Pesawat seri X, banyak di antaranya telah dirancang oleh NASA, secara historis telah digunakan untuk menjelajahi batasan teknologi dirgantara. X-57 Maxwell, meskipun mengikuti tradisi tersebut, berfokus pada bidang inovatif: the pesawat listrik, bidang utama dalam mencari penerbangan yang lebih berkelanjutan.
X-57 didasarkan pada Tecnam P2006T, pesawat ringan bermesin ganda, yang secara bertahap telah diadaptasi menjadi pesawat listrik sepenuhnya. Proyek ini dibagi menjadi beberapa tahap, dimulai dengan evaluasi versi asli Tecnam P2006T dalam konfigurasi pembakaran internalnya, yang memungkinkan para insinyur memperoleh parameter referensi.
Tahap 1: Persiapan Tecnam P2006T
Sebelum melakukan konversi kelistrikan, NASA memperoleh Tecnam P2006T standar untuk dibandingkan dengan inkarnasi kelistrikannya di masa depan. Selama fase pertama ini, motor listrik diusulkan dan dipasang pada bagian sayap yang dipasang pada truk, yang memungkinkan pengujian baling-baling dan variabel aerodinamis lainnya di darat. Fase ini berhasil diselesaikan dan memberikan data penting tentang kinerja motor listrik dalam berbagai situasi.
Fase 2: Penggantian mesin
Pada tahap kedua, mesin pembakaran Motor asli Tecnam dilepas dan diganti dengan motor listrik. Dibandingkan mesin bensin, motor listrik jauh lebih ringan; nyatanya, beratnya hanya setengahnya. Perubahan ini memungkinkan para insinyur NASA menganalisis perbedaan perilaku antara kedua versi tersebut dan memeriksanya parameter penerbangan dan efisiensi energi pesawat dengan mesin baru, yang memberikan titik awal untuk perbaikan di masa depan.
Pengujian awal ini mengungkapkan perbedaan utama dalam performa aerodinamis, menggarisbawahi perlunya mendesain ulang beberapa bagian pesawat untuk memastikan bahwa perubahan pada komponen listrik tidak berdampak negatif pada stabilitas penerbangan.
Modifikasi selanjutnya: Desain akhir X-57 Maxwell
Desain lengkap X-57 Maxwell tidak hanya menggantikan mesin, tetapi juga melibatkan modifikasi ekstensif pada sayap. Sayap asli diganti dengan yang lebih panjang dan lebih tipis, sehingga meningkatkan efisiensi aerodinamis. Pada sayap tersebut, terdapat total 14 motor listrik yang terintegrasi, yang tersebar sebagai berikut:
- 12 mesin didistribusikan di setiap sayap, yang terutama akan membantu saat lepas landas dan mendarat.
- 2 mesin berkekuatan lebih tinggi yang terletak di ujung sayap, dimaksudkan untuk menggerakkan pesawat selama penerbangan jelajah.
Setelah X-57 mencapai tujuannya kecepatan jelajah, mesin utama diaktifkan sementara baling-baling dari 12 mesin lainnya dilipat, sehingga mengurangi hambatan angin secara signifikan dan meningkatkan efisiensi energi. Desain inovatif ini berupaya mengoptimalkan aerodinamis dan efisiensi pesawat listrik.
Salah satu klaim utama NASA adalah, dengan modifikasi ini, X-57 akan mencapai pengurangan konsumsi energi antara 75% dan 80%, dibandingkan dengan Tecnam asli dengan mesin pembakaran. Begitu pula janjinya nol emisi karbon akan sangat membantu dekarbonisasi penerbangan, dengan asumsi bahwa listrik untuk mengisi baterai berasal dari sumber terbarukan.
Inovasi teknologi di balik X-57: LEAPTech
X-57 adalah bagian dari proyek tersebut Teknologi Baling-Baling Asinkron Terdepan (LEAPTech), yang fokus mengembangkan teknologi kelistrikan canggih untuk pesawat terbang. NASA telah bergabung dengan perusahaan inovatif seperti Joby Aviation dan ESAero untuk desain dan pembuatan motor listrik, baling-baling, dan bagian sayap serat karbon yang menampung seluruh sistem propulsi listrik.
Salah satu fitur yang paling menonjol adalah kemampuan masing-masing motor listrik untuk beroperasi secara mandiri, mengubah kecepatan berdasarkan kondisi penerbangan. Hal ini tidak hanya mengoptimalkan konsumsi daya, namun juga mengurangi secara drastis kebisingan, salah satu tantangan besar dalam penerbangan, terutama dalam konteks penerbangan listrik dan perkotaan.
Uji getaran dan keamanan struktural
Sebelum sebuah pesawat memasuki tahap pengujian penerbangan, pesawat tersebut menjalani studi getaran intensif di darat. Untuk X-57 Maxwell, NASA melakukan pengujian getaran ekstensif di Armstrong Flight Research Center, menggunakan sistem akuisisi LAN-XI melalui 300 saluran untuk mengukur respons modal pesawat pada titik yang berbeda.
Pengujian ini memastikan bahwa badan pesawat dapat bertahan dalam kondisi ekstrim penerbangan nyata, memvalidasi model akustik dan termal sebelumnya. Yang paling penting adalah analisisnya frekuensi modal, yang menunjukkan apakah pesawat dapat terbang dengan aman meski dalam turbulensi.
Tujuan Proyek X-57 Maxwell
Tujuan akhir NASA dengan X-57 bukan hanya untuk merancang pesawat listrik yang layak, namun untuk memajukan pengembangannya norma de certificacion untuk pesawat listrik yang dapat diterapkan pada proyek penerbangan masa depan. Hal ini penting mengingat pesawat komersial listrik masih dalam tahap percobaan, dan badan pengawas harus menetapkan protokol keselamatan sebelum pesawat ini dapat terbang secara komersial.
Perkembangan teknologi X-57 juga memberikan landasan bagi produsen lain dan pusat penelitian yang tertarik pada mobilitas udara perkotaan dan perjalanan jarak pendek, sektor di mana elektrifikasi penerbangan dapat memberikan dampak transformatif.
Tantangan dan tantangan yang tertunda
Terlepas dari keberhasilan proyek X-57, ada beberapa tantangan yang perlu diatasi oleh NASA dan organisasi lain agar pesawat listrik dapat digunakan secara luas. Salah satu permasalahan yang paling menonjol adalah berat baterai, yang memaksa kapasitas penumpang dikurangi menjadi hanya dua kursi. Tingginya rasio berat baterai terhadap energi yang tersimpan masih menjadi salah satu kendala terbesar bagi penerbangan listrik.
Meskipun demikian motor listrik tidak mengeluarkan karbon dioksida, keberlanjutan penerbangan listrik bergantung pada sumber daya yang digunakan untuk mengisi ulang mereka. Di negara-negara yang sebagian besar energi listriknya berasal dari sumber-sumber tak terbarukan, dampak penerbangan listrik terhadap lingkungan akan jauh lebih rendah dibandingkan negara-negara yang menggunakan energi surya atau angin.
Tantangan besar lainnya adalah mengintegrasikan sistem kelistrikan dengan aman, memastikan tidak ada interferensi elektromagnetik antar komponen. Selain itu, perbaikan baterai secara terus menerus ion lithium atau pengenalan baterai berdasarkan teknologi yang lebih maju akan menjadi kunci dalam kemajuan penerbangan listrik.
Masa depan X-57 dan perkembangan penerbangan listrik
NASA menaruh ekspektasi tinggi terhadap hasil yang diperoleh dari X-57 Maxwell. Pesawat tersebut, meskipun menghadapi kesulitan teknis, merupakan langkah pertama dalam dunia pesawat listrik dan transisinya menuju penerbangan yang lebih berkelanjutan. Meskipun ada masalah pada komponen-komponen utama yang menunda penerbangan pertamanya, pekerjaan yang dilakukan sejauh ini telah menghasilkan data berharga yang akan berkontribusi pada pengembangan jangka panjang.
Terakhir, X-57 melambangkan langkah selanjutnya menuju era baru pesawat yang lebih efisien, lebih senyap, dan ramah lingkungan. Meski butuh waktu untuk menyempurnakan teknologinya, pesawat listrik pertama NASA ini tidak diragukan lagi menjadi tonggak sejarah penerbangan listrik.