Hvernig farþegavélar framtíðarinnar munu líta út

Ef tímafarar frá 1968 myndu finna sig á flugvellinum í dag myndu þeir sjá margar breytingar sem kæmu þeim á óvart. En flugvélarnar myndu líta furðu kunnuglegar út. Þrátt fyrir umtalsverðar endurbætur á efnum, vélum og flugvélum sem gerðu árið 2017 öruggasta ár flugsögunnar, atvinnuflugvélar eru enn svipaðar í byggingu og á sjöunda áratugnum. Reyndar fór Boeing 1960, ein mest selda farþegaþota sögunnar í mörgum útfærslum, fyrst á loft árið 737.

Þetta er vegna þess að atvinnuflug setur öryggi í forgang, aðhyllist sannreyndar lausnir og vegna þess að önnur þróun – til dæmis í efni og vélum – gerir það að verkum að hefðbundin hönnun á enn við. Hins vegar, þar sem iðnaðurinn leitar í örvæntingu eftir leiðum til að draga úr kolefnislosun, stendur hann frammi fyrir örlítið alvarlegri áskorun en aðrar atvinnugreinar, einmitt vegna þess að svo erfitt er að yfirgefa kjarnatækni hans. Kannski er kominn tími til að prófa eitthvað nýtt. Svo hvernig gætu flugsamgöngur litið út eftir 50 ár?

Lestu líka: Vopn Úkraínu sigurs: Westland Sea King þyrlur

Framtíð farþegaflugvéla

Í gegnum árin hafa nokkrar tilraunir verið gerðar til að breyta hugmyndafræði flugvélahönnunar. Á áttunda áratugnum var lofað framtíð hljóðrænna ferðalaga sem aldrei urðu að veruleika, nema fyrir takmarkað Concorde-flug. Hugmyndin um „blanda-væng“ flugvél svipað Northrop B-1970 laumusprengjuflugvélinni hefur verið sögð við einstaka sinnum, en hingað til án mikils árangurs.

Sambland af tæknilegum og fjárhagslegum ástæðum neyddi flugvélaiðnaðinn til að yfirgefa þessar frekar skrítnu tillögur og einbeita sér að kanónískari hönnun sem er venjan í dag. Munu næstu 50 árin halda áfram hæga, stöðugu leið síðustu hálfrar aldar? Munum við aftur sjá hraða tæknibyltinguna sem einkenndi flugið frá lokum fyrri heimsstyrjaldar og tungllendingar Apollo? Ekki láta blekkjast af augljósum skorti á stórbrotnum byltingum. Nokkrar stórar breytingar eru handan við hornið.

Lestu líka: Vopn Úkraínu sigurs: Storm Shadow / SCALP-EG stýriflaugar

Rafmagns flugvélar

Líklegt er að meirihluti skammflugsflugs verði rafknúinn á næstu áratugum og það mun breyta því hvernig við hugsum um flugferðir. Minni rafmótorar myndu gera kleift að dreifa þrýstingi svipað því sem notað er í X-57 frumgerð NASA. Minni hávaði og minni rekstrarkostnaður mun gera rafknúnum flugvélum kleift að fljúga mun nær stöðum þar sem fólk býr og vinnur.

Reyndar miða nokkur nýjustu rafmagnsflugvélaverkefni ekki aðeins að því að koma í stað flutninga á jörðu niðri á milli borga, eins og 9 til 12 farþega Zunum og Eviation hugtökin ætla að gera, heldur einnig innan þeirra. Fljúgandi leigubílar verða að veruleika mjög fljótlega, en það á eftir að koma í ljós hvort framúrstefnulegt útlit Vahana og CityAirbus hugtökin tákna raunverulega framtíðina. Í öllu falli er flug frá dyrum til dyra ekki einkaréttur rafflugvéla.

Þó það sé ekki nýtt hugtak, hefur notkun snúningsvéla, þ.e.a.s. flugvéla sem geta skipt úr lóðréttri lyftu yfir í fasta vængi, fram að þessu að mestu leyti verið bundin við bandaríska herinn.

Hins vegar er ítalski þyrluframleiðandinn Leonardo nú að undirbúa borgaralegt líkan fyrir sjósetningu í atvinnuskyni AW609, sem, ef vel tekst til, gæti hugsanlega umbreytt framkvæmda- og svæðisflugi. AW609 sameinar hönnunarþætti bæði flugvéla og þyrla.

Mörg fyrirtæki eru að þróa rafknúna framdrifskerfi fyrir flugleigubíla, samgönguflugvélar og rafknúin lóðrétt flugtak og lendingu (eVTOL) farartæki, sem mörg hver eru sjálfvirk. Til dæmis vinnur rafmótorframleiðandinn MagniX með rafhlöðuframleiðandanum H55 að því að breyta flugvélum Harbour Air, sem er staðsettur í Vancouver, í sjóflugvélaflugvél sem er alrafmagnsflota. Og ísraelska fyrirtækið Eviation hefur þróað Alice, fyrstu rafknúnu samgönguflugvél heims með rafhlöðutækni sem líkist farsíma og með flugdrægni upp á ~800 km.

Hybrid orka er önnur leið. Árið 2020 lauk ameríska sprotafyrirtækinu Ampaire 550 km tilraunaflugi með rafmótor í nefinu og hefðbundinni brunavél að aftan. Og svo er það vetni, sem hefur mikla möguleika ef hægt er að framleiða það úr kolefnissnauðum uppsprettum frekar en jarðefnaeldsneyti. Airbus fjárfestir mikið í tækninni sem þarf til að knýja flugvélar með vetni sem framleitt er úr endurnýjanlegum orkugjöfum í von um að geta einhvern tímann notað það til að knýja risaþotur sem ferðast langar vegalengdir án koltvísýringslosunar. Boeing er einnig að prófa eigin vetnisknúna flugvél.

Lestu líka: Saab JAS 39 Gripen - sem valkostur fyrir flugher Úkraínu: við komumst að því hvers konar flugvél það er

Í leit að hraða

Það er eitt svæði þar sem atvinnuflug virðist hafa farið aftur á bak, ekki fram á við. Áður var hægt að fljúga með hljóðhraða yfir Atlantshafið en í dag neyðast jafnvel þeir sem eru með dýpstu vasana til að sætta sig við undirhljóðshraða. Sumir gangsetningar eru að vinna að því að laga það.

Boom Supersonic, sprotafyrirtæki þar sem fjárfestar eru meðal annars Silicon Valley útungunarvélin Y Combinator og Japan Airlines, er að þróa viðskiptaþotu sem búist er við að fljúga á Mach 2,2 og kosta minna en Concorde.

Aerion AS2 er annað borgaralegt yfirhljóðflugvélaverkefni sem miðar að stjórnendaþjónustumarkaði. Þótt það sé enn á þróunarstigi státar það nú þegar af 2,4 milljarða dala pöntun frá hlutaþotufyrirtækinu Flexjet fyrir 20 af Mach 2 AS1,5 flugvélum sínum. En jafnvel þessi hraði bliknar við hliðina á háhljóðhraðanum sem sumir metnaðarfullir rannsóknaráætlanir spáðu fyrir um.

Spaceliner, verkefni undir forystu DLR, þýsku geimrannsóknastofnunarinnar, mun ferðast út á jaðar geimsins til að fljúga 25 sinnum hraðar en hljóðhraðinn. Þannig væri hægt að fljúga frá til dæmis London til Ástralíu á um 90 mínútum.

„Mjög oft í geimferðaiðnaðinum er áskorunin ekki tæknileg, heldur fjárhagsleg eða rekstrarleg,“ segir Rolf Henke, stjórnarmaður í geimrannsóknum hjá DLR, þýsku geimrannsóknastofnuninni. „Það hefur þegar verið talað um blandaða vængi á 1920. áratugnum og háhljóðflug hefur verið talað um síðan 1930, en þú þarft einhvern sem er tilbúinn að taka áhættuna og fjárfesta gífurlegar upphæðir.“

Hversu raunveruleg er bylting háhljóðflugvéla? Komumst við á þann stað þar sem nýjasta tæknin verður samhliða?

Lestu líka: 6 loftskeytaflugskeyti (ICBM) sem geta bundið enda á heiminn

Hugtakið "blandaður vængur"

Ein af tillögum verkfræðinga er "blandað vængjahúsið", sem ég hef þegar nefnt nokkrum sinnum. Þetta algjörlega nýja flugvélarform er svipað og „fljúgandi vængur“ hönnunin sem notuð er í herflugvélum eins og hinum helgimynda B-2 sprengjuflugvél, en blandvængur hefur meira rúmmál í miðhlutanum. Bæði Boeing og Airbus vinna að hugmyndinni, sem og þriðji leikmaðurinn, JetZero, sem er í Kaliforníu, sem hefur sett sér það metnaðarfulla markmið að taka flugvél með blönduðum vængjum í notkun strax árið 2030.

„Okkur er mjög alvara með leiðina að núlllosun í stórum flugvélum og flugvél með blönduðum vængjum getur veitt 50% minni eldsneytisbrennslu og útblástur,“ sagði Tom O'Leary, meðstofnandi og forstjóri JetZero. „Þetta er gríðarlegt stökk fram á við frá því sem iðnaðurinn á að venjast.

Þar sem blandaði vængurinn er eins konar blendingur á milli fljúgandi vængs og hefðbundins „rörs og vængs“ gerir blandaði vængurinn allri flugvélinni kleift að lyfta á sama tíma og draga úr dragi. NASA segir að þessi lögun „hjálpi til við að auka eldsneytissparnað og skapar stærra farmrými (farm eða farþega) í miðhluta yfirbyggingar flugvélarinnar. Stofnunin prófaði það á einni af tilraunaflugvélum sínum, X-48. Í um 120 tilraunaflugum á árunum 2007 til 2012 sýndu tvær mannlausar X-48 fjarstýrðar flugvélar fram á hagkvæmni hugmyndarinnar.

Að sögn O'Leary er eitt stórt tæknilegt vandamál sem heldur aftur af framleiðendum. „Það er þrýstingurinn í skrokknum sem er ekki sívalur,“ segir hann og bendir á þá staðreynd að slöngulaga flugvél sé betur í stakk búin til að takast á við stöðugar útþenslu- og samdráttarlotur sem verða í hverju flugi. "Ef þú hugsar um "rörið og vænginn", þá skiptir það álaginu - pípan ber álagið frá þrýstingi og vængirnir bera álagið frá beygju. En blandaði vængurinn sameinar þá í rauninni. Fyrst núna getum við gert þetta með samsettum efnum sem eru bæði létt og sterk.“ Þetta róttækan nýja form mun skila sér í flugvélainnréttingu sem lítur út og líður allt öðruvísi en breiðþotur nútímans. JetZero vonast til að hafa flugvélar sínar í notkun árið 2030.

Lestu líka: TOP-5 nútímalegustu kjarnorkukafbátar

Yfirhljóðflug

Tæplega hálfur tugur fyrirtækja keppast um að verða fyrst til að bjóða almenningi upp á háhljóðsferðir, áhugavert á tímum þegar mikið af fjárfestingum og nýsköpun í samgöngum beinist að því að þróa hreinni og loftslagsvænni valkosti sem nota minna eldsneyti eða önnur framdrifstækni, svo sem rafhlöður eða vetni.

Boom Supersonic, sem byggir í Denver, ætlar að frumsýna yfirhljóðræna farþegaþotu sína sem heitir Overture árið 2029. Gert er ráð fyrir að vélin taki á milli 64 og 80 farþega í sæti, að sögn Blake Scholl, forstjóra félagsins. Hún mun ferðast á Mach 1,7, sem er 1,7 sinnum hljóðhraði – meira en tvöfalt hraðari en hefðbundin farþegaþota.

Sérfræðingar í iðnaði segja að áhættufjármagn og sú hugmynd að yfirhljóðsflugvélar í atvinnuskyni hljómi eins og góð hugmynd hafi að miklu leyti stuðlað að endurvakningu verkefnisins.

Fyrirtækin segja að ný kynslóð þeirra af háhljóðsflugvélum muni hafa minna kolefnisfótspor, að miklu leyti vegna þess að þær verði knúnar með umhverfisvænu flugeldsneyti. Þetta eldsneyti er unnið úr landbúnaðarvörum, þar á meðal sojabaunum og dýrafitu. En gagnrýnendur segja að loforðið hunsi mikilvæg staðreynd. Til dæmis er ekki til nóg umhverfisvænt flugeldsneyti fyrir þær flugvélar sem eru til í dag. Og það sem er til er dýrara - að sumum áætlum tvisvar til fjórum sinnum dýrara en jarðefnaeldsneyti.

Og hvað sem eldsneytið er, þá er raunveruleikinn sá að háhljóðsflugvélar munu alltaf nota meira af því. Árið 2022 gætu háhljóðsflugvélar notað sjö til níu sinnum meira eldsneyti en hefðbundnar atvinnuflugvélar á meðan þær flytja færri farþega, samkvæmt rannsókn Alþjóðaráðsins um hreina flutninga. En NASA segir að háhljóðsferðir, að minnsta kosti í upphafi, muni standa fyrir mjög litlum hluta af heildarlosun koltvísýrings og mjög lítið brot af atvinnuflugi. Samt sem áður, þar sem flugfélög lofa að ná núlllosun kolefnis fyrir árið 2, segja sumir að það sé erfitt að sjá hvernig háhljóðsflugvélar passa inn í þann ramma.

Sérfræðingar hafa hins vegar efasemdir í ljósi þess hversu erfitt það er fyrir atvinnuflugfélög að halda sér á floti. Ofhljóðsflugvélar munu flytja færri farþega og nota meira eldsneyti. Ef þetta eldsneyti er umhverfisvænt flugvélaeldsneyti þá hækkar kostnaðurinn enn meira.

Hermeus, sem er í Atlanta, er aðeins eitt þeirra fyrirtækja sem skoða möguleikann á því að smíða enn hraðskreiðari, háhljóðræna farþegaþotu í atvinnuskyni. Á meðan háhljóðsflugvélar ferðast hraðar en hljóðhraðinn ferðast háhljóðsflugvélar á fimmföldum eða oftar þeim hraða.

Halcyon þota fyrirtækisins mun ferðast á Mach 5 – eða fimmföldum hljóðhraða. En fyrirtækið er opið um þær tæknilegu áskoranir sem það stendur frammi fyrir við að þróa svo hraðskreiða flugvél. Í dag, að sögn talsmanns þess, eru líkurnar á því að Halcyon fari í loftið innan við 50%, en þeir búast við að líkurnar batni með tímanum.

En jafnvel þá mun Hermeus – og öll sprotafyrirtæki – þurfa að sannfæra almenning um að trúa á verkefnið sitt og takast á við vaxandi áhyggjur af umhverfisáhrifum flugferða. Þetta getur verið erfitt verkefni.

Bjartsýni og spenna umlykja endurvakningu yfirhljóða ferðalaga og tæknin heldur áfram að þróast. Ofhljóðsflug opnar fyrir endalausa möguleika til rannsókna og nýsköpunar, sem innleiðir nýtt tímabil flugferða.

Ályktanir

Svo þó að við gætum þurft að bíða aðeins lengur með að fljúga framúrstefnulegum flugvélum morgundagsins, getum við samt einbeitt okkur að efnum og ferlum sem gera kolefnislausar flugvélar nútímans kleift. Spenntu beltin, ferðin er rétt að byrja.

Lestu líka:

• Bardagamenn af 5. og 6. kynslóð: hver er munurinn og hvar eru mörkin?
• Það sem þú þarft að vita áður en þú opnar vefsíðu