Як виглядатимуть пасажирські літаки майбутнього

Якби мандрівники в часі з 1968 року опинилися в аеропорту сьогодні, вони б побачили багато змін, які б їх здивували. Але літаки виглядали б напрочуд знайомими. Попри значні вдосконалення матеріалів, двигунів та авіоніки, завдяки яким 2017 рік став найбезпечнішим роком в історії авіації, комерційні літаки залишаються структурно схожими на ті, що були в 1960-х роках. Насправді Boeing 737, один з найбільш продаваних авіалайнерів в історії у своїх численних версіях, вперше піднявся в повітря в 1967 році.

Це пов’язано з тим, що комерційна авіація приділяє пріоритетну увагу безпеці, віддаючи перевагу перевіреним рішенням, а також тому, що інші розробки – наприклад, у матеріалах і двигунах – означають, що традиційна конструкція, як і раніше, актуальна. Однак, оскільки галузь відчайдушно шукає способи скоротити викиди вуглекислого газу, вона стикається з дещо серйознішою проблемою, ніж інші галузі, саме тому, що від її основних технологій так важко відмовитися. Можливо, настав час спробувати щось нове. Тож, як можуть виглядати авіаперельоти через 50 років?

Читайте також: Зброя української перемоги: гелікоптери Westland Sea King

Майбутнє пасажирських літаків

Протягом багатьох років було кілька спроб змінити парадигму проєктування літаків. У 1970-х роках обіцяли майбутнє надзвукових подорожей, яке так і не стало реальністю, за винятком обмежених польотів Concorde. Ідея літака зі “змішаним крилом”, схожого на малопомітний бомбардувальник Northrop B-2, іноді рекламувалася, але поки що без особливого успіху.

Поєднання технічних і фінансових причин змусило авіаційну промисловість відмовитися від цих досить дивних пропозицій і зосередитися на більш канонічних конструкціях, які є нормою сьогодні. Чи будуть наступні 50 років продовжуватись повільним, стабільним шляхом останніх півстоліття? Чи ми знову побачимо стрімкий технологічний прорив, який був характерний для авіації в період між закінченням Першої світової війни і висадкою на Місяць Apollo? Нехай вас не вводить в оману очевидна відсутність вражаючих проривів. Деякі великі зміни вже на порозі.

Читайте також: Зброя української перемоги: крилаті ракети Storm Shadow / SCALP-EG

Електричні літаки

Більшість коротких перельотів, ймовірно, стануть електричними протягом наступних кількох десятиліть, і це змінить наше уявлення про авіаперельоти. Менші електродвигуни уможливлять розподілену тягу, подібну до тієї, що використовується в прототипі NASA X-57. Нижчий рівень шуму і менші експлуатаційні витрати дозволять літальним апаратам на електричній тязі літати набагато ближче до місць, де живуть і працюють люди.

Насправді кілька найсучасніших проєктів електричних літаків мають на меті не лише замінити наземний транспорт між містами, як це планують зробити концепції Zunum та Eviation, що вміщують від 9 до 12 пасажирів, але й усередині них. Літаючі таксі стануть реальністю дуже скоро, але ще належить з’ясувати, чи дійсно футуристичні на вигляд концепти Vahana і CityAirbus є прообразом майбутнього. У будь-якому випадку, польоти “від дверей до дверей” не є виключною прерогативою електричних літаків.

Хоча це не нова концепція, використання поворотних гвинтів, тобто літальних апаратів, які можуть переходити від вертикального підйому до фіксованої конфігурації крила, досі обмежувалося переважно американськими військовими.

Проте італійський виробник гелікоптерів Leonardo зараз готує до комерційного запуску цивільну модель AW609, яка, в разі успіху, може потенційно трансформувати виконавчу і регіональну авіацію. AW609 поєднує в собі елементи дизайну як літаків, так і гелікоптерів.

Багато компаній розробляють електричні силові установки для повітряних таксі, приміських літаків і електричних транспортних засобів з вертикальним зльотом і посадкою (eVTOL), багато з яких є автономними. Наприклад, виробник електродвигунів MagniX працює з постачальником акумуляторних батарей H55 над перетворенням літаків оператора гідролітаків Harbour Air, що базується у Ванкувері, на повністю електричний флот. А ізраїльська компанія Eviation розробила Alice, перший у світі повністю електричний приміський літак з акумуляторною технологією, як у стільникового телефону, і дальністю польоту ~800 км.

Гібридна енергетика – ще один шлях. У 2020 році гібридно-електричний Eel американського стартапу Ampaire здійснив випробувальний політ завдовжки 550 км з електродвигуном у носовій частині та звичайним двигуном внутрішнього згоряння ззаду. А ще є водень, який має великий потенціал, якщо його можна виробляти з низьковуглецевих джерел, а не з викопного палива. Airbus вкладає значні кошти в технології, необхідні для живлення літаків воднем, що виробляється з відновлювальних джерел енергії, сподіваючись одного дня використати його для живлення гігантських реактивних літаків, що долають великі відстані без викидів CO2. Boeing також тестує власний літак із водневим двигуном.

Читайте також: Saab JAS 39 Gripen – як варіант для ВПС України: з’ясовуємо, що це за літак

В гонитві за швидкістю

Існує одна область, де здається, що комерційна авіація пішла назад, а не вперед. Колись можна було перелетіти на надзвуковій швидкості через Атлантику, але сьогодні навіть ті, хто має найглибші кишені, змушені задовольнятися дозвуковими швидкостями. Деякі стартапи працюють над тим, щоб це виправити.

Boom Supersonic, стартап, серед інвесторів якого інкубатор Кремнієвої долини Y Combinator та авіакомпанія Japan Airlines, розробляє комерційний літак, який, як очікується, літатиме зі швидкістю 2,2 Маха і коштуватиме дешевше, ніж Concorde.

Aerion AS2 – ще один проєкт цивільного надзвукового літака, націлений на ринок представницьких послуг. Хоча він все ще перебуває на стадії розробки, він вже може похвалитися замовленням на $2,4 млрд від оператора дробових реактивних літаків Flexjet на 20 своїх літаків AS2, здатних літати зі швидкістю 1,5 Маха. Але навіть ці швидкості бліднуть поруч з гіперзвуковими швидкостями, передбаченими деякими амбітними дослідницькими програмами.

Spaceliner, проєкт під керівництвом DLR, Німецького аерокосмічного дослідницького інституту, подорожуватиме на межі космосу, щоб летіти у 25 разів швидше за швидкість звуку. Таким чином можна було б долетіти, скажімо, з Лондона до Австралії приблизно за 90 хвилин.

“Дуже часто в аерокосмічній галузі виклик не технологічний, а фінансовий чи операційний, – каже Рольф Хенке, член виконавчої ради з аерокосмічних досліджень DLR, Німецького аерокосмічного науково-дослідного інституту. – Про змішані крила вже говорили в 1920-х роках, а про гіперзвукові польоти – з 1930-х, але потрібен хтось, хто готовий взяти на себе ризик і інвестувати величезні суми грошей”.

Наскільки реальною є революція гіперзвукових літаків? Чи дійдемо ми до того, що новітні технології співіснуватимуть?

Читайте також: 6 міжконтинентальних балістичних ракет (МБР), які можуть покінчити зі світом

Концепція “змішаного крила”

Однією з пропозицій інженерів є “корпус зі змішаним крилом” (blended wing body), про який я вже неодноразово згадувала. Ця абсолютно нова форма літака схожа на дизайн “літаючого крила”, що використовується у військових літаках, таких як культовий бомбардувальник B-2, але змішане крило має більший об’єм у середній частині. І Boeing, і Airbus працюють над цією ідеєю, як і третій гравець, каліфорнійська компанія JetZero, яка поставила перед собою амбітну мету ввести в експлуатацію літак зі змішаним крилом вже у 2030 році.

“Ми дуже серйозно налаштовані на шлях до нульових викидів у великих літаках, а планер зі змішаним крилом може забезпечити на 50% менше спалювання палива і викидів”, – говорить Том О’Лірі, співзасновник і генеральний директор JetZero. “Це приголомшливий стрибок вперед у порівнянні з тим, до чого звикла галузь”.

Будучи своєрідним гібридом між літаючим крилом і традиційною “трубою і крилом”, змішане крило дозволяє всьому літаку створювати підйомну силу, мінімізуючи лобовий опір. NASA заявляє, що така форма “допомагає збільшити економію палива і створює більшу площу корисного навантаження (вантажного або пасажирського) в центральній частині корпусу літака”. Агентство випробувало її на одному зі своїх експериментальних літаків, X-48. Протягом близько 120 випробувальних польотів між 2007 і 2012 роками два безпілотні дистанційно керовані літаки X-48 продемонстрували життєздатність цієї концепції.

За словами О’Лірі, існує одна основна технічна проблема, яка стримує виробників. “Це тиск у нециліндричному фюзеляжі”, – каже він, вказуючи на той факт, що літак у формі труби краще справляється з постійними циклами розширення і стиснення, які відбуваються під час кожного польоту. “Якщо подумати про “трубу і крило”, то вона розділяє навантаження – на трубу припадає навантаження від тиску, а на крила – навантаження від згинання. Але змішане крило, по суті, поєднує їх разом. Тільки зараз ми можемо зробити це за допомогою композитних матеріалів, які є одночасно легкими і міцними”. Така радикально нова форма призведе до того, що салон літака виглядатиме і відчуватиметься зовсім інакше, ніж у сучасних широкофюзеляжних літаках. JetZero сподівається запустити свій літак в експлуатацію до 2030 року.

Читайте також: ТОП-5 найсучасніших атомних підводних човнів

Надзвукові польоти

Майже півдюжини компаній змагаються за те, щоб першими запропонувати публіці надзвукові подорожі – цікавий інтерес у той час, коли значна частина інвестицій та інновацій у сфері транспорту зосереджена на розробці екологічно чистих, більш дружніх до клімату варіантів, які споживають менше пального, або альтернативних технологій руху, таких як акумулятори чи водень.

Денверська компанія Boom Supersonic планує у 2029 році дебют свого надзвукового пасажирського літака під назвою Overture. Очікується, що літак вміщатиме від 64 до 80 пасажирів, за словами Блейка Шолла, генерального директора компанії. Він подорожуватиме зі швидкістю 1,7 Маха, що в 1,7 рази перевищує швидкість звуку – більш ніж удвічі швидше, ніж звичайний пасажирський літак.

Галузеві аналітики кажуть, що венчурний капітал і думка про те, що комерційні надзвукові літаки звучать як гарна ідея, значною мірою сприяли відродженню проєкту.

Компанії заявляють, що їхнє нове покоління надзвукових літаків матиме менший вуглецевий слід, головним чином тому, що вони заправлятимуться екологічно чистим авіаційним паливом. Це паливо виготовляється з сільськогосподарських продуктів, зокрема сої та тваринних жирів. Але критики кажуть, що обіцянка ігнорує деякі важливі реалії. Наприклад, для літаків, які існують сьогодні, не вистачає екологічно чистого авіаційного палива. А те, яке існує, є дорожчим – за деякими оцінками, у два-чотири рази дорожчим за викопне паливо.

І яким би не було паливо, реальність така, що надзвукові літаки завжди використовуватимуть його більше. Згідно з дослідженням Міжнародної ради з екологічно чистого транспорту до 2022 року, надзвукові літаки можуть використовувати в сім-дев’ять разів більше палива, ніж звичайні комерційні літаки, перевозячи при цьому менше пасажирів. Але NASA стверджує, що надзвукові подорожі, принаймні на початковому етапі, становитимуть дуже малу частину загальних викидів CO2 і дуже малу частину комерційної авіації. Попри це, оскільки авіакомпанії обіцяють досягти нульового рівня викидів вуглецю до 2050 року, дехто каже, що важко зрозуміти, як надзвукові літаки вписуються в ці рамки.

Аналітики натомість мають свої сумніви, враховуючи, як важко комерційним авіакомпаніям втриматися на плаву. Надзвукові літаки перевозитимуть менше пасажирів і споживатимуть більше палива. Якщо це паливо є екологічно чистим авіаційним паливом, то витрати зростають ще більше.

Hermeus, що базується в Атланті, є лише однією з компаній, які досліджують можливість створення ще швидшого, гіперзвукового комерційного пасажирського літака. У той час як надзвукові літаки рухаються швидше за швидкість звуку, гіперзвукові літаки подорожують зі швидкістю в п’ять і більше разів більшою.

Реактивний літак компанії Halcyon подорожуватиме зі швидкістю 5 Махів – або в п’ять разів більшою за швидкість звуку. Але компанія відкрито говорить про технологічні виклики, з якими вона стикається при розробці такого швидкого літака. Сьогодні, за словами її представника, шанси підняти Halcyon у повітря становлять менше 50%, але они очікують, що з часом ці шанси покращаться.

Але навіть тоді Hermeus – і всі стартапи – повинні будуть переконати громадськість повірити у свій проєкт і боротися зі зростаючим занепокоєнням щодо впливу авіаперельотів на навколишнє середовище. Це може виявитися непростим завданням.

Відродження надзвукових подорожей оточують оптимізм і хвилювання, а технології продовжують розвиватися. Надзвукові польоти відкривають безмежні можливості для досліджень та інновацій, відкриваючи нову еру повітряних подорожей.

Висновки

Таким чином, хоча нам доведеться ще трохи почекати, щоб полетіти на футуристичних літаках завтрашнього дня, ми все ще можемо зосередитися на матеріалах і процесах, що дають змогу зневуглецьовувати літаки сьогоднішнього дня. Пристебніть ремені, подорож тільки почалася.

Читайте також:

• Винищувачі 5 і 6 покоління: в чому різниця і де межа?
• Що потрібно знати перед запуском сайту