نخستین پرواز تاریخی هواپیمای برقی با باتری حالت جامد

یک پرواز کوتاه بر فراز یک فرودگاه در فلوریدا، برای چند دقیقه پرتنش، شبیه آینده‌ای بود که نخستین نفس‌های محتاطانه خود را می‌کشد.

در ۵ ژوئن در فرودگاه شهری زیفرهیلز، خلبان آزمایشگر میگل ایتورمندی، هواپیمای Helios Horizon، یک پرنده سرنشین‌دار با بال ثابت، را در مجموعه‌ای از پروازهای کوتاه آزمایشی هدایت کرد. این پروازها پیروزی‌های طولانی‌برد نبودند. بلکه بررسی‌هایی محتاطانه و مرحله‌به‌مرحله درباره وزن، تعادل و کنترل‌پذیری پس از جایگزینی سلول‌های متداول با باتری‌های حالت جامد به شمار می‌رفتند. با این حال، همین لحظه یک نقطه عطف است: این نخستین پرواز ثبت‌شده یک هواپیمای سرنشین‌دار بال ثابت با نیروی سلول‌های حالت جامد محسوب می‌شود.

چرا این موضوع اهمیت دارد؟ زیرا هوانوردی برقی سال‌هاست با یک مسئله سرسخت فیزیکی محدود شده است: انرژی به ازای هر کیلوگرم. بسته‌های رایج لیتیوم‌یون، همان شیمی پایه‌ای که در خودروهای برقی و بسیاری از پهپادها استفاده می‌شود، به الکترولیت‌های مایع وابسته‌اند و برای ذخیره انرژی قابل استفاده کافی در مسافت‌های تجاری با چالش جدی روبه‌رو هستند. هواپیماها به چگالی انرژی بسیار بیشتری نسبت به خودروها نیاز دارند. در پرواز، وزن هیچ اغماضی نمی‌پذیرد.

شیمی حالت جامد این معادله را تغییر می‌دهد. وقتی الکترولیت مایع با یک ماده جامد جایگزین می‌شود، چند مزیت عملی به دست می‌آید: مقاومت بهتر در برابر سوراخ‌شدن، کاهش خطر آتش‌سوزی، پایداری حرارتی بالاتر، و مهم‌تر از همه، چگالی انرژی بسیار بیشتر. در مورد Helios Horizon، تیم پروژه گزارش داده است که چگالی انرژی از حدود ۲۶۰ وات‌ساعت بر کیلوگرم در پیکربندی قبلی لیتیوم‌یونی به حدود ۴۱۰ وات‌ساعت بر کیلوگرم با سلول‌های جدید حالت جامد رسیده است، جهشی نزدیک به ۶۰ درصد. ایتورمندی و همکارانش انتظار پیشرفت‌های بیشتری دارند و تیم پیش‌بینی می‌کند طی یکی دو سال آینده، این عدد حدود ۴۰ درصد دیگر نیز افزایش یابد.

این باتری‌ها همچنین با زیرساخت‌های موجود سازگارترند. آن‌ها می‌توانند از برق متناوب استاندارد شارژ شوند و از شارژ سریع پشتیبانی می‌کنند. این پروژه ادعا می‌کند که شارژ تا ۸۰ درصد در کمتر از ۱۵ دقیقه انجام می‌شود. Helios Horizon فقط به باتری متکی نیست. پنل‌های خورشیدی چسبانده‌شده روی بال‌ها و یک سازوکار بازیابی انرژی که هنگام کاهش ارتفاع، ملخ را به ژنراتور تبدیل می‌کند، با روش‌هایی هوشمندانه و کم‌فناوری برد پرواز را افزایش می‌دهند. می‌توان آن را پرواز بازتولیدی نامید.

خود هواپیما در ابتدا یک گلایدر موتوردار Pipistrel Taurus بود. تیم توسعه روی آن یک سامانه اختصاصی مدیریت باتری، مجموعه پیشران سفارشی، کنترل‌های حرارتی و افزونه‌های خورشیدی نصب کرد. این پلتفرم پیش‌تر نیز توانایی پروازی خود را نشان داده است: این پرنده قبلا به ارتفاع ۷۳۱۵ متر رسیده و هدف بعدی آن ۱۲۱۹۲ متر است، ارتفاعی بلند که اغلب به عنوان سطح پرواز کروز تجاری مطرح می‌شود.

Helios Horizon تنها بازیگر این میدان نیست. شرکت چینی EHang یک نمونه عمودپرواز دوسرنشینه به نام EH216-S را با سلول‌های حالت جامد لیتیوم فلزی آزمایش کرده و پروازی پیوسته ۴۸ دقیقه‌ای را با چگالی انرژی نزدیک به ۴۸۰ وات‌ساعت بر کیلوگرم ثبت کرده است. شرکت CATL نیز یک مفهوم سلول فشرده با حدود ۵۰۰ وات‌ساعت بر کیلوگرم نمایش داده و می‌گوید آزمایش‌های هوانوردی در جریان است. در اروپا، ایرباس و رنو یک مسیر مشترک تحقیق و توسعه را آغاز کرده‌اند که هدف آن تقریبا دو برابر کردن چگالی انرژی فعلی است تا هواپیماهای برقی یا هیبریدی میان‌برد در دهه ۲۰۳۰ امکان‌پذیر شوند.

با این حال، موفقیت نمونه‌های اولیه فقط آغاز راه است. صدور گواهی‌نامه، تأییدیه‌های مقرراتی و سال‌ها آزمون قابلیت اطمینان، میان این نمایشگرهای فناوری و عملیات روزانه خطوط هوایی فاصله انداخته‌اند. با وجود این، هر جهش تدریجی در شیمی سلول‌ها بخشی از محدودیت‌های قدیمی را از میان برمی‌دارد.

فعلا پرواز Helios Horizon مانند یک وعده بزرگ به نظر می‌رسد: قوانینی از فیزیک که زمانی هواپیماهای برقی را به پروازهای بسیار کوتاه محدود کرده بودند، در حال نرم‌تر شدن هستند. آیا سلول‌های حالت جامد همان جرقه‌ای خواهند بود که سرانجام پرواز برقی روزمره را روشن می‌کند؟ پاسخ را باید در صعودهای بعدی و داده‌های تازه باتری جست‌وجو کرد.