تحول در هوانوردی الکتریکی؛ هواپیمای مجهز به باتری حالت جامد برای اولین‌بار پرواز کرد

پنجم ژوئن، میگوئل ایتورمندی، خلبان آزمایش از فرودگاه شهرداری زفیرهیلز در ایالت فلوریدا، هدایت هواپیمای هلیوس هورایزن را بر عهده گرفت؛ هواگردی بال‌ثابت و سرنشین‌دار که برای نخستین بار در دنیا با باتری‌های حالت جامد پرواز کرد.

پرواز ایتورمندی از نظر مسافت یا مدت زمان، پرواز کامل و طولانی محسوب نمی‌شد و تنها شامل مجموعه‌ای از پروازهای کوتاه آزمایشی بود. هدف اصلی این آزمایش‌ها بررسی عملکرد وزن، تعادل و پایداری هواپیما پس از نصب باتری‌های جدید بود. بااین‌حال، اهمیت این رویداد در تاریخ هوانوردی بسیار فراتر از جزئیات فنی‌اش است.

هوانوردی الکتریکی از سال‌ها پیش با محدودیت بنیادی روبه‌رو است. باتری‌های متداول لیتیوم-یون که در خودروهای برقی نیز استفاده می‌شوند، برای انتقال بار الکتریکی از الکترولیت مایع بهره می‌برند. مشکل اصلی این فناوری آن است که میزان انرژی ذخیره‌شده به ازای هر کیلوگرم وزن برای پروازهای تجاری کافی نیست.

در مقابل، باتری‌های حالت جامد به جای الکترولیت مایع از مواد جامد استفاده می‌کنند. این تغییر ساختاری چند مزیت مهم دارد: افزایش ایمنی در برابر ضربه و سوراخ شدن، کاهش خطر آتش‌سوزی، مقاومت بیشتر در برابر حرارت و مهم‌تر از همه، افزایش چشمگیر چگالی انرژی. چگالی انرژی به میزان انرژی ذخیره‌شده در هر کیلوگرم باتری گفته می‌شود و یکی از مهم‌ترین شاخص‌ها در طراحی وسایل نقلیه برقی، به‌ویژه هواپیماها است.

باتری‌های حالت جامد قابلیت شارژ از طریق برق معمولی AC را دارند و نیازی به زیرساخت‌های ویژه ندارند. علاوه بر این، فناوری شارژ سریع نیز پشتیبانی می‌شود و می‌تواند در کمتر از ۱۵ دقیقه تا ۸۰ درصد ظرفیت باتری را شارژ کند. هواپیما همچنین از سامانه‌های مکمل انرژی ازجمله پنل‌های خورشیدی نصب‌شده روی بال‌ها و سیستم بازیابی انرژی استفاده می‌کند. در این سیستم، هنگام سر خوردن یا کاهش ارتفاع، ملخ به حالت توربین بادی تبدیل شده و انرژی تولید می‌کند. ایتورمندی پس از انجام آزمایش‌ها اعلام کرد که این نوع «پرواز بازیابنده انرژی» می‌تواند به‌طور قابل توجهی برد پروازی را افزایش دهد.

هواپیمای هلیوس هورایزن در اصل بر پایه یک گلایدر موتوردار مدل پیپستریل تاوروس ساخته شده است. تیم توسعه‌دهنده، علاوه بر باتری‌های جدید، سیستم مدیریت اختصاصی باتری، سامانه پیشران سفارشی، کنترل‌های حرارتی و افزونه‌های خورشیدی روی بال‌ها را نیز به آن اضافه کرده است. این هواپیما پیش‌تر توانسته بود با رسیدن به ارتفاع ۷۳۱۵ متری، رکورد تازه‌ای در زمینه ارتفاع پرواز در کلاس خود ثبت کند. هدف بعدی پروژه، رسیدن به ۱۲٬۱۹۲ متر است؛ ارتفاعی که به‌عنوان سطح پرواز کروز تجاری شناخته می‌شود و قرار است در پروازهای آزمایشی آینده محقق شود.

با وجود پیشگامی هلیوس هورایزن، این پروژه تنها تلاش موجود در زمینه باتری‌های حالت جامد برای هوانوردی نیست. شرکت چینی ای‌هانگ (EHang) نیز هواپیمای عمودپرواز دو نفره خود به نام EH216-S را با استفاده از باتری‌های لیتیوم-فلز حالت جامد که با همکاری شرکت اینکس انرژی ساخته شده، آزمایش کرده است. این هواپیما توانسته پروازی پیوسته به مدت ۴۸ دقیقه با چگالی انرژی حدود ۴۸۰ وات‌ساعت بر کیلوگرم ثبت کند.

همچنین شرکت بزرگ چینی سی‌ای‌تی‌ال (CATL) از فناوری موسوم به باتری فشرده با چگالی انرژی حدود ۵۰۰ وات‌ساعت بر کیلوگرم رونمایی و اعلام کرده است که آزمایش‌های مرتبط با کاربردهای هوانوردی آن درحال انجام است. در اروپا نیز شرکت‌های ایرباس و رنو همکاری مشترکی در حوزه تحقیق و توسعه آغاز کرده‌اند که هدف آن دستیابی به باتری‌هایی با تقریباً دو برابر چگالی انرژی فعلی است تا امکان ساخت هواپیماهای الکتریکی و هیبریدی میان‌برد در دهه ۲۰۳۰ فراهم شود.

با‌این‌حال، تقریباً تمام این پروژه‌ها هنوز در مرحله نمونه‌های آزمایشی قرار دارند و تا رسیدن به استانداردهای لازم برای دریافت مجوزهای رسمی هوانوردی فاصله دارند. پرواز هلیوس هورایزن نخستین گام عملی در عبور از این مرز محسوب می‌شود.