Самолёт Cessna с мозгом из карбида кремния: ARPA-E испытала авиасистему, где электроника весит меньше, чем пилот

В Южной Калифорнии прошёл испытательный полёт гибридного самолёта Cessna 337, в котором впервые использовалась новая система на основе карбида кремния. Машина, оснащённая бензиновым двигателем и электромотором, показала, что компактный инвертор из этого материала способен заменить громоздкие элементы, применяемые в обычных гибридных установках.

Разработкой системы занималась группа Power Group Университета Арканзаса совместно с компаниями Ampaire и Wolfspeed. Проект финансировало агентство ARPA-E Министерства энергетики США. Руководитель исследования, профессор Алан Мэнтус, отметил, что это первый случай, когда университетская команда испытала подобное оборудование на реальном самолёте.

Большинство современных электронных устройств — от телефонов до электромобилей — работают на кремниевых транзисторах, которые теряют часть энергии в виде тепла при каждом переключении. Карбид кремния лишён этого недостатка: транзисторы на его основе переключаются в тысячу раз быстрее и потребляют меньше энергии. Благодаря этому вспомогательные элементы, вроде катушек и конденсаторов, можно сделать заметно легче и меньше — что особенно важно для авиации.

«Представьте двигатель на 350 лошадиных сил, который весит сотни килограммов. А теперь ту же мощность, но в устройстве, помещающемся на ладони», — объяснил соавтор работы Крис Фарнелл.

Power Group считается одним из мировых лидеров в исследованиях карбида кремния. Раньше развитие таких технологий тормозила высокая стоимость производства, но по мере совершенствования методов она быстро снижается. Лёгкие и эффективные системы становятся всё доступнее, и этим уже интересуются автопроизводители. «Когда вся установка в итоге обходится дешевле, ею начинают интересоваться и Ford, и Toyota», — добавил Мэнтус.

Во время испытаний самолёт использовал новый инвертор, который преобразует энергию аккумуляторов в ток для электродвигателя. Компактная схема позволила снизить вес установки и сэкономить место в салоне. Это уменьшает расход энергии во время взлёта и полёта, а освободившийся объём можно использовать для дополнительного оборудования или комфорта пассажиров.

Создание системы потребовало учесть особенности полёта: вибрацию, перегрузки при посадке и перепады давления, способные повредить изоляцию. Кроме того, высокая скорость работы транзисторов увеличивает уровень электромагнитных помех, что может мешать другим бортовым системам. Испытания показали, что инженеры справились с этими сложностями, и система работает стабильно.

Для университета проект стал редкой возможностью испытать собственную разработку в реальных условиях. Студенты участвовали в сборке оборудования, подготовке полёта и анализе данных, получив уникальный опыт. Несколько выпускников уже получили приглашения на работу в крупные технологические компании.

Осенью в Университете Арканзаса откроется новый центр исследований и производства микросхем из карбида кремния. Он объединит научные лаборатории и полупроводниковые предприятия, чтобы ускорить внедрение таких технологий.