Transport lotniczy jest jednym z największych emitentów gazów cieplarnianych i znacznie przyczynia się do współczesnego kryzysu klimatycznego. Za kulisami medialnego szumu naukowcy na całym świecie szukają rozwiązań, które mają całkowicie odmienić tę branżę. Ma być czyściej i szybciej… znacznie szybciej.
Współczesne samoloty pasażerskie oparte są na konstrukcjach, które przez ostatnie dziesięciolecia niewiele się zmieniły. Największe statki powietrzne mogą co prawda zabierać na pokład więcej osób i oferować bardziej komfortowe warunki, ale czasy przelotów nie uległy zasadniczemu skróceniu. Jednak na horyzoncie pojawiają się ambitne plany, dzięki którym podróż z Paryża do Nowego Jorku miałaby trwać mniej niż godzinę.
Hipersoniczny samolot, który może lecieć z prędkością co najmniej 9,5 tys. kilometrów na godzinę, czyli około osiem razy szybciej niż prędkość dźwięku. To nie science fiction, lecz cel finansowanego ze środków unijnych projektu STRATOFLY.
„To prawdziwe wyzwanie”. – mówi Nicole Viola, profesor na Politechnice w Turynie i koordynatorka projektu. – „Nie jesteśmy jeszcze gotowi na Mach 8, ale jestem pewna, że osobiście zobaczę samolot hipersoniczny w locie”.
W ramach trzyletniej inicjatywy, która rozpoczęła się w 2018 roku, STRATOFLY zaprojektował prototyp naddźwiękowego statku powietrznego napędzanego wodorem, który może przewozić 300 pasażerów. Na drodze tej koncepcji stoi wiele wyzwań technologicznych. Jednym z największych było nie tyle stworzenie samolotu latającego z tak ogromną prędkością, ile potrafiącego również latać wolno, aby mógł on bezpiecznie startować i lądować. Silnik hipersoniczny potrzebuje odpowiedniej wielkości wlotu, aby „zasysać” powietrze, które miesza się z wodorem – tym większego, im większe prędkości chce się uzyskiwać. Ale do zwolnienia potrzeba znacznie mniej powietrza. Dlatego konstruktorzy zaprojektowali masywny wlot w nosie samolotu z ruchomymi klapami do regulacji jego średnicy. Od startu do osiągnięcia prędkości około 5 tys. km/h całą pracę wykonuje sześć mniejszych silników, a następnie uruchamiany jest jeden duży silnik rozciągający się wzdłuż ogona samolotu
Propozycja STRATOFLY to tylko koncepcja mająca na celu zademonstrowanie, jak mógłby wyglądać hipersoniczny samolot pasażerski. Pozwala naukowcom testować i zastanawiać się nad nowymi technologiami. Ich wprowadzenie może zająć dziesięciolecia, ale już dziś przemysł lotniczy szuka możliwości powrotu do naddźwiękowych samolotów pasażerskich, takich jak słynny Concorde, który był w służbie przez ponad 30 lat, zanim został wycofany w 2003 roku. Na fali tego zainteresowania amerykańska firma Boom Aerospace podpisała pierwsze kontrakty na projekty ponaddźwiękowe z United Airlines i American Airlines. Technologii z uwagą przygląda się również przemysł kosmiczny, który dramatycznie potrzebuje cięcia kosztów startów rakiet, które wynoszą w przestrzeń kosmiczną kolejne satelity.
Jeśli szybkie latanie stanie się w końcu możliwe, drugim celem jest ograniczenie wpływu transportu lotniczego na środowisko. Obecnie lotnictwo odpowiada za około 2,5 proc. światowych emisji CO2, a odsetek ten może wzrosnąć wraz ze wzrostem prędkości przelotu. Według profesora Bobby’ego Sethiego z Cranfield University w Wielkiej Brytanii, koordynatora projektu ENABLEH2, rozwiązaniem może być wodór. – „Od dawna badamy możliwości wykorzystania tego gazu w lotnictwie. Problemem są koszty, ale wprowadzenie wodoru jako paliwa samolotowego to kwestia czasu”.
Wodór to jeden z najbardziej rozpowszechnionych pierwiastków na Ziemi, a jeśli jest wytwarzany z wykorzystaniem energii odnawialnej, nie emituje CO2. Prowadzone w ramach projektu ENABLEH2 badania wykazały, że systemy oparte na wodorze będą generować niższą emisję NOx niż spalanie nafty. Co więcej, samoloty napędzane wodorem mogą latać na większe odległości niż elektryczne, które prawdopodobnie będą wykorzystywane tylko do lotów na krótkim i średnim dystansie.
I tu wracamy do kosztów wdrożenia. Wodór zachowuje się inaczej niż zwykłe paliwo lotnicze, więc samoloty i niektóre lotniska musiałyby zostać całkowicie przebudowane. Według Sethiego może to zająć około 20-30 lat. – „Da się technicznie przeprojektować istniejący samolot, taki jak Airbus A380, aby wykorzystywał wodór. Niestety wymaga to instalacji zbiorników, ponieważ wodoru nie można przechowywać w skrzydłach, co sprawia, że ta technologia jest niekonkurencyjna w stosunku do innych dostępnych na rynku”.
Dlatego większość prognoz przewiduje, że różne rozwiązania będą wdrażane równolegle, a przemysł lotniczy na razie skupi się na alternatywnych, zrównoważonych paliwach lotniczych (SAF), które są wytwarzane głównie z biomasy lub odpadów i produkują mniej CO2 w całym cyklu życia w porównaniu ze zwykłym paliwem do silników odrzutowych.
Według Sethiego lepiej byłoby skupić się na wychwytywaniu dwutlenku węgla z emisji lotniczych i mocno inwestować w wodór, aby skrócić czas przejściowy. Niezależnie od wybranej ścieżki, kluczem jest długoterminowy i zrównoważony rozwój branży. – „Lotnictwo przynosi ogromne korzyści społeczne i ekonomiczne. Skróciło czas transportu na całym świecie i był motorem wzrostu gospodarczego, na przykład poprzez turystykę. Nie możemy pozwolić, żeby to zostało zniszczone”.
Ambitne pomysły coraz śmielej wkraczają do świata lotnictwa cywilnego. Badane są nowe projekty, technologie i paliwa, aby samoloty latały szybciej, wznosiły się wyżej i miały mniejszy wpływ na środowisko. I chociaż wprowadzenie tych technologii może zająć dziesięciolecia, zdaniem naukowców ważne jest, aby marzyć i planować już teraz.
Artykuł został pierwotnie opublikowany w Horizon, czasopiśmie UE poświęconym badaniom i innowacjom: https://ec.europa.eu/research-and-innovation/en/horizon-magazine/quest-hypersonic-and-hydrogen-fuelled-air-travel.
Oprac. Rafał Stepnowski.
Zdjęcie główne: HERMEUS | Unsplash.
Halcyon to samolot pasażerski zdolny do lotu z prędkością hipersoniczną. Pozwala na podróż z Nowego Jorku do Paryża w 90 minut – pięć razy szybciej niż jakimkolwiek samolotem komercyjnym. Podróże hipersoniczne mogą potencjalnie zwiększyć globalny wzrost PKB o 4 biliony dolarów rocznie, radykalnie przyspieszając tempo handlu i wymiany kulturalnej.
