Вероятное будущее гражданской авиации к 2050 году

Автор оригинала: Ashley Dove-Jay
  • Перевод


В подавляющем большинстве случаев в отпуск и по делам мы летаем на самолетах, и зачастую стоимость билетов составляет существенную долю бюджета поездки. Но прогресс в авиации не стоит на месте, и с развитием техники мы сможем летать дальше за сравнимую цену, или летать дешевле. Какой же видится гражданская пассажирская авиация будущего?

К 2050 году ожидается семикратное увеличение воздушного трафика и четырехкратное увеличение загрязнения окружающей среды выбросами газа. Чтобы этого избежать, должны произойти фундаментальные изменения в авиации. Но насколько «фундаментальны» должны быть эти изменения и какое это окажет воздействие на воздушный транспорт, которым мы пользуемся?

Пожалуй, одной из главных перемен должен стать переход к «зелёной» авиации — полная электрификация пассажирских самолётов. Никаких выбросов углекислого газа и оксидов азота, питание от батарей. Главный технологический барьер, который нужно преодолеть — это плотность энергии, определяющая генерируемую батареей определенного веса.

CEO Tesla Элон Маск как-то сказал, что когда батареи будут способны производить 400 Ватт/кг в час с соотношением элемента питания к общей массе 0,7-0,8, трансконтинентальная электрическая авиация станет вполне реальной.

Учитывая, что в 1994 мощность литий-ионных аккумуляторов достигала 113 Вт*ч/кг, в 2004 — 202 Вт*ч/кг, а сейчас приблизительно 300 Вт/кг, можно уже говорить о том, что в ближайшие 10 лет будет достигнута мощность в 400 Вт/кг.

Также важный аспект — экспоненциальное падение стоимости солнечных панелей, которые уже стали самым дешевым источником энергии в большинстве американских штатов. Ожидаемое семидесятипроцентное уменьшение стоимости литий-ионных батарей и стремительный взлет наблюдаемый в ценах керосиновых двигателей означает большой и растущий разрыв в стоимости источников энергии для авиации, который отлично послужит электрификации. Как часто бывает, причины, замедляющие переход на электричество не в технологиях, а в политической и экономической инерции за сохранение статус-кво.



В ожидании электричества


Учитывая среднюю продолжительность службы пассажирских и грузовых самолётов на уровне 21 и 33 лет соответственно, даже если завтра весь авиапарк станет электрическим, отказ от ископаемых углеводородов займёт 20-30 лет.

В то же время, использование биотоплива обещает снижение выброса углекислоты в диапазоне 36-85%. Это сильно зависит от типа почвы, на котором будет произрастать конкретное растение. Хотя гибридная биотопливно-керосиновая смесь была сертифицирована для использования в авиации ещё в 2009 году, индустрия не торопится внедрять новинку. Есть определённые технические препятствия и трудности на пути к увеличению производства биотоплива до промышленных масштабов. Но главный фактор — цена, она сравнится с традиционным керосином лишь черезнесколько десятилетий.

Адаптирование любой авиационной технологии — исследования, прототипы, тестирование, интеграция — обычно занимает около 10 лет. Так что если учесть, что переход на новое топливо произойдёт в середине столетия, то сегодня уже имеет смысл сосредоточиться на иных инновациях: иных аэродинамических профилях и схемах, материалах и т.д.

Воплощая авиацию в жизнь



В то время как калькулятор ENIAC оснащен восемнадцатью тысячами электронных ламп и весит 30 тонн, компьютеры будущего смогут работать всего на тысяче электронных ламп и, возможно, будут весить полторы тонны. — Popular Mechanics, 1949

Мы живем в мире экспоненциальных изменений в технологиях. Если считать по вычислительной мощности, то сейчас компьютерные технологии за каждый час продвигаются дальше, чем за последние 90 лет. Учитывая это, мы можем прогнозировать, что эквивалент сегодняшнего компьютера за 1000$ к 2023 году будет мощнее, чем потенциальная производительность мозга человека, а к 2045 году превысит производительность мозга всех людей вместе взятых. Конечно, на самом деле такой рост маловероятен, но несомненно, что он будет очень значителен.

Миниатюризация цифровой электроники в последние полвека следовала аналогичному экспоненциальному тренду, из-за уменьшения размеров транзисторов с 1000 нанометров в 1970 до 23 нанометров сегодня. А если вспомнить про многообещающие графеновые транзисторы, то размер может упасть примерно до 7 нанометров к 2025. Для сравнения, размер клетки крови человека 6200 — 8200 нанометров.

Сочетание увеличения мощности и уменьшения размеров, вкупе с прогрессом в области 3D-печати, в какой-то момент в следующем десятилетии может позволить создавать встроенные компьютеры достаточной мощности для контроля авиации в реальном времени.

Используя вдохновленные биологией «нейронные системы» с рецепторами, определяющими температуру воздуха, силу ветра, положение самолета в пространстве и т.д., можно значительно повысить энергоэффективность авиации.

Рубим хвост


Когда будет создана электрическая авиация, следующим шагом станет интеграция карданной двигательной системы, которая радикально улучшит маневренность. Таким образом отпадет необходимость в элеваторах, рулях направления и хвостовых стабилизаторах, без которых не обходится почти ни один самолет в мире.



Крылья, которые мы уже создаем, близки к совершенству с точки зрения аэродинамической эффективности, но все еще не могут сравниться с крыльями птиц. Наше представление о принципиальной конструкции самолета осталось на уровне начала 20 века, но технологии уже существенно продвинулись вперед. Нам больше не нужно конструировать крылья как жесткие структуры с дискретным управлением, мы можем обратиться к природе за вдохновением. Как сказал Ричард Фейнман:

Я думаю, что воображение природы гораздо лучше человеческого, она никогда не дает нам расслабиться.




Взгляд в будущее пассажирской авиаиндустрии


Индустрия, естественно, не бездействует Вот некоторые из их проектов, правильнее даже сказать, — концепты, — пассажирских самолетов будущего:

E-Thrust. EADS



Boeing & NASA



Airbus 2050



Электрическая авиация. NASA



Prandtl Plane air freighter. Университет Пизы

Airbnb
Компания

Похожие публикации

AdBlock похитил этот баннер, но баннеры не зубы — отрастут

Подробнее
Реклама

Комментарии 31

    0
    Очень захватывающая статья, заинтересовало сравнение с клеткой крови. Насколько я помню из школьного курса биологии – в человеческом теле есть и клетки длиной десятки сантиметров.
      0
      Похоже в щколе я что-то не так понял. Гугл не дает информации по этой длинной клетке, которая, как я предполагал, находится где-то в бедре.
    +19
    А эти «концепты» – это концепты инженеров, или дизайнеров? А то я тоже могу нарисовать что-нибудь футуристическое и обозвать «концепт самолёта будущего».
      0
      Последняя фотка — точно дизайнеры. Биплан был признан тупиковой веткой еще в 30х годах прошлого века.
        0
        Это не биплан строго говоря. Там хвостовое оперение такое.
      0
      А пока это все наступит не стоит забывать о том, что уже когда-то себя показало.
        0
        А я думаю (надеюсь), что люди будут обмениваться мыслями с помощью нейроинтерфейсов, присутствовать где угодно с помощью суррогатов, в то время как самолеты будут в основном перевозить материалы для 3D-принтеров.
        Если исходить из такого будущего, то лайнеры на большое количество человек станут не нужны.
          +4
          И летать они будут со скоростью 300 км/ч?
          Лучше бы снова что-то услышать о проектах водородных реактивных двигателей.
            0
            Сам только за, но сравните энергию от литра (именно литра, не килограмма) топлива Т-1 и жидкого водорода, вы ведь бензин на заправке тоже литрами покупаете. Задача решаемая — но нужно весь парк авиации спроектировать с нуля и обновить.
            0
            Все эти футурологические прогнозы, особенно оптимистичные, радуют конечно. И я даже верю, однако у меня в голове постоянно нестыковочка выходит: Допустим люди будут осваивать эти технологии с такой же скоростью, как в прогнозах, но как же общество будет так быстро адаптироваться и принимать эти технологии?

            Выход из этого я вижу только один — дать всем бессмертие и вечную молодость. Иначе старики и зрелые просто не будут понимать что вообще происходит вокруг них.

            Я что-то не понимаю, или есть какой-то другой выход?
              –1
              В данном контексте бессмертие, наоборот, принесёт только вред – посмотрите вокруг, люди, в большинстве случаев, сильно держатся за привычное и отторгают что-то новое, даже если оно сильно лучше. Зато новое поколение уже не имеет такого скептицизма, т.к. с рождения знакомо с новыми штуками.

              Поэтому есть очень немаленький шанс, что бессмертие (в смысле отсутствия старения, а не полной неуязвимости) для каждого человека приведёт к стагнации (или замедлению) развития цивилизации. Особенно, учитывая сильно бОльший страх смерти – ведь сейчас вы теряете, в лучшем случае, несколько десятков лет, а при вечной молодости можете потерять тысячи и десятки тысяч лет жизни.
                +1
                Я предполагаю, что если человек будет вечно оставаться «студентом», то его интерес к жизни не будет угасать.

                На крайняк можно придумать какой-то стимулятор или гормон, который будет держать психику человека и интерес к жизни в тонусе.

                Строго говоря вопрос абсолютно не изучен и пока что любые обсуждения по счету бессмертия бессмыслены. Однако я могу заявить, что человечество наверняка «опробует» его на собственной шкуре.
                  0
                  >стимулятор или гормон, который будет держать психику человека и интерес к жизни

                  Да сразу к матрице уже подключать :)
                    0
                    Будут враги — будет и стимул. Инстинкт самосохранения) Да даже не враги, а вообще любая внеземная цивилизация может повысить интерес всех людей к космосу. Ну или же наоборот устрашить…
                    • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
                        0
                        starikstd
                        Стариков относить в горы. Нафиг не нужная биомасса.
                  +2
                  Только вы забываете, что для бессмертных скорость технического прогресса не сильно и важна. Она важна для короткоживущих людей — быстрей бы успеть. Куда спешить бессмертным?
                    +1
                    Это одно из популярных заблуждений. Принято считать, что инновации прежде всего генерирует молодежь, и чем позже человек родился, тем более он открыт новому, но в реальности все не так линейно. Фактически речь идет о противостоянии двух трендов, где консервации способствует собственно биологическое старение, а более дружественному отношению к инновациям и реальному социальному прогрессу (не просто стихийным переменам) — развитие человеческого интеллекта, которое тоже происходит с возрастом, пока его не начинает гробить старение.

                    Так что когда мы победим старение, то по определению сможем пробить текущий пик IQ и двигаться вперед пусть даже менее хаотично, но более результативно (в «ядре» цивилизации; для экспериментов всегда можно выделить фронтир, и изобилие жизненного времени как раз будет этому способствовать).

                    Никакого замедления развития цивилизации не будет хотя бы потому, что сейчас цивилизация краткоживущих людей выделяет крошечную долю своих ресурсов собственно на развитие (исследования космоса и вообще науку) — большая часть уходит на развлекательно-потребительскую фигню и реализацию прочих обезьяньих инстинктов, в т. ч. на размножение. Человек сегодня не успевает толком созреть и одуматься, как общество и природа гонят его добиваться «статуса» в игре с нулевой суммой и производить себе замену, причем в сжатые сроки, без учета компетенции и готовности к этому. Лично я считаю такой уклад жизни пещерным веком и стремлюсь как можно быстрее превратить его в «вечную молодость» в масштабах общества (для начала — хотя бы увеличить «окна продуктивности» в разы, на десятки лет, и сломать само представление о необратимости старения). Представьте, что никому не нужно никуда спешить, не нужно отказываться от интересной профессии в пользу сиюминутно прибыльной (и бестолковой), не нужно (особенно женщинам) судорожно метаться в поисках брачного партнера и циклиться на этом всю жизнь, можно годами путешествовать, менять профессии, изучать новое; наконец, можно отправить какой-нибудь межзвездный зонд и дождаться ответа, ну и вообще увидеть технологии будущих веков (и поучаствовать в их разработке). Есть такая популярная ошибка, будто человеческой деятельностью движет прежде всего страх не успеть — но достаточно посмотреть на ребенка или глубоко увлеченного творческого человека, гика и т. д., чтобы понять, что от того, что на смену мотивации страхом придет мотивация свободой, человечество по любому только выиграет.
                      0
                      Если продлить жизнь ныне живущих людей раза в два, то им уже можно быть практически уверенными, что они будут в будущем бессмертны (биологически конечно).
                        +1
                        Вот и замечательно — будет достигнута т. н. скорость убегания (longevity escape velocity). Хотя если говорить строго, сама постановка задачи «продлить жизнь ныне живущих в N раз» имеет не больше научного смысла, чем «увеличить в N раз температуру по Цельсию». То есть, конечно, можно достигнуть именно такого результата для конкретного человека или группы людей, или даже в среднем по человечеству в какой-то период (если считать задним числом); но весь фреймворк целей следует задавать в таких терминах, как уровень смертности для группы людей определенного возраста и набор показателей здоровья (который еще нужно формулировать) — для людей. Потому что если сделать просто препарат, который замедляет процессы старения, как в некоторых экспериментах у мышей, то для разных людей он увеличит ПЖ по-разному в зависимости от их текущего возраста. Но за этим препаратом последуют другие препараты и технологии, и потому реальная ПЖ тех, кто дожил, будет в среднем еще выше ожидаемой. Если бы этот процесс шел медленно по сравнению с жизнью человека, как в произведениях И. А, Ефремова или как происходило в 20 веке со средней ПЖ, то мы бы просто эволюционировали (с помощью медицины) с 25/75 в одном веке до 30/90 в другом, затем 40/120, 50/150 и т. д.; что-то такое до сих пор предполагают некоторые скептики. Но эта парадигма себя исчерпала и нужно учиться не просто замедлять старение, а фиксить его. Попросту говоря: в современном обществе старение устарело, оно все больше входит в противоречие как с жизненными ожиданиями и гуманистическими ценностями, так и с требованиями экономики и технологий, и потому подлежит искоренению как инфекционные заболевания, рабство, бедность и т. д. — сколько бы времени это не заняло.
                  +2
                  Некрасивые самолеты не летают
                  Приписывается А. Н. Туполеву

                  А все эти крокодилы с эскизов — именно что крокодилы.
                  Вообще, мне что-то подсказывает, что электрическими самолеты не будут в обозримом будущем, потому что современные турбовентиляторные двигатели невероятно хороши и дальше будут только лучше. Возможно, придумают что-то с водородом или каким-то другим СПГ, самолеты на СПГ еще в СССР летали в рамках экспериментов.
                    0
                    СПГ — это сжиженный природный газ? Чтоб пол-салона занимал бак, да ещё более взрывоопасный, чем жидкое топливо?
                      0
                      Зачем полсалона, когда размещение баков в крыльях — вполне решаемая задача? Не кессоны с топливом, а какие-нибудь хитрые баллоны, почему нет?

                      А если самолет стукнется о землю с такой силой, что это может вызвать взрыв газа, боюсь, всем, кто внутри, будет глубоко пофигу, обгорят фрагменты их тел или нет.
                    0
                    В плане дизайна в ближайшие десятилетия стоит ожидать увеличения размеров самолётов и использования несущих широких фюзеляжей.
                    А электрические двигатели пойдут, думаю, ещё нескоро.
                      0
                      Биотопливо не сокращает выбросы в целом, т.к. для его производства используется обыкновенное топливо.
                      shkrobius.livejournal.com/408361.html
                        0
                        Биотопливо в промышленных масштабах вообще никто не будет производить, потому что для этого необходимо занять пахотные земли, уже отданные под нужды сельского хозяйства. То есть, грубо говоря, вместо еды выращивать топливо. Никто не будет этого делать — невыгодно.
                          0
                          Это смотря какое топливо. Рапс и т. п. — это прошлый век. А вот синтетические генноинженерные бактерии или водоросли, вырабатывающие непосредственно нефть или другой требуемый продукт, пахотных земель не требуют, а требуют просто качественной организации производственного процесса и подачи энергии (например, от Солнца) хоть в пустыне. Ну и, собственно, проектирования целевого микроорганизма.
                        –1
                        Ох уж эти зелёные фантасты, совсем мозги западным журналистам проели.
                        Здесь та же проблема, что с электромобилями.
                        Ну катается там тесла, здорово, фигли.
                        Но энергию-то она откуда берёт? Из зеленой розетки?
                        А в розетке она откуда? С запрещаемых по всему цивилизованному миру АЭС? С тепловых электростанций? С белых и пушистых ГЭС, строительство которых всегда вызывает экологическую катастрофу в регионе?
                        Да-да, солнечные батареи и ветряки. Дешевле, значит, выходит, чем с обычных электростанций, как же. Когда одно «коммунистическое» правительство дико демпингует цены на панели для захвата доли рынка и выдавливания конкурентов, а второе, «капиталистическое», дотирует под 60% расходов владельцев солнечных панелей субсидиями, то оно, конечно, дешевле. Но законов физики и экономики пока никто не отменял, и EROI всей зелёной энергетики с учётом производства панелей и ветряков, установки, обслуживания, ремонта, преобразователей и аккумуляторов сильно меньше 1.
                        Ну и плотность хранения энергии на килограмм массы в старом добром керосине (12 квт-ч/кг) пока на два порядка выше, чем в аккумуляторах (0,1-0,2 квт-ч/кг). Для авиации это почти приговор.
                          0
                          Я уже седьмой год читаю подобное и до сих пор мне никто не ответил: с какой это стати при оценке потенциала солнечной энергетики скептики всегда преподносят сегодняшний, а может быть и вчерашний EROEI, при текущем уровне развития технологий, вместо того чтобы смотреть на весь теоретический потенциал (который на несколько порядков выше всей ископаемой энергетики на одной только поверхности Земли)? Фундаментальных же ограничений никаких нет. Что в принципе мешает строить солнечные батареи (или теплоколлекторы) дешево и еще более масштабно, используя ту же солнечную энергию, и проектировать их так, чтобы они еще дольше служили и быстрее окупались? Все текущие недостатки — чисто технические, их можно и нужно устранить, и причем прогресс в этой сфере идет экспоненциально как в ИТ, не далее чем через пару десятков лет нефть стратегически может быть вообще никому не нужна.

                        Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                        Самое читаемое