Авиационная промышленность решает проблему выбросов углекислого газа с помощью новых самолетов, нового топлива и новых концепций
В ноябре прошлого года небольшой белый продолговатый вертолет с четырьмя пассажирскими местами и шестью жужжащими электрическими двигателями взлетел с вертодрома в центре Манхэттена.
Несколько человек, включая мэра Эрика Адамса, наблюдали, как воздушное такси, известное как eVTOL — электрический самолет вертикального взлета и посадки, — бесшумно, незамеченное прохожими, пролетело вдоль Ист-Ривер.
“Внедрить электрические рейсы и воспользоваться преимуществами электрических рейсов здесь - это воплощение мечты”, - сказал собравшимся Джобен Бевирт, генеральный директор Joby Aviation. Joby - всего лишь одна из десятков фирм по всему миру, делающих ставки на eVTOLS. Среди их спонсоров - крупнейшие авиационные компании, такие как Delta Air Lines, United Airlines и Embraer.
Многие авиакомпании и авиационные компании экспериментируют с новыми технологиями не только для того, чтобы справиться с непрекращающимся экономическим давлением и стать доступным транспортом, но и для того, чтобы быть более экологичными. Помимо перехода на электрические двигатели, авиакомпании изучают варианты использования таких видов топлива, как водород и топливо другого назначения, а также возвращение к сверхзвуковым полетам. Инвесторы потратили примерно 22,2 миллиарда долларов, согласно отчету, опубликованному Центром мобильности будущего McKinsey. Большинство компаний стремятся запустить свои новые предложения в заметном количестве к концу этого десятилетия - или отправить их на свалку истории, пока они ищут другие варианты.
“Вам нужна революция, подобная революции с электромобилями”, - сказал Андерс Форслунд, соучредитель и генеральный директор шведской компании Heart Aerospace.
Короткие маршруты могут быть проложены на электрическом самолете
Современные самолеты стали более эффективными и безопасными, чем они были, когда 707, первый реактивный лайнер Boeing, дебютировал в 1958 году. Последняя модель Boeing большой дальности, 787, выглядит аналогично, даже если ее конструкция значительно усовершенствована.
“Эта отрасль основана на замечательном, устойчивом, поступательном прогрессе”, - сказал Ричард Абулафия, управляющий директор AeroDynamic Advisory, объясняя стремительные изменения в дизайне.
Heart Aerospace намерена изменить эту репутацию. Инженеры разрабатывают электрический турбовинтовой самолет ES-30 на 30 мест при поддержке таких компаний, как Air Canada, Saab и United. План должен заработать к 2028 году. Хотя ES-30 выглядит как винтовые самолеты, которые уже доставляют пассажиров в небольшие города по всему миру, в случае сертификации он может стать революционным: во время полета он не выделяет углерода и работает бесшумно. Более низкая стоимость эксплуатации ES-30 также может помочь авиакомпаниям возобновить маршруты, по которым рейсы прекратились много лет назад.
У электрических самолетов тоже есть свои недостатки. Емкость аккумулятора, несмотря на недавние усовершенствования, не соответствует плотности энергии авиатоплива. Установка аккумулятора большего размера значительно увеличила бы вес самолета. Чтобы компенсировать это, самолетам придется сократить количество пассажирских мест примерно до 40-50. По данным аналитической компании Cirium Diio, в прошлом году на внутренних рейсах в среднем было 132 места на рейс.
Дальность полета также будет ограничена. Электрический самолет должен пролетать в пределах нескольких сотен миль; среднее расстояние, пролетаемое сегодня, составляет 770 миль.
“В 2030 году мы не сможем охватить все маршруты [авиакомпаний], но мы сможем покрыть маршруты протяженностью до 500 миль с запасом”, - сказал Кайл Кларк, соучредитель и генеральный директор Beta Technologies.
“Мы уже видели, как удельный вес энергии [аккумуляторов] удваивается”, - продолжил Кларк. Компания впервые запустила электрический испытательный самолет в 2017 году, доказав, что самолеты с батарейным питанием могут летать. Идет сертификация серийной модели Alia.
Дебаты вокруг eVTOLs носят иной характер. Delta Air Lines в партнерстве с Joby планирует предложить услугу “премиум-класса ‘От дома до места”" для соединения вертодромов с близлежащими крупными аэропортами после получения сертификата Федерального управления гражданской авиации.
По оценкам компаний, около 1000 человек в день будут выбирать eVTOLS вместо автомобилей для поездок в аэропорт и обратно. Согласно последним Статистическим данным Бюро транспорта США, это число эквивалентно всего 2 процентам от примерно 18,2 млн пассажиров, которых авиакомпания обслужила в нью-йоркском международном аэропорту имени Джона Ф. Кеннеди в течение года, закончившегося ноябрем.
“Передвижение людей, у которых больше возможностей для передвижения, и, в некоторых случаях, объезд заторов, вызывает опасения по поводу справедливости”, - сказал Адам Коэн, старший научный сотрудник Калифорнийского университета в Беркли, изучающий транспортные проблемы.
Сегодня полеты на вертолете между Манхэттеном и аэропортами Кеннеди и Ньюарк стоят не менее 195 долларов на человека на Blade. Тарифы на перелет с места на место пока не разглашаются.
“С инженерной и технической точки зрения мы можем разработать эти [варианты]”, - продолжил Коэн. “На самом деле все сводится к тому, с точки зрения политики, как мы можем использовать это для максимального увеличения общественного блага”.
Первые коммерческие рейсы eVTOL могут быть запущены этим летом на Олимпийских играх 2024 года в Париже. Однако задержки с сертификацией могут разрушить эту мечту. И, возможно, уже в 2025 году Joby и Delta надеются запустить рейсы в Нью-Йорк и Лос-Анджелес; United и Archer Aviation планируют сделать то же самое в Чикаго.
Водород снова появляется в качестве авиационного топлива
Водород, в зависимости от способа его получения, может полностью не выделять углекислого газа. Он также весит меньше, чем большинство электрических аккумуляторов, что позволяет самолету запасать больше энергии для более длительных полетов. Недостатком использования жидкого водорода является пространство: топливо требует больше места для перевозки количества, необходимого для питания большинства коммерческих самолетов, что означает меньше места для платных пассажиров.
“Водород всегда был святым граалем авиационного топлива”, - сказал Пол Еременко, соучредитель и генеральный директор Universal Hydrogen. Водород - самый легкий элемент, он может питать топливный элемент, вырабатывающий электроэнергию. Компания, которую поддерживают American Airlines, JetBlue Ventures и другие, разрабатывает систему на водородных топливных элементах, которую можно было бы дооснастить существующими винтомоторными самолетами.
Universal Hydrogen начала испытания своих топливных элементов на 40-местном самолете в прошлом году в Мозес-Лейк, штат Вашингтон. С тех пор летные испытания перенесли в Мохаве, Калифорния, с целью получения сертификата в 2026 году.
Европейский аэрокосмический гигант Airbus рассматривает возможность использования водородного топлива и для своих самолетов. В 2020 году инженеры Airbus приступили к разработке самолета с водородным двигателем, известного как ZEROe, который планируется ввести в эксплуатацию к середине 2030-х годов. Первоначальные концепции включают четыре типа самолетов: два небольших самолета менее чем на 100 посадочных мест и два самолета побольше, более чем на 200 посадочных мест.
Air New Zealand делает ставку на все новые технологии, от электрических до водородных, для своего будущего авиапарка. Авиакомпания хочет начать полеты на внутренних маршрутах самолетами с низким уровнем выбросов примерно в 2030 году. В течение двух лет начнутся испытания грузового самолета. Компания сотрудничает, среди прочего, с Heart Aerospace и Universal Hydrogen.
“Нам нужно сделать все возможное для поддержки всех технологий, потому что нам понадобится все это”, - сказала Кири Ханнифин, директор по устойчивому развитию Air New Zealand. “Самолеты следующего поколения станут частью души авиации”.
Сверхзвуковой ренессанс
Скоро снова могут стать возможными сверхбыстрые поездки между Нью-Йорком и Лондоном.
Компания Boom Supersonic, входящая в число новых стартапов в области сверхзвуковых самолетов, получила значительную отраслевую поддержку от таких компаний, как American Airlines и оборонный подрядчик Northrop Grumman, за свой реактивный самолет Overture. Если все пойдет по плану — а пока это не так, - к началу 2030-х годов самолеты с 64-80 пассажирами могут рассекать небо со скоростью, вдвое превышающей скорость современных реактивных самолетов. Даже оглушительный звуковой удар, из-за которого Concorde, сверхзвуковой коммерческий самолет, списанный в 2003 году, был переведен только на океанские маршруты, может быть смягчен, если исследовательские усилия, проводимые в НАСА, увенчаются успехом.
United Airlines стала первой крупной авиакомпанией, взявшей на себя обязательства по запуску. Эндрю Чанг, управляющий директор подразделения венчурного финансирования United Airlines Ventures, сказал, что авиакомпания регулярно получает запросы от корпоративных клиентов о статусе самолета. “Существуют различные рынки, которые подходят для такого типа эффективных дальнемагистральных путешествий”, - сказал Чанг.
Однако сверхзвуковая скорость требует много энергии. По собственным оценкам Boom, Overture в среднем на одно место трансатлантического перелета израсходует почти в три раза больше топлива, чем новейшие широкофюзеляжные реактивные самолеты Airbus и Boeing, в то время как авиационная промышленность сосредоточена на сокращении, а не на росте выбросов.
“Это правда, что для быстрой езды требуется больше энергии”, - сказал Блейк Шолл, генеральный директор Boom. “Мы можем работать над энергоэффективностью. … Но нам нужно найти недорогие и безопасные для климата решения для питания самолета.”
Решением, по словам Шолла, является экологически чистое авиационное топливо, например, изготовленное из отработанного растительного масла, которое могло бы резко сократить выбросы. Однако топливо в настоящее время доступно лишь в небольших количествах и в несколько раз дороже ископаемого топлива.
Также возникает вопрос о рынке. Где находится достаточное количество путешественников, готовых платить за скорость? Concorde летал только на двух рынках с достаточным количеством клиентов, готовых платить: из Лондона и Парижа в Нью-Йорк. Шолл сказал, что стоимость билетов на Overture сегодня будет сопоставима с ценами на билеты бизнес-класса.
Самый дешевый билет бизнес-класса в одну сторону между Нью-Йорком и Лондоном в начале марта стоил около 2200 долларов, по данным Google Flights.
Не все убеждены, что путешественники или их компании будут платить премиальные за скорость.
“Технологии очень сильно продвинулись в борьбе со сверхзвуковой техникой”, - сказал Абулафия, управляющий директор AeroDynamic Advisory, имея в виду появление виртуальных совещаний и их взрывной рост во время пандемии коронавируса.
“Вы понятия не имели, что происходит на земле”, - продолжил Абулафия. “Теперь вы постоянно на связи в режиме реального времени, поэтому ваше преимущество в скорости уменьшается”.
Об этой истории
Монтаж: Бронвен Латимер. Редактирование текста: Майк Чирелли. Дизайн и разработка: Одри Вальбуэна. Редактирование дизайна: Бетти Чаваррия. Фоторедактор Хейли Хэмблин, Моник Ву и Роберт Миллер. Разработка проекта Эваном Бретосом и Хоуп Корриган. Монтаж проекта Мэриан Чиа-Мин Лю.