Salah satu tujuan utama badan antariksa dan kedirgantaraan komersial dewasa ini adalah mengurangi biaya eksplorasi ruang angkasa. Tapi itu bukan hanya biaya pengiriman muatan ke luar angkasa (dan polusi yang ditimbulkannya) yang menjadi perhatian lembaga seperti NASA.
Ada juga biaya (ekonomi maupun lingkungan) yang terkait dengan penerbangan. Bahan bakar jet juga tidak murah, dan perjalanan udara komersial menyumbang 4 hingga 9% dari gas rumah kaca antropogenik (dan terus meningkat). Untuk alasan ini, NASA telah bermitra dengan industri komersial untuk mengembangkan pesawat listrik, yang mereka harapkan akan memberikan alternatif hemat bahan bakar dan biaya untuk jet komersial pada tahun 2035.
Ini merupakan tantangan yang signifikan karena banyak komponen yang diperlukan untuk membuat pesawat listrik yang berfungsi agak besar dan berat. Secara khusus, Program Advanced Air Vehicle NASA (AAVP) sedang mencari inverter yang ringan dan kompak - komponen sentral dari sistem listrik yang menyediakan daya untuk menggerakkan motor listrik.
Inverter sangat penting untuk sistem penggerak elektronik karena mereka mengubah arus bolak-balik (AC) - yang dihasilkan oleh generator yang dipasang engine dan motor listrik yang digerakkan oleh baling-baling - ke daya arus searah (DC) bertegangan tinggi. Sayangnya, komponen-komponen yang diperlukan untuk menghasilkan daya sebesar itu - generator, elektronik konversi daya, motor, dll - secara historis terlalu besar dan berat untuk muat di dalam pesawat terbang.
Ini menciptakan semacam teka-teki karena jumlah energi yang dibutuhkan untuk menghasilkan lift yang diperlukan akan membutuhkan elektronik yang lebih berat. Oleh karena itu mengapa NASA sedang menyelidiki ilmu material mutakhir untuk membuat elektronik yang lebih ringan dan lebih kecil. Untuk tujuan ini, mereka baru-baru ini menandatangani kontrak $ 12 juta dengan General Electric (GE), salah satu pemimpin dunia dalam pengembangan teknologi silikon karbida (SiC) mutakhir.
Mineral semikonduktor ini digunakan dalam pembuatan elektronik suhu tinggi, tegangan tinggi, dan GE berharap untuk menggunakannya untuk memenuhi ukuran, daya, dan persyaratan efisiensi yang ditentukan oleh NASA. Spesifikasi ini memerlukan inverter yang tidak lebih besar dari koper dan mampu menghasilkan megawatt (MW) listrik.
Seperti yang dikatakan Jim Heidmann, manajer Proyek Teknologi Transportasi Udara Lanjut NASA, dalam siaran pers NASA:
“Kami berada pada saat yang kritis dalam sejarah penerbangan karena kami memiliki peluang untuk mengembangkan sistem yang akan mengurangi biaya, konsumsi energi, dan kebisingan, sambil membuka pasar dan peluang baru bagi perusahaan-perusahaan Amerika. Sangat penting bahwa kami bekerja dengan industri dan akademisi untuk memastikan teknologi yang tepat tersedia untuk memenuhi permintaan penumpang dan operator di masa depan. "
Sederhananya, megawatt adalah jumlah listrik yang luar biasa dan mengelola daya semacam itu dengan aman adalah tantangan utama. Misalnya, NASA
Namun berkat langkah-langkah yang dibuat di bidang elektronik dan teknologi mesin hibrida dalam beberapa tahun terakhir, persyaratan ini dapat dijangkau. Kata Amy Jankovsky, manajer proyek Propulsi Gas-Listrik Hibrid di Pusat Penelitian Glenn NASA:
“Dengan kemajuan baru-baru ini dalam bahan dan elektronik daya, kami mulai mengatasi tantangan yang dihadapi dalam mengembangkan konsep elektrifikasi pengurangan energi, dan pekerjaan inverter ini merupakan langkah penting dalam upaya propulsi pesawat elektrifikasi kami. Kemitraan kami dengan GE adalah kunci untuk memajukan komponen bobot terbang dan siap terbang di kelas megawatt untuk pesawat angkut di masa mendatang. ”
Silikon karbida sangat menjanjikan untuk aplikasi penerbangan berdaya tinggi karena sifat materialnya. Ini menawarkan suhu operasi tinggi, tegangan tinggi, dan kapasitas penanganan daya tinggi. Keuntungan ini akan memungkinkan para insinyur kemampuan untuk merancang komponen yang lebih kecil dalam ukuran dan lebih ringan sementara juga meningkatkan output daya.
"Kami pada dasarnya mengemas satu megawatt daya ke dalam ukuran koper kompak yang akan mengubah daya listrik yang cukup untuk memungkinkan arsitektur tenaga penggerak hybrid-listrik untuk pesawat komersial," kata Konrad Weeber, kepala insinyur Tenaga Listrik di GE Research. "Kami telah berhasil membangun dan menunjukkan inverter di permukaan tanah yang memenuhi persyaratan daya, ukuran, dan efisiensi penerbangan listrik."
Pengembangan sistem kelistrikan ini saat ini sedang berlangsung di NASA Electric Aircraft Testbed (NEAT) di Sandusky, Ohio, yang sebelumnya bernama NASA Glenn Hypersonic Tunnel Facility. Yang pertama dari jenisnya, testbed yang dapat dikonfigurasi ulang ini diisi dengan merancang, mengembangkan, merakit, dan menguji sistem tenaga pesawat listrik yang akan digunakan untuk menciptakan segalanya, mulai dari pesawat dua orang hingga 20 MW.
Kembali pada bulan Mei, NEAT dapat melakukan tes skala megawatt pertamanya berkat sejumlah besar daya yang dimiliki fasilitas ini. Kemitraan ini dan kemitraan yang baru-baru ini ditandatangani dengan GE datang tidak lama setelah NASA mengumumkan kemitraan lain yang menguntungkan dengan GE dan dua perusahaan kedirgantaraan besar - Boeing dan United Technologies Pratt & Whitney - untuk mempelajari kemungkinan manfaat dan risiko demonstrasi penerbangan skala megawatt.
Seperti Barb Esker, wakil direktur Program Kendaraan Udara Tingkat Lanjut NASA, mengatakan:
"Demonstrasi penerbangan merupakan bagian penting dari pengembangan teknologi karena mereka menawarkan kesempatan bagi insinyur dan mitra industri kami untuk menyelesaikan masalah dan membuktikan konsep dalam pengaturan yang realistis, sambil mengatasi tantangan yang dihadapi tenaga penggerak elektrik dalam penerbangan."
Antara ancaman perubahan iklim dan fakta bahwa populasi dunia diproyeksikan mencapai hampir 10 miliar pada tahun 2050, jelaslah bahwa sarana alternatif pembuatan, produksi energi, dan transportasi perlu dikembangkan. Adalah baik untuk mengetahui bahwa di samping mobil listrik dan hybrid, kita dapat menantikan pesawat listrik dan hybrid.
