Как будут выглядеть пассажирские самолеты будущего

Если бы путешественники во времени из 1968 года оказались в аэропорту сегодня, они бы увидели много изменений, которые бы их удивили. Но самолеты выглядели бы удивительно знакомыми. Несмотря на значительные усовершенствования материалов, двигателей и авионики, благодаря которым 2017 год стал самым безопасным годом в истории авиации, коммерческие самолеты остаются структурно похожими на те, что были в 1960-х годах. На самом деле Boeing 737, один из самых продаваемых авиалайнеров в истории в своих многочисленных версиях, впервые поднялся в воздух в 1967 году.

Это связано с тем, что коммерческая авиация уделяет приоритетное внимание безопасности, отдавая предпочтение проверенным решениям, а также потому, что другие разработки – например, в материалах и двигателях – означают, что традиционная конструкция по-прежнему актуальна. Однако, поскольку отрасль отчаянно ищет способы сократить выбросы углекислого газа, она сталкивается с более серьезной проблемой, чем другие отрасли, именно потому, что от ее основных технологий так трудно отказаться. Возможно, пришло время попробовать что-то новое. Итак, как могут выглядеть авиаперелеты через 50 лет?

Читайте также: Истребители 5 и 6 поколения: в чем разница и где граница?

Будущее пассажирских самолетов

На протяжении многих лет было несколько попыток изменить парадигму проектирования самолетов. В 1970-х годах обещали будущее сверхзвуковых путешествий, которое так и не стало реальностью, за исключением ограниченных полетов Concorde. Идея самолета со “смешанным крылом”, похожего на малозаметный бомбардировщик Northrop B-2, иногда рекламировалась, но пока без особого успеха.

Сочетание технических и финансовых причин заставило авиационную промышленность отказаться от этих довольно странных предложений и сосредоточиться на более каноничных конструкциях, которые являются нормой сегодня. Будут ли следующие 50 лет продолжать медленный, стабильный путь последнего полувека? Или мы снова увидим стремительный технологический прорыв, который был характерен для авиации в период между окончанием Первой мировой войны и посадкой на Луну Apollo? Пусть вас не вводит в заблуждение очевидное отсутствие впечатляющих прорывов. Некоторые большие изменения уже на пороге.

Читайте также: 6 межконтинентальных баллистических ракет (МБР), которые могут уничтожить мир

Электрические самолеты

Большая часть коротких перелетов, вероятно, будут осуществляться электрическими самолетами в течение следующих нескольких десятилетий, и это изменит наше представление об авиаперелетах. Меньшие электродвигатели сделают возможным распределенную тягу, подобную той, что используется в прототипе NASA X-57. Более низкий уровень шума и меньшие эксплуатационные расходы позволят летательным аппаратам на электрической тяге летать гораздо ближе к местам, где живут и работают люди.

На самом деле несколько современных проектов электрических самолетов имеют целью не только заменить наземный транспорт между городами, как это планируют сделать концепции Zunum и Eviation, вмещающие от 9 до 12 пассажиров, но и внутри них. Летающие такси станут реальностью очень скоро, но еще предстоит выяснить, действительно ли футуристические на вид концепты Vahana и CityAirbus являются прообразом будущего. В любом случае, полеты “от двери до двери” не являются исключительной прерогативой электрических самолетов.

Хотя это не новая концепция, использование поворотных винтов, то есть летательных аппаратов, которые могут переходить от вертикального подъема к фиксированной конфигурации крыла, до сих пор ограничивалось преимущественно американскими военными.

Тем не менее, итальянский производитель вертолетов Leonardo сейчас готовит к коммерческому запуску гражданскую модель AW609, которая, в случае успеха, может потенциально трансформировать исполнительную и региональную авиацию. AW609 сочетает в себе элементы дизайна как самолетов, так и вертолетов.

Многие компании разрабатывают электрические силовые установки для воздушных такси, пригородных самолетов и электрических транспортных средств с вертикальным взлетом и посадкой (eVTOL), многие из которых являются автономными. Например, производитель электродвигателей MagniX работает с поставщиком аккумуляторных батарей H55 над преобразованием самолетов оператора гидросамолетов Harbour Air, базирующегося в Ванкувере, в полностью электрический флот. А израильская компания Eviation разработала Alice, первый в мире полностью электрический пригородный самолет с аккумуляторной технологией как у сотового телефона и дальностью полета ~800 км.

Гибридная энергетика – еще один путь. В 2020 году гибридно-электрический Eel американского стартапа Ampaire совершил испытательный полет длиной 550 км с электродвигателем в носовой части и обычным двигателем внутреннего сгорания сзади. А еще есть водород, который имеет большой потенциал, раз его можно производить из низкоуглеродных источников, а не из ископаемого топлива. Airbus вкладывает значительные средства в технологии, необходимые для питания самолетов водородом, вырабатываемым из возобновляемых источников энергии, надеясь однажды использовать его для питания гигантских реактивных самолетов, преодолевающих большие расстояния без выбросов CO2. Boeing также тестирует собственный самолет с водородным двигателем.

Читайте также: Saab JAS 39 Gripen как вариант для ВВС Украины: выясняем, что это за самолет

В погоне за скоростью

Существует одна область, где кажется, что коммерческая авиация пошла назад, а не вперед. Когда-то можно было перелететь на сверхзвуковой скорости через Атлантику, но сегодня даже те, кто имеет самые глубокие карманы, вынуждены довольствоваться дозвуковыми скоростями. Некоторые стартапы работают над тем, чтобы это исправить.

Boom Supersonic, стартап, среди инвесторов которого инкубатор Кремниевой долины Y Combinator и авиакомпания Japan Airlines, разрабатывает коммерческий самолет, который, как ожидается, будет летать со скоростью 2,2 Маха и будет стоить дешевле, чем Concorde.

Aerion AS2 – еще один проект гражданского сверхзвукового самолета, нацеленный на рынок представительских услуг. Хотя он все еще находится на стадии разработки, он уже может похвастаться заказом на $2,4 млрд от оператора реактивных самолетов Flexjet на 20 своих самолетов AS2, способных летать со скоростью 1,5 Маха. Но даже эти скорости бледнеют рядом с гиперзвуковыми скоростями, предусмотренными некоторыми амбициозными исследовательскими программами.

Spaceliner, проект под руководством DLR, Немецкого аэрокосмического исследовательского института, будет путешествовать в верхних слоях атмосферы, чтобы лететь в 25 раз быстрее скорости звука. Таким образом можно было бы долететь, скажем, из Лондона в Австралию примерно за 90 минут.

“Очень часто в аэрокосмической отрасли вызовы не технологические, а финансовые или операционные, – говорит Рольф Хенке, член исполнительного совета по аэрокосмическим исследованиям DLR, Немецкого аэрокосмического научно-исследовательского института, – “О смешанных крыльях уже говорили в 1920-х годах, а о гиперзвуковых полетах – с 1930-х, но нужен кто-то, кто готов взять на себя риск и инвестировать огромные суммы денег”.

Насколько реальна революция в гиперзвуковых самолетах? Дойдем ли мы до того, что новейшие технологии будут сосуществовать?

Читайте также: ТОП-5 самых современных атомных подводных лодок

Концепция “смешанного крыла”

Одним из предложений инженеров является “корпус со смешанным крылом” (blended wing body), о котором я уже неоднократно упоминала. Эта совершенно новая форма самолета похожа на дизайн “летающего крыла”, используемый в военных самолетах, таких как культовый бомбардировщик B-2, но смешанное крыло имеет больший объем в средней части. И Boeing, и Airbus работают над этой идеей, как и третий игрок, калифорнийская компания JetZero, которая поставила перед собой амбициозную цель ввести в эксплуатацию самолет со смешанным крылом уже в 2030 году.

“Мы очень серьезно настроены на путь к нулевым выбросам в больших самолетах, а планер со смешанным крылом может обеспечить на 50% меньше сжигания топлива и выбросов”, – говорит Том О’Лири, соучредитель и генеральный директор JetZero. “Это потрясающий скачок вперед по сравнению с тем, к чему привыкла отрасль”.

Будучи своеобразным гибридом между летающим крылом и традиционной “трубой и крылом”, смешанное крыло позволяет всему самолету создавать подъемную силу, минимизируя лобовое сопротивление. NASA заявляет, что такая форма “помогает увеличить экономию топлива и создает большую площадь полезной нагрузки (грузовой или пассажирской) в центральной части корпуса самолета”. Агентство испытало ее на одном из своих экспериментальных самолетов, X-48. В течение около 120 испытательных полетов между 2007 и 2012 годами два беспилотных дистанционно управляемых самолета X-48 продемонстрировали жизнеспособность этой концепции.

По словам О’Лири, существует одна основная техническая проблема, которая сдерживает производителей. “Это давление в нецилиндрическом фюзеляже”, – говорит он, указывая на тот факт, что самолет в форме трубы лучше справляется с постоянными циклами расширения и сжатия, которые происходят во время каждого полета. “Если подумать о “трубе и крыле”, то она разделяет нагрузку – на трубу приходится нагрузка от давления, а на крылья – нагрузка от изгибания. Но смешанное крыло, по сути, объединяет их вместе. Только сейчас мы можем сделать это с помощью композитных материалов, которые являются одновременно легкими и прочными”. Такая радикально новая форма приведет к тому, что салон самолета будет выглядеть и ощущаться совсем иначе, чем в современных широкофюзеляжных самолетах. JetZero надеется запустить свой самолет в эксплуатацию к 2030 году.

Читайте также: 10 вещей, которые нужно знать перед установкой солнечных панелей

Сверхзвуковые полеты

Почти полдюжины компаний соревнуются за то, чтобы первыми предложить публике сверхзвуковые путешествия – в то время, когда значительная часть инвестиций и инноваций в сфере транспорта сосредоточена на разработке экологически чистых, более дружественных к климату вариантов, которые потребляют меньше топлива, или альтернативных технологий движения, таких как аккумуляторы или водород.

Денверская компания Boom Supersonic планирует в 2029 году дебют своего сверхзвукового пассажирского самолета под названием Overture. Ожидается, что самолет будет вмещать от 64 до 80 пассажиров, по словам Блейка Шолла, генерального директора компании. Он будет перемещаться со скоростью 1,7 Маха, что в 1,7 раза превышает скорость звука – более чем вдвое быстрее, чем обычный пассажирский самолет.

Отраслевые аналитики говорят, что венчурный капитал и мысль о том, что коммерческие сверхзвуковые самолеты выглядят как хорошая идея, в значительной степени способствовали возрождению проекта.

Компании заявляют, что их новое поколение сверхзвуковых самолетов будет иметь меньший углеродный след, главным образом потому, что они будут заправляться экологически чистым авиационным топливом. Это топливо изготавливается из сельскохозяйственных продуктов, в частности, сои и животных жиров. Но критики говорят, что обещание игнорирует некоторые важные реалии. Например, для самолетов, которые уже существуют сегодня, не хватает экологически чистого авиационного топлива. А то, которое есть, более дорогое – по некоторым оценкам, в два-четыре раза дороже ископаемого топлива.

И каким бы ни было топливо, реальность такова, что сверхзвуковые самолеты всегда будут использовать его больше. Согласно исследованию Международного совета по экологически чистому транспорту к 2022 году, сверхзвуковые самолеты могут использовать в семь-девять раз больше топлива, чем обычные коммерческие самолеты, перевозя при этом меньше пассажиров. Но NASA утверждает, что сверхзвуковые путешествия, по крайней мере на начальном этапе, будут составлять очень малую часть общих выбросов CO2 и очень малую часть коммерческой авиации. Несмотря на это, поскольку авиакомпании обещают достичь нулевого уровня выбросов углерода к 2050 году, некоторые считают, что трудно понять, как сверхзвуковые самолеты вписываются в эти рамки.

Аналитики же имеют свои сомнения, учитывая, как трудно коммерческим авиакомпаниям удержаться на плаву. Сверхзвуковые самолеты будут перевозить меньше пассажиров и потреблять больше топлива. Если это топливо будет экологически чистым авиационным топливом, то расходы растут еще больше.

Hermeus, базирующаяся в Атланте, является лишь одной из компаний, исследующих возможность создания еще более быстрого, гиперзвукового коммерческого пассажирского самолета. В то время как сверхзвуковые самолеты движутся быстрее скорости звука, гиперзвуковые самолеты будут летать со скоростью в пять и более раз большей.

Реактивный самолет компании Halcyon будет перемещаться со скоростью 5 Махов – или в пять раз больше скорости звука. Но компания открыто говорит о технологических вызовах, с которыми она сталкивается при разработке такого быстрого самолета. Сегодня, по словам ее представителя, шансы поднять Halcyon в воздух составляют менее 50%, но они ожидают, что со временем эти шансы улучшатся.

Но даже тогда Hermeus – и все стартапы – должны будут убедить общественность поверить в свой проект и бороться с растущим беспокойством относительно влияния авиаперелетов на окружающую среду. Это может оказаться непростой задачей.

Возрождение сверхзвуковых путешествий вызывают оптимизм и волнение, а технологии продолжают развиваться. Сверхзвуковые полеты открывают безграничные возможности для исследований и инноваций, открывая новую эру воздушных путешествий.

Выводы

Таким образом, хотя нам придется еще немного подождать, чтобы полететь на футуристических самолетах завтрашнего дня, мы все еще можем сосредоточиться на материалах и процессах, позволяющих обезуглеродить самолеты сегодняшнего дня. Пристегните ремни, путешествие только началось.

Читайте також:

• Все о чипе Neuralink Telepathy: что это такое и как работает
• Все секреты суперкомпьютера Frontier