ต้นแบบเฮลิออส
ต้นแบบ Helios ระหว่างการบิน
ข้อมูลทั่วไป
พิมพ์	ยานบินไร้คนขับ
ผู้ผลิต	แอโรไวรอนเมนต์
สถานะ	ถูกทำลายในปี 2546
ผู้ใช้งานหลัก	โครงการ NASA ERAST
จำนวนที่สร้าง	1
ประวัติศาสตร์
เที่ยวบินแรก	8 กันยายน 2542
พัฒนามาจาก	NASA Pathfinder, Pathfinder Plus , NASA Centurion

ต้นแบบHeliosเป็นเครื่องบินลำที่สี่และลำสุดท้ายที่พัฒนาขึ้นเป็นส่วนหนึ่งของชุดวิวัฒนาการของยานบินไร้คนขับที่ขับเคลื่อนด้วยระบบ พลังงาน แสงอาทิตย์และเซลล์เชื้อเพลิง บริษัท AeroVironment, Inc.พัฒนายานเหล่านี้ภายใต้ โครงการ Environmental Research Aircraft and Sensor Technology (ERAST) ของ NASA โดยสร้างขึ้นเพื่อพัฒนาเทคโนโลยีที่จะช่วยให้เครื่องบินที่บินในระดับความสูงมากในระยะยาวสามารถทำหน้าที่เป็นดาวเทียมในชั้นบรรยากาศเพื่อปฏิบัติภารกิจวิจัยในชั้นบรรยากาศ รวมถึงทำหน้าที่เป็นแพลตฟอร์มการสื่อสาร^{[ 1 ]}ได้รับการพัฒนามาจากเครื่องบิน NASA PathfinderและNASA Centurion

เครื่องบินCenturion ของ NASAได้รับการดัดแปลงเป็นเครื่องบินต้นแบบ Helios โดยการเพิ่มปีกส่วนที่หกขนาด 41 ฟุต (12 เมตร) และล้อลงจอดและส่วนประกอบระบบที่ห้า ทำให้กลายเป็นเครื่องบินต้นแบบปีกบินพลังงานแสงอาทิตย์ลำที่สี่ในชุดที่พัฒนาโดย AeroVironment ภายใต้โครงการ ERAST ปีกที่ใหญ่ขึ้นบนเครื่องบินต้นแบบ Helios สามารถรองรับแผงโซลาร์เซลล์ได้มากขึ้นเพื่อให้พลังงานเพียงพอสำหรับการบินทดสอบพลังงานแสงอาทิตย์ที่ตามมา^{[ 1 ]}การบินครั้งแรกของเครื่องบินเกิดขึ้นเมื่อวันที่ 8 กันยายน พ.ศ. 2542 ^{[ 2 ]}

โครงการ ERAST มีเป้าหมายสองประการในการพัฒนาต้นแบบ Helios: 1) การบินต่อเนื่องที่ระดับความสูงใกล้ 100,000 ฟุต (30,000 เมตร) และ 2) ระยะเวลาบินอย่างน้อย 24 ชั่วโมง รวมถึงอย่างน้อย 14 ชั่วโมงที่ระดับความสูงเหนือ 50,000 ฟุต (15,000 เมตร) ด้วยเหตุนี้ ต้นแบบ Helios จึงสามารถกำหนดค่าได้สองวิธี วิธีแรก เรียกว่า HP01 เน้นที่การบรรลุเป้าหมายด้านระดับความสูงและใช้พลังงานจากแบตเตอรี่และเซลล์แสงอาทิตย์ วิธีที่สอง HP03 ปรับปรุงประสิทธิภาพของเครื่องบินเพื่อระยะเวลาบินที่ยาวนานขึ้น และใช้เซลล์แสงอาทิตย์ แบตเตอรี่สำรอง และระบบเซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจน-อากาศเชิงพาณิชย์ที่ดัดแปลงแล้วสำหรับพลังงานในเวลากลางคืน ในการกำหนดค่านี้ จำนวนมอเตอร์ลดลงจาก 14 เหลือ 10 ตัว^{[ 3 ]}

โดยใช้แนวทางการทดสอบการบินแบบค่อยเป็นค่อยไปหรือแบบขั้นบันไดแบบดั้งเดิม เครื่องบินต้นแบบ Helios ได้ทำการบินทดสอบครั้งแรกด้วยพลังงานแบตเตอรี่ในช่วงปลายปี 1999 เพื่อตรวจสอบประสิทธิภาพของปีกที่ยาวขึ้นและคุณสมบัติการควบคุมของเครื่องบิน อุปกรณ์ที่ใช้ในการบินทดสอบระดับความสูงและระยะเวลาการบินด้วยพลังงานแสงอาทิตย์ในภายหลังก็ได้รับการตรวจสอบและปรับเทียบในระหว่างการบินทดสอบระดับความสูงต่ำครั้งแรกที่NASA Drydenเช่น กัน ^{[ 1 ]}

เครื่องบินต้นแบบ Helios เป็นเครื่องบินปีกบินน้ำหนักเบาพิเศษที่มีปีกกว้าง 247 ฟุต (75 เมตร) ซึ่งยาวกว่าปีกของเครื่องบิน ขนส่งทางทหาร C-5 ของกองทัพอากาศสหรัฐฯ (222 ฟุต (68 เมตร)) หรือเครื่องบินโบอิ้ง 747 (195 หรือ 224 ฟุต (59 หรือ 68 เมตร) ขึ้นอยู่กับรุ่น) ซึ่งเป็นเครื่องบินปฏิบัติการขนาดใหญ่ที่สุดสองลำ ที่สร้างขึ้นในสหรัฐอเมริกา Helios ที่ขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้าถูกสร้างขึ้นจากวัสดุคอมโพสิตเป็นส่วนใหญ่ เช่นคาร์บอนไฟเบอร์กราไฟต์อีพ็อกซี เคฟ ลาร์ สไตรอฟอร์มและผิวพลาสติกใสบางๆ คานปีกหลักทำจากคาร์บอนไฟเบอร์ คานนี้มีความหนาขึ้นที่ด้านบนและด้านล่างเพื่อดูดซับการโค้งงอที่เกิดขึ้นอย่างต่อเนื่องระหว่างการบิน และยังหุ้มด้วยNomexและ Kevlar เพื่อเพิ่มความแข็งแรง ซี่โครงปีกก็ทำจากอีพ็อกซีและคาร์บอนไฟเบอร์เช่นกัน สไตรอฟอร์มที่ขึ้นรูปถูกใช้สำหรับขอบด้านหน้าของปีก และฟิล์มพลาสติกใสที่ทนทานคลุมปีกทั้งหมด^{[ 1 ]}

เครื่องบินต้นแบบ Helios มีคอร์ดปีก (ระยะห่างจากขอบหน้าถึงขอบหลัง) เท่ากับเครื่องบินรุ่นก่อนหน้าอย่าง Pathfinder และ Centurion ที่มีความยาว 8 ฟุต (2.4 เมตร) ปีกกว้าง 247 ฟุต (75 เมตร) ทำให้ Helios Prototype มีอัตราส่วนความยาวต่อความกว้างของปีกเกือบ 31 ต่อ 1 ความหนาของปีกเท่ากันตั้งแต่ปลายปีกถึงปลายปีก คือ 11.5 นิ้ว (29 เซนติเมตร) หรือ 12 เปอร์เซ็นต์ของคอร์ด และไม่มีการลดขนาดหรือความลาดเอียง แผงปีกด้านนอกมี มุมยก 10 องศาเพื่อเพิ่มเสถียรภาพด้านข้างให้กับเครื่องบินการบิด ขึ้นเล็กน้อย ที่ปลายปีกช่วยป้องกันการเสียการทรงตัวที่ปลายปีก ขณะลงจอดและเลี้ยวช้าๆ พื้นที่ปีกคือ 1,976 ตารางฟุต (183.6 ตารางเมตร⁾ซึ่งทำให้เครื่องบินมีภาระปีกสูงสุดเพียง 0.81 ปอนด์ต่อตารางฟุต ฟุต เมื่อบินด้วยน้ำหนักรวม 1,600 ปอนด์^{[ 1 ]}

เครื่องบินปีกทั้งหมดประกอบขึ้นเป็นหกส่วน แต่ละส่วนยาวประมาณ 41 ฟุต (12 เมตร) ส่วนใต้ปีกจะติดอยู่ที่ข้อต่อแผงแต่ละแผงเพื่อบรรจุล้อลงจอด ระบบพลังงานแบตเตอรี่ คอมพิวเตอร์ควบคุมการบิน และอุปกรณ์วัดข้อมูล ส่วนใต้ปีกรูปทรงตามหลักอากาศพลศาสตร์ทั้งห้าส่วนทำจากวัสดุเดียวกันกับปีกเป็นส่วนใหญ่ ยกเว้นส่วนหุ้มปีกที่โปร่งใส ล้อสองล้อบนแต่ละส่วนใต้ปีกประกอบเป็นล้อลงจอดแบบตายตัว—ล้อจักรยานเสือภูเขาที่แข็งแรงที่ด้านหลังและล้อสกูตเตอร์ขนาดเล็กกว่าที่ด้านหน้า^{[ 1 ]}

พื้นผิวควบคุมการบินเพียงอย่างเดียวที่ใช้ในต้นแบบ Helios คือลิฟต์ขอบท้าย 72 ตัว ที่ให้การควบคุมการเอียง ลิฟต์เหล่านี้ครอบคลุมปีกทั้งหมดและทำงานโดยเซอร์โวมอเตอร์ ขนาดเล็ก ที่เชื่อมต่อกับคอมพิวเตอร์ควบคุมการบินของเครื่องบิน ในการเลี้ยวเครื่องบินขณะบิน จะใช้การควบคุมการหันเหโดยใช้กำลังที่แตกต่างกันบนมอเตอร์ กล่าวคือ เร่งความเร็วของมอเตอร์บนแผงปีกด้านนอกด้านหนึ่งในขณะที่ลดความเร็วของมอเตอร์บนแผงด้านนอกอีกด้านหนึ่ง การทดสอบที่สำคัญในระหว่างชุดการบินครั้งแรกคือการประเมินกำลังมอเตอร์ที่แตกต่างกันเป็นวิธีการควบคุมการเอียง ในระหว่างการบินปกติ แผงปีกด้านนอกของ Helios จะโค้งขึ้นและทำให้เครื่องบินมีรูปร่างเหมือนพระจันทร์เสี้ยวตื้นๆ เมื่อมองจากด้านหน้าหรือด้านหลัง การกำหนดค่านี้ทำให้มอเตอร์บนแผงปีกด้านนอกอยู่สูงกว่ามอเตอร์บนแผงตรงกลาง การเร่งความเร็วของมอเตอร์แผงด้านนอกทำให้เครื่องบินเอียงลงและเริ่มลดระดับ ในทางกลับกัน การใช้กำลังเพิ่มเติมกับมอเตอร์ในแผงตรงกลางทำให้ Helios เอียงขึ้นและเริ่มไต่ระดับ^{[ 1 ]}

ตั้งแต่ปี 2000 ถึง 2001 เครื่องบิน HP01 ได้รับการอัปเกรดหลายอย่าง รวมถึงระบบอิเล็กทรอนิกส์การบินใหม่ ระบบควบคุมสภาพแวดล้อมที่ระดับความสูง และ แผงโซลาร์เซลล์ SunPowerที่ประกอบด้วยเซลล์แสงอาทิตย์มากกว่า 62,000 เซลล์ที่ติดตั้งบนพื้นผิวปีกด้านบน^{[ 3 ]}เซลล์เหล่านี้มีดีไซน์เซลล์แบบสัมผัสด้านหลัง โดยวางสายไฟ ไว้ด้านล่างของเซลล์ เพื่อไม่ให้กีดขวางการ รับ รังสีจากแสงอาทิตย์ของเซลล์

เมื่อวันที่ 13 สิงหาคม พ.ศ. 2544 ^{[ 1 ]}เครื่องบินต้นแบบ Helios ที่ควบคุมจากระยะไกลโดย Greg Kendall บินขึ้นไปถึงระดับความสูง 96,863 ฟุต (29,524 เมตร) ซึ่งเป็นสถิติโลกสำหรับการบินในแนวนอนต่อเนื่องของเครื่องบินมีปีก^{[ 4 ]}ระดับความสูงที่ขึ้นไปถึงนั้นสูงกว่าสถิติเดิมสำหรับการบินต่อเนื่องของเครื่องบินมีปีกถึง 11,000 ฟุต (3,400 เมตร) หรือสูงกว่า 2 ไมล์ (3.2 กิโลเมตร) นอกจากนี้ เครื่องบินยังบินอยู่เหนือระดับความสูง 96,000 ฟุต (29,000 เมตร) นานกว่า 40 นาที^{[ 1 ]}

เมื่อวันที่ 26 มิถุนายน พ.ศ. 2546 ต้นแบบ Helios แตกและตกลงไปในมหาสมุทรแปซิฟิก ห่างจากเกาะ Kauaiของฮาวายไปทางทิศตะวันตกประมาณ 10 ไมล์ (16 กม.) ระหว่างการทดสอบระบบควบคุมระยะไกลเพื่อเตรียมการทดสอบความทนทานซึ่งกำหนดไว้ในเดือนถัดไป^{[ 5 ]}

ในเช้าวันเกิดอุบัติเหตุ พยากรณ์อากาศระบุว่าสภาพอากาศอยู่ในเกณฑ์ที่ยอมรับได้ แม้ว่าในระหว่างการตรวจสอบก่อนบินเพื่อพิจารณาว่าจะบินได้หรือไม่นั้น นักพยากรณ์อากาศให้คำตอบว่า "บินได้แบบหวุดหวิด" หนึ่งในข้อกังวลหลักคือ เขต ลมเฉือน สองแห่ง นอกชายฝั่งของเกาะ หลังจากที่การขึ้นบินล่าช้าเนื่องจากลมไม่เปลี่ยนทิศทางตามที่คาดการณ์ไว้ เฮลิคอปเตอร์เฮลิออสจึงใช้เวลาบินผ่านเขตลมปั่นป่วนระดับต่ำทางด้านหลังของเกาะคาไวมากกว่าที่คาดไว้ เนื่องจากไต่ระดับได้ช้ากว่าปกติ เพราะต้องเผชิญกับเงาเมฆและการลดลงของพลังงานแสงอาทิตย์ที่เกิดขึ้นตามมา

จากรายงานการสอบสวนอุบัติเหตุในภายหลัง ระบุว่า ขณะที่เครื่องบินไต่ระดับความสูงขึ้นไปที่ 2,800 ฟุต (850 เมตร) เป็นเวลา 30 นาที เครื่องบินได้เผชิญกับสภาพอากาศแปรปรวนและเปลี่ยนรูปทรงเป็นปีกยก สูงอย่างไม่คาดคิด และต่อเนื่อง ส่งผลให้เครื่องบินไม่เสถียรในโหมดการแกว่งตัวที่เบี่ยงเบนอย่างมาก ซึ่งความเร็วลมที่เบี่ยงเบนจากความเร็วบินปกติจะเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่าในทุกรอบของการแกว่งสภาวะความเร็วเกินกำหนดรุนแรงขึ้นเมื่อนักบินปิดระบบควบคุมความเร็วแทนที่จะดำเนินการตามขั้นตอนฉุกเฉินที่ถูกต้องและเพิ่มค่าเกนของระบบควบคุมความเร็ว ความเร็วลมที่ออกแบบไว้ของเครื่องบินจึงถูกเกินไป และแรงดันไดนามิกสูงที่เกิดขึ้นทำให้โครงสร้างรองบริเวณขอบปีกด้านนอกเสียหาย และเซลล์แสงอาทิตย์และผิวบนผิวปีกด้านบนฉีกขาด เครื่องบินตกกระแทกมหาสมุทรภายในเขตทดสอบของPacific Missile Range Facilityและถูกทำลาย โครงสร้างส่วนใหญ่ของเครื่องบินถูกกู้คืนได้ ยกเว้นเชื้อเพลิงไฮโดรเจน-อากาศ แคปซูลเซลล์และมอเตอร์สองในสิบตัวซึ่งจมลงสู่มหาสมุทร" ^{[ 3 ]}

รายงานการสอบสวนระบุสาเหตุหลักของอุบัติเหตุไว้สองส่วน:

1. "การขาดวิธีการวิเคราะห์ที่เหมาะสมส่งผลให้การประเมินความเสี่ยงของผลกระทบจากการเปลี่ยนแปลงการกำหนดค่าไม่ถูกต้อง นำไปสู่การตัดสินใจที่ไม่เหมาะสมในการบินเครื่องบินที่มีการกำหนดค่าที่ไวต่อการรบกวนสูง"
2. "การเปลี่ยนแปลงการกำหนดค่าของเครื่องบิน ซึ่งเกิดจากข้อจำกัดด้านโปรแกรมและเทคโนโลยี ทำให้เครื่องบินเปลี่ยนจากแบบบรรทุกน้ำหนักทั่วปีกไปเป็นแบบกระจายมวลแบบจุดบนโครงสร้างเดียวกัน ซึ่งลดความแข็งแกร่งในการออกแบบและขอบเขตความปลอดภัยลงอย่างมาก" ^{[ 3 ]}

• ประวัติความเป็นมาของยานบินไร้คนขับ
• เครื่องบินไฟฟ้า
• เซลล์เชื้อเพลิงแบบสร้างใหม่ได้
• ยานสำรวจอวกาศนาซา แพธไฟน์เดอร์ (บินครั้งแรกในเดือนมิถุนายน พ.ศ. 2526)
• ยานอวกาศเซนทูเรียนของนาซา (เที่ยวบินแรก 10 พฤศจิกายน 1998)
• QinetiQ/ Airbus Zephyr (เที่ยวบินแรกในปี 2008)
• เฟซบุ๊ก อควีล่า (เที่ยวบินแรก 28 มิถุนายน 2559)
• SoftBank/AeroVironment HAPSMobile (เที่ยวบินแรก 11 กันยายน 2019)
• BAE Systems PHASA-35 (เที่ยวบินแรก 17 กุมภาพันธ์ 2020)

วิกิมีเดียคอมมอนส์มีสื่อที่เกี่ยวข้องกับ ต้นแบบ AeroVironment Helios

• เครื่องบินต้นแบบพลังงานแสงอาทิตย์ Helios ของ NASA ถูกเก็บถาวรเมื่อวันที่ 7 สิงหาคม 2551 ที่Wayback Machine
• Helios สำหรับเด็ก ๆถูกเก็บถาวรเมื่อวันที่ 19 ตุลาคม 2012 ที่Wayback Machine
• โมเดล Helios โดย DesignsbyALX เก็บถาวรเมื่อวันที่ 19 พฤษภาคม 2011 ที่Wayback Machine
• "ทดสอบระบบ 3G ที่ระดับความสูง 65,000 ฟุต (20,000 เมตร) ในชั้นบรรยากาศสตราโตสเฟียร์" ข่าวประชาสัมพันธ์จาก 3G วันที่ 23 กรกฎาคม 2545
• บทความ จาก Science Dailyเกี่ยวกับสถิติความสูงสูงสุดของ Pathfinder Plus
• ความสำเร็จด้านระบบส่งสัญญาณโทรคมนาคมที่สนามบินนานาชาติ
• บทความจาก Space.com
• ประวัติความเป็นมาของโดรนพลังงานแสงอาทิตย์ที่The Future of Things
• Pathfinder Plus ที่ NASM
• สัญญาระหว่าง NASA และ AeroVironment สำหรับโครงการต่อเนื่อง
• บทความเกี่ยวกับการพยายามทำลายสถิติของเฮลิออส
• คลังภาพของ NASA:
  • ผู้ค้นหาเส้นทาง
  • Pathfinder Plus ถูกเก็บถาวรเมื่อวันที่ 17 กุมภาพันธ์ 2013 ที่Wayback Machine
  • Centurion ถูกเก็บถาวรเมื่อวันที่ 15 เมษายน 2556 ที่Wayback Machine
  • วิดีโอต้นแบบHelios