Egyre nyilvánvalóbb tény, hogy az emberiség olyan mértékű energiaéhségben szenved, melyet a Föld nevű bolygó egy idő után már nem lesz képes kielégíteni. A fosszilis energiahordozók elfogyasztása után a megújuló illetve a kozmikus források használatára leszünk kényszerülve. A repülésben is megkezdődött a felkészülés a jövőre, többek között folyamatosan zajlanak a napelemek segítségével előállított energiát hasznosító szerkezetekkel folytatott kísérletek.

Mi is az a napelem?

A Nap által sugárzott energia felfogására és hasznosítására alkalmas szerkezetek. Olyan szilárdtest eszközök, amelyek a fénysugárzás energiáját közvetlenül villamos energiává alakítják. Ennek az a fizikai alapja, hogy a fény elnyelődésekor mozgásképes töltött részecskéket generál, amiket az eszközben az elektrokémiai potenciálok, illetve az elektron kilépési munkák különbözőségéből adódó beépített elektromos tér rendezett mozgásra kényszerít.
Jelenleg a napelemek magas előállítási költsége miatt még elég drága ilyen módszerrel áramot termelni, de a jövőt ezek a berendezések jelentik. A Nap ugyanis olyan elképesztő mennyiségű energiát sugároz, mely sokszorosan haladja meg a szükségleteinket. Egyes számítások szerint a Nap 36 óra alatt annyi energiát sugároz, amely az összes Földön található és kitermelhető kőolajkészletekben rejlik… Ha ennek csak egy kis részét hasznosítjuk, az is bőségesen elegendő. A technológia pedig rohamléptekkel fejlődik, egyre kisebb, könnyebb, ugyanakkor hatékonyabb napelemeket fejlesztenek. Természetesen a kínaiak is bekapcsolódtak a kecsegtető üzletbe és főleg olcsó, a háztartások energiaellátást segítő termékekkel törnek be a piacra.

Levegőben a Zephyr

Környezetszennyező és energiafaló repülés

Az alig több mint száz éve hódító motoros repülés az egyik leginkább energiafaló ágazat, ráadásul környezetszennyező is. Évről évre növekszik az elszállított utasok száma és a gépek levegőben töltött összesített ideje, így természetesen a takarékosabb hajtóművek ellenére is emelkedik az üzemanyag felhasználás és a károsanyag kibocsátás. A fosszilis eredetű üzemanyag elégetése szén-dixod, vízpára és nitrogén-oxidok légkörbe kerülését okozza. Ezek az atmoszféra felső rétegeiben felhalmozódva jelentősen növelik az üvegházhatást.
Ráadásul a kitermelhető fosszilis eredetű energiahordozó tartalékok – főleg a kőolaj – mennyiségének csökkenése és így árának jelentős emelkedése is az alternatívák iránti kutatásokat ösztönzi. Egyik ilyen út a szintetikus üzemanyagok kifejlesztése, melyben az Egyesült Államok légiereje élen jár. Ez az alternatív üzemanyag egy speciális szintetikus Fischer-Tropsch féle anyag, melyet földgázból állítanak elő. A végső cél az, hogy hosszú távon akár szintetikus üzemanyagokkal is ki lehessen váltani a mostani, kőolaj alapú kerozin típusokat. A teszteket egy B-52 Stratofortress bombázóval kezdték meg, majd repült vele egy C-17 Globemaster III szállítógép is, sőt a B-1B Lancer révén a szuperszonikus próbákra is mód nyílt. A sikeres teszteredmények alapján reálisak azok a tervek, melyek szerint a következő években egyre inkább növelik a szintetikus üzemanyagok használatát a katonai repülésben. A rövid kis kitérő után azonban térjünk vissza a napelemes repüléshez.

Nem álom, hanem valóság

A napelemek által gyűjtött energiával meghajtott repülés nem csak a sci-fi írok fantáziájában létezik, hanem az 1970-es évek óta valóság. A kietlen Mojave-sivatagban 1974-ben emelkedett ugyanis először a magasba egy olyan, pusztán a nap energiája által hajtott kis repülő szerkezet, mely egy új korszakot nyitott meg. A rádió távirányítású szerkezetet Robert Boucher konstruálta és Astro névre keresztelte.
A Gossammmer Albatross nevű szerkezet 1979-ben már a La Manche csatornát is átrepülte. Ezt követően egyre nagyobb méretű és teljesítményű szerkezeteket gyártottak a kísérletező kedvű „szolár aviatikusok”.
A magassági rekordokat ostromló Helios például - melyet 62000 napcella lát el energiával – már az első teszt repülésén 22800 méterig jutott. A 74 méteres szárnyfesztávolságú, 15 millió dolláros költségvetéssel épült, leginkább bumerángra hasonlító gépet az Amerikai Egyesült Államok Nemzeti Légügyi és Űrhajózási Hivatala (NASA) és egy kaliforniai magáncég, az AeroVironment hozta létre. A futurisztikus szerkezet szinte teljes felületét napelemek borítják, melyek nem kevesebb, mint 40 kilowattnyi energiát tudnak termelni, sőt azt el is tudják tárolni, így éjszaka is repülhet. A személyzet nélkül üzemelő gép akár hónapokat is el tudna külső beavatkozás nélkül tölteni a levegőben, így alkalmas megfigyelési és telekommunikációs célokra is.

A Helios prototípusa 2001-ben

A mindössze 31 kilogramm tömegű Zephyr kísérleti repülőgép szintén a napenergia révén marad a levegőben, méghozzá 54 órán keresztül. A Helioshoz képest kisebb méretű, 18 méter szárnyfesztávolságú repülőgépet 3000 méteres magasságig a földről irányítják távvezérléssel, aztán a robotpilóta veszi át a vezetést. Nappal a szárnyakon elhelyezett napelemek által gyűjtött energia tartja a levegőben a Zephyrt, és hajtja a gép propellerét, éjjel pedig a napközben megspórolt energia, ami újratölthető, lítium-kén alapú akkumulátorok tárolnak.
A legfrissebb terveket a nemrégiben zárult Singapur Airshow 2008 repülési szakkiállításon vázolták fel. A svájci Dr. Bertrand Piccard professzor – aki elsősorban a ballonos repülésben alkotott eddig maradandót – egy olyan, éjjel és nappal is repülni képes, napelemek energiája által hajtott szerkezetről beszélt, mely alkalmas akár a Föld körberepülésére is, méghozzá emberekkel a fedélzetén. A Solar Impulse elnevezésű project kulcsát a korszerű, megnövelt hatásfokú napelemek jelentik, ezek révén ugyanis naponta tizenhat órán keresztül gyűjtik és tárolják az energiát, a maradék nyolcban pedig a tartalékokat használják fel. A számítások szerint ez a teljesítmény biztonságosan elegendő a borult idő vagy csökkent napfény melletti repülés során is.
A 80 méter fesztávolságú, mindössze két tonna felszálló-tömegű karbonszálas erősítésű szerkezet akár már jövőre végrehajthatja első tesztrepülését. A Solar Impulse törzsének és szárnyainak felületén 700 négyzetméternyi napelemet helyeznek el. Az ezek által termelt napenergiát ultrakönnyű lítiumion akkumulátorok tárolják, amelyek négy, a szárnyakon elhelyezett elektromotoros légcsavart hajtanak meg.

Solar Impulse. Az elkövetkezendő években feltehetően még sokat hallunk róla...

Napelemes jövő?

A kisebb, pilóta nélküli, távirányítású, napenergiával működő repülőgépek elsősorban tudományos és katonai feladatok ellátásra képesek. Ilyeneket fejleszt például a NASA is, mivel a távoli bolygók elérésére ezek látszanak alkalmasnak. Már a Mars feltérképezéséhez is akarnak ilyen gépeket használni, de a műholdak helyett is olcsóbb megoldást biztosítanak. Ugyanakkor az embereket is szállító, jóval nagyobb és költségesebb (például a Solar Impulse 72 millió dollárba fog kerülni) repülő szerkezetek jelenleg még csak a rekordok hajhászására tűnnek alkalmasnak, azonban ne feledjük, annak idején Charles Lindbergh óceánrepüléséről is ezt gondoltuk, pár évvel később pedig már menetrendszerinti járatok repülték át a nagy vizet…