La NASA prévoit de faire voler son avion électrique X-57 cette année

Plus tard cette année, peut-être cet été, peut-être cet automne, un avion électrique de la NASA, le X-57, devrait prendre son envol en Californie. C’est ce que la NASA décrit comme son “premier avion d’expérimentation entièrement électrique”, et quand il décollera, il ne ressemblera pas à ce que la NASA a décrit l’avion sur son site Web.

Au lieu de 14 moteurs électriques et hélices, l’avion n’en aura que deux. Mais ces deux moteurs, alimentés par plus de 5 000 cellules de batterie cylindriques dans le fuselage de l’avion, devraient suffire à le faire décoller avant la fin de 2023, date à laquelle le programme X-57 doit également s’éteindre.

Voici ce qu’il faut savoir sur le fonctionnement de l’avion, les défis auxquels le programme a été confronté et comment les leçons tirées des vols spatiaux ont contribué à éclairer les détails de son système de batterie.

Modification 2

Si l’avion prend effectivement son envol cette année comme prévu, il le fera sous une forme appelée Modification 2, qui implique un moteur électrique et une hélice sur chaque aile donnant à l’avion la poussée dont il a besoin pour prendre son envol.

Alors que l’agence aéronautique et spatiale avait espéré faire voler l’avion – qui est basé sur un Tecnam P2006T – dans des configurations supplémentaires, connues sous le nom de Modifications 3 et 4, cela n’arrivera pas. Pourquoi? Parce que faire un avion qui vole en toute sécurité uniquement avec de l’électricité est difficile, et le programme n’est financé que jusqu’en 2023. (IEEE Spectrum en a plus sur les plans originaux du programme.)

“Nous avons beaucoup appris au fil des ans, et nous pensions apprendre grâce aux essais en vol – il s’avère que nous avions beaucoup de leçons à apprendre pendant les étapes de conception et d’intégration et de qualification de navigabilité, et nous avons donc fini par consacrer plus de temps et de ressources à cela », déclare Sean Clark, chercheur principal du programme X-57 à la NASA.

« Et cela a été extrêmement précieux », ajoute-t-il. “Mais cela signifie que nous n’allons pas finir par avoir des ressources pour ces Mod 4 [or 3] vols.”

Il volera toujours comme un avion tout électrique, mais en Mod 2, avec deux moteurs.

Transistors explosifs

Un problème que l’équipe a dû résoudre avant que l’avion puisse prendre son envol en toute sécurité implique des composants que l’électricité des batteries doit traverser avant d’atteindre les moteurs. Le problème était avec les modules de transistors à l’intérieur des onduleurs, qui changent l’électricité du courant continu au courant alternatif.

“Nous utilisions ces modules qui sont plusieurs transistors dans un boîtier – ils étaient conçus pour pouvoir tolérer les types d’environnements dans lesquels nous nous attendions à les mettre”, explique Clark. « Mais chaque fois que nous les testions, ils échouaient. Nous aurions des transistors qui exploseraient dans notre chambre de test environnemental.

[Related: This ‘airliner of the future’ has a radical new wing design]

Une panne de composant, telle qu’une pièce d’équipement qui explose, est le type de problème que les constructeurs d’avions préfèrent résoudre au sol. Clark dit qu’ils ont compris. « Nous en avons fait beaucoup de dissection – après qu’ils aient explosé, il est difficile de savoir ce qui n’allait pas », note-t-il avec légèreté, d’une manière suggérant un ingénieur confronté à un problème compliqué. La solution consistait en un matériel plus récent et en “reconcevant le système d’onduleur à partir de zéro”, note-t-il.

Ils « fonctionnent très bien maintenant », ajoute-t-il. “Nous avons mis un set complet en qualification, et ils ont tous réussi.”

Les leçons de l’espace

Les avions traditionnels brûlent des combustibles fossiles, une substance évidemment inflammable et explosive, pour alimenter leurs moteurs. Ceux qui travaillent sur des avions électriques, alimentés par des batteries, doivent s’assurer que les cellules de la batterie ne provoquent pas non plus d’incendies. L’année dernière au Kansas, par exemple, un test parrainé par la FAA a présenté un pack de batteries d’aviation larguées de 50 pieds pour s’assurer qu’elles pourraient supporter l’impact. Ils l’ont fait.

Dans le X-57, les batteries sont un modèle connu sous le nom de cellules 18650, fabriqué par Samsung. L’avion en utilise 5 120, répartis en 16 modules de 320 cellules chacun. Un module individuel, qui comprend à la fois des cellules de batterie et un emballage, pèse environ 51 livres, explique Clark. L’astuce consiste à s’assurer que tous ces composants sont emballés de la bonne manière pour éviter un incendie, même si une batterie tombe en panne. En d’autres termes, l’échec était une option, mais ils prévoient de gérer tout échec afin qu’il ne déclenche pas un incendie. “Nous avons constaté qu’il n’existait pas de norme industrielle sur la manière de conditionner ces cellules dans un bloc haute tension et haute puissance, qui les protégerait également contre les pannes de cellules”, déclare Clark.

[Related: The Air Force wants to modernize air refueling, but it’s been a bumpy ride]

L’aide est venue d’en haut. “Nous avons fini par reconcevoir la batterie sur la base de nombreuses contributions de certains membres de l’équipe de conception qui travaillent sur la station spatiale ici à la NASA”, ajoute-t-il. Il note que les batteries au lithium sur la Station spatiale internationale, ainsi que dans les combinaisons EVA utilisées par les astronautes et un appareil appelé l’outil de poignée de pistolet, étaient des exemples pertinents dans le processus. Les principaux points à retenir concernaient l’espacement entre les cellules de la batterie, ainsi que la manière de gérer la chaleur si une cellule fonctionnait mal, comme en cas d’emballement thermique. “Qu’est-ce que Johnson [Space Center] L’équipe a découvert que l’une des stratégies les plus efficaces consiste à laisser la chaleur de cette cellule pénétrer dans la structure en aluminium, mais aussi à ce que les autres cellules qui l’entourent absorbent chacune un peu de chaleur », explique-t-il.

La NASA n’est pas la seule à explorer la frontière de l’aviation électrique, qui représente une façon pour l’industrie aéronautique d’être plus verte pour les vols courts. D’autres travaillant dans l’espace incluent Beta Technologies, Joby Aviation, Archer Aviation, Wisk Aero et Eviation avec un avion appelé Alice. Une entreprise de premier plan, Kitty Hawk, a fermé ses portes l’année dernière.

Dans le courant de l’année, le X-57 devrait voler pour la première fois, effectuant probablement plusieurs sorties. « Je suis toujours très enthousiasmé par cette technologie », déclare Clark. “J’ai hâte que mes enfants puissent faire des vols courts dans des avions électriques dans 10, 15 ans – ce sera une très grande étape pour l’aviation.”

Regardez une brève vidéo sur l’avion ci-dessous :