В света на гражданската авиация има амбициозни проекти за по-екологични самолети
(снимка: CC0 Public Domain)
Том Касауърс
Традиционно проектирани за ефикасност и безопасност, днес пътническите самолети все повече се разработват с оглед на неутралността по отношение на климата.
Възниква обаче следният въпрос: Ще могат ли хората един ден да разчитат на полет от Париж до Ню Йорк за по-малко от час, без да допринасят за глобалното затопляне?
Амбиции до небето
Точно това предлага финансираният от ЕС проект STRATOFLY: пътнически самолет Mach 8 — хиперзвуков летателен апарат, който може да лети най-малко с 9500 километра в час, или приблизително осем пъти скоростта на звука. Проектът STRATOFLY, който се изпълнява от 2018 до 2021 г., се основава на три предходни изследователски проекта на ЕС в тази област.
„Ще бъде истинско предизвикателство“, казва Николе Виола, координатор на STRATOFLY и професор в Политехническия университет на Торино, Италия. „Може би все още не сме готови за Mach 8. Но съм сигурна, че ще бъда свидетел на хиперзвуков пътнически самолет през моя живот.“
Резултатът от проекта STRATOFLY е проектиран прототип във вид на компютърен модел на хиперзвуков самолет, задвижван с водородно гориво. Проектът се концентрира върху иновативни начини на задвижване на самолет, който може да превозва 300 пътници.
Междувременно политическите амбиции в ЕС за свръхзвукови пътнически полети отслабнаха до голяма степен поради опасенията, свързани с околната среда, но не на последно място заради шума и замърсяващите емисии, които причиняват изменение на климата.
Неотдавнашните регулаторни инициативи на ЕС, включително новият закон за намаляване на авиационните емисии, разкриха политическия скептицизъм на Европа, тъй като ограничиха стимулите за свръхзвукови търговски полети.
И все пак в света на гражданската авиация и научните изследвания продължават да съществуват амбициозните идеи за разработване на по-бързи и по-чисти самолети. Макар че може да са необходими десетки години, преди тези технологии да бъдат пуснати в експлоатация, важното сега е да мечтаем смело, според учените.
Европейският съюз финансира многобройни изследователски инициативи, обхващащи редица фундаментални технологии, включително свързани с водорода, които да направят авиацията безопасна, ефективна и чиста. Целите са в унисон с приоритетите на национално, международно и бизнес ниво.
Не толкова бързо
Разработеният от STRATOFLY проект на самолет крие редица технологични проблеми. Но един от най-сериозните задържащи фактори е не толкова създаването на самолет, който да може да лети бързо, колкото на такъв, който да може да лети и бавно.
„Проблемът не е в хиперзвуковата фаза“, казва Виола.
Хиперзвуковият пътнически самолет, за който мечтаят тя и колегите ѝ, ще трябва не само да лети с висока скорост, но да излита и да се приземява с много по-ниски скорости.
Това поставя предизвикателства пред проектирането. Двигател, който може да развива хиперзвукова скорост например, не е най-добрият вариант за по-ниски скорости. Хиперзвуковият двигател се нуждае също така от огромен входен отвор, за да „вдишва“ въздух, който се смесва с водород.
„С нарастването на скоростта се увеличава и отворът“, казва Виола.
При ниска скорост обаче двигателят се нуждае от по-малко всмукван въздух. Това налага учените да правят компромиси при проектирането.
94-метровият самолет има голям входен отвор в носа, като плъзгащи се панели регулират всмукването на въздух.
Шест по-малки двигателя поемат цялата работа от излитането до набирането на скорост от около 5000 километра в час. Над тази скорост самолетът се задвижва от един голям двигател, разположен по дължина на опашката.
Като изключим въпросите, свързани с чистото проектиране, STRATOFLY демонстрира предимствата на използването на течен водород вместо въглеводород като самолетно гориво.
Обратно в бъдещето
Предложението на STRATOFLY е само концепция, чиято цел е да демонстрира как би могъл да изглежда хиперзвуковият пътнически самолет. То дава възможност на изследователите да тестват и обмислят нови технологии, за чието успешно осъществяване може да са необходими десетилетия.
Днес обаче авиационната промишленост може би се връща към свръхзвуковите пътнически самолети, като например прочутия Concorde, който служи повече от 30 години, преди да бъде оттеглен през 2003 г. Използван от „Еър Франс“ и „Бритиш Еъруейз“, Concorde е най-известен с маршрутите си Париж—Ню Йорк и Лондон—Ню Йорк, предлагащ време за пътуване от три до три и половина часа.
„Бум Еъроспейс“, американска компания, вече подписа договори за свръхзвуков проект с „Юнайтед Еърлайнз“ и „Америкън Еърлайнз“.
Хиперзвуковите полети привличат вниманието и на области извън гражданската авиация. Космическата промишленост отправя поглед към технологията за конструиране на въздухоплавателно средство, способно да излита като самолет — разработка, която може да намали необходимостта от скъпото изстрелване на ракети.
„Хиперзвуковите полети са някъде между авиацията и космонавтиката“, казва Виола. „Така че в крайна сметка една от тези области ще внедри технологията.“
Прочистване на въздуха
Независимо дали летенето с толкова високи скорости евентуално ще стане възможно, използването на по-чисто гориво от авиацията става все по-нарастващ приоритет за ЕС. Днес на авиацията се дължат около 2,5 % от глобалните емисии на CO2.
Решение на този проблем може да бъде водородът според професор Боби Сети от университета в Кранфийлд, Обединеното кралство.
„Изследваме приложението на водорода в авиацията от дълго време“, казва Сети. „Разходите обаче отдавна помрачиха ентусиазма. Но въпросът за въвеждането му е кога, а не дали.“
Той координира финансирания от ЕС проект ENABLEH2, който изследва потенциала на водорода в авиацията в продължение на четири години, до ноември миналата година.
Има много положителни неща във водорода според Сети.
Той е един от най-разпространените елементи на Земята и, ако се произвежда с възобновяема енергия, не се отделя CO2. В допълнение, изследванията на ENABLEH2 показват, че горивните системи с водород ще генерират по-ниски емисии на NOx, друг парников газ, от керосина.
Нещо повече, самолетите, задвижвани от водород, могат да прелитат на по-дълги разстояния от електрифицираните самолети, които най-вероятно ще се използват само за полети на къси до средни разстояния.
Маршрути на прехода
Трябва обаче да се вземат предвид и разходите. Водородът се държи различно от обичайното авиационно гориво, поради което самолетите и някои летища трябва да бъдат напълно реконструирани — преход, който може да отнеме от 20 до 30 години, според Сети.
„Технически бихме могли да реконструираме съществуващ самолет, например Airbus A380, така, че да използва водород“, казва той. „Но ще трябва да инсталираме резервоари за водород в самолета. Не можем просто да съхраняваме горивото в крилата както сега, което прави модела неконкурентоспособен в сравнение с обичайното гориво или устойчивите авиационни горива.“
Поради това в повечето прогнози се предвижда междинен период, през който отрасълът да използва алтернативни устойчиви авиационни горива, които по принцип се произвеждат от източници като биомаса или отпадъци и отделят по-малко CO2 през целия жизнен цикъл в сравнение с обикновеното авиационно гориво.
Според Сети би било по-добре „да се концентрираме върху улавянето на въглерод от емисиите от въздухоплаването през междинния период и да се инвестира агресивно във водород, за да се намали времето на прехода.“
Независимо по кой път ще се тръгне, основният въпрос за Сети е дългосрочното и устойчиво бъдеще на отрасъла.
„Авиацията предлага огромни социални и икономически предимства“, казва той. „Тя намали драстично времето за транспорт през земното кълбо и е двигател на икономическия растеж чрез туризма например. Не можем да допуснем това да бъде разрушено.“
(Тази статия е актуализирана на 10 май 2023 г., за да бъде добавен политическият контекст на ЕС и да се посочи наличието на редица европейски проекти в тази област.)
Изследванията в тази статия са финансирани от ЕС. Тя е публикувана за първи път в Horizon, списанието за изследвания и иновации на ЕС.