هواپیما با موتور اکسیژن-هیدروژنی
۱۳۸۷ دی ۲, دوشنبه
نگرانی از آلودگی محیط زیست و گرم‌شدن کره زمین و البته محدودیت و گرانی روزافزون سوخت‌های فسیلی، سازندگان هواپیما را نیز به فکر طراحی پیشرانه‌های جایگزین انداخته است. آنان قصد طراحی هواپیماهایی را دارند که با موتورهای برقی کار می‌کنند و برق مورد نیاز خود را از یک باتری اکسیژن-هیدروژنی (نوعی باتری که از واکنش شیمیایی اکسیژن و هیدروژن برق تولید می‌کند) می‌گیرند. اما این طرح تا چه حد واقع‌بینانه است؟
مرکز تحقیقات هوا- فضای آلمان (DLR) مدت‌هاست که در مورد این موتورها تحقیق می‌کند. تا کنون پروژه‌های فراوانی آغاز شده و در نیمه راه رها شده‌اند. این مرکز اخیراً یک هواپیمای بدون موتور را تغییر داده و موتور اکسیژن-هیدروژنی روی آن نصب کرده است. این هواپیما، بر خلاف مدل‌های قبلی، نه‌تنها قادر است با موتور جدید پرواز کند، بلکه نیروی لازم برای برخاستن و نشستن را نیز همین موتور تأمین می‌کند.
مشکل‌ترین مرحله در ساخت این هواپیما تعبیه موتور و مخزن هیدروژن بود. روند کار به این ترتیب است: دو محفظه آیرودینامیک در زیر بال‌های هواپیما، همانند دو موتور نصب می‌شوند. در یک محفظه، مخزن هیدروژن قرار می‌گیرد. برای تولید برق از هیدروژن، به یک موتور اکسیژن-هیدروژنی نیاز است. این موتور در محفظه دیگر، در سوی دیگر هواپیما نصب می‌شود.
این موتور بسیار سبک (حدود ۶۰ کیلوگرم) است، حدود ۲۵ کیلووات (حدود ۵/ ۳۳ اسب بخار) توان حداکثری و ۲۰ کیلووات (حدود ۸/ ۲۶ اسب بخار) نیروی دائم تولید می‌کند. این نیرو برابر توان تولیدی موتور یک خودروی کوچک است. این فن‌آوری یک مشکل دیگر هم دارد و آن این‌که با خالی‌شدن منبع هیدروژن، وزن محفظه کاهش می‌یابد و تعادل وزنی هواپیما به هم می‌خورد. این عامل سبب تمایل هواپیما به یک سمت و خارج‌شدنش از مسیر می‌شود. تفاوت وزن محفظه‌های چپ و راست به حدود ۲۰ تا ۲۵ کیلوگرم می‌رسد. این تفاوت، هواپیما را اندکی از مسیر خارج می‌کند که می‌توان با هدایت پرنده به جهت مخالف، آن‌را جبران کرد.
مؤسسه طراحی هواپیمای دانشگاه اشتوتگارت آلمان، طرح مشابهی را دنبال می‌کند؛ هواپیمایی دو نفره با موتور اکسیژن-هیدروژنی، با این تفاوت که طراحان این هواپیما، به جای تجهیز هواپیماهای معمولی به موتورهای برقی، پرنده خود را بر اساس موتورهای اکسیژن-هیدروژنی طراحی می‌کنند. در این مؤسسه، موتور در عقب هواپیما نصب می‌شود. ترکیبی که طراحان، آن‌را پیشتر در هواپیماهای خورشیدی (موتور الکتریکی و باتری‌های خورشیدی) خود نیز آزموده‌اند. این نوع طراحی، به اعتقاد محققان دانشگاه اشتوتگارت، کارایی ملخ را بالا می‌برد و در کل سبک‌تر است.
هواپیماهای الکتریکی چه‌قدر کارایی دارند؟
پرسش مهمی که ذهن محققان را به خود مشغول کرده این است که آیا می‌توان موتورهای الکتریکی با باتری‌های اکسیژن-هیدروژنی را جایگزین موتورهای جت با سوخت کروزین کرد؟
فن‌آوری یادشده محدود به هواپیماهای سبک در حد تک‌سرنشین، دو-، سه- و در آینده شش- یا هشت‌سرنشین است و قطعا کاربردی در هواپیماهای بزرگ نخواهند داشت. ایده استفاده از موتورهای الکتریکی با باتری اکسیژن-هیدروژنی در یک جت غول‌پیکر مسافربری، حتا از نظر فیزیکی هم با پرسش‌های جدی روبه‌روست.
از این فناوری اما می‌توان در تأمین برق هواپیما در زمان پرواز استفاده کرد. این کار چند حسن دارد. نخست این‌که از انرژی الکتریکی بهره می‌بریم، دوم این‌که خروجی موتورهای اکسیژن-هیدروژنی، آب است که می‌توان از آن در تأمین آب مورد نیاز هواپیما در طول پرواز استفاده کرد. بدین ترتیب نیاز به حمل آب زیاد نیست، امری که وزن و در نتیجه مصرف سوخت را کاهش می‌دهد. سوم این‌که خروجی موتورهای اکسیژن−هیدروژنی، هوایی مرطوب و بسیار کم‌اکسیژن است. هدایت این هوا به منبع کروزین (سوخت هواپیما) خطر اشتعال‌پذیری سوخت در باک را به طرز چشم‌گیری کاهش می‌دهد. علاوه بر این می‌توان از موتورهای یادشده به‌عنوان منبع برق اضطراری در هواپیما استفاده کرد.
مؤسسه تحقیقات هوا-فضای آلمان، طرح‌های مشترکی نیز با شرکت ایرباس انجام می‌دهد. به گفته یکی از دست‌اندرکاران این پروژه‌ها، هدف، نه تولید هواپیماهای ورزشی یا بدون موتور، بلکه ساخت پرنده‌هایی است که استفاده مؤثرتری از سوخت می‌کنند و با محیط زیست سازگارترند. یک راه مؤثر برای رسیدن به این هدف، می‌تواند تأمین برق پرواز از موتورهای اکسیژن-هیدروژنی باشد.