太陽光飛行機の実現に向けたバッテリー性能の目標を提示(Powering Solar-Powered Flight)

2026-10-28 ブラウン大学

米ハーバード大学工学・応用科学部(SEAS)などの研究チームは、成層圏を長期間飛行する太陽光駆動航空機の実現に向け、搭載用バッテリーに求められる性能目標を明らかにした。これらの無人航空機は、日中に太陽光発電で電力を得てバッテリーを充電し、夜間は蓄えた電力で飛行を継続する。しかし、バッテリーを大型化すると重量が増し、飛行に必要なエネルギーも増えるため、蓄電容量と機体重量の両立が課題となる。研究チームは航空機の飛行条件とエネルギー需要を分析し、長時間飛行を実現する重要な目標として、バッテリーの重量当たりエネルギー密度500 Wh/kgを提示した。これは現在の一般的な電気自動車用バッテリーの約250 Wh/kgを上回る水準である。また、太陽光航空機では出力密度よりもエネルギー密度を優先することが重要だと指摘した。実現すれば、数週間から数か月にわたる連続観測が可能となり、気候変動の監視、大気化学の研究、山火事の追跡・予測などへの応用が期待される。

<関連情報>

地球の持続的観測を支える:太陽成層圏航空機向けバッテリー目標 Powering the Persistent Observation of Earth: Battery Targets for Solar Stratospheric Aircraft

Craig A. Mascarenhas; Shashank Sripad; James G. Anderson; Venkatasubramanian Viswanathan; John S. Langford
ACS Energy Letters  Published: 
DOI:https://doi.org/10.1021/acsenergylett.6c01616

太陽光飛行機の実現に向けたバッテリー性能の目標を提示(Powering Solar-Powered Flight)

Abstract

Solar-powered fixed-wing high-altitude long-endurance (HALE) aircraft have the potential to provide persistent atmospheric sensing, communications, and environmental monitoring, but their feasibility is fundamentally governed by onboard energy storage. We quantify the battery performance required for continuous solar-powered HALE flight using a multidisciplinary aircraft optimization framework. Battery cell specific energy is varied from 100 to 1000 Wh kg–1 while evaluating aircraft feasibility, minimum wingspan, payload capability, and geographic operability. A transition from storage-limited to solar-collection-limited operation is identified near 500 Wh kg–1, beyond which gains in geographic feasibility diminish while payload capacity continues to increase. Battery weight fractions are predicted to be 30–40% of takeoff gross weight, while effective charging and discharging rate requirements generally remain below 0.6 and 0.25 h–1, respectively. These results establish quantitative battery performance targets for persistent solar-powered flight.

0301機体システム
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