Авиация будущего: какие новые разработки скоро станут обыденностью?

Гражданская авиация кажется одной из наиболее консервативных отраслей: с точки зрения обывателя мы до сих пор эксплуатируем технологии полувековой давности и со времен «реактивной революции» внешне почти ничего не поменялось.

Однако это особенность человеческого сознания: проходит пара лет и кажется, что любое чудо техники существовало всегда. Что совсем скоро будет выглядеть для нас обыденным и естественным?

Какие новейшие разработки скоро станут для всех нас привычной реальностью нашей Авиакомпании? Как мы будем летать в ближайшие несколько лет? Обо всём этом читайте в сегодняшней статье.

Цифровизация

Авиация будущего: какие новые разработки скоро станут обыденностью?Отрасль стремительно цифровизируется: наиболее экономически активными становятся люди из поколения Z, в англоязычной литературе называемые digital natives. Для них смартфоны и повсеместный доступ в интернет существовали всегда. В отличие от «аналоговых» поколений они предпочитают не живое общение с человеком, а обмен сообщениями.

Поэтому кассы в аэропортах, агенты на стойках регистрации и колл-центры стремительно уходят в прошлое и заменяются цифровыми сервисами – от стоек автоматического приема багажа и турникетов у выхода на посадку до самостоятельного измерения размеров ручной клади при помощи камеры смартфона. За рубежом активно внедряется автоматизированный паспортный контроль.

На конец 2019 года – это последние доковидные данные швейцарской SITA (предоставляет IT-услуги в авиации) – более 25% авиакомпаний мира имели чат-ботов, отвечающих на большинство вопросов пассажиров, часто на нескольких языках и с интеграцией в голосового помощника типа Siri.

С цифровизацией тесно связано внедрение биометрической идентификации, которую пандемия не то чтобы притормозила, а направила несколько в другую сторону. До эпидемии коронавируса 70% авиакомпаний мира к 2021 году планировали внедрить идентификацию пассажиров по биометрическим данным хотя бы в форме пилотных проектов, а 50% аэропортов – начать использовать блокчейн для сквозной авторизации пассажиров на всех этапах контроля (предполетном, паспортном, таможенном и т. п.).

Теперь блокчейн и токены приходят в виде «цифровых паспортов» IATA Travelpass, изначально предложенных для контроля вакцинации, но легко дополняемых функцией контроля любых других данных: безопасный токен может содержать и персональные данные, и биометрические. Подобные решения уже работают в единичных аэропортах США, Китая, Катара, Омана.

В России они находятся в стадии «демонстрации возможностей»: например, S7 Airlines пропускает пассажиров в бизнес-зал аэропорта «Домодедово», распознавая их по лицу.

Бизнесу выгодно заниматься цифровизацией: например, «Аэрофлоту» внедрение систем больших данных и машинного обучения в 2016–2018 годах принесло 1 млрд рублей дополнительной выручки.

Альтернативное топливо

Авиация будущего: какие новые разработки скоро станут обыденностью?Европейские тренды – ответственное потребление и экологичность. Некоторые экологи вообще призывают отказаться от полетов в пользу железных дорог. Европейские страны вводят экологические сборы, в ряде случаев делающие бессмысленными полеты лоукостерами, а французские парламентарии в апреле 2021 года и вовсе проголосовали за запрет внутренних перелетов на короткие дистанции – те, которые поезд может преодолеть быстрее чем за 2,5 часа (законопроект еще не принят).

Авиапром отвечает на это переходом на альтернативное топливо. Boeing, например, обещает к 2030 году перевести самолеты на биотопливо, которое делается не из нефти, а из растительного сырья (например, несъедобных растений) и органических промышленных отходов (от компоста до отходов деревообрабатывающего производства) и позволяет сократить выбросы углекислого газа в атмосферу на 80%.

Экологичные виды топлива – самый эффективный и доступный способ снижения выбросов CO2 (углекислого газа) в гражданской авиации в ближайшие 20–30 лет. Биотопливо безопасно, прошло многочисленные испытания. На нем осуществлено более четверти миллиона рейсов, и их количество продолжает расти. Экологичные виды авиационного топлива способствуют снижению выбросов CO2 на 80%, а потенциально – на 100%.

Первый в мире коммерческий рейс на биотопливе с использованием грузового Boeing 777 был успешно совершен еще в 2018 году. Сейчас биотопливо использовать тоже можно, но по сертификационным требованиям лишь в смеси с керосином в соотношении 50/50. Однако на смесях с 2016 по 2020 годах было совершено лишь 0,2% рейсов. Причина проста: биотопливо пока в 4 раза дороже керосина.

Советский Ту-155 впервые в мире совершил полет, используя в качестве топлива одного из двигателей жидкий водород еще в 1988 году, а после летных испытаний и проведения доработок в 1989 году – на сжиженном природном газе.

Авиация будущего: какие новые разработки скоро станут обыденностью?Сейчас Центральный институт авиационного моторостроения (ЦИАМ) им. П. И. Баранова работает над созданием гибридной силовой установки на альтернативных видах топлива для регионального самолета и обсуждает с Фондом перспективных исследований создание на базе двигателя ВК-2500 полностью сверхпроводящей гибридной силовой установки мощностью 1500 кВт с использованием в качестве топлива и хладагента жидкого водорода или сжиженного природного газа.

Правительства стимулируют переход на новые виды топлива. Французское, например, проспонсирует отрасль на 15 млрд евро, поставив задачу к 2026–2028 годам создать замену узкофюзеляжного семейства Airbus A320, которая будет летать на биотопливе и иметь возможность дальнейшего перевода на водородное. Начало коммерческой эксплуатации запланировано на 2033–2035 года.

Еще раньше, к 2030, должен начать полеты новый региональный самолет с нулевыми выбросами, он будет использовать либо водородную, либо гибридную силовую установку. Вращать пропеллеры можно электродвигателями, энергию для которых будут вырабатывать топливные ячейки на протонообменных мембранах: литиевые аккумуляторы слишком тяжелы, чтобы обеспечить полет дольше пары часов. Водород значительно легче керосина, но его нужно брать в 4 раза больше по объему.

Концепты самолетов с нулевым выбросом CO2, которые к 2035 году готов начать выпускать Airbus, подразумевают простое сжигание водорода в газотурбинных двигателях, по принципу действия аналогичных существующим. Два из этих концептов – замена A320 и региональный турбовинтовой самолет, похожий на ATR-72, а третий использует принципиально новую аэродинамическую схему.

Новые аэродинамические схемы

Все гражданские самолеты похожи друг на друга: это условная труба с крылом. Заменить классическую аэродинамическую схему предлагается «летающим крылом» – когда широкий и плоский фюзеляж сам становится аэродинамической поверхностью и создает подъемную силу.

Это, по данным Airbus, позволит расходовать на 20% меньше топлива, а пассажиры получат просторный салон с принципиально новой схемой зонирования, в которой найдется место и спальным отсекам, и переговорным комнатам, и объемным бакам для водорода. Внутреннее обустройство будет похоже скорее на круизный теплоход или дирижабль.

Авиация будущего: какие новые разработки скоро станут обыденностью?Идея не нова, но по схеме «летающее крыло» удалось создать лишь несколько относительно небольших военных самолетов типа американского бомбардировщика B-2 или российского беспилотника «Охотник». Для пассажирских самолетов она не применялась из-за сложной системы управления, однако современные вычислительные технологии позволяют прототипу Airbus MAVERIC (Model Aircraft for Validation and Experimentation of Robust Innovative Controls) летать стабильно.

Принцип «летающего крыла» заложен и в основу концепта Flying V, разработанного в Делфтском университете в Нидерландах, только «летающее крыло» здесь имеет V-образную форму. Он, как и MAVERIC, существует в виде летающей масштабной модели. Разработку этого самолета спонсирует авиакомпания KLM.

Нужно обратить внимание, что к таким компоновкам еще много вопросов. Например, входы и выходы могут располагаться только по периметру, а это потенциально увеличивает время посадки пассажиров – и особенно их аварийной эвакуации. Кроме того, сидящие ближе к внешней стороне крыла во время маневров будут перемещаться в вертикальной плоскости с большой амплитудой и испытывать дискомфорт. Чтобы его избежать, придется ограничивать углы крена и, как следствие, маневренность самолета.

Концепт Boeing SUGAR Volt более консервативен: американцы предлагают увеличить размах крыла и сделать его тоньше, а для жесткости установить специально спрофилированный подкос, создающий дополнительную подъемную силу. Такой самолет должен расходовать на 9% меньше топлива, а чтобы не пришлось перестраивать аэропорты, основное крыло будет складываться, как на проходящем испытания Boeing 777X. Еще одна идея этого концепта – взлет на обычном топливе, а крейсерский полет на электричестве.

Складное крыло тестирует и Airbus – точнее, это полуэластичные законцовки, которые могут либо быть жестко зафиксированы, либо свободно качаться, как у альбатросов. Это позволяет уменьшить аэродинамическое сопротивление, а также значительно облегчить само крыло и увеличить его размах примерно в 1,5 раза, так как нагрузки, действующие на центроплан, при такой схеме ниже. Чем больше размах, тем выше подъемная сила крыла, а значит, требуется меньше топлива, для того чтобы поднять самолет в воздух и лететь.

Сверхзвуковые самолеты

Авиация будущего: какие новые разработки скоро станут обыденностью?В недалеком будущем ожидается возрождение сверхзвуковой коммерческой авиации (самые известные пассажирские самолеты прошлого – Ту-144 и «Конкорд»). К 2029 году планируется начало эксплуатации самолета Boom Overture, который еще в 2017 собрал 76 заказов, а 3 июня 2021 года американская United Airlines подписала соглашение о приобретении 15 самолетов этого типа с опционом еще на 50. Глава основанной в 2014 в США Boom Technology (это ее разработка) Блэйк Шолл оценивает мировой рынок таких машин в 2000 штук.

Внешне Boom Overture похож на своих предшественников из 1960-х годов, но отличается от них широким использованием композитных материалов, а также силовой установкой: в те годы до сверхзвука самолеты разгоняли за счет форсажных камер, как на истребителях, – об экономичности таких двигателей речи не шло.

Теперь же будут использоваться «обычные» турбовентиляторные двигатели без форсажа, которых, правда, пока нет – их Boom собирается разработать совместно с Rolls-Royce. Расстояние между Нью-Йорком и Лондоном самолет сможет преодолевать на крейсерской скорости 2,2 М (т. е. в 2,2 раза быстрее звука) за 3 часа 15 минут. Дозвуковому самолету на скорости в пределах 0,8 М требуется более 7 часов. При этом шум при взлете обещают таким же, как у обычного Boeing 777-300. Дальность полета составит 8300 км.

Но самое главное – это доступность: билет Лондон – Нью-Йорк и обратно на «Конкорде» стоил $20 000 (в нынешних ценах с поправкой на инфляцию), а на Overture будет стоить $5000 – столько же, сколько бизнес-класс на обычном самолете сейчас.

Также к 2029 году построить 70-кресельный самолет со скоростью до 1,8 М обещает созданный в 2019 году американский стартап Exosonic, к 2023 году сверхзвуковой бизнес-джет S-512 собирался создать другой стартап из США – Spike.

В августе 2020 года о работе над бизнес-джетом на 9–19 мест объявила Virgin Galactic, а в сентябре Центральный аэрогидродинамический институт им. Н. Е. Жуковского получил субсидию Министерства науки и высшего образования Российской Федерации в размере 1,4 млрд рублей на проведение научных работ, необходимых для создания сверхзвукового пассажирского самолета. Работами над этой темой занимается научный центр мирового уровня «Сверхзвук», который уже представил на МАКС-2019 проект самолета «Стриж».

Аэротакси

Авиация будущего: какие новые разработки скоро станут обыденностью?Совершенно новым видом транспорта в недалеком будущем должны стать аэротакси. Существует множество разработок, большинство из которых представляют собой вариации на тему электрического мультикоптера, только больших размеров.

Близок к сертификации (прототипу уже разрешили летать над Пекином) китайский двухместный беспилотник Ehang EH216 AVV. Он совершил более 10 000 полетов, в том числе с пассажирами, в 42 городах восьми стран мира – и в мороз, и в туман, и во время тайфуна. Летательный аппарат размером с автомобиль оснащен восемью винтами, максимальная его скорость составляет 130 км/ч, а дальность полета – 35 км. Ему не нужны никакие площадки – и, главное, пилот. Плюс эксплуатация такой техники в 2 раза дешевле: себестоимость кресло-километра составляет $1,5, т. е. тарифы на перевозки будут сопоставимы с такси бизнес-класса.

В России проходят испытания похожего двухместного дрона, разрабатываемого стартапом «Ховер». Он тоже имеет размеры автомобиля и помещается на стандартное парковочное место, разгоняется до 200 км/ч и имеет дальность полета 100 км. При помощи четырех поворачивающихся колес этот аппарат может передвигаться и по земле – например, чтобы вырулить с парковки или заехать в гараж.

Немецкие разработчики делают ставку на самолеты с вертикальными взлетом и посадкой. Так, VoloConnect от компании Volocopter взлетает как дрон-гексакоптер, но дальше летит как самолет благодаря подъемной силе крыла и двум воздушным винтам. Максимальная скорость достигает 250 км/ч, а дальность полета – 100 км.

Lilium Jet: это конвертоплан, оснащенный сразу 36 электродвигателями с изменяемым вектором тяги, которые сначала обеспечивают вертикальный взлет, а затем – горизонтальный полет, для которого требуется в 10 раз меньше энергии. Скорость – до 300 км/ч, расстояние – до 300 км, салон вмещает пять пассажиров и багаж. Но управляет этим летательным аппаратом пилот.

Авиация будущего: какие новые разработки скоро станут обыденностью?Начало коммерческой эксплуатации конвертоплана запланировано на 2024 году, уже разработана маршрутная сеть между городами США и имеются договоренности с рядом вертодромов. Американский рынок считается наиболее готовым к таким перевозкам, которые будут примерно в 3 раза дешевле вертолетных. Например, трансфер из центра Нью-Йорка в аэропорт Кеннеди на вертолете сегодня стоит порядка $200, Lilium же обещает возить за $70.

Пока бизнес-модель с использованием существующих вертолетных площадок и пилотов выглядит реалистичнее, чем «летающие автомобили»: непонятно, кто и как будет управлять воздушным движением в условиях плотной городской застройки и что делать в случае их поломки.

Дроны

Разнообразные дроны для доставки различных легких грузов – это уже настоящее. Впрочем, пока подобные сервисы (обычно с едой) работают преимущественно в городках США с развитым частным сектором, а в других странах – в сельской местности: сбросить пиццу на лужайку перед домом гораздо проще, чем отправить ее таким же образом в многоквартирную многоэтажку.

Есть внутренняя «почта» на закрытых территориях предприятий. Серьезных кейсов, где дроны бы действительно решали какую-либо проблему, не так много – например, это деятельность компании Matternet, в которую инвестировал Boeing: она организует доставку анализов крови от больных детей в труднодоступных районах Африки. Раньше для подобных задач использовали вертолеты, что значительно дороже. Также Matternet занимается доставкой биологических образцов в паре больниц в США.

Авиация будущего: какие новые разработки скоро станут обыденностью?«Газпром нефть» в 2020 году провела испытания беспилотников для перевозки проб нефти. Их использование позволит вдвое сократить время доставки груза по сравнению с наземным транспортом и обеспечит стабильность перевозок проб нефти в любое время года, писала компания в пресс-релизе.

Amazon объявляла о планах использовать дроны для доставки покупок или различных грузов весом до 2 кг между частными лицами и даже запатентовала интересное техническое решение с расположением док-станций для дронов на опорах уличного освещения. Однако сейчас использование дронов в США ограничено аэрофотосъемкой и инспекцией объектов инфраструктуры, для перевозки грузов необходимо специальное разрешение, а управлять аппаратом должен пилот и только в светлое время суток в пределах прямой видимости.

Отчасти решить проблему поможет массовое внедрение сотовых сетей 5G – тогда летать можно будет не только в пределах зоны действия пульта дистанционного управления, но и везде, где есть мобильная связь. Существующие сети для этой задачи не подходят из-за более низкой пропускной способности (нет гарантии, что видеопоток в высоком разрешении будет транслироваться без сбоев) и, главное, высоких задержек (ping) – в 5G управление будет происходить в режиме реального времени.

Оставьте комментарий