Як виглядатиме комерційний літак в 2050 році
Це означало б нульові викиди вуглекислого газу та оксидів азоту за умови, що джерелами енергії є електростанції, що виробляють енергію без дуже сильного забруднення.
Основним технологічним бар'єром, який потрібно подолати, є щільність енергії батарей, міра потужності, що виробляється батареєю певної ваги. Директор Tesla (виробник електричних автомобілів) Ілон Маск заявив (див. Нижче), що як тільки акумулятори здатні виробляти 400 Вт-годин на кілограм, електричний трансконтинентальний літак стає обов'язковим.
Літій-іонні акумулятори мали перспективний розвиток: 113 Вт/кг в 1994 р., 202 Вт/кг в 2004 р. І близько 300 Вт/кг сьогодні. Тому розумно розраховувати на щільність енергії 400 Вт на годину на кілограм у наступне десятиліття.
Іншим цікавим аспектом є експоненціальне зниження вартості сонячних панелей, які вже стали найдешевшим видом енергії в більшості штатів США. Очікуване зниження вартості літій-іонних акумуляторів на 70 відсотків та швидке зростання витрат на літаки на гасовій основі свідчать про те, що це буде головним недоліком для тих, хто в майбутньому покладається на гасовий варіант.
Як це часто буває, причини, що уповільнюють перехід, не мають технологічного характеру, а пов'язані з економічною та політичною інерцією проти зміни стану справ.
VoltAir. Концепція повністю електричного літака. EADS
Тим часом, біопаливо.
Беручи до уваги той факт, що пасажирські та вантажні літаки мають термін експлуатації 21-33 роки, навіть якщо з завтрашнього дня будуватимуть лише електричні літаки, перехід від гасу до електричних літаків все одно займе від 2 до 3 десятиліть.
Тим часом біопаливо пропонує зниження вуглецю на 36-85 відсотків залежно від місця вирощування сировини.
Незважаючи на те, що суміш біопалива та гасу була сертифікована в 2009 році, авіаційна промисловість не поспішає вносити зміни. Потрібні невеликі технологічні зміни, і все ще існують труднощі у великому виробництві біопалива; але основною проблемою залишається висока ціна на біопаливо. Співвідношення між двома видами палива - ще одна мрія, яку, швидше за все, не вдасться досягти через десять років.
Впровадження нової авіаційної технології - від досліджень, проектування та випробувань до повної інтеграції - займає близько десяти років. Оскільки двигун внутрішнього згоряння буде перегнаний десь у середині цього століття, тим часом він може впроваджувати інновації в інших сферах: конструкція літальних апаратів, використовувані матеріали, електричний привід або управління повітряним рухом.
Винахід літака
"Якщо сьогодні комп’ютер оснащений 18000 вакуумних трубок і важить 30 тонн, комп’ютери майбутнього матимуть лише 1000 ламп і важитимуть, можливо, лише 1,5 тонни". - Популярна механіка, 1949.
Технологічна еволюція цифрового сховища: 2005-2014
Як бачимо, ми живемо в місяці експоненціальних змін. Нам потрібно залишити повсякденне лінійне мислення, щоб повністю зрозуміти, що відбувається, і використовувати те, що ми маємо, для побудови майбутнього.
Що стосується обчислювальної потужності, сьогодні сучасна технологія прогресує щогодини швидше, ніж у перші 90 років. Маючи це на увазі, ми знаємо, що еквівалент 2023 року комп’ютера на 1000 доларів сьогодні перевершить потенціал людського мозку, а до 1945 року він перевершить потенціал усього людського мозку разом.
Мініатюризація електроніки протягом останнього півстоліття продовжила ще одну подібну тенденцію - зменшення транзисторних затворів з приблизно 1000 нанометрів у 1970 році до 23 нанометрів сьогодні. Очікується, що з можливістю створення графенових транзисторів розмір досягне 7 нанометрів до 2025 року. Для порівняння, еритроцити в нашій крові становлять близько 6200-8200 нанометрів.
Порівняння між колінчатим валом та механізмом електронного механізму MIcro та зерном пилку та еритроцитами
Беручи до уваги це збільшення обчислювальної потужності та зменшення розміру схеми та додавання прогресу в галузі 3D-друку, десь у наступному десятилітті ми зможемо створити інтегровані комп'ютери, достатньо потужні для управління літаком на рівні, еквівалентному в режимі реального часу - бездротовим підключенням нанометричних цифрових пристроїв.
Використовуючи цифрову, біологічно натхненну «нервову систему» з приймачами, розташованими на літаку таким чином, щоб він міг швидко визначити сили, що діють на нього, температуру, потік повітря - можна буде кардинально підвищити енергоефективність; з'єднання з вдосконаленим програмним та апаратним забезпеченням навіть дозволить змінити форму літака у відповідь на дані датчиків.
Різання хвоста
Як тільки електричний літак стане реальністю, наступним кроком стане інтеграція карданної рушійної системи, яка може забезпечити рушій в будь-якому напрямку. Це усуне необхідність у ліфтах, кермах та поверхнях управління хвостом, що вимагає поточна конструкція, але що додає значної маси та гальмування.
Ескіз заднього краю крила (концепція)
Крила, які ми розробляємо, вже близькі до максимуму з точки зору аеродинамічної ефективності, але вони все ще не порівняються з тим, що природа досягла завдяки птахам. Конструктивним моделям літака вже 100 років, з обмеженнями в перші дні; але з тих пір технологія розвинулася. Нам більше не потрібно будувати крила, як жорсткі конструкції з дискретними поверхнями управління, але ми маємо звертатися до природи за натхненням. Як сказав Річард Фейнман: "Я думаю, що фантазія природи настільки велика в порівнянні з людською, що вона ніколи не дасть нам відпочити".
Концепція літака, натхненна природою, з адаптивними конструкціями та зовнішніми поверхнями
Погляд у майбутнє
Звичайно, авіаційна промисловість не стояла на місці. Ось низка проектів:
Проект електронної тяги. EADS
Змішане тіло крила. Боїнг та NASA
Airbus 2050
Електричний літак. БОЖА МАМА
Літак Прандтль. Університет Пізи