Suatu saat akhir tahun ini — mungkin musim panas ini, mungkin musim gugur ini — sebuah pesawat listrik dari NASA, X-57, akan terbang di California. Itu yang digambarkan NASA sebagai “pesawat percobaan semua-listrik pertama,” dan ketika itu benar-benar lepas landas, itu tidak akan terlihat seperti yang digambarkan NASA di situs webnya.
Alih-alih 14 motor listrik dan baling-baling, pesawat hanya akan memiliki dua. Tetapi kedua motor itu, yang ditenagai oleh lebih dari 5.000 sel baterai silinder di badan pesawat, seharusnya cukup untuk mengudara sebelum tahun 2023 berakhir, yaitu saat program X-57 juga akan dimatikan.
Inilah yang perlu diketahui tentang cara kerja pesawat, tantangan yang dihadapi program, dan bagaimana pelajaran dari penerbangan luar angkasa membantu menginformasikan detail sistem baterainya.
Modifikasi 2
Jika pesawat benar-benar terbang tahun ini seperti yang direncanakan, itu akan dilakukan dalam bentuk yang disebut Modifikasi 2, yang melibatkan satu motor listrik dan baling-baling di setiap sayap yang memberikan daya dorong yang dibutuhkan pesawat untuk terbang ke langit.
Sementara badan penerbangan dan antariksa berharap untuk menerbangkan pesawat yang didasarkan pada Tecnam P2006T dalam konfigurasi tambahan, yang dikenal sebagai Modifikasi 3 dan 4, itu tidak akan terjadi. Mengapa? Karena sulit membuat pesawat yang terbang dengan aman hanya dengan listrik, dan program ini hanya didanai hingga 2023. (IEEE Spectrum memiliki lebih banyak rencana awal program.)
“Kami telah belajar banyak selama bertahun-tahun, dan kami pikir kami akan belajar melalui uji terbang—ternyata kami memiliki banyak pelajaran untuk dipelajari selama tahap desain dan integrasi serta kualifikasi kelaikan udara, dan akhirnya kami menghabiskan lebih banyak waktu dan sumber daya untuk itu, ”kata Sean Clark, penyelidik utama untuk program X-57 di NASA.
“Dan itu sangat berharga,” tambahnya. “Tapi itu berarti kita tidak akan memiliki sumber daya untuk Mod 4 itu [or 3] penerbangan.”
Itu masih akan terbang sebagai pesawat serba listrik, tetapi di Mod 2, dengan dua motor.
Meledak transistor
Satu kesalahan yang harus diperbaiki oleh tim sebelum pesawat dapat terbang dengan aman melibatkan komponen yang harus dilalui listrik dari baterai sebelum mencapai motor. Masalahnya dengan modul transistor di dalam inverter, yang mengubah listrik dari DC ke AC.
“Kami menggunakan modul-modul ini yang terdiri dari beberapa transistor dalam satu paket—ditentukan agar dapat mentolerir jenis lingkungan yang kami harapkan untuk memasukkannya,” kata Clark. “Tapi setiap kali kami menguji mereka, mereka akan gagal. Kami akan membuat transistor meledak di ruang uji lingkungan kami.
[Related: This ‘airliner of the future’ has a radical new wing design]
Kegagalan komponen — seperti peralatan yang meledak — adalah jenis masalah yang lebih disukai pembuat pesawat untuk diselesaikan di lapangan. Clark mengatakan mereka menemukan jawabannya. “Kami melakukan banyak pembedahan—setelah meledak, sulit untuk mengetahui apa yang salah,” catatnya, dengan ringan, seolah-olah menunjukkan seorang insinyur yang menghadapi masalah yang berantakan. Solusinya adalah perangkat keras yang lebih baru dan “mendesain ulang sistem inverter pada dasarnya dari bawah ke atas,” catatnya.
Mereka sekarang “bekerja dengan sangat baik,” tambahnya. “Kami telah menempatkan satu set lengkap melalui kualifikasi, dan semuanya telah lulus.”
Pelajaran dari luar angkasa
Pesawat tradisional membakar bahan bakar fosil, bahan yang jelas mudah terbakar dan mudah meledak, untuk menyalakan mesinnya. Mereka yang bekerja di pesawat listrik, ditenagai oleh baterai, perlu memastikan bahwa sel baterai juga tidak memicu kebakaran. Tahun lalu di Kansas, misalnya, tes yang disponsori FAA menampilkan satu pak baterai penerbangan yang dijatuhkan setinggi 50 kaki untuk memastikan mereka dapat mengatasi dampaknya. Mereka lakukan.
Di X-57, baterainya adalah model yang dikenal sebagai sel 18650, buatan Samsung. Pesawat menggunakan 5.120 di antaranya, dibagi menjadi 16 modul yang masing-masing terdiri dari 320 sel. Modul individu, yang mencakup sel baterai dan kemasan, beratnya sekitar 51 pon, kata Clark. Caranya adalah dengan memastikan semua komponen tersebut dikemas dengan cara yang benar agar terhindar dari kebakaran, meskipun salah satu baterai mengalami kegagalan. Dengan kata lain, kegagalan adalah sebuah pilihan, tetapi mereka berencana untuk mengelola setiap kegagalan sehingga tidak memicu kobaran api. “Kami menemukan bahwa tidak ada standar industri tentang cara mengemas sel-sel ini ke dalam paket bertegangan tinggi dan berkekuatan tinggi, yang juga akan melindunginya dari kegagalan sel,” kata Clark.
[Related: The Air Force wants to modernize air refueling, but it’s been a bumpy ride]
Bantuan datang dari atas. “Kami akhirnya mendesain ulang paket baterai berdasarkan banyak masukan dari beberapa tim desain yang bekerja di stasiun luar angkasa di NASA,” tambahnya. Dia mencatat bahwa baterai lithium di Stasiun Luar Angkasa Internasional, serta di pakaian EVA yang digunakan astronot dan perangkat yang disebut alat pegangan pistol, adalah contoh yang relevan dalam proses tersebut. Kunci takeaways melibatkan jarak antara sel-sel baterai, serta bagaimana menangani panas jika sel tidak berfungsi, seperti dengan mengalami pelarian termal. “Apa Johnson [Space Center] tim temukan adalah salah satu strategi yang paling efektif adalah membiarkan panas dari sel itu masuk ke dalam struktur aluminium, tetapi juga membuat sel lain di sekitarnya masing-masing menyerap sedikit panas, ”jelasnya.
NASA tidak sendirian dalam menjelajahi perbatasan penerbangan listrik, yang merupakan salah satu cara agar industri penerbangan bisa lebih ramah lingkungan untuk penerbangan jarak pendek. Orang lain yang bekerja di luar angkasa termasuk Beta Technologies, Joby Aviation, Archer Aviation, Wisk Aero, dan Eviation dengan pesawat bernama Alice. Satu perusahaan terkemuka, Kitty Hawk, tutup tahun lalu.
Suatu saat tahun ini, X-57 akan terbang untuk pertama kalinya, kemungkinan melakukan beberapa serangan mendadak. “Saya masih sangat bersemangat dengan teknologi ini,” kata Clark. “Saya menantikan anak-anak saya dapat melakukan penerbangan pendek dengan pesawat listrik dalam 10, 15 tahun — ini akan menjadi langkah yang sangat bagus untuk penerbangan.”
Tonton video singkat tentang pesawat, di bawah ini:
