Miehitetty kiinteäsiipinen lento kiinteätilaisilla akuilla

Lyhyt hyppy Floridan lentokentän yli tuntui muutaman hermostuneen minuutin ajan kuin tulevaisuus ottaisi ensimmäisen varovaisen henkäyksensä.

5. kesäkuuta Zephyrhillsin kunnallisella lentokentällä koelentäjä Miguel Iturmendi ohjasi Helios Horizonia, miehitettyä kiinteäsiipistä alusta, lyhyiden kokeellisten lentojen sarjassa. Ne eivät olleet pitkiä matkamenestyksiä. Ne olivat varovaisia, systemaattisia tarkastuksia painon, tasapainon ja käsiteltävyyden osalta sen jälkeen, kun perinteiset kennot korvattiin kiinteätilaisilla akuilla. Silti hetki on merkkipaalu: tämä on ensimmäinen kirjattu miehitetty kiinteäsiipinen lento, jota käyttävät kiinteätilaiset kennot.

Miksi sillä on merkitystä? Koska sähköinen ilmailu on ollut ahtaalla yhden itsepintaisen fysiikan ongelman vuoksi: energiaa kilogrammaa kohti. Tavalliset litiumioniakut, sama peruskemia jota käytetään sähköautoissa ja monissa droneissa, perustuvat nestemäisiin elektrolyytteihin ja kamppailevat varmistaakseen riittävästi käyttökelpoista energiaa kaupallisiin etäisyyksiin. Lentokoneet vaativat paljon suurempaa energiatiheyttä kuin autot. Paino ei anna armoa.

Kiinteätilainen kemia muuttaa tämän yhtälön. Kun nestemäinen elektrolyytti korvataan kiinteällä, saadaan useita käytännön etuja: parempi puhkeamiskestävyys, pienempi paloriski, parempi lämpöstabiilisuus ja, mikä tärkeintä, huomattavasti korkeampi energiatiheys. Helios Horizonin tapauksessa tiimi kertoo noususta noin 260 Wh/kg edellisellä litiumioniasetuksella noin 410 Wh/kg:iin uusien kiinteätilaisten kennojen avulla, lähes 60 prosentin hyppy. Iturmendi ja hänen kollegansa odottavat lisäparannuksia; tiimi ennustaa vielä noin 40 prosentin lisäyksen parin vuoden sisällä.

Nämä akut ovat myös yhteensopivampia nykyisen infrastruktuurin kanssa. Niitä voidaan ladata tavallisesta vaihtovirrasta ja ne tukevat pikalatausta, projekti väittää latauksen 80 prosenttiin vievän alle 15 minuuttia. Helios Horizon ei nojaa pelkästään akkuihin. Siipiin liimatut aurinkopaneelit ja energian talteenottojärjestelmä, joka muuttaa potkurin generaattoriksi laskun aikana, pidentävät kantamaa kekseliäin, matalatekniisin keinoin. Voidaan kutsua sitä regeneratiiviseksi lentämiseksi.

Kone itsessään sai alkunsa moottoroidusta Pipistrel Taurus -liitokoneesta. Kehitystiimi lisäsi räätälöidyn akunhallintajärjestelmän, mukautetun voimansiirtojärjestelmän, lämpötilansäätöjä ja aurinkolisäykset. Alusta on jo osoittanut kykynsä ilmassa: kone on aiemmin yltänyt 7 315 metrin korkeuteen, ja seuraava tavoite on 12 192 metriä, joka mainitaan usein kaupallisena risteilykorkeutena.

Helios Horizon ei ole yksin. Kiinalainen EHang testasi kahden hengen pystysuuntaiseen nousuun kykenevää prototyyppiä EH216-S, jossa oli litium-metallisia kiinteätilaisten kennojen ratkaisuja, ja kirjasi 48 minuutin yhtämittaisen lennon energiateholla lähellä 480 Wh/kg. CATL on esitellyt kompaktin kennokonseptin noin 500 Wh/kg ja kertoo, että ilmailukokeet ovat käynnissä. Euroopassa Airbus ja Renault ovat avanneet yhteisen T&K-kanavan, joka pyrkii noin kaksinkertaistamaan nykyiset energiatiheydet, jotta keskipitkän kantaman sähkö- tai hybridilentokoneet voisivat olla mahdollisia 2030-luvulla.

Prototyyppien menestys on kuitenkin vasta alkua. Sertifiointi, sääntelyhyväksynnät ja vuosien luotettavuustestaus erottavat nämä demonstraattorit päivittäisestä lentoliikenteen toiminnasta. Silti jokainen pieni harppaus kennojen kemiassa murtaa vanhoja rajoja.

Toistaiseksi Helios Horizonin lento tuntuu lupaukselta: fysiikka, joka aikanaan kahlehti sähköiset lentokoneet hyvin lyhyisiin lentoihin, on löystymässä. Ovatko kiinteätilaiset kennot se kipinä, joka lopulta sytyttää rutiininomaisen sähköisen lentämisen? Se selviää seuraavien nousujen ja seuraavien akkutietojen myötä.