كم عدد أنواع بطاريات الطائرات المُسيرة الموجودة

يرتبط تطور تقنية الطائرات المُسيرة ارتباطًا وثيقًا بالتقدم في كيمياء البطاريات. حيث يُعد مصدر الطاقة اللبنة الأساسية للطائرات غير المأهولة (UAVs)، لأنه يحدد مدة التحليق، ومدى الأداء، والقدرات العامة. بالنسبة للطيارين، من الهواة إلى المحترفين، فإن فهم الخصائص والمزايا والقيود الخاصة بأنواع البطاريات الرئيسية أمر ضروري لاختيار الأدوات المناسبة وتشغيلها بأمان وكفاءة. يستعرض هذا المقال ثلاثة أنواع رئيسية من بطاريات الطائرات المُسيرة: بوليمر الليثيوم (LiPo)، والليثيوم أيون (Li-ion)، والنيكل كادميوم (NiCd).

بطاريات بوليمر الليثيوم (LiPo): مصدر طاقة عالي الأداء

أصبحت بطاريات LiPo هي المعيار في العديد من الطائرات المُسيرة من الفئة الاستهلاكية والطائرات الموجهة نحو الأداء العالي، خاصةً في سباقات الطائرات، والتحليق الاستعراضي، والتصوير السينمائي الاحترافي. وتنبع شعبيتها من الميزات التي تلبي المتطلبات الصارمة للطائرات المُسيرة الحديثة.

● التركيب الكيميائي والبنية: على عكس بطاريات الليثيوم أيون التي تستخدم إلكتروليتات سائلة، تستخدم بطاريات ليثيوم بوليمر (LiPo) إلكتروليتات بوليمرية شبه صلبة أو شبيهة بالهلام. وعادةً ما تُعبأ هذه البطاريات في أكياس رقيقة من فيلم ألومنيوم-بلاستيك بدلاً من الأسطوانات المعدنية الصلبة. يتيح هذا التصميم المرن للمصنّعين إنتاج بطاريات خفيفة الوزن بأحجام مختلفة، تناسب هياكل الطائرات المسيرة الصغيرة والانسيابية.
● مزايا الأداء: توفر بطاريات LiPo كثافة طاقة عالية (عادةً ما بين 150–250 واط-ساعة/كجم) ومعدلات تفريغ عالية. وهذا يُترجم إلى أوقات طيران أطول وقدرة على تزويد المحركات بانفجارات سريعة من الطاقة للتسارع والمناورة والمحركات عالية الدفع. كما أن معدل التفريغ الذاتي المنخفض يساعد أيضًا في الحفاظ على الطاقة المخزنة عند عدم الاستخدام.
● المواصفات والوسم: تُقاس السعة بوحدة الملي أمبير في الساعة (mAh) أو الأمبير في الساعة (Ah). ويعتمد الجهد على عدد الخلايا المتصلة على التوالي (S)، حيث توفر كل خلية 3.7 فولت. على سبيل المثال، توفر حزمة 3S جهدًا قدره 11.1 فولت، بينما توفر حزمة 6S جهدًا قدره 22.2 فولت. ويُشير معدل C إلى القدرة الآمنة على التفريغ المستمر؛ إذ يمكن لبطارية ذات معدل 30C وسعة 5000 مللي أمبير في الساعة أن تزود تيارًا مستمرًا بمقدار 150 أمبير.
● الاحتياطات والسلامة: البطاريات الليثيوم بوليمر حساسة سوء الاستخدام. ويمكن أن يؤدي الشحن الزائد لأكثر من 4.2 فولت لكل خلية أو التفريغ إلى أقل من 3.2 فولت إلى تلف دائم أو انتفاخ أو حتى نشوب حريق. وتحتاج هذه البطاريات إلى شواحن مخصصة تتمتع بوظيفة موازنة ومراقبة دقيقة. وتتراوح دورة حياتها عادة بين 150 و300 دورة، وهي أقصر من بطاريات الليثيوم أيون. ولإطالة عمرها الافتراضي، يجب تخزينها عند شحن بنسبة 50٪ تقريبًا في بيئة باردة وجافة.

بطاريات الليثيوم أيون (Li-ion): بطل التحمل

تُعد بطاريات الليثيوم أيون نوعًا آخر من كيمياء الليثيوم السائدة، وتُستخدم في التطبيقات التي تتطلب وقت طيران أطول وعمرًا تشغيليًا أطول بدلًا من أقصى إخراج للطاقة.

● التركيب الكيميائي والبنية: تستخدم بطاريات الليثيوم أيون إلكتروليتات سائلة وغالبًا ما توجد في حزم أسطوانية صلبة (مثل خلايا 18650) أو حزم منتظمة الشكل، مما يجعلها قوية ومتينة.
● مزايا الأداء: توفر هذه البطاريات كثافة طاقة عالية، غالبًا ما تكون مماثلة أو تفوق بطاريات الليثيوم بوليمر. وهذا يجعلها مثالية للطائرات المُسيرة المستخدمة في المسح، والتفتيش، والرصد، والتصوير الفوتوغرافي، حيث يكون التحمل أمرًا بالغ الأهمية. وعادة ما تدوم بطاريات الليثيوم أيون من 300 إلى 500 دورة، مع وصول تركيبات متقدمة إلى 500–1000 دورة. وهي أكثر استقرارًا، وأقل عرضة للتورم، وأكثر أمانًا في الاستخدام العادي.
● المساومات: تحتوي بطاريات الليثيوم أيون عمومًا على معدلات تفريغ قصوى أقل من حزم الليثيوم بوليمر، مما يجعلها أقل ملاءمة للطائرات المسيرة السباقية أو الطائرات المستخدمة في الحركات الاستعراضية. كما قد تكون أثقل قليلاً لنفس السعة. ومع ذلك، فإن الابتكارات مثل بطاريات الليثيوم عالية الكثافة الطاقية (تصل إلى 400 واط ساعة/كجم) تُسهم في توسيع الحدود، مما يتيح أوقات طيران أطول وأداءً مستقرًا عبر نطاقات واسعة من درجات الحرارة (-40°م إلى 60°م).

بطاريات النيكل والكادميوم (NiCd): محاربون قدامى متينون

تمثل بطاريات NiCd تقنية قديمة، وقد تم استبدالها إلى حد كبير بالتقنيات القائمة على الليثيوم في الطائرات المسيرة الاستهلاكية، لكنها لا تزال مفيدة في تطبيقات محددة بفضل متانتها.

● التركيب الكيميائي والتاريخ: تستخدم بطاريات NiCd أقطاب كهربائية من الكادميوم وهيدروكسيد النيكل مع إلكتروليت قاعدي. وتكون كثافتها الطاقية أقل بكثير (40–60 واط ساعة/كجم)، ما يجعلها أثقل وأكبر حجمًا مقارنة ببطاريات الليثيوم.
● المميزات: تتفوق بطاريات NiCd في الظروف القاسية، حيث تعمل بشكل موثوق بين -20°م و60°م (أحيانًا من -30°م إلى 50°م). وهي تتحمل الصدمات الميكانيكية والاهتزازات والإفراط في الشحن والتفريغ العميق أفضل من البطاريات الليثيومية. كما توفر معدلات تفريغ عالية وعادة ما تكون أرخص سعرًا.
● العيوب والصيانة: تعاني بطاريات NiCd من "تأثير الذاكرة"، حيث تقل السعة نتيجة دورات الشحن/التفريغ الجزئية المتكررة. ويُطلب إجراء تفريغ كامل بانتظام للحفاظ على الأداء. كما أن لها معدلات تفريغ ذاتي عالية وتحتوي على الكادميوم السام، مما يثير مخاوف بيئية. ويكون الشحن أبطأ (من 10 إلى 16 ساعة باستخدام الشحن البطيء)، رغم إمكانية الشحن السريع عند 1C خلال ساعة تقريبًا.

الخلاصة: اختيار مصدر الطاقة المناسب

● بطاريات LiPo هي الأفضل للطائرات المسيرة عالية الأداء المستخدمة في السباقات أو الحركات الاستعراضية أو التصاميم المخصصة، حيث توفر قوة انفجارية وتصميمًا خفيف الوزن، لكنها تتطلب معاملة حذرة.
● تعد بطاريات الليثيوم أيون مثالية للطائرات بدون طيار التجارية والتصوير الفوتوغرافي والرحلات الطويلة، حيث توازن بين كثافة الطاقة والسلامة وطول عمر الدورة.
● تصلح بطاريات النيكل والكادميوم فقط لتطبيقات صناعية أو عسكرية أو قديمة محددة، حيث تكون المتانة القصوى وتحمل درجات الحرارة أهم من عيوبها.

مع استمرار تطور تقنية البطاريات، تظهر كثافات طاقة أعلى وتحسين في السلامة وقدرات أفضل على التكيف مع درجات الحرارة. وسيظل التوازن بين القوة والمتانة وطول العمر عنصرًا محوريًا في مجال الطائرات المسيرة. ومن خلال فهم أنواع البطاريات الأساسية هذه، يمكن للطيارين والمشغّلين اتخاذ قرارات مدروسة، مما يضمن أن تكون لدى طائراتهم بدون طيار «القلب» المناسب للمهمة.