Самолети от бъдещето

Гледайки по-напред в развитието на самолетите, новите двигатели и методи за задвижване са тези, които ще доведат до по-голяма промяна. Електрическата и водородната енергия са двете най-много обсъждани опции. И двете са в процес на разработка и ще повлияят на бъдещето на цялата индустрия.

Електрическата енергия изглежда по-вероятна за по-малки самолети. Основен проблем пред нея остава теглото на батерията и количеството енергия, която може да създаде, съпоставено с това на авиационнoто гориво, като различни изчисления показват, че самолетът може да измине само една двадесета от обичайното си разстояние при подмяна на горивото с батерии.

За малко по-големите търговски самолети с по-голям обсег на действие водородната енергия вероятно предлага повече потенциал. Там също има съществени неудобства като обема на водорода, ако се складира като газ, и нужната ниска температура, ако се складира в течно състояние.

Амбициозните сценарии предвиждаха около 2030 г. да започнат да се използват малки електрически самолети при къси вътрешни и регионални линии, а след 2035 г. - въздухоплавателни средства с водородни двигатели да могат да обслужват по-дълги полети. Технологичните предизвикателства обаче остават, като засега изгледите са новите технологии да се прилагат само за средни по размер самолети. Получаването на всички разрешения и обобщения също ще отнеме години, както и изграждането на нужната инфраструктура.

Фотограф : Shutterstock

Електрическите самолети

По-малки електрически самолети вече летят, като 9-местният Cessna eCaravan в момента е един от най-големите, а Rolls-Royce работи със скандинавската авиокомпания Widerøe за разработване на електрически търговски самолет до около 2026 г. с максимален пътнически капацитет 12 души.

Глобалният гигант DHL направи поръчка за 12 товарни електросамолета Alice на израелската Eviation, създадена през 2015 г. Целта е компанията да ги използва на къси разстояния като част от стратегията си за нулеви нетни емисии към 2050 г. Първият полет на самолета се състоя на 27 септември 2022 г., като самолетите при използване за пътнически превози биха побирали до 9 пътници. Началото на доставките е планирано за 2027 г.

Стартъпи като Electra Aero и Airflow работят съвместно също по 9-местен самолет за къси разстояния (short takeoff and landing - eSTOL).

Шведската Heart Aerospace вече има поръчки от Air Canada и United Airlines за 30-местните си самолети, които могат да изминат 200 км само на батерии или двойно разстояние с хибридно захранване, използвайки устойчиво гориво. Ако всичко върви по план, регионалните самолети на компанията трябва да полетят до 2028 г. Андерс Форслунд, шеф на Heart, смята, че до 2050 г. всички маршрути до 1500 км ще може да бъдат обслужвани от електрически самолети. Но такива пътувания представляват само 20% от днешните самолетни емисии.

Електрифицирането на авиацията също присъства и в разработването на самолети с вертикално излитане и кацане - (eVTOL). Калифорнийската фирма Joby Aviation планира да пусне 5-местно "летящо такси" с 240 км пробег. Германската Volocopter подготвя електрически въздушни таксита, които да са готови за олимпийските игри в Париж през 2024 г. Други конкурентни фирми в тази област са китайската eHang, германската Lilium и Vertical Aerospace, базирана в Обединеното кралство.

Въпросът по отношение на електрическата технология за самолетите обаче остава как да се направи самолетът по-електрически, т.е. да се използва по-скоро хибридна технология, отколкото как да стане напълно електрически.

В очакване на водорода

Идеята за заместване на керосина с водород не е съвсем нова. Всъщност идеята за въздушни лайнери с водородно гориво е реализирана преди десетилетия и по-конкретно тестовият самолет Ту-155, построен от съветското конструкторско бюро "Туполев" като модел без авиационно гориво, разработен от масово произвеждания Ту-154.

Досега производителите се отказваха от нея, защото значителна част от корпуса, около една трета, тогава трябва да бъде запазена за резервоари. Това беше неприемливо, доколкото се правеше всичко възможно в корпуса да се съберат колкото е възможно повече пътници.

И в тази област състезанието започна. Базираният в Обединеното кралство стартъп Zero Avia разработи малък тестов самолет - 20 места, като привлече финансиране в размер на 140 млн. долара от авиокомпании и инвеститори. Компанията извърши първия полет в началото на 2023 г. и плановете й са да предложи на пазара самолети с между 10 и 20 места до 2025 г. и планове да пусне на пазара самолет със 70 места до 2027 г.

Калифорнийският стартъп Universal Hydrogen, основан през 2020 г., е успял да привлече до момента около 100 млн. долара, като сред инвеститорите са GE Aviation, American Airlines, Airbus, Toyota, лоу-кост авиокомпанията JetBlue. Компанията работи по по-големи регионални самолети, 50 - 60 места, като е извършила успешен полет през март, като се надява самолетът да стигне до пазара в края на 2025 г.

Гигантът Airbus пък през 2020 г. обяви доста смело прогнозата си водородните самолети да полетят до 2035 г., но все още няма ясна програма. В близкото минало Airbus залагаше предимно на електрически самолети, задвижвани от електрически двигатели или хибридни системи, но премина към водорода, "тъй като е несравнимо по-лек от батериите", казва Глен Льевелин, вицепрезидент на проекта за нулеви емисии в Airbus ZEROe. Енергийната плътност е толкова висока, колкото при керосина, със значително по-ниско тегло. При същата температура обаче обемът на съхранявания водород е четири пъти по-висок.

Ето защо се работи и върху използването на течен водород. Трудностите обаче и тук са много. Той има значително по-малък обем, но трябва да бъде охладен до минус 253 градуса по Целзий и заема повече място от керосина за единица енергия. Следователно употребата му изисква цялостно преустройство на самолета с тежки охладителни системи и по-големи резервоари, които оставят по-малко пространство за пътници, както и на летищата, които не са оборудвани за работа с газа.

Ако водородът стане приложим, той, подобно на полетите, захранвани с батерии, ще бъде ограничен до късите маршрути. Производителят на ракети Ariane Group, създател на ракетата Ariane, вече си сътрудничи с комуналната компания Engie и Airbus по темата за втечняване на водород.

Главният инженер Жан-Брис Дюмон обясни преди време, че Airbus работи по три различни концепции.

Турбореактивен дизайн (за 120 - 200 пътници) с обхват над 3700 километра, способен да лети по трансконтинентални маршрути и задвижван от модифициран газотурбинен двигател, работещ на водород, а не на реактивно гориво, чрез изгаряне. Течният водород ще се съхранява и разпределя през резервоари, разположени зад задната въздухонепроницаема преграда.

Турбовитлов дизайн (за до 100 пътници), използващ турбовитлов двигател вместо турбовентилаторен и ще е задвижван чрез изгаряне на водород в модифицирани газотурбинни двигатели, който би могъл да измине повече от 1852 километра, което го прави идеален вариант за регионални пътувания.

Концепция "корпус със смесено крило" (за до 200 пътници), при която крилата се сливат с основния корпус на самолета с обхват, подобен на този на турбовентилаторната концепция. Изключително широкият фюзелаж отваря множество възможности за съхранение и разпределение на водород, както и за оформление на пътническия салон.

"Коя от трите концепции ще излезе първа на пазара все още не е ясно", каза Дюмон. Водородът може да се изгаря в газовите турбини като керосин. Вместо отровни отработени газове се образуват водни пари. Проводите и горивните камери обаче трябва да бъдат проектирани по различен начин. В крайна сметка обаче самолетите, задвижвани с водород, са наистина без емисии само ако водородът не се генерира по конвенционалния начин, а с помощта на възобновяема енергия. Въпреки че това е възможно, необходимите мащабни инсталации за нужните количества все още не съществуват. Те трябва да бъдат създадени от производители на газ като Air Liquide или Linde или от петролни компании. Всичко това, разбира се, ще струва милиарди инвестиции по веригата.

Докато Airbus агресивно проучва технологии за водородно гориво, визията на Boeing не включва много подробности за използване на водород като алтернативно гориво. Американският производител в отговор на натиска от авиокомпаниите, подобно и на други, отделя повече внимание на устойчивото авиационно гориво, като декларира, че до 2030 г. всичките му самолети ще бъдат сертифицирани да летят със 100% SAF.