Trenutno su vetroturbine na zemlji u obliku tornja dominantan izvor energije vetra, ali one zauzimaju dosta prostora i generalno treba da budu smeštene u visoko vidljivim oblastima, kao što su vrhovi brda ili grebeni. One se takođe nalaze blizu zemlje, gde trenje od zemljine površine usporava vetar i povećava njegovu turbulenciju, što negativno utiče na efikasnost turbina. NASA inženjeri istražuju tehnologije koje će pomoći podizanju sistema vetroelektrana, koje su sposobne da generišu mnogo više energije, sa zemlje.
Postoje dva osnovna tipa vetroenergetskih sistema zasnovanih na obliku zmaja. Kod "Flygen" sistema, turbine su ugrađene u zmaj koji stvara struju i šalje je preko spone na skladištenje ili u distributivni uređaj na zemlji. Drugi ima generator na zemlji koji se napaja sponom koja se namotava kako zmaj hvata vetar. Puštanje zmaja da hvata vetar kao jedrilica, periodična faza namotavanja troši mnogo manje energije, oko 10 posto, koja se zatim nadoknađuje fazom odmotavanje, što rezultira sa 90 posto neto dobitkom energije.
Oba sistema se takođe oslanjaju na aerodinamičnost zmaja i na autonomnu kontrolu leta. Upravo ove aspekte tehnologije NASA istraživači žele da unaprede kako bi pomogli da sistema vetroelektrana u vazduhu budu efikasniji od alternativnih turbina na zemlji.
"Mnogo sistema koji lete imaju prilično čudnu aerodinamiku", kaže Dejvid Nort (David North), inženjer u NASA Lengli istraživačkom centru (NASA's Langley Research Center) u Virdžiniji. On ističe da kompanije pod pritiskom roka od strane investitora nisu u mogućnosti da posvete dovoljno vremena na teškom izazovu optimizacije zmajeve efikasnosti. "Ovde u NASI", kaže on, "imamo luksuz vremena sa kojim se fokusiramo na vrlo konkretne probleme i ne moramo da brinemo o rokovima."
Nort kaže da, iako su nekoliko kompanija koje pokušavaju da dovedu vetroelektrane na nebu na tržište uspele da pokažu autonomni let, oni su se oslanjali na sofisticiranu ugrađenu elektroniku i kontrolne sisteme leta, uporedive sa sistemima autopilota koji se koriste na komercijalnim avionima. "Naš cilj je da pojednostavimo celu stvar", rekao je on, "posebno ako se vetroelektrane nalaze na 600 metara visine, što je u većini slučajeva ispod oblaka."
Nort i njegove kolege u Lengliju ostvarili su prvi svetski trajni autonomni let koristeći samo senzore na zemlji prvog marta 2012. godine. "Prodor koji smo napravili jeste taj što mi u osnovi koristimo digitalnu kameru povezanu sa lapotop računarom (na terenu) kako bi pratili kretanje zmaja i održavali njegov autonomni let", objašnjava Nort.
Sistem razvijen od strane NASA istraživača sazniva se na principu da vrhovi lopatica vetrenjače generišu čak 90 posto energije turbine jer su dalje od čvorišta i okreću se brže od ostatka lopatice. U stvari, postavljenje vetroturbine na kraju spone, umesto da ona bude vezana za betonski temelj, omogućava da se zmaj ponaša kao leteći vrh lopatice. Ono takođe dozvoljava da ceo sistem iskoristi mnogo brže i stabilnije vetrove koji se mogu naći na višim nadmorskim visinama.
Autonomni sistem funkcioniše na sličan način kao majkrosoftov Kinect, sa softverom za prepoznavanje oblika koji utvrđuje gde se nalazi zmaj, kako je orijentisan, i koliko se brzo kreće. Ovi podaci se unose u kontrolni sistem leta koji održava da zmaj leti u obliku broja 8.
Prototip zmaja je imao krila od samo 3 metara, što je mnogo manje od uređaja koji se očekuju da se koriste u komercijalnim aplikacijama. "Neki ljudi pričaju o veoma velikim dimenzijama, poput krila aviona Boing 747", rekao je Nort.
Za sada su test letovi bili ograničeni na niskim visinama kako bi se izbeglo mešanje sa avionima, ali oni pokušavaju da dobiju dozvoli za letove na 600 metara za duži vremenski period u ograničenom vazdušnom prostoru koji je rezervisan za NASA agenciju iznad Valops ostrva u Virdžiniji. Visine iznad 600 metara se smatraju idealnim za vazdušne vetroenergetske sisteme.
Iako će istraživanje koristiti tehnologijama obnovljive energije na Zemlji, NASA kaže da ovi sistemi generisanja struje mogu da se koriste i na susednim svetovima, kao što su Mars, Venera i Titan.
"Ono što je zanimljivo kod energije vetra", kaže Nort, "jeste što je možete skupiti po bilo kojoj brzini. Tako da možete da izdvojite značajne količine energije, čak i ako je gustina veoma niska (kao razređena atmosfera na Marsu)."
