Introduction

Helios en vol au dessus d'Hawai lors du vol record du 13 aout 2001.
Photo: Aerovironment

En atteignant dans le ciel d’Hawaï l’altitude record de 29 000 m, l’avion solaire sans pilote Helios vient d’ouvrir de nouveaux horizons aux activités civiles et militaires. Pour un coût bien inférieur à celui d’un satellite et avec une manoeuvrabilité supérieure à celle d’un ballon sonde il va désormais être possible d’observer la terre depuis la stratosphère

Le 13 août 2001 l’avion solaire Helios a atteint l’altitude record de 93 500 pieds (29km). Parti de la base de Kauai à Hawaï, il a nécessité l’interbention successive de trois pilotes opérant à partir d’une salle de télécommande située au sol. Décollant à 8H48 heure locale l’appareil s’est posé de nuit sans dommage après un vol de 16 H 54 minutes comportant une montée de 7 heures 22 et un vol plané de 9 heures 30. Construit par AeroVironment, l’entreprise crée par Paul Mac cready à Monrovia en Californie, dans le cadre du projet ERAST de la NASA, Helios présente une envergure de 247 pieds (~ 82 mètres soit plus qu’un Boeing 747) pour un poids de 1600 livres (~ à peine 800 kg). Il est constitué de 6 tronçons d’aile séparés par 5 nacelles faisant office de train d’atterrissage. 14 moteurs électriques et un réseau de 180 m2 de panneaux solaires fourissant une puissance de 35 kw au total assurent sa propulsion. Ces panneaux composés de 65 000 capteurs solaires en silicium double face fabriqués par SunPower Inc convertissent 19% de l’énergie solaire en énergie électrique et fournissaient 24 kW à l’altitude du record (rappelons que le soleil fourni modestement 1,3 kW/m2 au mieux). L’appareil est par ailleurs équipé d’un système de navigation par GPS et de radiateurs de refroidissement de l’avionics. Contrairement au premier avion solaire à avoir volé sans le recours de batteries, le Gossamer Pengouin à voilure canard créé en 1980 par de Paul Mac Cready, Helios est de type aile volante avec un profil d’aile à corde très longue et un fort allongement (c’est à dire un rapport envergure sur corde E/C important). Une telle configuration le situe plus proche de la structure d’un planeur que d’un avion, une caractéristique bien naturelle pour une machine conçue par une société dont le fondateur Paul Mac Cready est un des plus grands spécialistes mondiaux du vol à voile. Rappelons qu’un planeur monte d’autant mieux que sa charge alaire P/S est faible (poids divisé par la surface d’aile ). Aussi AeroVironment a donné à Helios une surface d’aile très grande et une masse minimale. La grande surface a permis de loger les 180 m2 de panneaux solaires propices à la génération électrique. Pour réduire le poids, il a été fait appel à des matériaux léger et souples. Toutefois pour atteindre un plafond maximum très élevé il a été nécessaire de développer un profil d’aile aussi parfait que celui d’un planeur. En effet au plafond, c’est à dire là où la traction des hélices est minimale, il faut pour compenser le poids de l’engin que la portance soit maximale avec une traînée minimale (P/T maximal). Cette caractéristique est connue sous le nom de « finesse maximum », un paramètre généralement optimisé sur les planeurs pour lesquels il correspond à la capacité de couvrir une distance maximale en vol plané à partir d’une altitude donnée. Aussi, et bien qu’ Helios ait été tracté par ses moteurs, il se comportait aussi « finement » qu’un planeur. A son plafond maximum, la densité de l’air était si faible que le frêle esquif avançait à la remarquable vitesse de 270 Km/h, une sacrée prouesse pour un engin dont la vitesse de décollage n’excède pas les 50Km/h au niveau de la mer !... Il aura fallu environ 8 heures pour qu’il atteigne son plafond, soit une vitesse de montée moyenne de 1m/s que lui envieraient bien des pilotes de planeurs qui font appel eux aussi à l’énergie solaire mais par l’intermédiaire des ascendances, lesquelles ne sont pas toujours aussi généreuses et régulières que les capteurs solaires et les moteurs d’Helios. Si le prototype Hélios a coûté 13 millions de dollars à son commanditaire la NASA, la version de série pourrait revenir à 1M$ l ‘unité soit cent fois moins que le prix d’un petit satellite et son lancement. Une aubaine pour les spécialistes de l’observation spatiale, si tant ait que l’appareil puisse démontrer dans le futur proche sa capacité à voler la nuit en s’appuyant sur des piles à combustible rechargées dans la journée. Un test en vol de 4 jours à 50 000 pieds avec les piles (portant la masse à 2000 livres) devrait avoir lieu bientôt pour le démonter. Parmi les évolutions il est prévu une stabilisation et un pilotage par l’action des moteurs en remplacement des actuelles commandes situées sur le bord de fuite de l’aile afin d’accroître la surface de capteurs solaires disponibles. Les sciences et l’observation de la terre devraient en tout premier lieu profiter de l’arrivée de cette technologie. Il est prévu aussi des applications militaires et de télécommunications.

Pour ce type d'appareil une application touristique n'est bien sûr pas exclue. Toutefois le prototype ayant été conçu pour des vols inhabités en pilotage à distance la conversion n'est pas immédiate et il conviendra d'emporter une combinaison présurisée...