Oro pervežimų pramonė iki 2050 tikisi išaugti septyneriopai, o tai reikš keturis kartus išaugusią šiltnamio efektą sukeliančių dujų emisiją, nebent bus atlikti fundamentalūs pokyčiai. Bet koks būtent tas „fundamentalumas“ bus…

Orlaivių pramonė prognozuoja, kad iki 2050-ųjų oro kelionių padaugės septynis kartus, o neatlikus fundamentalių pertvarkymų, tai reiškia šiltnamio efektą sukeliančių dujų emisijos išaugimą keturis kartus. Bet būtent kokio „fundamentalumo“ šios permainos turės būti ir kaip jos pakeis mūsų naudojamus lėktuvus?

Svarbiausias orlaivių pramonės žingsnis link žalumo yra visiškas komercinės aviacijos elektrifikavimas. Tai reiškia nulines CO₂ ir NO_x emisijas, gaunant energiją iš tvarių elektrinių. Pagrindinis technologinis barjeras, kurį būtina įveikti, yra baterijų energijos tankis, matas, rodantis, kiek energijos galima gauti iš tam tikro svorio baterijos.

Tesla vykdantysis direktorius Elonas Muskas sakė, kad, kai baterijų energijos tankiui pasiekus 400 Wh/kg, o galios elemento santykiui su bendra mase 0,7 – 0,8, elektriniai transkontinentiniai orlaiviai taptų „patrauklūs“.

Turint galvoje, kad praktiškos ličio jonų baterijos 1994 m. galėjo pasiekti 113Wh/kg energijos tankį, o 2004 m. jau 202Wh/kg, ir dabar pasiekia maždaug 300Wh/kg, pagrįstai galime tikėtis sulaukti 400Wh/kg per ateinantį dešimtmetį.

Kitas aspektas yra fotovoltinių elementųeksponentiškas pigimas, padaręs juos pigiausiu energijos šaltiniu daugumoje JAV valstijų. Tikėtinas ličio jonų baterijų atpigimas 70 % iki 2025, ir spartus brangimas aviacinio žibalo reiškia, kad bus didelis ir didėjantis orlaivių naudojimo kaštų skirtumas, stipriai stimuliuosiantis elektrifikaciją. Kaip dažnai būna, šį perėjimą stabdys ne technologinės priežastys, bet ekonominė ir politinė inercija, veikianti prieš status quo pakeitimą.

Kol kas biokuras

Žinant, kad vidutinis keleivinių ir krovininių lėktuvų tarnavimo laikas yra 21 ir 33 metai atitinkamai, netgi jei nuo ryt visi gaminami orlaiviai būtų visiškai elektriniai, perėjimas nuo iškastiniu kuru varomų lėktuvų truktų porą, trejetą dešimtmečių.

Tuo tarpu biokuras gali pasiūlyti 36-85 % anglies emisijos sumažinimą, priklausomai nuo biokurui auginti naudojamos žemės tipo. Kadangi vieno kuro pakeitimas kitu yra gana paprastas, tai yra lengvai pasiekiama galimybė, kuria verta pasinaudoti, prieš visiškai atsisakant vidaus degimo variklių.

Nors biokuro ir žibalo reaktyvinių variklių kuro mišinys buvo sertifikuotas 2009 m., aviacijos pramonė permainų diegti neskuba. Yra nedidelės technologinės kliūtys ir biokuro gamybos masto didinimo iki pramoninio lygio problemos, bet pagrindinė kliūtis yra kaina – iki iškastinio kuro kainų lygio tebėra dešimt metų.

Bet kokios naujos lėktuvų technologijos priėmimas – nuo tyrimo iki dizaino, brėžinių, bandymų ir visiško integravimo – paprastai būna dešimtmetį trunkantis procesas. Tariant, kad vidaus degimo variklių bus atsisakyta iki šimtmečio vidurio, ekonominiu ir aplinkosauginiu požiūriu būtų išmintingiau inovacijas diegti kitose srityse: korpuso dizaine, medžiagų tyrimuose, elektros stūmos dizaine ir oro transporto kontrolėje.

Gyvybės įkvėpimas orlaiviui

Jei ENIAC kalkuliatorius aprūpintas 18 000 vakuuminių vamzdelių ir sveria 30 tonų, ateities kompiuteriuose gali būti vos 1 000 vakuuminių vamzdelių ir svers jis veikiausiai tik 1,5 tonos.

— Popular Mechanics, 1949

Kaip matome, gyvename eksponentinės technologijų kaitos pasaulyje. Norėdami suvokti ir pasinaudoti tuo, kuo galime pakeisti ateitį, turime nustoti galvoti linijiškai, kasdieniškai.

Kalbant skaičiavimo galios kainos terminais, dabar kompiuterinės technologijos tobulėja kas valandą labiau, nei per visus pirmuosius savo 90 metų. Turėdami tai omenyje, , galime projektuoti, kad dabartinis 1000$ kompiuteris iki 2023 bus galingesnis, nei potenciali žmogaus smegenų galia o iki 2045 viršys smegenų smegenų galią, atitinkančią visų žmonių smegenų bendrą pajėgumą.

Per pastarąjį pusę šimtmečio skaitmeninė elektronika mažėjo panašiai eksponentiškai, tranzistoriai susitraukė nuo maždaug 1000 nanometrų 1970-aisiais iki 23 nanometrų dabar. Artinantis iš grafeno pagamintiems daug žadantiems tranzistoriams, tikimasi, šis dydis toliau mažės iki maždaug 7 nanometrų 2025 m. Palyginimui, žmogaus raudonojo kraujo kūnelio (ertitrocito) skersmuo yra apie 6200-8200 nanometrų.

Apibendrinus šį skaičiavimo galios didėjimo ir komponentų mažėjimą, bei 3D spausdinimo progresą, kitame dešimtmetyje galėsime gaminti pakankamai galingus integruotus kompiuterius kontroliuoti orlaiviams praktiškai realiu laiku, belaidžiu ryšiu sujungtais nanodydžio skaitmeniniais prietaisais.

Naudojant biologijos įkvėptą skaitmeninę „nervų sistemą” su receptoriais, jaučiančiais jėgas, temperatūras ir oro srautus, drauge su orlaivio formą kontroliuojančiais ar netgi keičiančiais programiniais ir techniniais mechanizmais, galima drastiškai padidinti orlaivio energetinį efektyvumą.

Nukertama uodega

Sukūrus elektrinius orlaivius, kitas žingsnis bus integruoti stūmos sistemas, galinčias srautą nukreipti bet kuria kryptimi. Taip dings dabartiniam dizainui būtinų uodegos valdančių plokštumų būtinybė, kurios daug sveria ir sukelia pasipriešinimą.

Dabar kuriami sparnai jau dabar netoli nuo didžiausio aerodinaminio efektyvumo, bet vis vien neprilygsta tam, ką gamta pasiekė su paukščiais. Orlaivių dizaino šablonams jau šimtas metų – ribojami tų dienų galimybių, bet technologijos nuo tol pasistūmėjo. Mums nebereikia kurti sparnų kaip standžių struktūrų su atskirais valdymo paviršiais, ir įkvėpimo galime semtis iš gamtos. Kaip sakė Richardas Feynmanas:

Manau, gamtos vaizduotė nepalyginamai didesnė už žmogaus, ji niekada neleis mums atsipalaiduoti.

Pramonės žvilgsnis į ateitį

Žinoma, orlaivių pramonė nesnaudžia. Štai keletas ant jų braižymo lentų gimusių dizainų:

Komentarai (0)