Mėlynasis Angelas #1 – CDR Ryan Bernacchi
Mėlynasis Angelas #2 – LT Damon Kroes
Mėlynasis Angelas #3 – LT Nate Scott
Mėlynasis Angelas #4 – LT Lance Benson
Mėlynasis Angelas #5 – CDR Frank Weisser
Mėlynasis Angelas #6 – LT Tyler Davies

Boeing kompanija atskleidė savo pirmąją hipergarsinio, karinius ar civilinius klientus per vandenyną galinčio perskraidinti per porą valandų, keleivinio lėktuvo koncepciją. Debiutavęs Atlantoje vykstančioje konferencijoje, dizainas demonstruoja, kad aerokosminės pramonės milžinas pasirengęs varžytis dėl šio aukštai skriejančios aviacijos ateities.

„Greitis turi nepaneigiamą vertę,” sako Kevinas Bowcuttas, Boeing Research & Technology hipergarsinės technikos vyr. technologas.

Boeing yra stambus hipergrasinių – greitesnių, nei 5 machai – skrydžių žaidėjas. Kompanija šioje srityje darbavosi nuo 1956 metų, gerino greičio rekordus su X-15 ir pristatė kitus eksperimentinius lėktuvus, tokius, kaip X-43 ir X-51. Pasak Bowcutto, Boeing žinias ir know how semia iš bandymų dešimtmečių, ir tai gali tapti kompanijos tūzu kišenėje, konkuruojant ne tik su tokiomis JAV firmomis kaip Lockheed Martin, bet ir su Kinijos ir Rusijos inžinieriais

Kaip pasiekti 5M

Nors Boeing parodytas lėktuvas tėra koncepcija ir kol po 20 ar 30 metų ims skraidyti, dar tikrai pasikeis, Bowcuttas gali parodyti, kokie inžineriniai sprendimai panaudoti tokiame aparate.Pakylant 5M greičio nereikia. Ir nenorėtumėt. Boeingo dizaineriai planuoja panaudoti plačiame greičių diapazone galintį veikti komercinį turboventiliatorinį variklį, kuris pasitrauktų, lėktuvui siekiant hipergarsinio greičio – tradicinio variklio ventiliatoriaus mentės tokio greičio neatlaikytų ir suirtų. Skrendant hipergarsiniu greičiu, ventiliatoriaus menčių ir šiaip nereikia – orą suspaudžia pats orlaivis.

„Greitis turi nepaneigiamą vertę”

Todėl moderniausi hipergarsiniai orlaiviai išties įspūdingiems greičiams pasiekti naudoja tiesiasrūvius oro reaktyvinius (TOR) variklius, kuriuose oras suslegiamas paties lėktuvo judėjimu. „Turbininiuose TOR varikliuose oras būtų nukreipiamas taip, kad aplenktų (turboventiliatorinį) variklį ir patektų į kombinuotą forsažo kamerą,” sako Bowcuttas. „Ta pati forsažo kamera veiktų kaip TOR.” TOR variklis orlaivį įgreitintų iki 5M, tad, iš Niujorko į Tokiją būtų galima nuskrieto per maždaug dvi valandas.Skraidant tokiais greičiais, būtina radikaliai pakeisti orlaivių dizainą. Pavyzdžiui, didėjant orlaivio greičiui, mažėja kėlimo jėgos ir oro trinties santykis (dalykas, laikantis orlaivį ore).

„Turime labai stengtis, kad trintis būtų kuo mažesnė,” pažymi Bowcuttas. „Todėl naudojami tokie smailūs kampai ir atgal nulenktos briaunos.“Hipergarsinių orlaivių uodegos irgi kelia iššūkį. Viršutinės sparnų briaunos kuria išsiplėtimo bangas, nukreipiančias oro srautą nuo lėktuvo. Taip sukuriamos labai žemo slėgio zonos, trukdančios veikti lėktuvo krypties vairams ir stabilizatoriams,„Mažame oro slėgyje uodega neveikia efektyviai — jai nepakanka sudaromo slėgio,” sako Bowcuttas. „Tad hipergarsinius lėktuvus reikia kurti taip, kad jo uodega visada būtų didelio slėgio sraute.” Boeing šią užduotį išsprendė, perskirdama uodegą, nulenkdama ją atgal ir išdėstydama ten, kur ji gali naudotis aukštesnio slėgio oro srautu, – todėl galinė dalis tokia keista.

Įsiurbiamas vėjas

Kuo greičiau lėktuvas skrenda, tuo mažiau traukos jo varikliai sukuria iš to paties oro kiekio. Tai viena iš priežasčių, kodėl greičiau skrendančių lėktuvų varikliai daromi didesni. Boeing pateiktame vaizde matomas lėktuvas sukurtas taip, kad nukreiptų kuo daugiau oro į variklius, dėl to nuožulnus fiuzeliažas iš esmės yra sukurtas nukreipti orą į variklį. „Reikia pasinaudoti lėktuvu, kad būtų paimama kuo daugiau oro,” sako Bowcuttas.Į variklį patekęs toks greitas oro srautas sulėtėja, o tai sukuria nepageidaujamą karštį. Tad orlaiviui reikės su šiuo karščiu pajėgsiančios susidoroti aušinimo sistemos, ir Bowcutto teigimu, Boeing ketina tam panaudoti skystą kurą, pavyzdžiui, metaną, kuris veiktų ir kaip aušiklis. Gabenamiems keleiviams aušinimas irgi bus gan svarbu, nes orlaivio išorė (tikriausiai ji bus gaminama iš titano) nuo trinties su oru įkaista iki 600 °C.

„Mažame oro slėgyje uodega neveikia efektyviai — jai nepakanka sudaromo slėgio”

Koncepcija atveria ir dar vieną aspektą – skrydžio aukštį. Lėktuvas skrieja maždaug 95 000 pėdų (29 km) aukštyje, ir tai nėra meninis sumanymas. To priežastis yra dinaminis slėgis, kurį sukuria oro srautas ir kuris labai svarbus visiems skrydžiams. Važiuodami greitkeliu, iškiškite ranką per langą ir keiskite jos kampą, – štai jums pamoka apie dinaminį slėgį.Oro tankis yra svarbiausias lėktuvus ore laikančio dinaminio slėgio lygčių faktorius. Tad, didėjant greičiui, dinaminis slėgis pasiekia pavojingą lygį. 30 000 pėdų aukštyje skriejantis hipergarsinis aparatas nuo jo veikiausiai subyrėtų. Bet 95 000 pėdų aukštyje oras retesnis, ir dinaminio slėgio lygtys tam pačiam orlaiviui leidžia saugiai skrieti.

Lenktynės prasidėjo

Boeing hipergarsiniai siekiai paviešinti 2018. Anksčiau šiais metais kompanija parodė hipergarsinį žvalgybos droną, kuris varžysis su Lockheed Martin bepilote SR-71 Blackbird pamaina.Didelių greičių keleivinių lėktuvų srityje Boeing laukia konkurencija. Toliausiai pažengusi yra Airbus remiama Nevadoje įsikūrusi Aerion Corporation ir jos AS2 viršgarsiniai verslo lėktuvai. Tikimais, jie pasieks 1,5M — bet talpins tik 12 keleivių. Kompanija tikisi parengtį jį skrydžiams 2023 metais. Šiais metais Kinija pademonstravo unikalų hipergarsinio keleivinio lėktuvo dizainą. Jame didelio greičio sukeliamas aerodinamines jėgas padės įveikti visa papildoma uodega.Naujuosiuose lėktuvuose gali nelikti langų. Bowcuttas sako, kad keleiviai, o gal net ir pilotai turės virtualius, o ne fizinius langus, į išorės vaizdai į juos bus perduodami iš kamerų. „Tokiame aukštyje matosi Žemės išlinkis ir ir kosmoso juodumas,“ sako jis. „Tai bus įspūdingas vaizdas.”

Oro eismo kontrolierius nusprendė į pagalbą pasitelkti kitus netoliese dirbusius pilotus. „American Airlines“ pilotas iš pradžių pats suglumo išgirdęs tokį prašymą, tačiau jau po minutės patvirtino – „Taip, kažkas ką tik praskrido virš mūsų. Nežinau, kas tai buvo, tai nebuvo lėktuvas. Bent 2-3 tūkstančiai pėdų virš mūsų“. Vėliau pasakojimas pasisuka tiesiai fantastinių filmų siužeto linkme – pilotas pareiškė, kad NSO švietė arba bent jau atspindėjo šviesą.

Kas tai galėjo būti? Pilotai patys užsiminė, kad tai galėtų būti koks nors balionas. Norint į tokį aukštį iškelti balioną būtina pranešti oro eismo kontrolieriams, o jie apie jokius pilotuojamus ar nepilotuojamus orlaivius toje teritorijoje negirdėjo. Be to, objektas buvo gana didelis – jį turėjo aptikti radarai. Pilotai negali pasakyti, ar jis lėtai skrido vakarų kryptimi ar tiesiog kabojo vietoje. Aišku, kadangi oro eismo kontrolierius apie šį objektą iš anksto nežinojo, keliama versija, kad tai gali būti koks nors naujas bandomas ginklas. Tačiau Albukerkės oro eismo kontrolės centro atstovas pareiškė, kad jie kasdien dirba ir su karinėmis pajėgomis, ir su civiliais tyrėjais ir niekas – nei bandomi orlaiviai, nei meteorologiniai balionai, neprasprūsta pro centro darbuotojų akis.

Kad ir kaip keistai tai skambėtų, tokių incidentų skaičius auga. 2017 metų spalio pabaigoje į orą buvo pakelti naikintuvai, kai keli pilotai pranešė apie NSO panašiame aukštyje. Keleivinių lėktuvų pilotai dažnai pasakoja apie neatpažintus skraidančius objektus, kuriuos jiems yra tekę sutikti savo darbe. Tačiau daugelį jų galima paaiškinti meteorologinių tyrimų įranga. Šie naujausi atvejai yra išskirtiniai tuo, kad po incidento praėjus kelioms savaitėms ar mėnesiams tiksliai nežinoma, kas tai galėjo būti.

Vienos iš didžiausių Europos oro linijų, EasyJet, paskelbė planuojančios per ateinantį dešimtmetį pradėti naudoti elektra varomus lėktuvus. EasyJet šią viziją sieks įgyvendinti, bendradarbiaudama su aviacijos startuoliu Wright Electric.

Kompanijos tikslai ambicingi: siekiama gaminti 120 ir 220 keleivinių vietų lėktuvus, galinčius nuskrieti 540 kilometrų. Tiesą sakant, tai taip ambicinga, kad buvau nusiteikęs kiek skeptiškai, ar kas nors tokius planus gali vertinti rimtai.

Fundamentali problema yra fizikinė: turboreaktyvinių kuro energijos tankis yra daug, daug kartų didesnis už elektros baterijos energijos tankį. Todėl įprasti lėktuvai vieną kartą įsipykę kuro, gali nuskrieti tūkstančius kilometrų, kai tuo tarpu elektrinių lainerių energijos atsargos išsektų, įveikus vos nedidelę dalį šio atstumo.

Tačiau dar yra nemažai vietos elektrinių lėktuvų technologijų tobulinimui, teigė NASA mokslininkas Seanas Clarke’as elektroniniame laiške Ars.

„Elektrinės varos sistemos rinkoje gali pasirodyti greičiau, nei tikitės, nes jos gali būti daug efektyvesnės,“ sakė Clarke’as Ars.

Nuolat tobulėja ne tik baterijos, bet dar yra kur patobulinti ir elektros variklius ir taip nuskristi toliau su jau esamomis baterijomis, teigė Clarke’as.

Yra ir kitas būdas pasinaudoti elektrinių lėktuvų pranašumais, pasiekiant visai padorius nuskrendamus atstumus. Seattle įsikūręs startuolis Zunum Aero kuria elektrinį lėktuvą, kuriame baterijų galia pajungiama su įprastu generatoriumi. Zunum tikisi, kad pirmasis jų lėktuvas, kurį tikisi išleisti kito dešimtmečio pradžioje, galės nuskristi 700 mylių [~1130 km] – pakankamai toli, kad būtų galima aptarnauti daug populiarių trumpų reisų JAV ir visame pasaulyje.

ELEKTRINIAI LĖKTUVAI PLEČIA BATERIJŲ TECHNOLOGIJŲ RIBAS

Aviacinio kuro specifinė energija yra 12 000 Wh/kg, sakė Clarke’as Ars. Palyginimui, baterijų sistemų atitinkamas rodiklis yra maždaug 200 Wh/kg. Kitaip tariant, aviacinis kuras yra maždaug 60 kartų efektyvesnis energijos nešiklis už baterijas. Padėtį šiek tiek taiso faktas, kad elektros varikliai yra maždaug tris kartus efektyvesni nei turboreaktyviniai. Bet tai vis vien reiškia, kad su kilogramu kuro galima nuskrieti daug toliau, nei su kilogramu baterijų.

Pasak Clarke’o, vienas iš geriausių rinkoje esančių elektrinių lėktuvų, Alpha Electro, gali nuskrieti ~80 mylių (~130 km). Tai mažutė dalis atstumo, kurį įveikia įprastu kuru varomi lėktuvai – ir daug mažiau, nei 335 mylios (540 km), kurios EasyJet skelbia savo pranešime spaudai.

Clarke’as, NASA eksperimentinio X-57 elektrinio lėktuvo projekto vadovas, Ars sakė, kad nepaisant baterijų energijos apribojimų, elektriniai orlaiviai yra perspektyvi kryptis.

Baterijų technologijos lig šiol tobulėjo po maždaug 7% per metus. Jei toks progreso tempas išliks, po dešimties metų jose tilps maždaug dvigubai daugiau energijos, nei dabar.

Be to, efektyvumas didėja, perkuriant lėktuvus, kad jie veiktų su elektros varikliais, kurie yra lengvesni ir patikimesni už įprastus turboreaktyvinius variklius.

Pavyzdžiui, Clarke’as planuoja perkelti X-57 propelerius prie sparnų kraštų. „Taip galėtų padidėti lėktuvo efektyvumas dėl mažesnio pasipriešinimo, sukeliamo daugumos sparnų galuose keliamų sūkurių. Su kurą deginančiais varikliais to įgyvendinti neįmanoma, nes jie per sunkūs, kad būtų galima montuoti sparnų galuose,“ sako jis.

O be to, „lėktuvai privalo skristi, net ir su neveikiančiu varikliu, kas būtų neįmanoma, jei vienintelis veikiantis variklis yra sparno gale. Elektros varikliai gali tapti tokie patikimi, kad jo visiškas neveikimas taps itin menkai tikėtinas.“

PEREITI GAL PADĖTI HIBRIDINĖS SISTEMOS

Jeffas Engleris yra Wright Electric startuolio, kitą dešimtmetį patieksiančio EasyJetkeleivinius lėktuvus, vykdantysis direktorius. Ketvirtadienį duodamas interviu Ars, Engleris pripažino, kad projektuojamas 335 mylių nuskrendamas atstumas dabartinėmis ličio jonų baterijomis nėra pasiekiamas ir kad ličio jonų baterijų technologijos gali netobulėti taip sparčiai, kad tikslas galėtų būti pasiektas kitą dešimtmetį.

Tačiau lėktuvo dizaino kūrimas tebėra ankstyvosiose stadijose ir Engleris sako, kad kompanija svarsto kelis alternatyvius sprendimus. „Žvalgomės ir į kitas baterijų technologijas: ličio–sieros, aliuminio–oro, ir kuro elementų,“ sakė jis Ars.

Wright Electric taip pat svarsto ir hibridinio sprendimo galimybę, sakė Engleris, kai „turbininiai varikliai naudojami nuskrendamo nuotolio didinimui.“ Tokio būdo pranašumas – saugumo padidinimas, nes lėktuvui visada reikia papildomo kuro dėl viso pikto, pažymėjo jis. Papildomas kuras daug lengvesnis už papildomas baterijas, o atliekamas kuras dažniausiai nebūna sudeginamas, tad ir jo įtaka aplinkai minimali.

Zunum Aero planuoja gaminti hibridinius lėktuvus, tad jie gali pasiūlyti didesnius skrydžio nuotolius, nei planuoja EasyJet.

„Mūsų lėktuvas turėtų nuskristi 700 mylių kito dešimtmečio pradžioje, o iki ketvirtojo dešimtmečio šis atstumas turėtų padidėti iki 1000 mylių (1600 km),“ sakė Zunumpardavimų vadovė Sandi Hwang Adam penktadienį, telefonu duodama interviu Ars.

Zunum planuoja pradėti nuo nedidelių, skirtų 10 – 50 keleivių, lėktuvų gamybos. Adam sakė, kad elektriniai lėktuvai turėtų kelti 75 procentais mažiau triukšmo už įprastinius. O anglies emisijos galėtų būti mažesnės net 80 procentų.

„Sukūrėme orlaivį taip, kad baterijos technologija jam būtų nesvarbi,“ sakė ji Ars. Iš pradžių orlaiviai stipriai priklausts nuo lėktuve esančių papildomų generatorių tiekiamos energijos. Tačiau baterijas bus lengva pakeisti“, pabrėžė ji. Atsirandant vis didesnio energijos tankio baterijoms, oro linijos galės pakeisti jas jau turimuose lėktuvuose, ir taip gauti daugiau energijos iš baterijų ir mažiau – iš iškastinio kuro deginimo.

Elektriniai orlaiviai įprastų lainerių greitai dar nepakeis. Didžiulis energijos tankio skirtumas reiškia, kad tolimieji skrydžiai liks įprastinių orlaivių veiklos sritimi dar ilgai. Bet Adam, Clarke’as, ir Engleris jau turi viziją ateities, kurioje trumpų nuotolių skrydžiai – šimtų, o ne tūkstančių mylių – atliekami hibridiniais, o galiausiai, ir visiškai elektriniais lėktuvais. Šie vietiniai skrydžiai sudaro nemenką visų skrydžių dalį. Elektriniai lėktuvai gali padaryti šiuos skrydžius tylesniais, efektyvesniais ir mažiau kenkiančiais aplinkai.

Šiame 13 dalių pasakojime apie elektrinius lėktuvus, pramonės analitikas Bjornas Fehrmas buvo kiek pesimistiškesnis už kalbintus NASA ekspertus. Jo išvadas galite perskaityti galutiniame serijos apibendrinime. Fehrmo nuomone, baterijos tiesiog per sunkios, kad vien jomis maitinami lėktuvai per dešimtmetį taptų praktiški. Hibridai teikia daugiau vilčių, sako jis, bet kažin ar ir jie taps ekonomiški per kitą dešimtmetį.

Kaip bebūtų, daug priklauso nuo baterijų energijos tankio progreso. Tankiui didėjant, hibridinės sistemos tampa efektyvesnės, nes baterijos gali tiekti daugiau galios lėktuvui kylant, tad orlaiviui pakanka mažesnių ir lengvesnių generatorių. Taigi, jei baterijų technologijos vystysis sparčiau nei numatoma – o į elektromobilių verslą tekantys milijardai gali paspartinti baterijų kūrimą – tada hibridiniai lėktuvai gali tapti realybe santykinai greitai.

Atrodo aišku, kad iš pradžių elektros energija eis trumpiausiu keliu, skins žemiausiai kabančius vaisiu, o baterijoms tobulėjant, kils į aukštesnes rinkas. Elektros energija gali atverti galimybes mažiems, vertikaliai kylantiems, miesto transporto orlaiviams, o tik po to tapti prieinamu variantu trumpiausiems įprastiems komerciniams maršrutams. Kol elektriniai lėktuvai galės konkuruoti su įprastiniais laineriais ilgesniuose maršrutuose, dar teks ilgai palaukti.