Напомним: еще в 2020 году Airbus показала три концепта первого в мире самолета с нулевым уровнем вредных выбросов. Их так и назвали - ZEROe. И тогда же было заявлено, что такие полеты могут начаться в 2035 году.
Концепты представляют собой набор разных технологических решений и аэродинамических конфигураций, направленных на декарбонизацию авиации. И в основе всех - водород как основной источник энергии. Это три типа самолетов:
- самолет с турбовентиляторным двигателем (вместимость 120-200 пассажиров) с дальностью полета более 3700 км, способный выполнять трансконтинентальные полеты. Жидкий водород будет храниться в специальных баках, расположенных за гермошпангоутом.
- самолет с турбовинтовым двигателем (вместимость до 100 пассажиров) c дальностью полета более 1850 км, подходящий для выполнения ближнемагистральных рейсов.
- самолет с интегрированным фюзеляжем (вместимость до 200 пассажиров). Данный концепт имеет примерно такую же дальность, как и самолет с турбовентиляторным двигателем - более 3700 км. Исключительно просторный фюзеляж самолета предоставляет много возможностей для размещения систем хранения и подачи водорода, а также разнообразия пассажирских компоновок.
И вот теперь в Airbus , как сообщает издание, отметили, что в области водородной энергетики прогресс идет медленнее, чем ожидалось, особенно это касается доступности водорода, произведенного из возобновляемых источников энергии в больших объемах. По словам руководства концерна, недостаточно иметь самолет, если у вас нет инфраструктуры, нет водорода в нужном месте, в нужное время, в нужном количестве и по нужной цене.
Сообщается, что европейские авиакомпании сократили свои амбиции в отношении роли водорода в достижении "чистого нуля" по выбросам к 2050 году. По их ожиданиям, самолеты на водородных двигателях обеспечат сокращение выбросов только на 6% к 2050-му, в то время как в 2021 году эта оценка достигала 20%. Вместо водородных двигателей отрасль все больше полагается на "экологически чистое авиационное топливо". По некоторым оценкам, оно может сократить выбросы углекислого газа примерно на 70% по сравнению с реактивной горючкой. Однако пока его мало, и оно слишком дорого.
Кстати, наверное, не многие знают, что еще в середине 1980-х годов специалисты ОКБ А.Н. Туполева приступили к созданию самолета Ту-155, силовая установка которого работала на жидком водороде, а затем на сжиженном природном газе. Экспериментальная машина была сделана на базе пассажирского "работяги" Ту-154. При проектировании пришлось существенно изменить компоновку и решить целый ряд сложнейших технических задач. Так, криогенный топливный комплекс для безопасности разместили в спецотсеке, изолированном буферными зонами с системами вентиляции.
Двигатель НК-88, работающий на жидком водороде, был установлен в правой мотогондоле. Запас топлива размещался в криогенном баке емкостью 17,5 куб. м, установленном в хвостовой части летающей лаборатории.
15 апреля 1988 года первый в мире самолет на криогенном топливе Ту-155 совершил первый полет. Первоначально в качестве топлива использовался сжиженный водород (температура до −253 °C). В 1989 году самолет переоборудовали на сжиженный природный газ (температура −162 °C).
По словам авиационных историков, Ту-155 опередил свое время. Всего было совершено пять успешных полетов на жидком водороде и около 70 на природном газе. Однако уровень финансирования не позволил полноценно продолжить исследования. Тем не менее, очевидно, что применение экологически чистых источников энергии в авиации будет расширяться, и Россия имеет уникальный опыт создания силовой установки на криогенном топливе.
Над повышением экологичности авиации думают ученые всего мира. Ведь что такое тот же керосин, использующийся сегодня в авиадвигателях? Прежде всего, это вредные выхлопные газы, загрязняющие атмосферу. Ужесточение международных экологических требований и рост цен на авиакеросин стимулируют поиск его более чистых аналогов - от биотоплива до криогенного - жидкого водорода и сжиженного природного газа.
Однако есть и ряд недостатков, связанных с хранением в криогенной форме: это крайне низкие температура и плотность. Как поясняют специалисты ЦАГИ, такие свойства криогенного горючего не позволяют использовать традиционные топливные баки в крыле самолета. Здесь требуются специальные теплоизолированные емкости увеличенных объемов. Их размещение - одна из важных проблем компоновки воздушного судна на криогенном топливе. Причем для региональных авиалайнеров, ввиду сравнительно малых внутренних объемов, установка криогенных емкостей возможна исключительно снаружи. А это негативно влияет на их аэродинамику.
В ЦАГИ исследуется легкий конвертируемый самолет с криогенными топливными баками. Основная задача - снижение отрицательного влияния внешних криогенных емкостей на аэродинамическое качество, устойчивость и управляемость летательного аппарата. Ранее специалисты института разработали концепцию такого самолета и провели серию экспериментов в аэродинамических установках. По результатам исследований был определен необходимый размер баков для криогенного топлива: он составил около 2 метров в диаметре и примерно 10 метров в длину. Объем топлива, размещаемый в баке таких габаритов, позволит летать на дальность 1200-2000 км с грузом в 5-6 тонн.
Специалисты изготовили два макета внешних криогенных баков, отличающихся формой - профилированной и цилиндрической. Далее ученые ЦАГИ изучили влияние этих вариантов внешнего бака, установленных над фюзеляжем самолета, на его аэродинамические характеристики: сопротивление, устойчивость и управляемость. Испытания проводились в аэродинамической трубе Т-102 при скорости воздушного потока 50 м/с. Моделировались крейсерский режим полета, а также взлет и посадка авиалайнера.
Кроме того, специалисты исследовали влияние формы внешнего криогенного бака на эффективность руля направления. По словам ученых, полученные результаты испытаний подтвердили расчетные оценки. Они будут использованы для формирования оптимальной компоновки регионального самолета на криогенном топливе.
Как говорят ученые, применение криогенного топлива - это один из вариантов снижения вредных выбросов от самолета в атмосферу. Для нашей страны, и особенно районов Крайнего Севера, где есть проблемы с завозом керосина, наиболее актуален сжиженный природный газ. Создавая самолет на криогенном топливе, специалисты решают сразу две проблемы: повышение экологических характеристик авиационной техники и обеспечение транспортной доступности отдаленных регионов.
Скажем, легкий конвертируемый самолет может использоваться как для пассажирских, так и для грузовых перевозок без изменения типовой конструкции. Он сможет перевозить 50 пассажиров на расстояние 1 500 км или 6 т груза на дальность 1 000 км. Крейсерская скорость - 480 км/ч.
Биотопливо постепенно вытесняет традиционный авиакеросин: есть уже с десяток вариантов продуктов и растений, из которых получают новый вид самолетной "горючки". Зеленым это топливо делает технология его производства. В отличие от керосина, основой для SAF является не ископаемое сырье: в дело идут водоросли, кокосы, бразильские орехи, несъедобные растения (рыжик посевной и ятрофа - древесный кустарник с крупными маслянистыми семенами), непродовольственные животные жиры...
Однако все "биозаправки" не из дешевых. В то же время, по оценке экспертов, "зеленое топливо" на 60 процентов чище авиакеросина. Причем характеристики и свойства конкурентов практически не отличаются. А значит, под биогорючку не нужны какие-либо конструктивные изменения ни в самолетах, ни в двигателях. Это убедительно доказали и тестовые полеты.
В рейтинге авиационного биосырья водоросли занимают, безусловно, первое место. Оно и понятно: для роста им не нужны такие ценные ресурсы, как земля или пресная вода. К тому же морские водоросли могут дать примерно в 2 раза больше биоэтанола, чем сахарный тростник, и в 5 раз больше, чем кукуруза.
В лидерах - скромный рыжик. Эта трава считается близким родственником обыкновенной капусты. Выращивается на пшеничных полях после сбора урожая. Рыжик используется исключительно для производства косметики и для еды просто-напросто непригоден. Ятрофу выращивают в Мексике.
Эксперты уверены: в будущем появятся более сложные варианты производства топлива, новые виды растений и компонентов. Допустим, звучат даже предложения создавать биотопливо из проса. Это многолетнее растение дает высокие урожаи и требует минимум азота и воды.
Но объем производства биотоплива сегодня невелик. А потому высока и цена: по некоторым оценкам, биотопливо почти в четыре раза дороже обычного керосина. Так что, как выразился один из аналитиков, без дополнительного стимулирования биокеросин "не летает".