Как ще изглеждат търговските самолети през 2050 година
Това би означавало нулеви емисии на въглероден диоксид и азотни оксиди, при условие че енергийните източници са електроцентрали, които произвеждат енергия без много силно замърсяване.
Основната технологична бариера, която трябва да се преодолее, е енергийната плътност на батериите, мярка за мощността, генерирана от батерия с определено тегло. Директорът на Tesla (производител на електрически автомобили), Илон Мъск, заяви (виж по-долу), че след като батериите са способни да произвеждат 400 вата-часа на килограм, електрически трансконтинентален самолет става задължителен.
Литиево-йонните батерии са имали обещаващо развитие: 113 Wh/kg през 1994 г., 202 Wh/kg през 2004 г. и около 300 Wh/kg днес. Следователно е разумно да се очаква енергийна плътност от 400 вата на час на килограм през следващото десетилетие.
Друг интересен аспект е експоненциалното намаляване на цената на слънчевите панели, които вече са се превърнали в най-евтината форма на енергия в повечето щати на САЩ. Очакваното намаляване на цената на литиево-йонните батерии със 70 процента и бързото нарастване на разходите за самолети на базата на керосин показват, че това ще бъде основен недостатък за тези, които разчитат на керосиновия вариант в бъдеще.
Както често се случва, причините, които забавят прехода, не са от технологичен характер, а са свързани с икономическа и политическа инерция срещу промяната на състоянието на нещата.
VoltAir. Концепция на изцяло електрически самолет. EADS
Междувременно биогориво.
Като се вземе предвид фактът, че пътническите и товарните самолети имат период на употреба от 21 до 33 години, дори ако от утре ще бъдат построени само електрически самолети, преходът от керосин към електрически самолети все още ще отнеме между 2 и 3 десетилетия.
Междувременно биогоривото предлага намаляване на въглерода с 36-85 процента, в зависимост от това къде се отглежда суровината.
Въпреки че през 2009 г. е сертифицирана смес от биогорива и керосин, авиационната индустрия не бърза да направи промяната. Необходими са малки технологични промени и все още има трудности при мащабното производство на биогорива; но основният проблем остава високата цена на биогоривата. Паритетът между двата вида гориво е друга мечта, която най-вероятно няма да бъде постигната след десет години.
Приемането на нова авиационна технология, от изследвания, проектиране и тестване до пълна интеграция, отнема около десет години. Тъй като двигателят с вътрешно горене ще бъде изпреварен някъде в средата на този век, междувременно той може да внесе нововъведения в други области: дизайн на самолета, използвани материали, електрическо задвижване или контрол на въздушното движение.
Преоткриване на самолета
"Ако компютърът днес е оборудван с 18 000 вакуумни тръби и тежи 30 тона, компютрите на бъдещето ще имат само 1000 тръби и ще тежат може би само 1,5 тона." - Популярна механика, 1949.
Технологична еволюция на цифровото съхранение: 2005-2014
Както се вижда, живеем в месец на експоненциална промяна. Трябва да оставим ежедневното линейно мислене, за да разберем напълно какво се случва и да използваме това, което имаме, за да изградим бъдещето.
По отношение на изчислителната мощ, днешната технология днес напредва по-бързо всеки час, отколкото през първите 90 години. Имайки това предвид, знаем, че еквивалентът на 2023 г. на компютър от 1000 долара днес ще надмине потенциала на човешкия мозък, а до 1945 г. ще надмине потенциала на всички човешки мозъци заедно.
Миниатюризацията на електрониката през последния половин век продължи друга подобна тенденция - свиване на транзисторните врати от около 1000 нанометра през 1970 г. до 23 нанометра днес. С възможността за създаване на графенови транзистори се очаква размерът да достигне 7 нанометра до 2025 г. За сравнение червените клетки в кръвта ни са около 6200-8200 нанометра.
Сравнение между колянов вал и зъбно колело MIcro Electronic Mechanism и поленово зърно и червени клетки
Като се вземе предвид това увеличение на изчислителната мощност и намаляването на размера на веригата и добавяне към напредъка, постигнат в областта на триизмерния печат, някъде през следващото десетилетие ще можем да произведем интегрирани компютри, достатъчно мощни за управление на самолет на ниво, еквивалентно на в реално време - безжично свързване на нанометрични цифрови устройства.
Използвайки цифрова, биологично вдъхновена „нервна система“ с приемници, разположени на самолета по такъв начин, че да може бързо да идентифицира силите, действащи върху него, температурата, въздушния поток - ще бъде възможно радикално да се подобри енергийната ефективност; свързването с усъвършенстван софтуер и хардуер, дори ще направи възможно промяната на формата на самолета в отговор на данните от сензора.
Изрязване на опашката
След като електрическият самолет стане реалност, следващата стъпка ще бъде интегрирането на карданна задвижваща система, която може да осигури задвижване във всяка посока. Това ще премахне необходимостта от асансьори, кормила и повърхности за управление на опашката, които настоящият дизайн изисква, но което добавя значителна маса и спиране.
Скица на заден ръб на крило (концепция)
Крилата, които проектираме, вече са близо до максимум по отношение на аеродинамичната ефективност, но все още не се сравняват с това, което природата е постигнала чрез птиците. Дизайнерските модели на самолета са вече на 100 години, с границите на първите дни; но технологията е напреднала оттогава. Вече не трябва да изграждаме крила като твърди конструкции с дискретни контролни повърхности, но трябва да се обърнем към природата за вдъхновение. Както казва Ричард Файнман: „Мисля, че въображението на природата е толкова голямо в сравнение с човешкото, че никога няма да ни остави да си починем“.
Самолетна концепция, вдъхновена от природата, с адаптивни конструкции и външни повърхности
Поглед към бъдещето
Разбира се, авиационната индустрия не стоеше неподвижна. Ето няколко проекта:
Проект E-Thrust. EADS
Смесено тяло на крилото. Боинг и НАСА
Airbus 2050
Електрически самолет. БОЖА МАЙКА
Самолет Prandtl. Университет в Пиза