Hur framtidens passagerarplan kommer att se ut

Om tidsresenärer från 1968 skulle befinna sig på flygplatsen idag skulle de se många förändringar som skulle överraska dem. Men planen skulle se förvånansvärt bekanta ut. Trots de betydande förbättringarna av material, motorer och flygelektronik som gjorde 2017 det säkraste året i flyghistorien, kommersiella flygplan förblir strukturellt lika de på 1960-talet. Faktum är att Boeing 737, ett av historiens mest sålda flygplan i sina många versioner, togs i luften för första gången 1967.

Det beror på att det kommersiella flyget prioriterar säkerhet, gynnar beprövade lösningar, och för att annan utveckling – till exempel inom material och motorer – gör att traditionell design fortfarande är aktuell. Men när industrin desperat söker efter sätt att minska koldioxidutsläppen står den inför en något allvarligare utmaning än andra industrier, just för att dess kärnteknologier är så svåra att överge. Kanske är det dags att prova något nytt. Så hur kan flygresor se ut om 50 år?

Läs också: Vapen för ukrainsk seger: Westland Sea King-helikoptrar

Framtiden för passagerarplan

Under åren har det gjorts flera försök att förändra flygplansdesignens paradigm. 1970-talet lovade en framtid av överljudsresor som aldrig blev verklighet, förutom de begränsade Concorde-flygen. Idén om ett "blandad-wing"-flygplan som liknar Northrop B-2 smygbombplan har hyllats ibland, men hittills utan större framgång.

En kombination av tekniska och ekonomiska skäl tvingade flygindustrin att överge dessa ganska udda förslag och fokusera på de mer kanoniska designerna som är normen idag. Kommer de kommande 50 åren att fortsätta det senaste halvseklets långsamma, stadiga väg? Kommer vi återigen se det snabba tekniska genombrottet som kännetecknade flyget mellan slutet av första världskriget och månlandningen Apollo? Låt dig inte luras av den uppenbara bristen på spektakulära genombrott. Några stora förändringar är precis runt hörnet.

Läs också: Vapen för ukrainsk seger: Storm Shadow / SCALP-EG kryssningsmissiler

Elektriska flygplan

Majoriteten av kortdistansflygningar kommer sannolikt att bli elektriska inom de närmaste decennierna, och detta kommer att förändra vårt sätt att tänka på flygresor. Mindre elmotorer skulle möjliggöra distribuerad dragkraft liknande den som används i NASAs X-57-prototyp. Lägre ljudnivåer och lägre driftskostnader gör att eldrivna flygplan kan flyga mycket närmare platser där människor bor och arbetar.

Faktum är att flera toppmoderna elflygplansprojekt syftar inte bara till att ersätta marktransporter mellan städer, som Zunum- och Eviation-koncepten för 9 till 12 passagerare planerar att göra, utan också inom dem. Flygande taxibilar kommer att bli verklighet mycket snart, men det återstår att se om de futuristiskt utseende Vahana- och CityAirbus-koncepten verkligen representerar framtiden. Hur som helst är dörr-till-dörr-flyg inte det exklusiva privilegiet för elektriska flygplan.

Även om det inte är ett nytt koncept, har användningen av rotorfarkoster, det vill säga flygplan som kan övergå från en vertikallyft till en fast vingkonfiguration, hittills till stor del varit begränsad till den amerikanska militären.

Den italienska helikoptertillverkaren Leonardo förbereder dock för närvarande en civil modell för kommersiell lansering AW609, som, om framgångsrikt, potentiellt skulle kunna förvandla verkställande och regional luftfart. AW609 kombinerar designelementen från både flygplan och helikoptrar.

Många företag utvecklar elektriska framdrivningssystem för flygtaxibilar, pendelflygplan och elektriska fordon för vertikal start och landning (eVTOL), av vilka många är autonoma. Till exempel arbetar elmotortillverkaren MagniX med batterileverantören H55 för att konvertera Vancouver-baserade sjöflygplansoperatören Harbour Airs flygplan till en helelektrisk flotta. Och det israeliska företaget Eviation har utvecklat Alice, världens första helelektriska pendlarplan med mobiltelefonliknande batteriteknik och en flygräckvidd på ~800 km.

Hybridenergi är ett annat sätt. 2020 genomförde den amerikanska startupen Ampaires hybridelektriska Eel en 550 km testflygning med en elmotor i näsan och en konventionell förbränningsmotor i ryggen. Och så finns det väte, som har stor potential om det kan produceras från koldioxidsnåla källor snarare än fossila bränslen. Airbus investerar kraftigt i den teknik som behövs för att driva flygplan med vätgas från förnybara energikällor, i hopp om att en dag kunna använda det för att driva gigantiska jetplan som reser långa sträckor utan CO2-utsläpp. Boeing testar också sitt eget vätgasdrivna flygplan.

Läs också: Saab JAS 39 Gripen - som ett alternativ för flygvapnet i Ukraina: vi tar reda på vilken typ av flygplan det är

I jakten på hastighet

Det finns ett område där det kommersiella flyget verkar ha gått bakåt, inte framåt. Tidigare var det möjligt att flyga överljud över Atlanten, men idag tvingas även de med de djupaste fickorna nöja sig med subsoniska hastigheter. Vissa startups arbetar med att fixa det.

Boom Supersonic, en startup vars investerare inkluderar Silicon Valley-inkubatorn Y Combinator och Japan Airlines, utvecklar ett kommersiellt jetplan som förväntas flyga till Mach 2,2 och kosta mindre än Concorde.

Aerion AS2 är ett annat civilt överljudsflygplansprojekt riktat mot marknaden för executive services. Även om den fortfarande är i utvecklingsstadiet, har den redan en order på 2,4 miljarder dollar från fraktionjetoperatören Flexjet för 20 av sina Mach 2 AS1,5-flygplan. Men även dessa hastigheter bleknar bredvid de hypersoniska hastigheterna som förutspåtts av vissa ambitiösa forskningsprogram.

Spaceliner, ett projekt som leds av DLR, German Aerospace Research Institute, kommer att resa till kanten av rymden för att flyga 25 gånger snabbare än ljudets hastighet. På så sätt skulle det vara möjligt att flyga från exempelvis London till Australien på cirka 90 minuter.

"Väldigt ofta inom flygindustrin är utmaningen inte teknisk, utan finansiell eller operationell", säger Rolf Henke, ledamot av styrelsen för flygforskning vid DLR, German Aerospace Research Institute. "Det har redan pratats om blandade vingar på 1920-talet och hypersoniska flygningar har talats om sedan 1930-talet, men man behöver någon som är villig att ta risken och investera enorma summor pengar."

Hur verklig är revolutionen av hypersoniska flygplan? Kommer vi att komma till den punkt där den senaste tekniken kommer att samexistera?

Läs också: 6 interkontinentala ballistiska missiler (ICBM) som kan göra slut på världen

Begreppet "blandad vinge"

Ett av ingenjörernas förslag är den "blandade vingkroppen", som jag redan har nämnt flera gånger. Denna helt nya flygplansform liknar den "flygande vinge"-designen som används i militära flygplan som den ikoniska B-2 bombplan, men den blandade vingen har en större volym i mittpartiet. Både Boeing och Airbus arbetar på idén, liksom en tredje aktör, Kalifornien-baserade JetZero, som har satt upp ett ambitiöst mål att ta ett flygplan med blandade vingar i drift redan 2030.

"Vi är mycket seriösa när det gäller vägen till nollutsläpp i stora flygplan, och ett flygplan med blandade vingar kan ge 50 % mindre bränsleförbränning och utsläpp", säger Tom O'Leary, medgrundare och VD för JetZero. "Det är ett enormt steg framåt från vad branschen är van vid."

Eftersom den är en sorts hybrid mellan en flygande vinge och en traditionell "rör och vinge", låter den blandade vingen hela flygplanet generera lyft samtidigt som luftmotståndet minimeras. NASA uppger att denna form "hjälper till att öka bränsleekonomin och skapar ett större nyttolastområde (last eller passagerare) i den centrala delen av flygplanskroppen." Byrån testade den på ett av sina experimentflygplan, X-48. Under cirka 120 testflygningar mellan 2007 och 2012 visade två obemannade X-48 fjärrstyrda flygplan att konceptet är genomförbart.

Enligt O'Leary finns det ett stort tekniskt problem som håller tillbaka tillverkarna. "Det är trycket i den icke-cylindriska flygkroppen", säger han och pekar på det faktum att ett rörformat flygplan bättre kan hantera de konstanta cyklerna av expansion och sammandragning som uppstår under varje flygning. "Om du tänker på "röret och vingen", så delar det belastningen - röret bär belastningen från tryck, och vingarna bär belastningen från böjning. Men den blandade vingen sammanför dem i huvudsak. Först nu kan vi göra detta med kompositmaterial som är både lätta och starka." Denna radikalt nya form kommer att resultera i en flygplansinredning som ser och känns helt annorlunda än dagens bredkroppsflygplan. JetZero hoppas kunna ha sitt flygplan i drift 2030.

Läs också: TOP-5 mest moderna atomubåtar

Överljudsflyg

Nästan ett halvdussin företag tävlar om att vara de första att erbjuda överljudsresor till allmänheten, ett intressant intresse i en tid då mycket av investeringarna och innovationen inom transporter är inriktade på att utveckla renare, mer klimatvänliga alternativ som använder mindre bränsle eller alternativa framdrivningstekniker, såsom batterier eller väte.

Denver-baserade Boom Supersonic planerar att debutera sitt överljudspassagerarjet som heter Overture 2029. Planet förväntas ha plats för mellan 64 och 80 passagerare, enligt Blake Scholl, företagets vd. Den kommer att färdas med Mach 1,7, vilket är 1,7 gånger ljudets hastighet – mer än dubbelt så snabbt som ett konventionellt passagerarjet.

Branschanalytiker säger att riskkapital och tanken att kommersiella överljudsplan låter som en bra idé till stor del har bidragit till att projektet återupplivas.

Företagen säger att deras nya generation av överljudsplan kommer att ha ett mindre koldioxidavtryck, till stor del för att de kommer att drivas av miljövänligt flygbränsle. Detta bränsle är tillverkat av jordbruksprodukter, inklusive sojabönor och animaliska fetter. Men kritiker säger att löftet ignorerar några viktiga realiteter. Det finns till exempel inte tillräckligt med miljövänligt flygbränsle för de flygplan som finns idag. Och det som finns är dyrare – enligt vissa uppskattningar två till fyra gånger dyrare än fossila bränslen.

Och oavsett bränsle är verkligheten att överljudsflygplan alltid kommer att använda mer av det. År 2022 skulle överljudsflygplan kunna använda sju till nio gånger mer bränsle än konventionella kommersiella flygplan samtidigt som de transporterar färre passagerare, enligt en studie av International Council on Clean Transportation. Men NASA säger att överljudsresor, åtminstone initialt, kommer att stå för en mycket liten del av de totala CO2-utsläppen och en mycket liten del av det kommersiella flyget. Ändå, med flygbolag som lovar att nå noll koldioxidutsläpp till 2050, säger vissa att det är svårt att se hur överljudsplan passar in i det ramverket.

Analytiker har dock sina tvivel med tanke på hur svårt det är för kommersiella flygbolag att hålla sig flytande. Överljudsplan kommer att ta färre passagerare och använda mer bränsle. Om detta bränsle är miljövänligt flygbränsle så ökar kostnaderna ännu mer.

Atlanta-baserade Hermeus är bara ett av företagen som undersöker möjligheten att bygga ett ännu snabbare, hypersoniskt kommersiellt passagerarjet. Medan överljudsflygplan färdas snabbare än ljudets hastighet, reser hypersoniska flygplan med fem eller fler gånger den hastigheten.

Företagets Halcyon-jet kommer att resa med Mach 5 – eller fem gånger ljudets hastighet. Men företaget är öppet om de tekniska utmaningar det står inför när det gäller att utveckla ett så snabbt flygplan. Idag, enligt dess talesman, är chansen att få Halcyon luftburen mindre än 50%, men de förväntar sig att dessa odds kommer att förbättras med tiden.

Men även då måste Hermeus – och alla nystartade företag – övertyga allmänheten om att tro på sitt projekt och ta itu med växande oro för flygresors miljöpåverkan. Detta kan vara en svår uppgift.

Optimism och spänning omger uppkomsten av överljudsresor, och tekniken fortsätter att utvecklas. Supersonisk flygning öppnar upp för oändliga möjligheter för forskning och innovation, vilket inleder en ny era av flygresor.

Visnovki

Så även om vi kanske måste vänta lite längre med att flyga morgondagens futuristiska flygplan, kan vi fortfarande fokusera på de material och processer som möjliggör dagens koldioxidfria flygplan. Spänn fast säkerhetsbältena, resan har precis börjat.

Läs också:

• Fighters av 5:e och 6:e generationen: vad är skillnaden och var går gränsen?
• Vad du behöver veta innan du startar en webbplats