta između San Franciska i Njujorka.

Solarni avion se ubacuje u Boing 747. Inženjeri će ga sastaviti kada sleti u San Francisko radi leta između San Franciska i Njujorka.

HB-SIB, avion budučnosti, će biti 11% veći, imaće autopilota, motore sa većom efikasnošću, i kostur napravljen od još lakših karbonskih vlakana. Baterije će imati veću gustinu energije zahvaljujući novim elektrolitima i elektrodama razvijenim od strane Solvaj i Bajer istraživačkog tima posvećenog razvoju novih materijala (Solvay and Bayer MaterialScience) – tehnologiji koja je već rasprostranjena u električnim vozilima i tehnici. Dve kompanije već su razvile čvrstu poliuretansku penu sa visokim performansama za krila aviona i kokpit izolaciju koju Bajer trenutno koristi u frižiderima i građevinskoj industriji.

Pikard je zadovoljan jer njegovi projekti podstiču razvijanje tehnologija koje mogu unaprediti i druge industrije, ali takođe se nada da će Solarni impuls podstaći potragu za obnovljivom energijom. “Vrlo često se dešava da dok pričamo o zaštiti sredine, to postane dosadno”, izjavio je Pikard. “Sve se svodi na manje pokretljivosti, manje konforta, manje razvoja”. Nasuprot tome, on se nada da će dokazati da eksploatisanje sunčeve energije može da nam donese i veću slobodu.

Konstrukcija aviona na solarnu energiju

Konstrukcija aviona na solarnu energiju

1) Struktura

Inženjeri su napravili kostur aviona ultra lakim, spajanjem delova od karbonskih vlakana u grede i jarbol. Laka i čvrsta pena formira krila i izoluje gondolu od kokpita.

2) Krila

Tanka i dugačka krila prostiru se 63 metra. Dužina smanjuje otpor, povećavajući tako aerodinamiku, i  uisto vreme omogućava prostor za 10.748 solarnih ćelija.

3) Solarne ćelije

Napravljene od nanokristalnog silikona, debele svega 150 mikrona, solarne ćelije prekrivaju 200 kvadratnih metara. One pretvaraju sunčevu svetlost u eliktricitet sa koeficijenotm efikasnosti od 22%.

4) Instrumenti

Zbog raspona krila i male brzine – 100 kilometara po času, avion može da se nagne za samo 5 stepeni, mnogo manje od konvencionalnog aviona. Omega instumenti sa tačnošću mere ugao nagimanja i tresu kontrolni točak ako se pilot nagne previše jako.

5) Kokpit

Samo jedan pilot staje u kokpit, i mora da bude u sedećem položaju. On kontroliše avion uz pomoć džoistika, kormila i 4 poluge.

6) Gondole

Svaka od četiri gondole, ili odvojene motorske konzole, staju ispod krila, sadržeći pakovanje baterija, motor od 10 konjskih snaga i kutiju sa opremom koja pokreće propeler na 400 rpm. Raspodeljujući težinu baterija, gondole takođe smanjuju opterećenje aviona.

7) Baterije

Sa nešto više od 360 kilograma, litijum-polimerske baterije čine četvrtinu ukupne težine aviona. Veoma su efikasne, skladište oko 109 wati po satu.

Putanja leta

Putanja leta

Putanja leta:

Tokom dana, solarni avion se penje između 8220 i 8530 metara nadmorske visine. Kada sunce zađe, propeleri se priguše kako bi se energija sačuvala, i avion se polako spušta na 1200 metara. On ostaje na toj visini sve dok sunce ne izađe ponovo i baterije krenu da se pune. Tim meteorologa koristeći simulacije, procenjuje kada je najbolje doba dana da se avion penje, uzimajući u obzir oblačnost i vetrove.

Sunčeva svetlost proizvodi paru iz ledene vode

Naučnici univerziteta Rice su otkrili novu, vrlo naprednu, tehnologiju koja koristi nano čestice za direktno pretvaranje solarne energije u paru. Nova „solar steam“ (sunčeva para) metoda koja je osmišljena u laboratoriji univerziteta (Rice’s Laboratory for Nanophotonics – LANP) je toliko efikasna da može, čak proizvesti paru iz ledeno hladne vode.

Detalji ovog metoda su objavljeni novembra meseca ove godine u Internet časopisu ACS Nano. Efikasnost tehnologije je procenjena na 24%. Solarne ćelije (fotovoltaične), poređenja radi, u proseku postižu efikasnost od 15%. Međutim, istraživači sunčeve pare ne očekuju da će prva primena njihove tehnologije biti vezana za stvaranje električne energije, nego pre za sanaciju i prečišćavanje u zemljama u razvoju.

„Cela stvar je više od električne energije“ kaže šef laboratorije LANP, Naomi Halas (Naomi Halas), inače vođa celog projekta. „Sa ovom tehnologijom možemo početi da razmišljamo toplotnoj energiji Sunca na potpuno nov način.“

Oara Neumann levo i Naoumi Halas su koautori na novom istraživanju koje se bavi proučavanjem vrlo efikasnih metoda koje pretvaraju sunčevu svetlost u toplotu. Očekuju da će njihova tehnologija imati početni uticaj na razvoj izuzetno malih sistema za obrdu ljudskog otpada i to za zemlje gde fale infrastrukture kao što je električna energija ili kanalizacija: Foto: Jeff Fitlow

Efikasnost sunčeve pare je posledica rada nano čestica koje su u stanju da nadolazeću svetlost Sunca pretvore u toplotu. Kada se ove čestice potope u vodu i izlože sunčevoj svetlosti, one toliko brzo zagreju vodu da se ona momentalno zagreva do temperature pri kojoj voda isparava – dobija se vodena para. Halas kaže da solarna para ima nivo efikasnosti koji se može unaprediti poboljšavanjem same tehnologije.

„Krećemo od zagrevanja vode na makro nivou, da bi je zatim zagrejali na nano skali.“ kaže Halas. „Naše čestice su vrlo male – manje nego talasna dužina same svetlosti – što znači da imaju izuzetno malu površinu koja bi rasipala toplotu.“ Intenzivno lokalno zagrevanje generiše paru na lokalnom nivou, tačno na površini nano čestice, i ideja da se para proizvodi na nivou dela sistema (čerstice) je suprotna od intuitivne.“

Da bi pokazali kako je ceo proces ne intuitivan, saradnik na projektu Oara Njuman (Oara Neuman) je snimila film demonstracije solarne pare. U tom opitu, probna cev u kojoj su se nalazile pomenute nano čestice je potopljena u kupku ledene vode. Koristeći samo sočivo da bi se koncentrisala sunčeva svetlost na skoro smrznutu mešavinu u cevi, Njuman je pokazala da je u stanju da proizvede paru iz skoro smrznute vode.

dfs

Para je najviše korišćeni fluid u industriji. Oko 90 procenata električne energije se proizvodi zahvaljujući pari, a sem toga para se koristi za sterilisanje medicinskog otpada i hirurških instrumenata, da se pripremi hrana i da se pročisti voda.

Sistem sunčeva para koji se razvijen na univerzitetu Rice ima sveukupni nivo efikasnosti od 24 procenata. To znači da od ukupnih 100 posto energije koji je ušao u sistem, 24 procenata biva iskorišćeno za obavljanje nekog procesa ili za zagrevanje nekog drugog sistema. Ovaj rezultat poprilično prevazilazi mogućnosti najmodernijih solarnih ćelija. Verovatno će biti prvo iskorišćen za sanaciju i prečišćavanje vode u zemljama u razvoju. Foto: Jeff Fitlow.

Ljudi u zemljama u razvoju će biti prvi koji će osetiti prednosti sunčeve pare.  Inženjeri univerziteta Rice su već napravili autoklav koji pokreće sunčeva para, a koji je u stanju da steriliše medicinske i zubarske instrumente na klinikama koje nemaju pristup električnoj energiji. Halas je dobila nagradu Grand Challenges grant iz fondacije Bill i Melinda Gates za stvaranje izuzetno malog sistema za obradu ljudskog otpada u oblastima gde nema kanalizacionih sistema ili struje.

„Solarna para je izuzetna zbog svoje efikasnosti“, kaže Njuman, vodeći koautor na naučnom radu. „Nije neophodna velika količina ogledala ili solarnih panela. U stvari, cela aparatura može biti jako mala. Na primer, propusni prozor prilikom naše demonstracije je bio veliki svega nekoliko kvadratnih centimetara.“

Još jedan moguća primena nove tehnologije je u opsluživanju hibridnih rashladnih i sistema za zagrejavanje koji se pokreću preko dana zahvaljujući sunčevoj energiji, a tokom noći koriste električnu energiju. Halas, Njuman i njihove kolege su takođe sprovele eksperiment destilacije i otkrile da je sunčeva para oko dva i po puta efikasnija od postojećih destilacionih sistema.

Halas, Profesor kompjuterskog i električnog inženjeringa, profesor fizike, hemije i bio medicine je jedan od je najčešće citirani hemičar današnjice. U laboratoriji u kojoj radi istraživači su se specijalizovali u stvaranju i proučavanju čestica čije se funkcije aktiviraju pod uticajem svetlosti. Jedna od njenih kreacija – zlatna nano ljuska – je na kliničkim testovima kao potencijalni lek za rak.

Prilikom koncipiranja tehnologije lečenja raka i mnogih drugih tehnologija, Halasin tim bira da radi sa česticama koje interaguju sa vrlo malim brojem različitih talasnih dužina svetlosti. Kada je u pitanju sunčeva para, Halas i Njuman su se odlučile za česticu koja je u stanju da interaguje sa što većim opsegom talasnih dužina sunčeve svetlosti. Ove, nove nano čestice mogu biti aktivirane sa vidljivom svetlošću i sa svetlosnim dužinama svetlosti koje nisu vidljive golim okom.

„Mi ne menjamo bilo koji od zakona termodinamike“, kaže Halas. „Mi samo zagrevamo vodu na radikalno drugačiji način.“

Novo lice planete Merkur

Prošlo je već više od godinu dana, od kada je sonda pod imenom „Messsnger“ počela svoje osmatranje površine Merkura. Od tada pa do sad, letelica je sa svojim uređajima zabeležila i posla na Zemlju više od 100000 fotografija, izmerila i mapirala gravitaciono polje planete i sprovela precizna merenja površine koja su otkrila nove detalje o planeti. Objavljeni podaci pokazuju, u najmanju ruku, da je planeta daleko čudnija (i zanimljivija) nego što se pretpostavljalo.

[nggallery id=7]

Merkur je, u rimskoj mitologiji, glasnik bogova (na engleskom messenger).

Tranzit Venere ispred Sunca

Danas u 17:45 po lokalnom vremenu na istočnoj obali svernoameričkog kontinenta počeće tranzit (prolaz) Venere, isperd Sunca. Događaj će biti vidljiv najbolje u području Severne i Južne Amerike.

I ako je događaj vidljiv skoro sa celog globusa, stanovnici Evrope, na primer, će videti sam kraj tranzita Venere 6. juna tokom prvih jutarnjih časova. Sve ostale podatke možete videti na linku na kraju teksta, pa ako posluži vreme i ne mrzi vas da ustanete rano, možete primeti koliko je Sunce zaista veliko.

Treba imati na umu da je tranzit Venere preko Sunca, sa stanovišta nauke, jedan od važnijih događaja ovog veka. Pokušaču da objasnim razloge.

Prvi i možda najubedljiviji razlog je činjenica da, mi sa Zemlje, možemo prisustvovati ovakvom prizoru samo jednom u 100 godina. Konkretnije, sledeća tranzicija Venere će se desiti “već” 2117. godine.

Istorija praćenja tranzita Venere je ista kao praćenja pomračenja Sunca, ali je kraća. U prvom slučaju (Venera) taj događaj nije spektakularan kao kada se desi pomračenje izazvano kretanjem Meseca. Kada neko veće nebesko telo pređe svojom putanjom između Zemlje i Sunca stiče se utisak da to telo prekriva Sunce. Svaki takav dogđaj, a vidljiv sa površine se može navati sunčevom eklipsom. Domaći izraz bi bio – pomračenje Sunca. Na osnovu toga se može lako zaključiti da je Zemlja u stanju da proizvede pomračenje meseca, kada se nađe između Meseca i Sunca i to se onda zove mesečevom eklipsom.

Slični uslovi će se uspostaviti sutra rano ujutru, po našem vremenu i veći deo Evrope će moći (ako dozvole oblaci) da vidi planetu Veneru kako prolazi ispred Sunca.

Zbog drugačijih odnosa i rastojanja, nego kod pomračenja Sunca Mesecom, Venera neće prekriti Sunce svojom veličinom nego će semo lagano preći kao ptica ispred ogromnog cepelina.

Najvažnijia stvar kod ovog događaja se ogleda u mogućnosti. Naučnici imaju priliku da provere svoja merenja i da se uvere da li je sve kako je bilo i pre. Za sada, astronomija, kao nauka, duguje mnogo novog saznanja eklipsama koje se dešavaju u svemiru, stalno. Kada je u pitanju naš komiluk (Sunčev sistem), tranzicija će poslužiti da se proveri ispravnost izmerene distance između Sunca i Zemlje koja se koristi kao jedinica za kvantitativno opisivanje rastojanja u svemiru – astronomska jedinica (AJ). Vremenski interval između dve eklipse može dati informacije o periodu kruženja nekog nebeskog tela oko njegovog sunca. U svakodnevnom jeziku mi taj vremenski interval zovemo 1 godina. U To je period, za koji Zemlja obiđe pun ciklus oko Sunca. Ovde nisam namerno iskoristio reč “krug”, jer putanje planeta oko Sunca obično nisu kružne.

Kao posebna zanimljivost je i podatak da se tranzit Venere ispred Sunca može primetiti sa Zemlje dva puta u malom vremenskom intervalu, a onda nastupa velika vremenska pauza do sledećeg tranzita. Prethodni tranzit se desio 8. juna 2004. godine, tako da se može reći da ovaj “događaj ide u paru”. Sem toga, relativne putajanje ta dva tranzita nisu iste i to je posledica još jedne zanimljive činjenice. Putanje kruženja Venere i Zemlje, oko Sunca, ne leže u jednoj ravni. Zbog toga, mnogo ređe se mogu ispuniti uslovi u kojima se Sunce, Venera i Zemlja mogu naći na jednoj liniji. Da nije te ugaone razlike ravni kruženja planeta, tranzicija Venere bi bila znatno češči događaj,

Ko je video video je, ko nije, neka potraži snimak na Internetu. 🙂

Izvor: NASA

Pluton ima kompleksniju površinu nego što se ranije mislilo

Visoko osetljivi spektrograf koji se nalazi na svemirskom teleskopu Habl (Hubble) je otkrio vrlo jaki apsorber (upijač) ultra-ljubičastog zračenja na površini bivše planete Pluton. Ovo predstavlja dokaz da se na tom nebeskom telu nalaze (u stvari, postoji velika šansa da je tako) kompleksna jedinjenja vodonika i ugljenika (ugljovodonici). Sem toga, postoji slična šansa da se tamo nalaze i nitritni molekuli, koji leže na površini. Ovo otkriće je objavljeno u Astronomskom Žurnalu (Astronomic Journal). Autori su grupa naučnika sa Southwest istraživačkog instituta (Southwest Research Institute) i Univerziteta u Nebraski (Nebraska Wesleyan University).

Takve jedinjenja mogu nastati u interakciji sučeve svetlosti ili kosmičkih zraka sa, do sada, poznatom površinom Plutona, koju sačinjavaju led, metan (CH4), ugljen monoksid (CO) i azot (N).

Izvor: Southwest Research Institute