Elektrické lietadlá - budúcnosť letectva alebo len ilúzia Science Online
Elektrické lietadlá - budúcnosť letectva alebo len ilúzia?
Od začiatku letectva lietadlá používali palivá na báze uhlíka, napríklad benzín alebo petrolej. Poskytujú veľké množstvo energie v pomere k ich hmotnosti, čo znamená, že dodávajú dostatok energie pre veľké komerčné lietadlá cestujúce po celom svete. S poklesom zdrojov ropy a obmedzeniami emisií skleníkových plynov závisí budúcnosť letectva od nájdenia alternatívneho zdroja energie. Riešením tohto problému je elektrina?
Prvým krokom je vývoj „elektrickejšieho lietadla“, tj prúdového lietadla, ktoré maximalizuje využitie elektrickej energie pre všetky ostatné systémy lietadiel. Cieľom je výrazne znížiť spotrebu paliva zlepšením energetickej účinnosti v lietadle. V praxi to znamená zníženie hmotnosti lietadla a zníženie odporu, zlepšením aerodynamiky a optimalizáciou profilu krídla lietadla, aby sa spotrebovalo menej paliva.
Všetky tieto vylepšenia, ktoré môžu znížiť spotrebu paliva, nestačia. Dosiahnutie efektívnejšieho lietadla si vyžaduje zásadné dlhodobejšie riešenia.
Mnoho dôležitých noviniek tohto druhu sa objavilo v dôsledku vojenských požiadaviek. Prúdový motor bol vyvinutý počas druhej svetovej vojny. V dôsledku nadzvukových rýchlostných pretekov zo studenej vojny tak Chuck Yaeger z amerického letectva po prvý raz prekonal zvukovú bariéru experimentálnym lietadlom Bell X-1. Vývojom nových technológií sa dosiahol významný pokrok v oblasti výkonu a spoľahlivosti lietadiel. Obchodné lietanie malo z týchto technologických zlepšení úžitok, a tak sa medzikontinentálna letecká doprava stala realitou.
Spoločnosť Concorde bola na vrchole tejto premeny vojenskej technológie na vysokovýkonné komerčné lietadlo, ale napriek fenomenálnemu výkonu ju sužovala nespokojnosť s nadmerným hlukom a znečistením. Moderné letectvo založené na prúdových motoroch neustále čelí takýmto environmentálnym problémom a zatiaľ čo armáda má zjavný záujem na navrhovaní lietadiel čo najrýchlejšie, motivácia armády vyvíjať ekologické technológie je menej zrejmá. Preto pravdepodobne budeme musieť hľadať ďalšiu veľkú inováciu v letectve inde.
Bell X1 bolo prvé nadzvukové lietadlo na svete. Concorde bolo jediné komerčné prúdové lietadlo na svete. Poďakovanie: US Air Force. Vpravo: Aero Icarus cez Wikimedia Commons
Čistenie oblohy?
Lietadlo na solárny pohon nedávno upútalo pozornosť špecialistov na projekt Solar Impulse, ktorý sa pokúsil uskutočniť prvý let okolo sveta s lietadlom na solárny pohon. Aj keď je využitie slnečnej energie v letectve zaujímavou technickou výzvou, nie je to reálna možnosť leteckej prepravy cestujúcich. Ako je vidieť, lietadlo Solar Impulse vyžaduje veľmi veľké rozpätie krídel kvôli nízkemu výkonu vyvinutému jeho solárnymi panelmi. Takto získaný výkon je dostatočný iba na prepravu lietadla a pilota na významnú vzdialenosť.
Skladovanie energie z batérie je kľúčovým limitujúcim faktorom pre elektrické lietadlá. Lietadlá zvyčajne vyžadujú dlhší čas na doplnenie paliva v porovnaní s autom, takže je potrebné ich nabíjať rýchlo a efektívne. Tryskové lietadlá si vyžadujú čas na doplnenie paliva, ktorý je približne totožný s obdobím potrebným pre elektrické lietadlo, preto je rozumné elektrické dobíjanie približne 1 hodina. Kritickým problémom však je hustota energie, tj koľko energie batéria uloží v pomere k svojej hmotnosti.
Bežné lítium-iónové batérie, ktoré sa v súčasnosti používajú, majú maximálnu hustotu energie asi 1 000 000 joulov na kilogram a hoci niektoré nedávne výskumy ukazujú, že je možné dosiahnuť vyššiu hustotu energie, batérie postavené na týchto technológiách ešte nie sú k dispozícii. komerčne dostupné. Jeden milión joulov na kilogram sa môže javiť ako veľa. V porovnaní s hustotou energie 43 miliónov joulov na kilogram, špecifickou pre letecké palivo, sa to však už nezdá byť vysokou hodnotou. Výmena palivových nádrží za 43-krát ťažšiu batériu nie je životaschopnou možnosťou - je zrejmé, že existuje dôležitý problém so skladovaním elektriny, ktorý je potrebné vyriešiť skôr, ako bude elektrina schopná poháňať komerčné lietadlá. na veľké vzdialenosti.
Budúcnosť elektrickej leteckej dopravy
Na záver môžeme hovoriť o elektrine ako o dlhodobej vízii komerčnej leteckej dopravy? Napriek zjavným technickým výzvam sa prototyp Airbusu pre lietadlo E-Fan začne vyrábať do roku 2017. E-Fan je veľmi ľahké dvojmiestne lietadlo poháňané dvoma elektromotormi a bude mať rýchlosť letu a oveľa menšiu prepravnú kapacitu, ako požadujú komerční dopravcovia. Avšak,
V nasledujúcich desaťročiach by sa táto technológia mohla rozšíriť na lietadlá na krátke vzdialenosti a na obchodné lietadlá - najmä pre letecké trasy využívajúce vrtuľové lietadlá. Airbus má pre takéto lietadlá s kapacitou asi 60 cestujúcich strednodobé plány - čo by bolo vhodné riešenie pre lety na krátke vzdialenosti.
Pred prijatím elektrického lietadla komerčnými leteckými spoločnosťami musia byť preukázané požiadavky na bezpečnosť a spoľahlivosť týchto prototypov. Rovnako ako elektrické autá potrebujú viac času na to, aby sa presadili na automobilovom trhu, aj to, ako sa vníma spoľahlivosť nových lietadiel, bude mať významný vplyv na dôveru spotrebiteľov v elektrické lietadlá.
Ak si prototypy ako E-Fan získajú dôveru verejnosti, mohlo by to znamenať „kritický bod“ pri prekonávaní technických výziev spojených s každou novou formou dopravy, najmä v oblasti letectva, ktorá má tradíciu rýchlych inovácií. Technologický pokrok v nových materiáloch, skladovaní energie a výkonovej elektronike by mohol ponúknuť perspektívu vzniku čisto elektrických komerčných lietadiel v nasledujúcich dvoch desaťročiach.