Airbus A380, dwupoziomowy samolot pasażerski o długości blisko 73 metrów i zasięgu 15 700 kilometrów, magazynuje w swoich monstrualnych trzewiach 320 000 litrów paliwa. Potrzebuje go dużo, bo jest w stanie przewieźć nawet 853 pasażerów z Hong Kongu do Nowego Jorku bez międzylądowania. Czy jest realne, by w przyszłości takie same osiągi oferowały samoloty wykorzystujące wyłącznie zasilanie elektryczne?
Wbrew pozorom taki pomysł wcale nie jest nowy. 23. października 1973 roku swój pierwszy lot odbył motoszybowiec Militky MB-E1, który wykorzystywał wyłącznie silnik elektryczny. Ówczesne akumulatory niklowo-kadmowe pozwalały na 12 minut lotu na wysokości maksimum 380 metrów. Do tego wyłącznie z jednym pasażerem i szybkością nie większą niż 180 kilometrów na godzinę.
Militky MB-E1 Fot. na licencji CC Aeropedia-team Wikipedia Fot. na licencji CC Aeropedia-team Wikipedia
Wyniki niezbyt imponujące, ale początki są zawsze trudno. Samoloty tego typu pobudziły wyobraźnię inżynierów na całym świecie i nie trzeba było długo czekać, na kolejne nowinki. Skoro silnik elektryczny pozwalał na utrzymanie się w powietrzu, to czemu by nie zasilać go energią słoneczną? We wrześniu 1974 roku w powietrze wzbił się bezzałogowy samolot AstroFlight Sunrise, a w kwietniu 1979 roku jedna osoba poleciała na pokładzie Mauro Solar Risera, którego akumulatory były zasilane z ogniw fotowoltaicznych umieszczonych na skrzydłach.
Od jednoosobowych motolotni, do ważących kilkaset ton samolotów pasażerskich daleka droga, ale rozwój trwa. Od lat 70-tych minęło już wiele czasu. Akumulatory stają się coraz bardziej wydajne, a lekkie konstrukcje jeszcze silniejsze. 12 czerwca 2009 roku firmy SkySpark i DigiSky pochwaliły się wynikami swojego wspólnego projektu. Był nim samolot Pioneer Alpi 300 napędzany silnikiem elektrycznym 75-kW czerpiącym energię z akumulatorów litowo-polimerowych. Konstrukcja była na tyle wydajna, że za jej pomocą Maurizio Cheli, pilot tego elektrycznego samolotu, pobił rekord świata prędkości - 250 kilometrów na godzinę wyłącznie na zasilaniu elektrycznym.
Projekt SkySpark pochłonął budżet około 310 000 euro. Najwięcej, bo aż 180 000 euro, kosztowały materiały.
Rok później, w czerwcu 2010 roku, firma EADS pochwaliła się elektryczną wersją Colombana Cri-Cri z lat 70-tych. Ten niewielki samolot o minimalnej wadze zaledwie 78 kilogramów w wersji elektrycznej może latać przez 30 minut z prędkością około 111 kilometrów na godzinę. Jeśli pilot ma ochotę przyspieszyć, to możliwe jest osiągnięcie nawet 283 kilometrów na godzinę. Właśnie tyle udało się "wydusić" z tego elektrycznego samolotu Huguesowi Duval ustanawiając kolejny rekord prędkości dla elektrycznych samolotów w czerwcu 2011 roku.
I ten wynik padł dość szybko. W lipcu 2012 pisaliśmy o rezultacie 325 km/h jaki Chip Yates osiągnął za sterami zmodyfikowanego samolotu Rutan Long-EZ.
Fani samolotów elektrycznych zasilanych z ładowanych na ziemi akumulatorów ścigają się na prędkość. Z kolei zwolennicy czerpania energii ze słońca przeganiają się w długości lotu. W grudniu 2010 roku Międzynarodowa Federacja Aeronautyczna poinformowała, że bezpilotowy samolot Zephyr pobił światowy rekord przebywania w powietrzu. Latał bez przerwy 336 godzin, 22 minuty i 8 sekund. To ponad dwa tygodnie w powietrzu, bez konieczności lądowania .
Samolot może pomóc w śledzeniu piratów z Półwyspu Somalijskiego, ostrzegać władze o kierunku i szybkości rozprzestrzeniania się pożarów lasów i zapewniać nieprzerwaną komunikację z żołnierzami walczącymi w terenach górzystych
- powiedział w rozmowie z BBC Chris Kelleher, główny projektant firmy Qinetiq, która stworzyła ten bezzałogowy dron.
Zephyr może wznieść się na wysokość ponad 21 500 metrów i pozostać na niej dzięki energii pozyskiwanej przez ogniwa słoneczne umieszczone na skrzydłach. W nocy pułap zmniejsza się, ale samolot wykorzystuje wtedy energię nagromadzoną w akumulatorach w czasie dnia. Jego skrzydła mają rozpiętość 22,5 metra, a cała konstrukcja waży zaledwie 50 kilogramów.
Niedługo czas dwóch tygodni w powietrzu może już nie robić tak wielkiego wrażenia. Firma Titan Aerospace zapowiada stworzenie bezzałogowego samolotu zasilanego z 3000 paneli słonecznych, który mógłby pozostać w powietrzu przez pięć lat. Twórcy zapewniają, że taka konstrukcja mogłaby pozwolić na wyręczenie satelitów z części zadań komunikacyjnych. Niewielki samolot solarny mógłby pełnić podobne funkcje, kosztując jednocześnie ułamek tego, co konstrukcja i wyniesienie sprzętu na orbitę. W razie konieczności drony można by też szybciej i bezpiecznie sprowadzić na ziemię.
Wyobraźcie sobie lekki jak piórko samolot ze zbudowanymi z kompozytów skrzydłami o rozpiętości 48 metrów naszpikowanymi panelami słonecznymi pozwalającymi na lot z prędkością 30 kilometrów na godzinę bez przerwy przez pięć lat. Tak, pięć lat. Samolot latałby na wysokości 20 kilometrów, powyżej większości ruchu powietrznego (...) Byłby to bez wątpienia najbardziej samotny samolot w historii
- czytamy na oficjalnej stronie Titan Aerospace .
Obok tego wszystkie są jeszcze inne koncepcje na zasilanie samolotów. Firma Flight of the Century ma pomysł na wymienianie baterii elektrycznych samolotów w trakcie lotu , z kolei amerykańska armia pracuje nad zasilaniem swoich dronów za pomocą wodoru. Jeden z nich, Ion Tiger, już istnieje i potrafi patrolować teren nieustannie przez dwa dni . To spory skok w stosunku do wyniku z 2009 roku, kiedy to dron latał przez "zaledwie" 26 godzin.
Oczywiście są też pomysły jeszcze bardziej niestandardowe. Tak jak zasilanie samolotów laserami. Tak, laserami. Firma Lockheed Martin zaprezentowała już dron Stalker, który ma wykorzystywać technologię LaserMotive. Pozwala ona na bezprzewodowy transfer energii. W praktyce sprowadzało się to do tego, że po 48 godzinach lotu Stalker wrócił do bazy z akumulatorami załadowanymi bardziej niż w momencie startu.
System zasilania ziemia-powietrze tego typu daje nam możliwość utrzymania samolotu w powietrzu praktycznie bez końca, w zależności od potrzeb misji jakie miałby wykonywać Stalker
- powiedział Tom Koonce pracujący nad tym projektem.
Twórcy systemy LaserMotive wyobrażają sobie świat, w którym nie tylko samoloty nigdy nie musiałyby lądować, ale nawet zwykłe kable przeszłyby do lamusa.
Pozostaje pytanie ile z tych technologii zostanie wykorzystanych za naszego życia?
W przypadku samolotów zasilanych energią elektryczną wszystko sprowadza się do dwóch elementów - wagi i wydajności. Im wytrzymałe tworzywa będą lżejsze, a akumulatory i baterie słoneczne bardziej wydajne, tym samoloty elektryczne będą mogły latać dłużej, dalej i wreszcie zacząć przenosić większą liczbę pasażerów.
W kwestii wydajności paneli słonecznych możemy liczyć na szybki postęp. W roku 2012 naukowcy z Uniwersytetu stanowego Florydy pochwalili się zwiększeniem wydajności ogniw słonecznych stworzonych na bazie grafenu do 8,6 procent. Dwa lata później, w styczniu tego roku, badacze z Group of Photovoltaic and Optoelectronic Devices poinformowali o zwiększeniu wydajności do 15,6 procent. A to nadal nic w stosunku do zapowiedzi firm lotniczych, konstruujących panele w oparciu o inne technologie. Na przykład Spectrolab, filia Boeinga, już w 2010 roku zapowiadała ogniwa o wydajności około 40 procent. Inne badania prowadzone w Uniwersytecie stanowym Północnej Karoliny i Chińskiej Akademii Nauk maja pozwolić na udoskonalenie również paneli polimerowych poprzez zmianę struktury molekuł tworzywa sztucznego. Naukowcy zapowiadają poprawę wydajności o 30 procent. Nawet jeśli przesadzają, to póki co ta technologia cały czas się rozwija.
Wydajność paneli słonecznych Fot. NREL Fot. NREL
Czy zatem za kilka lat loty pasażerskie będą odbywały się bez tankowania? Póki co nie ma najmniejszych szans na dorównanie osiągom Airbusa A380, ale za 10-20 lat technologia może już pozwolić na elektryczne loty z mniejszą załogą. Badania nad takimi rozwiązaniami już trwają. Japońskie firmy Yaskawa Electric i Ryokeiso oraz naukowcy z Uniwersytetu Kyushu pracują obecnie nad zwiększeniem wydajności akumulatorów właśnie w kontekście ruchu powietrznego. Projekt prowadzony obecnie w Kyushu zakłada stworzenie podstaw pod konstrukcję pasażerskiego samolotu elektrycznego zdolnego do przenoszenia sześciu osób. Trwają testy w tunelach powietrznych z wykorzystaniem modeli w skali 1:10. Firma Yaskawa dostarcza silniki i sterowniki elektryczne, a Ryokeiso kontrolery łączące akumulatory z silnikami. Naukowcy z japońskiego uniwersytetu wierzą, że taka konstrukcja mogłaby wzbić się w powietrze w ciągu pięciu najbliższych lat.
Tak więc do 853 pasażerów na pokładzie elektrycznego samolotu mamy jeszcze bardzo daleką drogę. Ambicje twórców napawają jednak optymizmem. Za naszego życia transport powietrzny nie będzie jeszcze elektryczny, ale w perspektywie kilku pokoleń wiele może się zmienić. Jedno jest pewne, to już nie tylko mrzonka fantastów.
Szymon Adamus
a.jpg){kind=link}