Ako budú vyzerať komerčné lietadlá v roku 2050
To by znamenalo nulové emisie oxidu uhličitého a oxidov dusíka za predpokladu, že energetickými zdrojmi sú elektrárne, ktoré vyrábajú energiu bez veľmi vysokého znečistenia.
Hlavnou technologickou prekážkou, ktorú treba prekonať, je energetická hustota batérií, miera energie generovanej batériou s určitou hmotnosťou. Riaditeľ spoločnosti Tesla (výrobca elektromobilov) Elon Musk uviedol (pozri nižšie), že akonáhle sú batérie schopné produkovať 400 watthodín na kilogram, elektrické transkontinentálne lietadlo sa stane povinným.
Lítium-iónové batérie zaznamenali sľubný vývoj: 113 Wh/kg v roku 1994, 202 Wh/kg v roku 2004 a asi 300 Wh/kg dnes. Je preto rozumné očakávať v nasledujúcom desaťročí hustotu energie 400 wattov za hodinu na kilogram.
Ďalším zaujímavým aspektom je exponenciálny pokles nákladov na solárne panely, ktoré sa už vo väčšine štátov USA stali najlacnejšou formou energie. Očakávané zníženie nákladov na lítium-iónové batérie o 70 percent a rýchly nárast nákladov na lietadlá na báze petroleja naznačujú, že to bude v budúcnosti veľkou nevýhodou pre tých, ktorí sa spoliehajú na petrolejový variant.
Dôvody, ktoré spomaľujú prechod, často nie sú technologického charakteru, ale súvisia s ekonomickou a politickou zotrvačnosťou proti zmene stavu vecí.
VoltAir. Koncept čisto elektrického lietadla. EADS
Medzitým biopalivo.
Ak vezmeme do úvahy skutočnosť, že osobné a nákladné lietadlá majú obdobie používania 21 - 33 rokov, aj keby sa od zajtra vyrábali iba elektrické lietadlá, prechod z petroleja na elektrické lietadlá by stále trval 2 až 3 desaťročia.
Medzitým ponúka biopalivo redukciu uhlíka o 36 - 85 percent v závislosti od toho, kde sa surovina pestuje.
Aj keď bola v roku 2009 certifikovaná zmes biopalív a petroleja, letecký priemysel sa s touto zmenou neponáhľa. Potrebné sú malé technologické zmeny a stále existujú ťažkosti s veľkovýrobou biopalív; hlavným problémom však zostáva vysoká cena biopaliva. Rovnosť medzi týmito dvoma druhmi paliva je ďalším snom, ktorý sa s najväčšou pravdepodobnosťou nedosiahne za desať rokov.
Osvojenie novej leteckej technológie, od výskumu, dizajnu a testovania až po úplnú integráciu, trvá asi desať rokov. Pretože spaľovací motor bude prekonaný niekde v polovici tohto storočia, môže medzitým inovovať v ďalších oblastiach: konštrukcia lietadla, použité materiály, elektrický pohon alebo riadenie letovej prevádzky.
Znovuobjavenie lietadla
„Ak je počítač dnes vybavený 18 000 elektrónkami a váži 30 ton, budú mať počítače budúcnosti iba 1 000 elektrónok a budú vážiť možno iba 1,5 tony.“ - Popular Mechanics, 1949.
Technologický vývoj digitálneho ukladacieho priestoru: 2005 - 2014
Ako je vidno, žijeme v mesiaci exponenciálnych zmien. Musíme opustiť každodenné lineárne myslenie, aby sme úplne pochopili, čo sa deje, a aby sme mohli využiť to, čo máme, na budovanie budúcnosti.
Pokiaľ ide o výpočtový výkon, dnešná technológia dnes postupuje rýchlejšie každú hodinu ako za prvých 90 rokov. S týmto vedomím vieme, že 2023 ekvivalent počítača v hodnote 1 000 dolárov dnes prekoná potenciál ľudského mozgu a do roku 1945 prekoná potenciál všetkých ľudských mozgov dokopy.
Miniaturizácia elektroniky v poslednom polstoročí pokračovala v ďalšom podobnom trende, a to zmenšovaním brán tranzistorov z približne 1 000 nanometrov v roku 1970 na dnešných 23 nanometrov. S možnosťou vytvorenia grafénových tranzistorov sa očakáva, že veľkosť dosiahne 7 nanometrov do roku 2025. Na porovnanie, červená krvinka v našej krvi je asi 6200-8200 nanometrov.
Porovnanie medzi kľukovým hriadeľom a prevodom elektronického mechanizmu MIcro a peľovým zrnom a červenými krvinkami
Ak vezmeme do úvahy toto zvýšenie výpočtového výkonu a zníženie veľkosti obvodu a pridanie k pokroku dosiahnutému v oblasti 3D tlače, budeme niekedy v nasledujúcom desaťročí schopní vyrábať integrované počítače dostatočne silné na to, aby riadili lietadlo na ekvivalentnej úrovni v reálnom čase - bezdrôtové pripojenie nanometrických digitálnych zariadení.
Pomocou digitálneho „nervového systému“ inšpirovaného biologickým systémom s prijímačmi usporiadanými v lietadle tak, aby boli schopné rýchlo identifikovať sily na neho pôsobiace, teplotu a prúdenie vzduchu - bude možné radikálne zvýšiť energetickú účinnosť; prepojenie s pokročilým softvérom a hardvérom umožní dokonca zmeniť tvar lietadla v reakcii na údaje senzorov.
Rezanie chvosta
Akonáhle sa elektrické lietadlo stane realitou, ďalším krokom bude integrácia kardanového pohonného systému, ktorý môže poskytovať pohon v ľubovoľnom smere. Eliminuje potrebu výťahov, kormidiel a ovládacích plôch chvosta, ktoré vyžaduje súčasný dizajn, ale ktoré zvyšujú značnú hmotnosť a brzdia.
Náčrt zadnej hrany krídla (koncept)
Krídla, ktoré navrhujeme, sa už blížia k maximu z hľadiska aerodynamickej účinnosti, stále sa však neporovnávajú s tým, čo príroda dosiahla prostredníctvom vtákov. Konštrukčné modely lietadla sú už 100 rokov staré, s hranicami prvých dní; ale technológia odvtedy pokročila. Už nemusíme stavať krídla ako pevné štruktúry s diskrétnymi riadiacimi plochami, ale musíme sa inšpirovať v prírode. Ako povedal Richard Feynman: „Myslím si, že predstavivosť prírody je v porovnaní s tou ľudskou taká veľká, že nás nikdy nenechá odpočívať.“.
Koncept lietadla inšpirovaný prírodou s adaptívnymi štruktúrami a vonkajšími povrchmi
Pohľad do budúcnosti
Letecký priemysel samozrejme nestál na mieste. Tu je niekoľko projektov:
Projekt elektronického ťahu. EADS
Zmiešané telo krídla. Boeing a NASA
Airbus 2050
Elektrické lietadlo. BOŽIA MATKA
Prandtlovo lietadlo. Univerzita v Pise