Table of Contents

Непреходящая проблема полета на солнечных батареях

Солнечная авиация представляет собой одну из самых требовательных инженерных дисциплин в современной аэрокосмической отрасли. В отличие от обычных самолетов, которые используют энергоемкое углеводородное топливо, доставляющее примерно 12 000 ватт-часов на килограмм, солнечные самолеты должны собирать солнечный свет через фотоэлектрические массивы, преобразуя его непосредственно в электрическую энергию для движения. Определяющей проблемой является не просто сбор достаточного количества солнечной энергии, но и поддержание точного равновесия между подъемом и перетаскиванием. Этот баланс определяет, может ли самолет поддерживать полет в течение нескольких суточных циклов, охватывающих дни, недели или даже месяцы без наземной поддержки.

Достижения таких проектов, как Pathfinder НАСА, QinetiQ Zephyr и серия Solar Impulse, превратили то, что когда-то было теоретическим упражнением, в практическую реальность. Эти платформы демонстрируют, что полет без топлива возможен только благодаря тщательному вниманию к аэродинамическим основам. Основная проблема остается: каждое дизайнерское решение, от размаха крыльев до химии батарей, в конечном итоге возвращается в уравнение подъемного лопасти.

Физические принципы: подъем, перетаскивание и отношение, которое имеет значение

Чтобы оценить конструктивные ограничения, с которыми сталкивается солнечный самолет, необходимо понять две противоположные силы, которые управляют всем атмосферным полетом. Подъем — это сила, создаваемая восходящая, когда воздух течет над и под крылом, возникающая из-за различий давления, создаваемых камбером крыла и углом атаки. Для поддержания полета подъем должен быть равен весу самолета. Драг — это аэродинамическое сопротивление, действующее противоположно направлению движения. Он включает в себя несколько компонентов: паразитическое сопротивление от неподъемных поверхностей, индуцированное сопротивление, созданное как побочный продукт подъема, и сопротивление трения кожи от вязкости воздуха, взаимодействующей с внешними поверхностями самолета.

Соотношение подъема к перетаскиванию (L/D) является центральной метрической аэродинамической эффективностью. Высокий L/D указывает на то, что самолет может генерировать существенный подъем, неся относительно небольшое сопротивление. Обычные планеры обычно достигают коэффициента L/D выше 40, а специализированные конкурирующие парусники превышают 60. Для самолета с солнечной энергией максимизация этого соотношения является не просто целью производительности - это предпосылка для жизнеспособности. Доступная солнечная энергия ограничена и должна быть использована с максимальной эффективностью для преодоления постоянного сопротивления сопротивления перетаскивания.

Понять распад Drag Breakdown

Перенос солнечных самолетов можно разделить на три основные категории, каждая из которых требует различных стратегий смягчения последствий:

  • Паразитическое сопротивление происходит от неподъемных поверхностей, таких как фюзеляж, шасси, антенны и зазоры на панели. Этот компонент масштабируется квадратом скорости и смачиваемой площадью планера.
  • Индуцированное сопротивление является неизбежным следствием создания подъемника. Оно уменьшается по мере увеличения размаха крыльев и пропорциональна квадрату коэффициента подъема, деленному на соотношение сторон. Вот почему солнечный самолет толкает размах крыльев до крайних пределов.
  • Тяжелое сопротивление кожи является результатом вязкости воздуха, взаимодействующего с шероховатостью поверхности. Ламинарный поток уменьшает трение кожи до 90% по сравнению с турбулентным потоком, что делает качество поверхности критическим параметром конструкции.

Почему самолеты с солнечными батареями должны работать на грани эффективности

Типичный поршневой двигатель может работать с L / D 10-15, потому что его топливо переносит примерно 12 000 ватт-часов на килограмм. Солнечный самолет работает на значительно более тонком энергетическом бюджете. На типичных крейсерских высотах солнечное излучение достигает пика около 1000 ватт на квадратный метр, но фотоэлектрические элементы преобразуют только 20-25% этого в электричество в идеальных условиях. После учета эффективности двигателя, потерь пропеллера и электроники полезная мощность на квадратный метр площади крыла является частью того, что обеспечивает двигатель внутреннего сгорания. Этот дефицит заставляет дизайнеров относиться к каждому ватту с особой осторожностью. Даже небольшое снижение сопротивления может перевести на многие дополнительные часы выносливости полета.

Solar Impulse 2 достиг L/D примерно 37, что сопоставимо с высокопроизводительным планером. Это стало возможным благодаря 72-метровому размаху крыльев, тщательно сформированным крылышкам и полностью обтекаемому фюзеляжу. Аэродинамическая чистота позволила самолету пересекать Тихий океан в течение пяти дней подряд и ночей - подвиг, который был бы невозможен без этого уровня эффективности. Прямая корреляция между L/D и выносливостью является определяющим ограничением конструкции солнечного самолета.

Дефицит бюджета в деталях

Мощность, доступная солнечному самолету в любой момент, зависит от солнечного излучения, площади панели, эффективности преобразования и потерь системы. Рассмотрим типичный сценарий:

  • Солнечное излучение на крейсерской высоте: ~ 1000 Вт/м2 в солнечный полдень, опускаясь до нуля ночью
  • Эффективность фотоэлектрических элементов: 22-25% для современных монокристаллических кремниевых элементов
  • Эффективность двигателя: 92-97% для бесщеточных двигателей постоянного тока
  • КПД пропеллера: 80-85% при оптимальных условиях эксплуатации
  • Потери электроники и проводки: 5-10%

Чистая полезная мощность на квадратный метр площади крыла может быть не более 150-200 Вт / м2. Для самолета, которому требуется 5-10 кВт для полета, крыло должно быть достаточно большим, чтобы собирать эту энергию, одновременно создавая достаточный подъем. Эта связь между сбором энергии и аэродинамическими характеристиками делает дизайн солнечного самолета уникальным.

Архитектура крыла: главная арена для балансировки сил

Крыло - это то, где компромисс между подъемом и драже обсуждается наиболее интенсивно. Солнечные самолеты почти повсеместно используют крылья с высоким соотношением сторон - отношение пролета к среднему аккорду. Длинные, тонкие крылья генерируют меньшее индуцированное сопротивление для данного подъема, потому что вихри заднего хода, которые производят индуцированное сопротивление, слабее, когда пролет большой относительно площади крыла. Этот принцип объясняет, почему планеры и высотные беспилотники с большой выносливостью (HALE) имеют один и тот же длиннокрылый внешний вид.

Однако увеличение соотношения сторон несет штрафы. Более длинное крыло требует более сильного спара, чтобы противостоять изгибающим моментам, добавляя структурный вес. Оно также становится более гибким, повышая риск аэроупругих неустойчивостей, таких как дивергенция и трепет. Дизайнеры должны найти оптимальный вариант, где аэродинамические достижения перевешивают структурные и массовые затраты. Современные композиционные материалы, такие как армированный углеродным волокном полимер, позволяют чрезвычайно легкие, но жесткие крылья, что делает возможным соотношение сторон 20–30. Например, у Pathfinder НАСА было соотношение сторон около 29, в то время как его преемник Helios Prototype достиг размаха крыльев 75 метров — длиннее, чем у Boeing 747 — с пустым весом чуть более 1000 килограммов.

Конструкция аэродинамического фольга и управление потоком ламинар

Поперечное сечение крыла или аэродинамическая пленка тщательно отбираются для того, чтобы способствовать ламинарному потоку по максимально возможной части аккорда. Ламинарный поток уменьшает сопротивление трения кожи до 90% по сравнению с турбулентным потоком по той же поверхности. Многие солнечные самолеты используют специальные аэродинамические пленки, предназначенные для поддержания благоприятного градиента давления по сравнению с первыми 50-60% аккорда, задерживая переход к турбулентности. Это деликатное предложение при низких числах Рейнольдса, типичных для медленно летающих солнечных плоскостей (часто ниже 500 000). Даже крошечный удар насекомого или несовершенство поверхности может вызвать ранний переход, поэтому производственные допуски являются исключительно жесткими. Крылья часто строятся с использованием полированных форм и рисунка в форме для достижения требуемой отделки поверхности.

Рейнольдс: эффект числа на солнечных самолетах

Число Рейнольдса, характеризующее соотношение инерционных и вязких сил в потоке, обычно низкое для солнечных летательных аппаратов, работающих на медленных скоростях и умеренных высотах. Число Рейнольдса ниже 500 000 помещает летательный аппарат в режим, где ламинарные пузыри разделения и ранний переход к турбулентности являются постоянными проблемами. Воздушные фольги, предназначенные для этого режима, должны уравновешивать несколько конкурирующих требований:

  • Поддержание ламинарного потока над значительной частью верхней поверхности
  • Избегать резкого восстановления давления, которое может вызвать разделение потока
  • Обеспечение достаточного количества камбера для генерации требуемых коэффициентов подъема
  • Минимизация моментов питчинга для уменьшения сопротивления отделки

Такие специальные воздушные фольги, как FX 63-137 и его производные, успешно используются в солнечных самолетах, но современные конструкции все чаще полагаются на вычислительную оптимизацию для адаптации распределения давления для конкретных условий полета.

Сокращение драги за крылом

В то время как крыло вносит большую часть сопротивления, нельзя пренебрегать другими элементами планера. Фюзеляж, расширение и любые внешние полезные нагрузки добавляют паразитическое сопротивление. Дизайнеры солнечных самолетов тяготеют к конфигурациям летающего крыла или под- и-бума, чтобы минимизировать влажную область. Кабина - при наличии - представляет собой капсулу минимального давления; беспилотные версии полностью устраняют его. Интеграция солнечных панелей особенно важна. Идеальное крепление помещает тонкие, гибкие фотоэлектрические элементы непосредственно на верхнюю поверхность крыла, соответствуя форме аэродинамической пленки без шагов или зазоров. Современные тонкопленочные элементы могут быть связаны непосредственно с композитными шкурами, устраняя тормозящие рамки, требуемые более старыми жесткими панелями.

Другие меры по снижению сопротивления включают убирающееся шасси (Solar Impulse использовала одну велосипедную передачу, которая сворачивалась в фюзеляж), внутренние кабели и антенны смыва. Система тяги также оптимизирована для настроек с низким энергопотреблением, используя большой диаметр, медленно поворачивая пропеллеры, чтобы минимизировать вызванные потери в пропевке. Сами электродвигатели достигают эффективности выше 95%, но их отторжение тепла должно управляться без добавления сопротивления охлаждения. Поверхностные радиаторы, которые удваиваются, поскольку структурные элементы являются общими.

Дизайн пропеллера для минимальной потери мощности

Винт представляет собой значительный источник сопротивления и потери мощности в солнечных самолетах. Обычные высокоскоростные винты, предназначенные для двигателей внутреннего сгорания, плохо подходят для низкой плотности мощности и медленных скоростей полета солнечных платформ. Вместо этого дизайнеры используют винты большого диаметра с низкой загрузкой диска - обычно 2-4 метра в диаметре, поворачивающиеся при 200-400 оборотах в минуту. Эти винты достигают максимальной эффективности 85-88%, работая при низких углах лопасти и уменьшенных скоростях наконечника. Штраф за использование плохо подобранного винта может быть 10-20% снижение общей эффективности, что напрямую приводит к снижению выносливости или увеличению требований к площади крыла.

Роль веса в уравнении подъема-вытяжки

Вес непосредственно определяет подъемник, необходимый на любой заданной скорости. В полете на устойчивом уровне подъемник должен точно равняться весу. Более тяжелый самолет должен либо летать быстрее (повышающееся сопротивление), либо работать под более высоким углом атаки (также увеличивающееся индуцированное сопротивление). Каждый килограмм сэкономленного уменьшает мощность, необходимую для того, чтобы оставаться в воздухе, что, в свою очередь, позволяет меньшему крылу или меньшей емкости батареи. Солнечный самолет толкает экономию веса до крайности: сэндвич-композиты с ядрами сотовой связи Nomex, солнечные элементы, разреженные до микрометровых масштабов, минимизированные проводки и выбор компонентов на основе эффективности и массы вместе.

Вес батареи, пожалуй, самая значительная дилемма. Для непрерывной работы день и ночь, самолет должен хранить достаточно энергии для темных часов. Литий-ионные батареи предлагают примерно 200-250 Втч / кг на уровне упаковки, но они по-прежнему составляют большую долю общей массы. В Solar Impulse 2, батареи составляют около четверти от 2300 кг взлетной массы. Снижение веса батареи - или повышение плотности энергии - непосредственно улучшает способность достигать требуемого подъема без чрезмерного сопротивления. Вот почему исследования твердотельных батарей и водородных топливных элементов гибридов внимательно следят солнечная авиация сообщества.

Методы оптимизации структурного веса

Конструкция солнечных самолетов использует несколько передовых методов для минимизации веса при сохранении прочности:

  • Сэндвич-композиты с углеродно-волокнистыми шкурами и ядрами Nomex или пены обеспечивают высокую жесткость изгиба при минимальном весе, необходимую для длинных, стройных крыльев
  • Оптимизированное размещение спара с использованием анализа конечных элементов концентрирует материал, где моменты изгиба являются самыми высокими, как правило, у корня крыла
  • Интегрированные солнечные элементы , которые служат как генераторами энергии, так и аэродинамическими поверхностями, устраняют избыточную структуру
  • Минималистическая вторичная структура с меньшим количеством ребер и стрингеров, чем у обычных самолетов, опираясь на саму кожу для подшипников нагрузки

Эти методы позволяют солнечным самолетам достигать порожних весовых фракций ниже 30% от максимальной взлетной массы по сравнению с 50-60% для обычных самолетов общей авиации.

Энергоменеджмент как третье измерение баланса

Аэродинамическое взаимодействие между подъемом и сопротивлением не может быть отделено от энергетической системы самолета. В дневное время солнечная батарея должна питать двигатель, одновременно заряжая батареи для ночного полета. Это часто означает избыток энергии вокруг солнечного полудня и дефицит в ранний утренний и поздний вечер. Для управления этим профили полета используют потенциальное энергобанкинг : самолет поднимается на большую высоту в течение дня, преобразуя электрическую энергию в гравитационную потенциальную энергию. По мере захода солнца он постепенно опускается, торгуя высотой для диапазона при минимизации разряда батареи. Баланс подъема-растяжки должен быть настроен как для подъема, так и для снижения фаз. Более высокий L/D обеспечивает более мягкий спуск, позволяя больше расстояния в течение ночи на сохраненной энергии.

Эта стратегия была широко использована во время кругосветного плавания Solar Impulse. Днем самолет поднимался примерно до 8500 метров; ночью постепенный скользящий скачок до 1500 метров обеспечивал достаточный запас энергии до восхода солнца. Системы управления полетом постоянно корректируют скорость и отношение воздуха для оптимального L/D, поскольку состояние заряда батареи и углы солнца меняются в режиме реального времени.

Энергонейтральное состояние полета

Святой Грааль конструкции солнечного самолета достигает энергетически нейтрального состояния полета в течение полного суточного цикла. Это означает, что общая энергия, собранная в дневное время, равна или превышает общую энергию, потребляемую в течение 24 часов.

E harvested = η panel × A panel × ⁇ I(t) dt ≥ E flight = ⁇ P required(t) dt

где η panel - это эффективность панели, A panel - площадь панели, I(t) - солнечное излучение с течением времени, а P required(t) - мгновенная мощность, необходимая для полета. Для самолетов, работающих вблизи солнцестояния на экваториальных широтах, период дневного света составляет примерно 12 часов, но чистая уборочная энергия концентрируется в пределах 6-8 часового окна около полудня. Остальная часть дня и вся ночь должны питаться от накопленной энергии. Достижение энергетической нейтральности требует, чтобы избыточная мощность в часы пик эффективно передавалась батареям и позже извлекалась с минимальными потерями.

Солнечные самолеты реального мира и их аэродинамические характеристики

Несколько знаковых платформ иллюстрируют эти принципы. Solar Impulse 2 , с его 72,3-метровым размахом крыльев и 17 000 солнечных элементов, продемонстрировали, что пилотируемый глобальный полет достижим. Его L/D примерно 37 был получен из крыльев, похожих на планеры, и чистого фюзеляжа. Беспилотный Airbus Zephyr — высотный псевдоспутник (HAPS) — еще больше повышает выносливость. Zephyr 8, как сообщается, имеет L/D, превышающий 30, и в 2022 году он завершил 64-дневный непрерывный стратосферный полет. Его 25-метровый размах крыльев и гибкая аэроупругая конструкция позволяют ему преодолевать турбулентность, сохраняя при этом сопротивление исключительно низким.

Ранее пионеры, такие как NASA Pathfinder и Helios ], предоставили основополагающие данные. Helios достиг рекордной высоты 96 863 фута (29 524 метра) в 2001 году полностью на солнечной энергии. На этой высоте плотность воздуха составляет несколько процентов от уровня моря, поэтому аэродинамическое сопротивление чрезвычайно низкое, но генерация подъема также уменьшается. Самолет летал с истинной скоростью воздуха всего около 25 узлов, но скорость на земле была намного выше из-за тонкого воздуха. Устойчивый полет в этом режиме требовал площади крыла, превышающей 1000 квадратных футов, и точного угла управления атакой, чтобы избежать остановки.

Сравнительные показатели эффективности

AircraftWingspan (m)L/DMaximum EndurancePayload
Solar Impulse 272.3~375 days (piloted)One pilot + minimal gear
Airbus Zephyr 825>3064 days (unmanned)~5 kg
NASA Helios75~30~24 hours~100 kg
Facebook Aquila42~28~90 days (target)~50 kg

Спираль дизайна: интеграция аэродинамики, структуры и солнечной коллекции

Инженеры сталкиваются с «схемой дизайна», где каждое решение возвращается в другие. Более крупный размах крыльев улучшает L / D, но добавляет вес и требует большего количества солнечных элементов, которые сами добавляют вес. Больше батарей продлевают выносливость в ночное время, но также увеличивают вес, требуя еще больших крыльев. Цель состоит в том, чтобы найти глобальный оптимум, где полезная нагрузка, выносливость и стоимость сходятся. Современные вычислительные динамические жидкости (CFD) и многодисциплинарные инструменты оптимизации позволяют командам исследовать тысячи конфигураций, различные координаты пневматической пленки, планформу, отношение сужения и распределение поворотов, чтобы найти лучший компромисс.

Ключевой концепцией является максимальное условие дальности полета. Для воздушных судов с винтом максимальный диапазон происходит на скорости, где L / D максимизирован. Для солнечных самолетов, которые должны находиться на расстоянии, а не покрывать расстояние, условие выносливости еще более важно: оно требует полета при минимальной требуемой мощности, которая обычно происходит со скоростью чуть ниже лучшей скорости L / D, но все еще в пределах области высокой аэродинамической эффективности. Конструкторы должны обеспечить, чтобы солнечная батарея обеспечивала достаточную мощность для удовлетворения этого минимального спроса на высоте круиза и широте, с запасом для зарядки батареи.

Многодисциплинарные методы оптимизации

Современный дизайн солнечных самолетов использует формальные рамки оптимизации, которые одновременно учитывают аэродинамику, структуры, энергетические системы и летные характеристики. Эти инструменты используют градиентные или эволюционные алгоритмы для изучения компромиссов, таких как:

  • Wingspan против структурной массы и аэроупругой стабильности
  • Эффективность солнечных элементов по сравнению с стоимостью и весом на единицу площади
  • Емкость аккумулятора по сравнению с эффективностью заряда-разряда и управлением тепловой энергией
  • Высота круиза по сравнению с доступным солнечным излучением и плотностью воздуха на L / D

Оптимизация обычно сходится на конструкциях, где загрузка крыла чрезвычайно низкая - часто ниже 50 Па (5 кг / м2) - по сравнению с 500-1000 Па для обычных самолетов. Эта низкая загрузка крыла позволяет летать на очень низких скоростях, снижая требования к мощности и позволяя меньшие аккумуляторные батареи.

Будущие вызовы: преодоление существующих ограничений

Несмотря на замечательные достижения, остаются значительные препятствия. Плотность накопления энергии является самым неотложным ограничением. Даже лучшие литий-ионные батареи являются тяжелыми по сравнению с энергией, которую они удерживают, ограничивая полезную нагрузку и выносливость. Твердотельные батареи или гибридные системы, которые используют солнечную энергию для электролиза воды и запуска топливных элементов, могут обеспечить поэтапное изменение плотности, но они вводят сложность в управлении температурой и эффективность.

Погодная устойчивость — ещё одна проблема. Высотные платформы избегают большинства погодных условий, но взлет и посадка подвергают порывам и попутным ветрам хрупкие, легкие конструкции. Запуск и восстановление 70-метрового самолёта размаха крыльев весом всего несколько сотен килограммов требует спокойных условий и специализированных методов, таких как буксируемые запуски или наземные катапульты. Надувные или развертываемые крылья исследуются, чтобы выдерживать более суровые условия без добавления избыточного веса.

Расширение для перевозки полезных полезных нагрузок, таких как телекоммуникационные реле или научные инструменты, требует увеличения размаха крыльев и мощности. Законы масштабирования неумолимы: удвоение линейных размеров увеличивает площадь в четыре раза и объем (и, следовательно, вес) в восемь раз, если используется традиционная конструкция. Передовые композитные ферменные конструкции помогают смягчить штраф, но баланс остается деликатным. Стратосферные солнечные самолеты также сталкиваются с озоновым и ультрафиолетовым излучением, которое со временем разрушает материалы, требуя защитных покрытий, которые могут изменять гладкость поверхности и увеличивать сопротивление.

Ограничения высоты и широты

Доступная солнечная энергия резко варьируется в зависимости от широты и сезона. В высоких широтах зимние месяцы предлагают только несколько часов слабого солнечного света, что делает непрерывную работу невозможной без больших запасов батареи. В экваториальных регионах излучение более последовательное, но атмосфера толще, снижая эффективность панели. Конструкторы должны тщательно выбирать рабочие широты и сезоны или принимать, что их самолет будет иметь ограниченное рабочее окно. Стратосферная операция на высоте 18-25 км ставит самолет над большинством облачного покрова и погоды, но также накладывает экстремальные колебания температуры от -70 ° C ночью до +50 ° C при прямом солнечном свете, подчеркивая как батареи, так и композитные структуры.

Новые технологии на горизонте

Конвергенция нескольких инноваций обещает изменить уравнение подъема-выноса. Перовскитные солнечные элементы приближаются к эффективности выше 25% в лабораторных условиях и могут быть напечатаны на гибких, легких подложках, предлагая более высокие соотношения мощности к весу, чем обычные кремниевые элементы. Морфинговые структуры крыла , которые меняют форму в полете, могут активно настраивать L/D, уменьшая сопротивление во время круиза и увеличивая подъем во время подъема или маневрирования без штрафа обычных зазоров поверхности управления. Искусственный интеллект и машинное обучение уже используются для оптимизации траекторий полета в режиме реального времени, выбирая высоты и скорости, которые дают лучший чистый прирост энергии, прогнозируя облачный покров и ветровые модели.

Расширяются приложения. Несуществующий проект Facebook Aquila и предприятие SoftBank HAPSMobile (в сотрудничестве с AeroVironment) представляют собой более широкий толчок к использованию беспилотных летательных аппаратов на солнечных батареях в качестве стратосферных сотовых вышек, обеспечивающих подключение к Интернету в отдаленных регионах. Агентства по мониторингу окружающей среды видят ценность в постоянных платформах, которые могут отслеживать лесные пожары, загрязнение моря или атмосферные парниковые газы в течение нескольких месяцев без посадки. Во всех этих случаях способность самолета сбалансировать подъем и перетаскивание напрямую определяет его эксплуатационную жизнеспособность и полезную нагрузку, которую он может нести.

Регенеративные энергетические системы

Одним из перспективных направлений является интеграция регенеративных энергетических систем, которые захватывают и повторно используют энергию, которая в противном случае была бы потрачена впустую. Например, солнечные самолеты, развернутые для длительных миссий, могли бы использовать свои пропеллеры в качестве ветровых турбин во время спуска, восстанавливая энергию, которая будет рассеиваться в виде тепла. Аналогичным образом, тепло, генерируемое силовой электроникой во время пиковой зарядки, может храниться тепловым образом и использоваться для поддержания температуры батареи в холодных ночных условиях. В то время как эти системы добавляют сложность и вес, чистый прирост энергии может увеличить выносливость на 10-20% в некоторых профилях миссий.

Поддержание тонкого равновесия: системная перспектива

В конечном счете, баланс между подъемом и перетаскиванием в солнечном самолете не является изолированной аэродинамической проблемой - это задача системного уровня, которая объединяет гидродинамику, материаловедение, фотоэлектрику, хранение энергии и управление полетом. Наиболее успешные проекты рассматривают весь планер как единую энергоаэродинамическую сущность, где каждая поверхность одновременно генерирует подъем и собирает или сохраняет энергию. Об этом свидетельствует кругосветное плавание команды Solar Impulse и 64-дневный полет Airbus Zephyr. По мере продолжения исследований появятся новые рекорды в выносливости, высоте и грузоподъемности, обусловленные постепенными и иногда разрушительными улучшениями фундаментального баланса между этими двумя силами.

Для инженеров и наблюдателей ключевым выводом является то, что подъем и перетаскивание не являются противниками, которых нужно победить, а партнерами, которых нужно гармонизировать. Крыло солнечного самолета должно быть достаточно большим, чтобы нести энергосберегающие поверхности, но достаточно гладким, чтобы проскользнуть через воздух с минимальным сопротивлением. Оно должно быть достаточно легким, чтобы поднимать батареи, но достаточно сильным, чтобы выжить в стратосферных условиях. Каждое решение - это переговоры между подъемом и перетаскиванием - и именно эти переговоры делают полет на солнечных батареях одним из самых элегантных инженерных начинаний нашего времени.

Для дальнейшего чтения об аэродинамике высотных солнечных самолетов см. этот обзор Nature технологии HAPS и этот документ об оптимизации аэродинамического дизайна . Дополнительные ресурсы по технологии аккумуляторов для аэрокосмических приложений можно найти в офисе автомобильных технологий Министерства энергетики США .