07
de febrer
del
2020
Setmanes enrere, LaTorre es feia ressò d'un projecte de final del Grau en Enginyeria en Vehicles Aeroespacials, en què un estudiant de la Universitat Politècnica de Catalunya (UPC) de Terrassa, havia dissenyat un avió solar no tripulat (UAV) amb autonomia infinita.
Aquest jove talent és Ferran Lumbierres (Lleida, 1997) i va graduar-se l'estiu del 2019. Ara aquest mitjà ha contactat amb ell per desgranar totes les claus de l'aeronau que va dissenyar mentre estudiava a l'UPC; des dels procediments emprats fins a les utilitats que podria tenir l'aeronau, malgrat les restrictives lleis vigents.
- Com se li va acudir la idea de dissenyar un avió amb autonomia infinita?
- Tenim la sort de viure en un moment en què podem accedir a tecnologia, i a un cost molt reduït. Per tant, havia de ser possible dissenyar un vehicle ecològic que presentés millors prestacions tècniques que els seus símils que funcionen amb combustibles fòssils. Aquesta va ser la premissa que em va dur a realitzar aquest projecte com a treball final del grau en vehicles aeroespacials.
- Havia dut a terme algun treball similar a aquest?
- No havia dissenyat cap aeronau solar però sí altres tipus d'UAV. He tingut la sort de participar en un grup de desenvolupament tecnològic dins la UPC des de segon curs, l'UPC Space Program, que es dedica a l'enginyeria aeroespacial dissenyant coets, sondes, robòtica espacial i vehicles aeris no tripulats. Així doncs, ha estat dins aquest últim grup on he après els processos de disseny i fabricació que he utilitzat en aquest projecte.
- En quins coneixements s'ha basat? Ha rebut l'ajuda d'algun professional de l'aeronàutica?
- Durant el grau de vehicles aeroespacials que he cursat a la UPC he anat aprenent els conceptes bàsics del disseny d'aeronaus. Tanmateix, la major part de l'experiència, tant teòrica com pràctica, l'he adquirit gràcies a la feina que he dut a terme dins l'UPC Soace Program durant els últims tres anys. Cal dir que aquest grup de desenvolupament tecnològic està completament gestionat per estudiants i és amb col·laboracions amb empreses del sector que es treballa per donar vida a noves eines aplicades en l'àmbit aeroespacial. No deixa de ser una forma complementària al grau universitari per acabar de formar-nos com a enginyers.
- L'aeronau que ha dissenyat funciona amb energia solar. Podria volar de nit?
- La idea bàsica del projecte és aquesta: aconseguir una aeronau d'autonomia infinita, i per tant, que presenti la capacitat de volar tant de dia com de nit. Per aconseguir-ho, aquest vehicle compta amb bateries especialment configurades per emmagatzemar l'energia requerida per al funcionament durant la nit. Evidentment aquestes bateries han estat dimensionades amb uns marges de seguretat per compensar la variació de la durada de la nit durant els diversos mesos de l'any. A més, compta amb suficient energia per seguir funcionant si les condicions meteorològiques són adverses durant les primeres hores de sol del dia següent.
- A quina alçada podria volar?
- La resposta a aquesta pregunta va estretament relacionada amb la finalitat que se li vulgui donar al vehicle. Estem parlant d'una aeronau no tripulada amb una càrrega màxima de 0,5 kg, que podria fer tasques tant a baixa alçada com a diferents nivells de l'atmosfera, en forma de sonda.
- Quin o quins han estat els seus espais de treball durant la realització del projecte?
- Aquest ha estat el meu treball de final de grau i l'he anat desenvolupant a la universitat. La part de fabricació i verificació dels sistemes i components de l'aeronau la vaig dur a terme en les instal·lacions de l'UPC Space Program, ja que ha servit per als nous integrants de l'associació per introduir-se en la fabricació de components en materials compostos.
- Que faria falta per a fer-lo realitat?
- La normativa per als UAV encara presenta moltes limitacions per a les característiques que presenten les aeronaus solars, impedint així que es pugui aprofitar tot el seu potencial. Per exemple, l'obligació a tenir un pilot contínuament monitoritzant l'aeronau impedeix que es puguin realitzar vols autònoms de llarga durada. No obstant això, confio en que la normativa s'acabarà actualitzant.
- Va plantejar-se fer-lo realitat?
- La idea inicial del projecte era fabricar un prototip experimental i verificar-ne la seva capacitat per aconseguir vols de llarga durada (dies, setmanes o mesos). Tot i així, estava bastant limitat pel temps que disposava per a la fabricació i només vaig poder construir els components imprescindibles per verificar el bon funcionament i els paràmetres establerts per als sistemes. A més, a partir de les característiques establertes, el disseny va acabar resultant en una aeronau bastant grossa per al món dels UAV que seria costosa de fabricar. El preu final dels materials s'ha establert en 3.200 euros i no vaig disposar de temps per buscar col·laboradors per realitzar el prototip.
- Creu que algun dia es farà realitat?
- Estic convençut que en els pròxims anys aquesta tecnologia estarà present en el món dels UAV i ens permetran realitzar tasques que avui en dia queden en mans dels satèl·lits, sent una solució més barata i ecològica. De fet, avui dia ja hi ha companyies treballant en aeronaus solars, un exemple és Airbus amb el projecte Zephyr, que precisament pretén ser una alternativa als satèl·lits de comunicació i observació terrestre.
- Quina utilitat tindria un avió d'aquestes característiques?
- Es podrien definir dos rangs d'utilització per a les aeronaus solars. En primer lloc podria usar-se en camps que requereixen volar a alçades reduïdes com són les exploracions topològiques, control forestal i marítim, monitorització en l'agricultura o manteniment d'infraestructures com línies elèctriques, carreteres, vies i oleoductes. En segon lloc podem parlar de la substitució de satèl·lits en els àmbits de la meteorologia, les telecomunicacions i l'observació terrestre. Aquests últims són uns àmbits que requereixen vols a gran alçada, sovint per sobre dels núvols, en què l'autonomia infinita seria de gran utilitat.
- Quant va durar el projecte i quines fases va tenir?
- El projecte va tenir una durada de sis mesos. En aquest temps vaig dur a terme un estudi preliminar de tots els sistemes que componen les aeronaus solars i vaig dissenyar un programa optimitzador per dissenyar aeronaus solars. Més tard va venir la fase de disseny aerodinàmic, estructural i dels sistemes de la nau, així com l'elecció d'un model en què aplicar-los. Finalment, vaig fabricar els components de l'aeronau per a verificar que el disseny era correcte.
- Quantes hores li ha dedicat?
- No porto un compte exacte de les hores dedicades, però sí que puc dir que els dos primers mesos van ser a temps parcial, ja que ho estava combinant amb les últimes assignatures del grau i amb els projectes dins l'UPC Space Program. Els últims 4 mesos van ser molt intensos, amb jornada completa de dilluns a diumenge. També és cert que l'experiència que havia anat acumulant amb els projectes previs m'ha facilitat molt la feina i m'ha estalviat molt temps.
-Quines eines/màquines ha utilitzat per a dissenyar l'avió?
- Hi ha molts àmbits involucrats en el disseny d'una aeronau d'aquestes característiques. D'aquesta manera, he utilitzat des d'eines de programació per escriure codis i algoritmes i, l'aerodinàmica s'ha fet amb programes informàtics especialitzats i l'estructura exterior i els encapsuladors de la bateria s'han creat amb una impressora 3D.
-De quina manera vol divulgar el projecte?
- El principal motiu pel qual vaig dur a terme aquest projecte era per adonar-me que si dediquem esforços podrem trobar solucions ecològiques, fins i tot millors a les eines i els vehicles que utilitzem actualment. Des de la universitat se'm va oferir la possibilitat de presentar el projecte i donar a conèixer la feina feta així com tot el que implica. M'agradaria que aquest projecte arribés al nombre més gran de gent possible per posar en relleu que amb els recursos i esforç necessari podem trobar solucions ecològiques a les eines i els vehicles contaminants que utilitzem avui en dia.
- Quines condicions meteorològiques s'haurien de donar perquè l'aeronau pogués volar infinitament?
- El funcionament bàsic d'aquesta aeronau consisteix a generar -i emmagatzemar- energia durant el dia, mitjançant plaques solars, per permetre el funcionament per a ser utilitzada durant la nit. Així doncs, contra més energia es generi i menys se'n consumeixi, més ràpidament es carregarà la bateria, fet que facilitarà el bon funcionament en períodes de núvols que aniran descarregant-la i carregant-la fins a arribar a la nit. Per exemple, durant els mesos d'abril a setembre, en dies amb pocs núvols, es podria emmagatzemar energia per funcionar durant tota la nit i en els mesos amb menys hores de Sol l'aeronau hauria de volar per sobre dels núvols, ja que requereix la totalitat del dia de recàrrega per passar la nit amb un marge de seguretat.
- Quin avantatge tindria respecte als avions que funcionen amb combustible convencional, més enllà de la bateria infinita?
- El fet de tenir bateria infinita obre moltes possibilitats que no serien possibles amb aeronaus que cal recarregar o abastir amb combustible, com els satèl·lits. També estem parlant d'una reducció de costos, no solament mediambientals, sinó econòmics a l'hora de dur a terme certes tasques. A més, en un futur, volar de forma autònoma, deixaria lliure la càrrega del pilot que es podria centrar en altres tasques més productives.
- Ha contactat amb alguna empresa interessada en el projecte?
- Actualment hi ha empreses grans del sector aeronàutic treballant en projectes d'aquest àmbit. Això sí, es tracta d'avions solars de gran envergadura molt costosos de dissenyar i fabricar, que volen a grans alçades i que permetrien substituir satèl·lits. Així i tot, per a aplicacions a menor alçada, amb sensors i elements més barats, les possibilitats de mercat segueixen sent grans. Per això, amb uns companys hem creat una Start up des d'on treballem per fer-nos un espai en el món de les aeronaus no tripulades i en un futur aprofitar aquests avantatges que ens poden oferir els avions solars.
"
- Quan podria ser una realitat?
- La normativa encara no permet -i no permetrà en uns anys- que el pilot no hagi de controlar l'aeronau continuament . Aleshores, si es poden produir aeronaus solars amb característiques útils per als actors que estiguin disposats a utilitzar-les, podrien ser una realitat més endavant. Així i tot faltarà la verificació i experimentació adequada fins que arribin al mercat com a vehicles fiables.
- L'aeronau dissenyada per vostè té unes dimensions reduïdes (4,75 metres d'envergadura). Podria servir d'exemple per utilitzar-se en avions comercials i de passatgers?
- Actualment els jets comercials amb què operen la majoria de companyies aèries utilitzen energia química per propulsar-se, i ho fan de forma molt eficient i a molta velocitat. Tanmateix, el sistema d'hèlix –el que usa aquest projecte- és menys potent i ineficient, pel que no serà una tecnologia que veurem aplicada en vols comercials. Així i tot, existeix un mercat de vols en l'àmbit territorial on els avions elèctrics, i per tant amb algun tipus d'obtenció d'energia solar, podrien arribar a ser una realitat si s'aconsegueix rebaixar el pes i espai de la bateria.
Aquest jove talent és Ferran Lumbierres (Lleida, 1997) i va graduar-se l'estiu del 2019. Ara aquest mitjà ha contactat amb ell per desgranar totes les claus de l'aeronau que va dissenyar mentre estudiava a l'UPC; des dels procediments emprats fins a les utilitats que podria tenir l'aeronau, malgrat les restrictives lleis vigents.
- Com se li va acudir la idea de dissenyar un avió amb autonomia infinita?
- Tenim la sort de viure en un moment en què podem accedir a tecnologia, i a un cost molt reduït. Per tant, havia de ser possible dissenyar un vehicle ecològic que presentés millors prestacions tècniques que els seus símils que funcionen amb combustibles fòssils. Aquesta va ser la premissa que em va dur a realitzar aquest projecte com a treball final del grau en vehicles aeroespacials.
- Havia dut a terme algun treball similar a aquest?
- No havia dissenyat cap aeronau solar però sí altres tipus d'UAV. He tingut la sort de participar en un grup de desenvolupament tecnològic dins la UPC des de segon curs, l'UPC Space Program, que es dedica a l'enginyeria aeroespacial dissenyant coets, sondes, robòtica espacial i vehicles aeris no tripulats. Així doncs, ha estat dins aquest últim grup on he après els processos de disseny i fabricació que he utilitzat en aquest projecte.
- En quins coneixements s'ha basat? Ha rebut l'ajuda d'algun professional de l'aeronàutica?
- Durant el grau de vehicles aeroespacials que he cursat a la UPC he anat aprenent els conceptes bàsics del disseny d'aeronaus. Tanmateix, la major part de l'experiència, tant teòrica com pràctica, l'he adquirit gràcies a la feina que he dut a terme dins l'UPC Soace Program durant els últims tres anys. Cal dir que aquest grup de desenvolupament tecnològic està completament gestionat per estudiants i és amb col·laboracions amb empreses del sector que es treballa per donar vida a noves eines aplicades en l'àmbit aeroespacial. No deixa de ser una forma complementària al grau universitari per acabar de formar-nos com a enginyers.
"La idea bàsica del projecte és aquesta: aconseguir una aeronau d'autonomia infinita, i per tant, que presenti la capacitat de volar tant de dia com de nit"
- L'aeronau que ha dissenyat funciona amb energia solar. Podria volar de nit?
- La idea bàsica del projecte és aquesta: aconseguir una aeronau d'autonomia infinita, i per tant, que presenti la capacitat de volar tant de dia com de nit. Per aconseguir-ho, aquest vehicle compta amb bateries especialment configurades per emmagatzemar l'energia requerida per al funcionament durant la nit. Evidentment aquestes bateries han estat dimensionades amb uns marges de seguretat per compensar la variació de la durada de la nit durant els diversos mesos de l'any. A més, compta amb suficient energia per seguir funcionant si les condicions meteorològiques són adverses durant les primeres hores de sol del dia següent.
- A quina alçada podria volar?
- La resposta a aquesta pregunta va estretament relacionada amb la finalitat que se li vulgui donar al vehicle. Estem parlant d'una aeronau no tripulada amb una càrrega màxima de 0,5 kg, que podria fer tasques tant a baixa alçada com a diferents nivells de l'atmosfera, en forma de sonda.
- Quin o quins han estat els seus espais de treball durant la realització del projecte?
- Aquest ha estat el meu treball de final de grau i l'he anat desenvolupant a la universitat. La part de fabricació i verificació dels sistemes i components de l'aeronau la vaig dur a terme en les instal·lacions de l'UPC Space Program, ja que ha servit per als nous integrants de l'associació per introduir-se en la fabricació de components en materials compostos.
Ferran Lumbierres treballant en el projecte. Foto: UPC
- Que faria falta per a fer-lo realitat?
- La normativa per als UAV encara presenta moltes limitacions per a les característiques que presenten les aeronaus solars, impedint així que es pugui aprofitar tot el seu potencial. Per exemple, l'obligació a tenir un pilot contínuament monitoritzant l'aeronau impedeix que es puguin realitzar vols autònoms de llarga durada. No obstant això, confio en que la normativa s'acabarà actualitzant.
"La normativa per als UAV encara presenta moltes limitacions"
- Va plantejar-se fer-lo realitat?
- La idea inicial del projecte era fabricar un prototip experimental i verificar-ne la seva capacitat per aconseguir vols de llarga durada (dies, setmanes o mesos). Tot i així, estava bastant limitat pel temps que disposava per a la fabricació i només vaig poder construir els components imprescindibles per verificar el bon funcionament i els paràmetres establerts per als sistemes. A més, a partir de les característiques establertes, el disseny va acabar resultant en una aeronau bastant grossa per al món dels UAV que seria costosa de fabricar. El preu final dels materials s'ha establert en 3.200 euros i no vaig disposar de temps per buscar col·laboradors per realitzar el prototip.
Vista general de l'aeronau dissenyada per Ferran Lumbierres. Foto: UPC
- Creu que algun dia es farà realitat?
- Estic convençut que en els pròxims anys aquesta tecnologia estarà present en el món dels UAV i ens permetran realitzar tasques que avui en dia queden en mans dels satèl·lits, sent una solució més barata i ecològica. De fet, avui dia ja hi ha companyies treballant en aeronaus solars, un exemple és Airbus amb el projecte Zephyr, que precisament pretén ser una alternativa als satèl·lits de comunicació i observació terrestre.
- Quina utilitat tindria un avió d'aquestes característiques?
- Es podrien definir dos rangs d'utilització per a les aeronaus solars. En primer lloc podria usar-se en camps que requereixen volar a alçades reduïdes com són les exploracions topològiques, control forestal i marítim, monitorització en l'agricultura o manteniment d'infraestructures com línies elèctriques, carreteres, vies i oleoductes. En segon lloc podem parlar de la substitució de satèl·lits en els àmbits de la meteorologia, les telecomunicacions i l'observació terrestre. Aquests últims són uns àmbits que requereixen vols a gran alçada, sovint per sobre dels núvols, en què l'autonomia infinita seria de gran utilitat.
- Quant va durar el projecte i quines fases va tenir?
- El projecte va tenir una durada de sis mesos. En aquest temps vaig dur a terme un estudi preliminar de tots els sistemes que componen les aeronaus solars i vaig dissenyar un programa optimitzador per dissenyar aeronaus solars. Més tard va venir la fase de disseny aerodinàmic, estructural i dels sistemes de la nau, així com l'elecció d'un model en què aplicar-los. Finalment, vaig fabricar els components de l'aeronau per a verificar que el disseny era correcte.
Els últims 4 mesos van ser molt intensos, amb jornada completa de dilluns a diumenge
- Quantes hores li ha dedicat?
- No porto un compte exacte de les hores dedicades, però sí que puc dir que els dos primers mesos van ser a temps parcial, ja que ho estava combinant amb les últimes assignatures del grau i amb els projectes dins l'UPC Space Program. Els últims 4 mesos van ser molt intensos, amb jornada completa de dilluns a diumenge. També és cert que l'experiència que havia anat acumulant amb els projectes previs m'ha facilitat molt la feina i m'ha estalviat molt temps.
Lumbierres durant el maquetatge de l'aeronau. Foto: UPC
-Quines eines/màquines ha utilitzat per a dissenyar l'avió?
- Hi ha molts àmbits involucrats en el disseny d'una aeronau d'aquestes característiques. D'aquesta manera, he utilitzat des d'eines de programació per escriure codis i algoritmes i, l'aerodinàmica s'ha fet amb programes informàtics especialitzats i l'estructura exterior i els encapsuladors de la bateria s'han creat amb una impressora 3D.
M'agradaria que aquest projecte arribés al nombre més gran de gent possible per posar en relleu que amb els recursos i esforç necessari podem trobar solucions ecològiques a les eines i els vehicles contaminants que utilitzem avui en dia"
-De quina manera vol divulgar el projecte?
- El principal motiu pel qual vaig dur a terme aquest projecte era per adonar-me que si dediquem esforços podrem trobar solucions ecològiques, fins i tot millors a les eines i els vehicles que utilitzem actualment. Des de la universitat se'm va oferir la possibilitat de presentar el projecte i donar a conèixer la feina feta així com tot el que implica. M'agradaria que aquest projecte arribés al nombre més gran de gent possible per posar en relleu que amb els recursos i esforç necessari podem trobar solucions ecològiques a les eines i els vehicles contaminants que utilitzem avui en dia.
- Quines condicions meteorològiques s'haurien de donar perquè l'aeronau pogués volar infinitament?
- El funcionament bàsic d'aquesta aeronau consisteix a generar -i emmagatzemar- energia durant el dia, mitjançant plaques solars, per permetre el funcionament per a ser utilitzada durant la nit. Així doncs, contra més energia es generi i menys se'n consumeixi, més ràpidament es carregarà la bateria, fet que facilitarà el bon funcionament en períodes de núvols que aniran descarregant-la i carregant-la fins a arribar a la nit. Per exemple, durant els mesos d'abril a setembre, en dies amb pocs núvols, es podria emmagatzemar energia per funcionar durant tota la nit i en els mesos amb menys hores de Sol l'aeronau hauria de volar per sobre dels núvols, ja que requereix la totalitat del dia de recàrrega per passar la nit amb un marge de seguretat.
L'aeronau dissenyada per Lumbierres funciona a través de la propulsió per hèlix. Foto: UPC
- Quin avantatge tindria respecte als avions que funcionen amb combustible convencional, més enllà de la bateria infinita?
- El fet de tenir bateria infinita obre moltes possibilitats que no serien possibles amb aeronaus que cal recarregar o abastir amb combustible, com els satèl·lits. També estem parlant d'una reducció de costos, no solament mediambientals, sinó econòmics a l'hora de dur a terme certes tasques. A més, en un futur, volar de forma autònoma, deixaria lliure la càrrega del pilot que es podria centrar en altres tasques més productives.
El fet de tenir bateria infinita obre moltes possibilitats que no serien possibles amb aeronaus que cal recarregar o abastir amb combustible
- Ha contactat amb alguna empresa interessada en el projecte?
- Actualment hi ha empreses grans del sector aeronàutic treballant en projectes d'aquest àmbit. Això sí, es tracta d'avions solars de gran envergadura molt costosos de dissenyar i fabricar, que volen a grans alçades i que permetrien substituir satèl·lits. Així i tot, per a aplicacions a menor alçada, amb sensors i elements més barats, les possibilitats de mercat segueixen sent grans. Per això, amb uns companys hem creat una Start up des d'on treballem per fer-nos un espai en el món de les aeronaus no tripulades i en un futur aprofitar aquests avantatges que ens poden oferir els avions solars.
"
La normativa encara no permet -i no permetrà en uns anys- que el pilot no hagi de controlar l'aeronau continuament"
- Quan podria ser una realitat?
- La normativa encara no permet -i no permetrà en uns anys- que el pilot no hagi de controlar l'aeronau continuament . Aleshores, si es poden produir aeronaus solars amb característiques útils per als actors que estiguin disposats a utilitzar-les, podrien ser una realitat més endavant. Així i tot faltarà la verificació i experimentació adequada fins que arribin al mercat com a vehicles fiables.
- L'aeronau dissenyada per vostè té unes dimensions reduïdes (4,75 metres d'envergadura). Podria servir d'exemple per utilitzar-se en avions comercials i de passatgers?
- Actualment els jets comercials amb què operen la majoria de companyies aèries utilitzen energia química per propulsar-se, i ho fan de forma molt eficient i a molta velocitat. Tanmateix, el sistema d'hèlix –el que usa aquest projecte- és menys potent i ineficient, pel que no serà una tecnologia que veurem aplicada en vols comercials. Així i tot, existeix un mercat de vols en l'àmbit territorial on els avions elèctrics, i per tant amb algun tipus d'obtenció d'energia solar, podrien arribar a ser una realitat si s'aconsegueix rebaixar el pes i espai de la bateria.