«Пора переосмыслить то, как мы летим»
Главный редактор Vox Брэд Плюмер о том, почему самолеты на солнечных батареях не могут победить топливную авиацию.
Solar Impulse — швейцарский проект самолёта на солнечных батареях. Впервые его испытал аэронафт Бертран Пиккар (Bertrand Piccard) в 2009 году. Размах крыла Solar Impulse составляет 63 метра, масса — 1600 кг. В 2010 году аппарат совершил 26-часовой перелет, установив таким образом рекорд для пилотируемых аппаратов на солнечных батареях. Запас заряда батарей позволяет самолету лететь всю ночь, поэтому теоретически он может находиться в воздухе сколь угодно долго.
В 2016 году Solar Impulse 2 успешно совершил кругосветное путешествие. В настоящее время команда работает над разработкой модели Impulse HB-SIB, которую обещали, но так и не выпустили для массового производства в 2015 году.
Успешно прошедших испытания моделей самолетов на солнечных батареях в мире насчитывается около десяти. Однако редактор Vox считает, что массовые перелеты такими самолетами будут возможны еще не скоро.
Solar Impulse 2 имеет более 17 тысяч солнечных и литиевых батарей для переработки и хранения электроэнергии, которые располагаются на длинных крыльях. Этого достаточно, чтобы выдержать две тонны веса и двигаться со скоростью 70 км/ч. Для сравнения, реактивный Boeing 747 перевозит примерно 400 человек за один раз с максимальной скоростью 917 км/ч.
Успех Solar Impulse на рынке может быть обеспечен лишь значительным технологическим прорывом — в небольшие крылья 747 должно помещаться количество солнечных батарей, позволяющее ему поднять 370 тонн.
Недостаточно заряжать солнечные батареи на земле — это усложнит взлет, поскольку вес полных батарей значительно превосходит вес полупустых. При этом галлон реактивного топлива содержит примерно в 22 раза больше энергии, чем литиево-ионный аккумулятор того же веса, что ставит под вопрос коммерческую составляющую проекта.
Однако Плюмер придерживается мнения, что солнечные батареи не бесполезны.
Идея, лежащая в основе солнечного плана, правильна: нам нужно переосмыслить то, как мы летим. Реактивное топливо несет огромные экологические издержки. Сейчас на авиацию приходится 3% выбросов углекислого газа в атмосферу. И учитывая давление на авиационную отрасль, проект может послужить для смягчения последствий.
Брэд Плюмер, главный редактор Vox
По мнению Плюмера, сокращения экологических издержек можно добиться несколькими способами.
1. Экономичный расход авиационного топлива
Способом экономии топлива может стать повышение эффективности двигателя, аэродинамики, сокращение пустых пассажирских мест во время рейсов. Например, новейший 787 Dreamliner от Boeing на 20% экономичнее, чем его предшественник, 767.
Исследование Nature Climate Change включает прогноз развития авиации до 2050 года, в котором предлагает пять правдоподобных сценариев повышения эффективность расхода топлива:
Серая линия предполагает, что старые самолеты со временем заменяются более эффективными. Это минимум, который можно ожидать.
Синяя линия — авиакомпании предпринимают ряд дополнительных шагов для дальнейшего повышения эффективности и внедрения новых технологий в проектирование. Аэропорты оптимизируют воздушное движение.
Красная линия — стратегия повышения эффективности доминирует, идет агрессивная модернизация, к 2035 году будут внедрены более эффективные технологии, например, открытые роторные двигатели и углеродный каркас.
В последних двух сценариях предполагается, что самолеты используют низкоуглеродное биотопливо. В самом радикальном, пятом сценарии предполагается, что интенсивность углерода в топливе снизится на 30%.
2. Эффективное управление воздушным движением
Полет по наиболее прямому маршруту — хороший способ экономии топлива на высоте, который из-за неэффективности управления воздушными потоками, редко применяется на практике. Такой способ сокращает стоимость перелета и выброс углекислого газа, но большое воздушное движение сводит его применение к минимуму.
3. Вывод самолета из эксплуатации раньше истечения срока службы
Способ сократит выбросы углекислого газа в атмосферу, однако будет сопряжен со значительными тратами, на которые многие авиаперевозчики не готовы пойти.
4. Использование биотоплива
Биотопливо в 3–4 раза превосходит стоимость обычного топлива. Однако Boeing и Airbus продолжают исследования в этой области, в частности, извлекают топливо из целлюлозной биомассы и водорослей. Было проведено несколько испытательных полетов на таком топливе.
Ожидания, что наращивание производства позволит сократить стоимость биотоплива, пока не соответствуют реальности. Масштабирование лабораторных работ оказалось сложным, в настоящее время нет промышленных установок, позволяющих поставить производство на поток. Но в США и Европе приняты законы и программы по наращиванию целлюлозного этанола для легковых и грузовых автомобилей.
5. Изменение формы крыла
NASA и Boeing ведут работу над новым дизайном крыла, который сокращает потребление топлива самолетом на 50%. Проект предполагает, что крылья станут гораздо длиннее и тоньше, что повлечет серьезные технологические изменения.
Здесь существует огромный риск. Радикально отличающийся дизайн может стоить десятки миллиардов долларов, а если вы ошибетесь, вы потеряете бизнес.
Андреас Шефер, профессор института энергетики UCL в Лондоне
Количество авиаперевозок растет, поэтому сокращение выбросов углекислого газа в атмосферу каждым отдельным самолетом может не приводит к улучшению экологической обстановки в целом. Выход из этой ситуации Брэд Плюмер видит в развитии альтернативного транспорта, например, высокоскоростных железных дорог и капсульной транспортной системы, при законодательном ограничении количества авиаперевозок. Отсюда вытекает шестой, более очевидный вариант.
6. Сокращение количества полетов
Если вы летите из Лос-Анджелеса в Париж и обратно, вы выбрасываете в атмосферу три тонны углекислого газа. Полеты первого класса удваивают эти цифры. Кроме того, самолеты выбрасывают монооксидные оксиды в верхнюю тропосферу, образуют следы и облака перистых семян с помощью аэрозолей от сжигания топлива. Но в сегодняшнем мире мы по-прежнему социально вознаграждены за сжигание ископаемого топлива.
Питер Калмус, ученый лаборатории реактивного движения CalTech
© vc.ru
