Trải qua 5 thế hệ, nhóm SV K56 của Đại học Bách khoa Hà Nội đã nghiên cứu, thử nghiệm thành công máy bay không người lái sử dụng pin mặt trời (Solar UAV). Nghiên cứu giành giải nhất trong hội nghị sinh viên nghiên cứu khoa học vừa qua của trường.

Tiết kiệm năng lượng và kéo dài tầm bay

Ở Việt Nam, UAV đang được ưu tiên nghiên cứu để từng bước làm chủ công nghệ. Tuy nhiên, quá trình này diễn ra còn chậm so với các nước Đông Nam Á. Cách đây 5 năm, ý tưởng chế tạo UAV được nhóm sinh viên kỹ thuật hàng không và vũ trụ, Viện Cơ khí động lực, Đại học Bách khoa Hà Nội đề xuất.

Quá trình nghiên cứu, chế tạo đã trải qua nhiều thế hệ sinh viên từ K52-K56, mỗi khoá giải quyết một số vấn đề để cho ra sản phẩm hoàn thiện. Nhóm sinh viên K52 manh nha ý tưởng ban đầu và tính toán thiết kế sơ bộ, thử nghiệm hiệu suất riêng lẻ pin mặt trời thì các khoá sau chế tạo được máy bay gắn pin năng lượng loại màng mỏng cứng, nghiên cứu chế tạo UAV phiên bản khác giúp sải cánh rộng hơn, sau đó là thiết kế, chế tạo phiên bản đầu của Solar UAV hiện nay.

Đo đạc thông số năng lượng cho máy bay Solar UAV. Ảnh do Đại học Bách khoa cung cấp
Đo đạc thông số năng lượng cho máy bay Solar UAV. Ảnh do Đại học Bách khoa cung cấp

Nhóm sinh viên K56 cùng một cựu sinh viên K55 - với sự hướng dẫn của TS Đinh Tấn Hưng, TS Vũ Đình Quý - đã kế thừa và giải quyết hạn chế của các nghiên cứu trước, cải tiến hình dáng khí động, hoàn thiện kết cấu, phát triển các giải pháp mới để Solar UAV ra đời.

Solar UAV có cánh cố định, sải cánh 2,5m, dài 1,5m, tải trọng có ích 1,5kg, vận tốc hành trình trung bình 15m/s và trần bay 300m. Nó dùng song song pin lưu trữ và pin mặt trời, bay nhịp nhàng, tiết kiệm năng lượng để kéo dài tầm bay với độ an toàn và tin cậy cao.

Cuối năm 2015, Solar UAV bắt đầu bay thử nghiệm tĩnh. Đến tháng 1/2016, thiết bị đã thử nghiệm bay ngoài trời 24 lần với tổng thời gian bay 8 giờ. Những ngày nhiều nắng, Solar UAV có thể hoạt động hoàn toàn bằng năng lượng thu được từ 36 tấm pin mặt trời, đồng thời sạc pin lưu trữ để sử dụng khi cất - hạ cánh.

Điều này giúp mở rộng tầm hoạt động của Solar UAV, giúp nó đủ thời gian bay để thực hiện các nhiệm vụ. Trong ngày ít nắng, Solar UAV sẽ sử dụng pin lưu trữ để bù đắp hao hụt, kéo dài thời gian bay. Dung lượng pin lưu trữ và công suất pin mặt trời được giám sát trực tuyến với phần mềm chuyên dụng cài trên laptop, smartphone…

Pin mặt trời trên Solar UAV được bảo vệ bởi màng mỏng trong suốt, chịu mưa tốt. Hệ thống dù cứu hộ chỉ được sử dụng trong tình huống khẩn cấp hoặc hạ cánh tại khu vực không bằng phẳng, rừng núi…

TS Hưng chia sẻ: “Khó khăn lớn nhất là kinh phí đầu tư, trang thiết bị phục vụ lắp ráp. Các trục trặc kỹ thuật thường xuyên xảy ra nhưng ngay sau đó, mọi người tập trung tìm giải pháp”. Theo ông, hiện chưa có sản phẩm nào tương tự Solar UAV ở Việt Nam được công bố.

Ứng dụng trong nông nghiệp, cứu hộ, cứu nạn

Theo TS Hưng, để có một UAV hoàn chỉnh, không nhất thiết phải tự làm mọi chi tiết. Có thể mua động cơ, cánh quạt, ăngten, điều tốc… miễn là chất lượng và giá thành phù hợp. Khung vỏ thân cánh đuôi, càng đáp, giá đỡ, dù cứu hộ… là những chi tiết nên tự chủ thiết kế, chế tạo để giảm giá thành và có thể tùy biến theo yêu cầu nhiệm vụ. Một số chi tiết bắt buộc phải tự tạo như phần mềm mã hóa tín hiệu, bảo mật, mạch tự động điều khiển, mạch điều phối năng lượng… bởi nếu không, máy bay sẽ không được kiểm soát, mất an toàn.

Nhóm dự định cải tiến, phát triển theo hướng bay cao hơn tầng mây nhằm giảm tác động của thời tiết, ổn định cường độ ánh sáng cho pin mặt trời. Nhờ đó, UAV này có thể được ứng dụng cho công tác cứu hộ, cứu nạn trong thời tiết xấu như mưa, bão…

Đầu tháng 6, tại vùng rừng núi Đông Bắc, khi trời nhiều nắng, ít mây, Solar UAV đã bay thử nghiệm theo hành trình quỹ đạo điểm, phục vụ dựng địa hình 3D khu vực rộng gần 50ha. Máy bay hoạt động khoảng 3 vòng theo quỹ đạo đường ziczac liên tục, tổng quãng đường khoảng 50km trong hơn một giờ. Nhóm dự định tiếp tục thử nghiệm với yêu cầu cao hơn để hoàn thiện kỹ thuật.

Đánh giá về Solar UAV, ông Vũ Quốc Huy - Phó Viện trưởng Viện Cơ khí động lực, Đại học Bách khoa Hà Nội - chia sẻ: “Nhóm sinh viên K56 rất sáng tạo, hoàn thiện các hạng mục với chỉ tiêu kỹ thuật tốt, bay ổn định, thời gian bay hoạt động kéo dài”. Theo ông Huy, sản phẩm có khả năng ứng dụng cao trong nông - lâm nghiệp như phun thuốc trừ sâu, trồng rừng… Để làm được điều này, cần nghiên cứu thêm để có trang thiết bị đi kèm.

PGS-TS Lê Anh Tuấn - Viện trưởng Viện Cơ khí động lực - nhận xét: “Ý tưởng chế tạo UAV dùng năng lượng mặt trời rất thực tiễn, từ yêu cầu của thực tiễn mà đưa ra giải pháp công nghệ. Đây là sản phẩm được hội đồng giám khảo đánh giá rất cao, đầu tiên là về tính mới. Sản phẩm đã bay thử và thể hiện sự vượt trội về tính năng so với sản phẩm mà các nhóm khác từng làm, đặc biệt là kéo dài thời gian bay”.

Lê Loan