نموذج أولي من شركة AeroVironment Helio

طائرة هيليوس النموذجية هي طائرة جناح طائر فائقة الخفة، يبلغ طول جناحيها 75 مترًا (247 قدمًا) ، أي أطول من جناحي طائرة النقل العسكرية C-5 التابعة لسلاح الجو الأمريكي ( 68 مترًا (222 قدمًا) ) أو طائرة بوينغ 747 ( 59 أو 68 مترًا (195 أو 224 قدمًا ) ، حسب الطراز)، وهما أكبر طائرتين عاملتين تم بناؤهما في الولايات المتحدة. صُنعت طائرة هيليوس، التي تعمل بالطاقة الكهربائية، في الغالب من مواد مركبة مثل ألياف الكربون ، وإيبوكسي الجرافيت، والكيفلار ، والستايروفوم ، وغطاء بلاستيكي رقيق وشفاف. صُنع العارضة الأنبوبية الرئيسية للجناح من ألياف الكربون. وقد غُلفت هذه العارضة، التي كانت أكثر سمكًا في الأعلى والأسفل لامتصاص حركات الانحناء المستمرة التي تحدث أثناء الطيران، بمادة نومكس والكيفلار لزيادة متانتها. كما صُنعت أضلاع الجناح من الإيبوكسي وألياف الكربون. استُخدم الستايروفوم المُشكّل للحافة الأمامية للجناح، وغُطّي الجناح بأكمله بغشاء بلاستيكي شفاف متين. ^{[ 1 ]}   

تشارك النموذج الأولي لطائرة هيليوس نفس وتر الجناح البالغ 2.4 متر (8 أقدام ) (المسافة من الحافة الأمامية إلى الحافة الخلفية) مع سابقتيها باثفايندر وسنتوريون. وبلغ طول جناحيها 75 مترًا (247 قدمًا )، مما منحها نسبة عرض إلى طول تقارب 31 إلى 1. وكان سُمك الجناح متساويًا من طرف إلى طرف، 29 سم (11.5 بوصة) أو 12% من الوتر، دون أي انحناء أو تدرج . احتوت الألواح الخارجية على زاوية ثنائية مدمجة بزاوية 10 درجات لزيادة الثبات الجانبي للطائرة. وساعد التواء طفيف لأعلى عند أطراف الحافة الخلفية على منع توقف أطراف الجناح أثناء الهبوط البطيء والانعطافات. وبلغت مساحة الجناح 183.6 مترًا مربعًا (1976 قدمًا ^مربعًا ) ، مما منح الطائرة أقصى حمولة جناح تبلغ 0.81 رطل/مربع فقط. قدم عند الطيران بوزن إجمالي قدره 1600 رطل. ^{[ 1 ]}        

تم تجميع الطائرة ذات الجناح الكامل من ستة أقسام، يبلغ طول كل منها حوالي 12 مترًا . وتم تثبيت وحدة أسفل الجناح عند كل وصلة بين الألواح لحمل معدات الهبوط، ونظام الطاقة بالبطارية، وأجهزة كمبيوتر التحكم في الطيران، وأجهزة قياس البيانات. صُنعت الوحدات الخمس ذات الشكل الانسيابي في الغالب من نفس مواد الجناح نفسه، باستثناء غطاء الجناح الشفاف. وشكّلت عجلتان على كل وحدة معدات الهبوط الثابتة - عجلات دراجة جبلية متينة في الخلف وعجلات سكوتر أصغر في الأمام. ^{[ 1 ]} 

كانت أسطح التحكم الوحيدة المستخدمة في نموذج هيليوس الأولي عبارة عن 72 مصعدًا مثبتًا على الحافة الخلفية ، تُستخدم للتحكم في زاوية ميل الطائرة. تمتد هذه المصاعد على كامل الجناح، وتُشغَّل بواسطة محركات مؤازرة صغيرة متصلة بحاسوب التحكم في الطيران. ولتوجيه الطائرة أثناء الطيران، تم تطبيق التحكم في الانعراج باستخدام طاقة تفاضلية على المحركات - حيث يتم تسريع محركات أحد لوحي الجناح الخارجيين مع إبطاء محركات اللوح الخارجي الآخر. وكان أحد الاختبارات الرئيسية خلال سلسلة الرحلات التجريبية الأولية هو تقييم الطاقة التفاضلية للمحركات كوسيلة للتحكم في زاوية ميل الطائرة. أثناء الطيران العادي، كانت ألواح الجناح الخارجية لهيليوس مقوسة للأعلى، مما يُعطي الطائرة شكل هلال ضحل عند النظر إليها من الأمام أو الخلف. هذا التكوين يجعل محركات ألواح الجناح الخارجية أعلى من محركات الألواح المركزية. يؤدي تسريع محركات الألواح الخارجية إلى انخفاض ميل الطائرة وبدء هبوطها. وعلى العكس من ذلك، يؤدي تطبيق طاقة إضافية على محركات الألواح المركزية إلى ارتفاع ميل هيليوس وبدء صعودها. ^{[ 1 ]}

في الفترة من عام 2000 إلى عام 2001، خضعت طائرة HP01 لعدد من التحسينات، شملت إلكترونيات طيران جديدة، وأنظمة تحكم بيئية عالية الارتفاع، ومصفوفة شمسية من شركة SunPower تتألف من أكثر من 62000 خلية شمسية مثبتة على السطح العلوي للجناح. ^{[ 3 ]} تميزت هذه الخلايا بتصميم ذي تلامس خلفي، حيث وُضعت الأسلاك على الجانب السفلي من الخلايا، وذلك لضمان عدم إعاقة تعرضها للإشعاع الشمسي .

في 13 أغسطس/آب 2001، ^{[ 1 ]} وصلت طائرة هيليوس النموذجية، التي كان يقودها عن بُعد غريغ كيندال، إلى ارتفاع 96,863 قدمًا (29,524 مترًا) ، مسجلةً بذلك رقمًا قياسيًا عالميًا لأطول رحلة طيران أفقية متواصلة لطائرة مجنحة. ^{[ 4 ]} وقد تجاوز الارتفاع الذي بلغته الطائرة الرقم القياسي السابق لأطول رحلة طيران أفقية متواصلة لطائرة مجنحة بأكثر من 11,000 قدم (3,400 متر) ، أو ما يزيد عن ميلين (3.2 كيلومتر) . كما أمضت الطائرة أكثر من 40 دقيقة فوق ارتفاع 96,000 قدم (29,000 متر) . ^{[ 1 ]}    

في 26 يونيو 2003، تحطم النموذج الأولي لهيليوس وسقط في المحيط الهادئ على بعد حوالي 16 كيلومترًا (10 أميال) غرب جزيرة كاواي في هاواي أثناء رحلة تجريبية لأنظمة يتم التحكم فيها عن بعد استعدادًا لاختبار تحمل مقرر في الشهر التالي. ^{[ 5 ]} 

في صباح يوم الحادث، أشارت توقعات الأرصاد الجوية إلى أن الظروف الجوية ضمن النطاق المقبول، إلا أنه خلال مراجعة قرار الإقلاع قبل الرحلة، منح خبير الأرصاد الجوية الطائرة "موافقة هامشية للغاية". وكان من بين المخاوف الرئيسية وجود منطقتين لقص الرياح قبالة سواحل الجزيرة. وبعد تأخر الإقلاع، نتيجة عدم تغير اتجاه الرياح كما هو متوقع، أمضت طائرة هيليوس وقتًا أطول من المتوقع في التحليق عبر منطقة اضطراب جوي منخفض المستوى على الجانب المواجه للرياح من كاواي، لأنها كانت تصعد ببطء أكثر من المعتاد، نظرًا لتأثير ظلال السحب وما نتج عنها من انخفاض في الطاقة الشمسية.

أثناء صعود الطائرة إلى ارتفاع 850 مترًا (2800 قدم) بعد مرور 30 ​​دقيقة من الرحلة، ووفقًا لتقرير التحقيق في الحادث، "واجهت الطائرة اضطرابات جوية وتحولت إلى وضعية زاوية ثنائية عالية غير متوقعة ومستمرة . ونتيجةً لهذه الزاوية العالية المستمرة، أصبحت الطائرة غير مستقرة في وضعية تذبذب حاد، حيث تضاعفت انحرافات سرعة الهواء عن سرعة الطيران الاسمية تقريبًا في كل دورة من التذبذب . وتفاقمت حالة السرعة الزائدة عندما قام الطيار بإيقاف تشغيل حلقة تثبيت سرعة الهواء بدلًا من تنفيذ إجراءات الطوارئ الصحيحة وزيادة كسب حلقة تثبيت سرعة الهواء. ونتيجةً لذلك، تم تجاوز سرعة الهواء المصممة للطائرة، وتسببت الضغوط الديناميكية العالية الناتجة في انهيار الهيكل الثانوي للحافة الأمامية للجناح على الألواح الخارجية للجناح، وتمزق الخلايا الشمسية والغطاء الخارجي على السطح العلوي للجناح. اصطدمت الطائرة بالمحيط ضمن حدود نطاق اختبار منشأة اختبار صواريخ المحيط الهادئ، وتحطمت. تم استعادة معظم هيكل المركبة باستثناء وقود الهيدروجين والهواء ^{[ 3 ]}​ 

حدد تقرير التحقيق سببًا جذريًا للحادث يتكون من جزأين:

1. "أدى نقص أساليب التحليل الكافية إلى تقييم غير دقيق للمخاطر المتعلقة بتأثيرات تغييرات التكوين، مما أدى إلى اتخاذ قرار غير مناسب بتشغيل تكوين طائرة شديد الحساسية للاضطرابات."
2. "أدت التغييرات في تكوين الطائرة، والناجمة عن القيود البرنامجية والتكنولوجية، إلى تحويل الطائرة من طائرة تحميل جانبي إلى طائرة ذات توزيع كتلة عالي التحميل النقطي على نفس الهيكل مما أدى إلى تقليل متانة التصميم وهوامش الأمان بشكل كبير." ^{[ 3 ]}