Wie die Passagierflugzeuge der Zukunft aussehen werden

Wenn sich Zeitreisende aus dem Jahr 1968 heute am Flughafen wiederfinden würden, würden sie viele Veränderungen sehen, die sie überraschen würden. Aber die Flugzeuge würden überraschend vertraut aussehen. Trotz der erheblichen Verbesserungen bei Materialien, Motoren und Avionik im Jahr 2017 das sicherste Jahr in der Geschichte der Luftfahrt, Verkehrsflugzeuge bleiben strukturell denen der 1960er Jahre ähnlich. Tatsächlich flog die Boeing 737, in ihren zahlreichen Versionen eines der meistverkauften Verkehrsflugzeuge der Geschichte, erstmals 1967 in die Luft.

Dies liegt daran, dass in der kommerziellen Luftfahrt die Sicherheit Priorität hat und bewährte Lösungen bevorzugt werden, und weil andere Entwicklungen – beispielsweise bei Materialien und Triebwerken – dazu führen, dass traditionelles Design immer noch relevant ist. Da die Branche jedoch verzweifelt nach Möglichkeiten zur Reduzierung der CO50-Emissionen sucht, steht sie vor einer etwas größeren Herausforderung als andere Branchen, gerade weil es so schwierig ist, ihre Kerntechnologien aufzugeben. Vielleicht ist es an der Zeit, etwas Neues auszuprobieren. Wie könnte der Flugverkehr in XNUMX Jahren aussehen?

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Die Zukunft der Passagierflugzeuge

Im Laufe der Jahre gab es mehrere Versuche, das Paradigma des Flugzeugdesigns zu ändern. Die 1970er Jahre versprachen eine Zukunft des Überschallreisens, die bis auf die begrenzten Concorde-Flüge nie Wirklichkeit wurde. Die Idee eines „Blended-Wing“-Flugzeugs ähnlich dem Tarnkappenbomber Northrop B-2 wurde gelegentlich angepriesen, bisher jedoch ohne großen Erfolg.

Eine Kombination aus technischen und finanziellen Gründen zwang die Flugzeugindustrie, diese eher seltsamen Vorschläge aufzugeben und sich auf die kanonischeren Designs zu konzentrieren, die heute die Norm sind. Werden die nächsten 50 Jahre den langsamen, stetigen Weg des letzten halben Jahrhunderts fortsetzen? Werden wir den rasanten technologischen Durchbruch, der die Luftfahrt zwischen dem Ende des Ersten Weltkriegs und der Mondlandung prägte, noch einmal erleben? Apollo? Lassen Sie sich nicht vom offensichtlichen Mangel an spektakulären Durchbrüchen täuschen. Einige große Veränderungen stehen vor der Tür.

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Elektrische Flugzeuge

Die meisten Kurzstreckenflüge werden in den nächsten Jahrzehnten wahrscheinlich elektrisch sein, und dies wird unsere Einstellung zum Flugverkehr verändern. Kleinere Elektromotoren würden einen verteilten Schub ermöglichen, ähnlich wie er im X-57-Prototyp der NASA verwendet wird. Durch einen geringeren Lärmpegel und niedrigere Betriebskosten können elektrisch angetriebene Flugzeuge viel näher an Orte fliegen, an denen Menschen leben und arbeiten.

Tatsächlich zielen mehrere hochmoderne Elektroflugzeugprojekte nicht nur darauf ab, den Bodentransport zwischen Städten zu ersetzen, wie es die Zunum- und Eviation-Konzepte für 9 bis 12 Passagiere planen, sondern auch innerhalb dieser. Fliegende Taxis werden schon bald Realität sein, doch es bleibt abzuwarten, ob die futuristisch anmutenden Konzepte Vahana und CityAirbus wirklich die Zukunft darstellen. Tür-zu-Tür-Flüge sind jedenfalls nicht das ausschließliche Vorrecht von Elektroflugzeugen.

Obwohl es sich nicht um ein neues Konzept handelt, war der Einsatz von Drehflüglern, d. h. Flugzeugen, die von einem vertikalen Auftrieb in eine Starrflügelkonfiguration übergehen können, bisher weitgehend auf das US-Militär beschränkt.

Allerdings bereitet der italienische Hubschrauberhersteller Leonardo derzeit ein ziviles Modell für den kommerziellen Start vor AW609, das im Erfolgsfall möglicherweise die Exekutiv- und Regionalluftfahrt verändern könnte. Der AW609 vereint die Designelemente von Flugzeugen und Hubschraubern.

Viele Unternehmen entwickeln elektrische Antriebssysteme für Lufttaxis, Pendlerflugzeuge und elektrische Senkrechtstarter und -landefahrzeuge (eVTOL), von denen viele autonom sind. Beispielsweise arbeitet der Elektromotorenhersteller MagniX mit dem Batterielieferanten H55 zusammen, um die Flugzeuge des in Vancouver ansässigen Wasserflugzeugbetreibers Harbor Air auf eine rein elektrische Flotte umzustellen. Und das israelische Unternehmen Eviation hat Alice entwickelt, das weltweit erste vollelektrische Pendlerflugzeug mit handyähnlicher Batterietechnologie und einer Flugreichweite von ~800 km.

Hybridenergie ist ein anderer Weg. Im Jahr 2020 absolvierte das hybridelektrische Eel des amerikanischen Startups Ampaire einen 550 km langen Testflug mit einem Elektromotor in der Nase und einem konventionellen Verbrennungsmotor im Heck. Und dann ist da noch Wasserstoff, der ein großes Potenzial hat, wenn er aus kohlenstoffarmen Quellen statt aus fossilen Brennstoffen hergestellt werden kann. Airbus investiert stark in die Technologie, die für den Antrieb von Flugzeugen mit Wasserstoff aus erneuerbaren Energiequellen erforderlich ist, und hofft, damit eines Tages riesige Jets anzutreiben, die lange Strecken ohne CO2-Emissionen zurücklegen können. Boeing testet auch eigene wasserstoffbetriebene Flugzeuge.

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Auf der Suche nach Geschwindigkeit

Es gibt einen Bereich, in dem sich die kommerzielle Luftfahrt offenbar nicht vorwärts, sondern rückwärts entwickelt hat. Früher war es möglich, mit Überschallgeschwindigkeit über den Atlantik zu fliegen, aber heute müssen sich selbst diejenigen mit den größten Taschen mit Unterschallgeschwindigkeit zufrieden geben. Einige Startups arbeiten daran, das zu beheben.

Boom Supersonic, ein Startup, zu dessen Investoren der Silicon Valley-Inkubator Y Combinator und Japan Airlines gehören, entwickelt ein Verkehrsflugzeug, das voraussichtlich Mach 2,2 fliegen und weniger kosten soll als Concorde.

Der Aerion AS2 ist ein weiteres ziviles Überschallflugzeugprojekt, das auf den Markt für Führungskräftedienstleistungen ausgerichtet ist. Obwohl sich das Unternehmen noch in der Entwicklungsphase befindet, verfügt es bereits über einen Auftrag des Fractional-Jet-Betreibers Flexjet über 2,4 seiner Mach 20 AS2-Flugzeuge im Wert von 1,5 Milliarden US-Dollar. Aber selbst diese Geschwindigkeiten verblassen im Vergleich zu den von einigen ehrgeizigen Forschungsprogrammen vorhergesagten Hyperschallgeschwindigkeiten.

Spaceliner, ein vom DLR, dem Deutschen Institut für Luft- und Raumfahrtforschung, geleitetes Projekt, wird an den Rand des Weltraums fliegen, um 25-mal schneller als die Schallgeschwindigkeit zu fliegen. Auf diese Weise wäre es möglich, in etwa 90 Minuten von London nach Australien zu fliegen.

„In der Luft- und Raumfahrtindustrie liegt die Herausforderung oft nicht in technologischer, sondern in finanzieller oder betrieblicher Hinsicht“, sagt Rolf Henke, Vorstand für Luft- und Raumfahrtforschung beim Deutschen Institut für Luft- und Raumfahrtforschung (DLR). „Von Mixed Wings wurde schon in den 1920er-Jahren gesprochen, von Hyperschallflügen schon seit den 1930er-Jahren, aber man braucht jemanden, der bereit ist, das Risiko einzugehen und riesige Summen zu investieren.“

Wie real ist die Revolution der Hyperschallflugzeuge? Werden wir den Punkt erreichen, an dem die neuesten Technologien nebeneinander existieren werden?

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Das Konzept des „Mixed Wing“

Einer der Vorschläge der Ingenieure ist der „Blended Wing Body“, den ich bereits mehrfach erwähnt habe. Diese völlig neue Flugzeugform ähnelt dem „Flying Wing“-Design, das in Militärflugzeugen wie dem Iconic verwendet wird B-2-Bomber, aber der gemischte Flügel hat im Mittelteil ein größeres Volumen. Sowohl Boeing als auch Airbus arbeiten an der Idee, ebenso wie ein dritter Anbieter, das in Kalifornien ansässige Unternehmen JetZero, das sich das ehrgeizige Ziel gesetzt hat, bereits 2030 ein Blended-Wing-Flugzeug in Dienst zu stellen.

„Wir nehmen den Weg zu null Emissionen bei großen Flugzeugen sehr ernst, und eine Flugzeugzelle mit Blendenflügeln kann zu 50 % weniger Treibstoffverbrauch und Emissionen führen“, sagte Tom O'Leary, Mitbegründer und CEO von JetZero. „Es ist ein enormer Fortschritt im Vergleich zu dem, was die Branche gewohnt ist.“

Als eine Art Hybrid zwischen einem Nurflügler und einem traditionellen „Rohr und Flügel“ ermöglicht der Mischflügel dem gesamten Flugzeug, Auftrieb zu erzeugen und gleichzeitig den Luftwiderstand zu minimieren. Die NASA gibt an, dass diese Form „zur Steigerung des Treibstoffverbrauchs beiträgt und eine größere Nutzlastfläche (Fracht oder Passagier) im zentralen Teil des Flugzeugkörpers schafft.“ Die Agentur testete es auf einem ihrer Versuchsflugzeuge. X-48. Bei rund 120 Testflügen zwischen 2007 und 2012 stellten zwei unbemannte ferngesteuerte X-48-Flugzeuge die Machbarkeit des Konzepts unter Beweis.

Laut O'Leary gibt es ein großes technisches Problem, das die Hersteller zurückhält. „Es ist der Druck im nichtzylindrischen Rumpf“, sagt er und weist darauf hin, dass ein röhrenförmiges Flugzeug die ständigen Zyklen der Expansion und Kontraktion, die bei jedem Flug auftreten, besser bewältigen kann. „Wenn Sie an „Rohr und Flügel“ denken, dann wird die Last aufgeteilt – das Rohr trägt die Last durch Druck und die Flügel tragen die Last durch Biegung. Aber der Blended Wing bringt sie im Wesentlichen zusammen. Erst jetzt können wir dies mit Verbundwerkstoffen erreichen, die sowohl leicht als auch stark sind.“ Diese radikal neue Form wird zu einem Flugzeuginnenraum führen, der völlig anders aussieht und sich anfühlt als der heutiger Großraumflugzeuge. JetZero hofft, seine Flugzeuge bis 2030 im Einsatz zu haben.

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Überschallflüge

Fast ein halbes Dutzend Unternehmen wetteifern darum, als erste der Öffentlichkeit Überschallreisen anzubieten, ein interessantes Interesse in einer Zeit, in der sich ein Großteil der Investitionen und Innovationen im Transportwesen auf die Entwicklung saubererer, klimafreundlicherer Optionen konzentriert, die weniger Kraftstoff verbrauchen alternative Antriebstechnologien wie Batterien oder Wasserstoff.

Das in Denver ansässige Unternehmen Boom Supersonic plant, im Jahr 2029 sein Überschall-Passagierflugzeug namens Overture auf den Markt zu bringen. Laut Blake Scholl, CEO des Unternehmens, soll das Flugzeug voraussichtlich zwischen 64 und 80 Passagieren Platz bieten. Es wird mit Mach 1,7 fliegen, was der 1,7-fachen Schallgeschwindigkeit entspricht – mehr als doppelt so schnell wie ein herkömmliches Passagierflugzeug.

Branchenanalysten sagen, dass Risikokapital und die Vorstellung, dass kommerzielle Überschallflugzeuge eine gute Idee seien, maßgeblich zur Wiederbelebung des Projekts beigetragen haben.

Die Unternehmen sagen, dass ihre neue Generation von Überschallflugzeugen einen geringeren CO2-Fußabdruck haben wird, vor allem weil sie mit umweltfreundlichem Kerosin betrieben werden. Dieser Kraftstoff wird aus landwirtschaftlichen Produkten hergestellt, darunter Sojabohnen und tierische Fette. Kritiker sagen jedoch, dass das Versprechen einige wichtige Realitäten außer Acht lässt. Beispielsweise gibt es für die heute existierenden Flugzeuge nicht genügend umweltfreundlichen Flugtreibstoff. Und was existiert, ist teurer – Schätzungen zufolge zwei- bis viermal teurer als fossile Brennstoffe.

Und was auch immer der Treibstoff ist, die Realität ist, dass Überschallflugzeuge immer mehr davon verbrauchen werden. Laut einer Studie des International Council on Clean Transportation könnten Überschallflugzeuge bis 2022 sieben- bis neunmal mehr Treibstoff verbrauchen als herkömmliche Verkehrsflugzeuge und gleichzeitig weniger Passagiere befördern. Aber die NASA sagt, dass Überschallreisen zumindest zunächst nur einen sehr kleinen Teil der gesamten CO2-Emissionen und einen sehr kleinen Teil der kommerziellen Luftfahrt ausmachen werden. Angesichts der Verpflichtung der Fluggesellschaften, bis 2050 COXNUMX-neutral zu werden, sagen einige jedoch, es sei schwer zu erkennen, wie Überschallflugzeuge in diesen Rahmen passen.

Analysten hegen jedoch Zweifel, da es für kommerzielle Fluggesellschaften schwierig ist, sich über Wasser zu halten. Überschallflugzeuge werden weniger Passagiere befördern und mehr Treibstoff verbrauchen. Handelt es sich bei diesem Treibstoff um umweltfreundlichen Kerosin, steigen die Kosten noch weiter.

Das in Atlanta ansässige Unternehmen Hermeus ist nur eines der Unternehmen, die die Möglichkeit erforschen, ein noch schnelleres kommerzielles Hyperschall-Passagierflugzeug zu bauen. Während Überschallflugzeuge schneller als die Schallgeschwindigkeit fliegen, erreichen Hyperschallflugzeuge das Fünffache oder noch mehr.

Der Halcyon-Jet des Unternehmens wird mit Mach 5 fliegen – oder fünfmal so schnell wie der Schall. Das Unternehmen äußert sich jedoch offen zu den technologischen Herausforderungen, denen es bei der Entwicklung eines so schnellen Flugzeugs gegenübersteht. Nach Angaben des Sprechers liegen die Chancen, Halcyon in die Luft zu bringen, heute bei weniger als 50 %, man geht jedoch davon aus, dass sich diese Chancen mit der Zeit verbessern werden.

Aber selbst dann müssen Hermeus – und alle Startups – die Öffentlichkeit davon überzeugen, an ihr Projekt zu glauben und sich mit den wachsenden Bedenken hinsichtlich der Umweltauswirkungen des Flugverkehrs auseinanderzusetzen. Das kann eine schwierige Aufgabe sein.

Optimismus und Aufregung stimmen über das Wiederaufleben der Überschallreisen und die Technologie schreitet weiter voran. Überschallflüge eröffnen endlose Möglichkeiten für Forschung und Innovation und läuten eine neue Ära des Flugverkehrs ein.

Schlussfolgerungen

Auch wenn wir vielleicht etwas länger warten müssen, um die futuristischen Flugzeuge von morgen zu fliegen, können wir uns dennoch auf die Materialien und Prozesse konzentrieren, die die heutigen dekarbonisierten Flugzeuge ermöglichen. Schnallen Sie sich an, die Reise hat gerade erst begonnen.

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