Один из лидеров производства тяговых аккумуляторов для электромобилей — китайская CATL — создала совместное подразделение с одним из китайских авипроизводителей для разработки электрических самолётов. Возможно гражданская электрическая авиация ближе, чем нам казалось: у CATL уже есть главный ингредиент для электросамолётов — аккумулятор с рекордной плотностью хранения энергии.

Проект электросамолёта ES-30 компании Heart Aerospace (как пример гражданской электроавиации). Источник изображения:Heart Aerospace

О создании совместного предприятия сообщило новостное агентство Yicai Global. Компания CATL и её партнёр — государственная китайская авиастроительная компания Commercial Aircraft Corporation of China (COMAC) — пока не выступили с комментариями. Но планы партнёров довольно прозрачны. Ещё в апреле CATL представила аккумуляторы с рекордной плотностью хранения энергии, характеристики которых допускают их использование в самолётах в качестве тяговых. Тогда же компания сообщила, что сотрудничает с авиапроизводителями для адаптации новых батарей к авиационным системам.

По данным источника, авиационное подразделение CATL (совместное предприятие) организовано на базе Шанхайского университета Цзяо Тун (Shanghai Jiao Tong University Enterprise Development group). В работе над новыми проектами будет участвовать бывший главный конструктор узкофюзеляжного самолёта C919 Цянь Чжунъян (Qian Zhonhyan). Подобное не оставляет сомнений, что подразделение CATL будет создавать аккумуляторные подсистемы также для большой гражданской авиации, а не только для маломестных аэротакси.

Первые батареи для гражданских электросамолётов. Источник изображения: CATL

По мнению Илона Маска, для жизнеспособности электролётов с вертикальными взлётом и посадкой аккумуляторам необходимо преодолеть рубеж плотности хранения энергии в 400 Вт·ч/кг. Новая батарея CATL обещает плотность хранения энергии на уровне 500 Вт·ч/кг. Если этого хватает для аэротакси, то этого будет достаточно и для открытия дороги в небо электросамолётам классической планерной схемы.

Компания Airbus настойчиво занимается разработкой и тестированием «зелёных» авиационных технологий, реализуя крупные проекты. Новые решения позволяют не только использовать полностью водородную топливную систему, но и применять в лайнерах водородную вспомогательную силовую установку (APU) — вместо т.н. «скрытого» авиадвигателя, применяемого для электроснабжения самолётов. Часть новых разработок базируются на космических технологиях.

Источник изображения: Airbus

Полностью «водородная» экономика требует не только простой замены одного топлива на другое, но и полного пересмотра двигательной и энергетической системы авиалайнеров. При сотрудничестве с ArianeGroup (совместным предприятием Airbus и Safran), компания Airbus завершила тестирование полнофункциональной системы подачи водорода в газотурбинные двигатели самолёта. Проект HyPERION начали реализовать в 2020 году, он предусматривает появление коммерческих водородных лайнеров к 2035 году. Тем не менее, для тестирования безопасности технологий и выявления недочётов, требующих доработки, требуется провести дополнительные работы.

Проект предусматривает использование опыта Airbus в строительстве самолётов и применение топливных систем на жидком водороде, разработанных ArianeGroup для космических ракет семейства Ariane. В новой системе водород хранится в состоянии сверхохлаждённой жидкости в криогенных ёмкостях. После впрыска в топливную систему он подогревается до газообразного состояния и доставляется в двигатели с оптимальной температурой и давлением. 12 мая ArianeGroup совместно с французской ONERA провела ряд испытаний совместимости материалов и технологий с использованием электронасоса, газового генератора и теплообменников, изначально предназначавшихся для ракет Ariane.

Ещё одним важным проектом занимается подразделение Airbus UpNext — оно работает над программой, предусматривающей замену «скрытого» авиадвигателя авиалайнеров на водородные топливные ячейки. Хотя большинство людей принимают во внимание только двигатели самолёта, расположенные под крыльями, в хвосте крупных лайнеров обычно имеется ещё один, приводящий в действие вспомогательную силовую установку (APU). Реактивный двигатель подключён к генератору и обеспечивает лайнеру освещение, работу камбуза, питание бортовой авионики и даже поддержание на борту необходимого давления, и т.п. В Airbus намерены создать к 2025 году прототип HyPower, который заменит APU на Airbus 330 — он будет использовать водородные топливные ячейки, что позволит обеспечивать авиалайнер электроэнергией без лишнего шума и с пониженными выбросами.

Источник изображения: Airbus

Новые тесты, по данным Airbus, являются очередным шагом к демонстрационному полёту, который должен состояться к концу 2025 года. В числе прочего планируется показать и процесс заправки авиалайнера, который, с учётом физических свойств водорода, сам по себе является весьма сложной задачей. Ожидается, что систему продемонстрируют в реалистичных условиях — авиалайнер полетит на высоте 7620 м в течение часа с 10 кг водородного топлива на борту.

В январе 2023 года появились новости о том, что компания ZeroAvia подняла в воздух крупнейший в мире пассажирский самолёт на водородной тяге — в воздухе он продержался 10 минут и значительно уступает размерами крупным авиалайнерам вроде Boeing и Airbus.

В NASA сообщили, что регулирующий орган ВВС США присвоил проекту экспериментального самолёта со сверхтонкими и длинными крыльями идентификатор X-66A. Это означает, что проект получит своё воплощение в полноценном летающем демонстраторе самолёта. Непосредственно изготовлением самолёта займётся компания Boeing, для чего будет модифицирован самолёт McDonnell Douglas MD-90.

Источник изображения: NASA

США поставили перед собой цель стать углеродно нейтральными к 2050 году. Без декарбонизации авиации этой цели достичь будет сложно. Одним из направлений на этом пути станет разработка рабочей лошадки — среднемагистрального самолёта с пониженным расходом топлива. Предполагается, что переход на тонкие и сверхдлинные крылья с подпорками (Transonic Truss-Braced Wing) обеспечит снижение расхода топлива до 30 %.

В качестве экспериментального образца компания Boeing возьмёт обычный среднемагистральный самолёт McDonnell Douglas MD-90, укоротит фюзеляж, поставит новые крылья с фермами-опорами и новые двигатели. Для этого ещё зимой Boeing подписала контракт с NASA на сумму $425 млн на 7 лет. Всего реализация проекта потребует примерно $725 млн, недостающую часть которых Boeing вложит из своих средств и средств партнёров.

Источник изображения: Boeing

Самолёт X-66A станет первым в истории США проектом, создаваемым специально для достижения климатических целей в авиации, хотя он не единственный и ряд компаний уже занимаются похожими вопросами.

Грядущие экологические нормы и климатические цели грозят приземлить всю коммерческую авиацию, если до 2050 года не появятся самолёты с нулевым выбросом или с серьёзной экономией топлива. Компания Bombardier намерена решить эти проблемы созданием самолёта Ecojet по типу «смешанное крыло». Благодаря новым обводам воздушное судно будет экономить до 50 % топлива. Масштабные модели Ecojet уже поднялись в воздух.

Рендер Ecojet. Источник изображения: Bombardier

Есть мнение, что увлечение авиаконструкторов схемой «летающее крыло» или его разновидностью «смешанное крыло» объясняется ориентированием на водородное топливо в будущем авиации. В подобных схемах объём фюзеляжа уменьшается, а полезное пространство для груза, экипажа или оборудования появляется в утолщённых крыльях, в которые фюзеляж как бы плавно перетекает.

Масштабная модель Ecojet

Газообразный и сжиженный водород, а также оборудование для его использования в качестве топлива занимают сегодня очень много места, и дополнительное пространство всему этом хозяйству явно потребуется. Поэтому проекты со «смешанным» и «летающим» крылом сегодня можно найти у всех ведущих компаний, конструирующих и производящих самолёты. Британская компания Bombardier не стала исключением и разрабатывает собственный проект перспективного экологически чистого самолёта.

До прошлого года Bombardier проводила лётные испытания прототипа Ecojet, изготовленного в масштабе примерно 7 % от финального размера. В конце 2022 года в небо поднялась модель вдвое большего размера, и она демонстрирует все заложенные в неё конструкторами характеристики. Пронаблюдать воочию за полётами модели можно на видео выше. Других подробностей о проекте компания не распространяет.

Новозеландская авиакомпания Air New Zealand и австралийская Qantas Airways активно пытаются внедрить практику 20-часовых беспосадочных рейсов. Эта задача требует значительной оптимизации расходов топлива, и, похоже, без алгоритмов искусственного интеллекта здесь не обойтись.

Источник изображения: Ross Parmly / unsplash.com

Планирование полётов осуществляется при помощи ПО, обрабатывающего большие объёмы данных — оно позволяет прокладывать экономичные траектории полёта, избегая незапланированных остановок для дозаправки. Программы могут помочь избежать непогоды, поймать попутный ветер или даже предписать снизить скорость, чтобы жечь меньше топлива. Современное ПО, предназначенное для этих целей, во многом напоминает платформы поисковых систем — оно совершенствуется по мере использования.

На этой задаче специализируется австрийская Flightkeys, которая ежедневно составляет около 300 тыс. планов полётов для клиентов, включая американские Southwest Airlines и American Airlines, а также новозеландскую Air New Zealand. Соучредитель и руководитель отдела инноваций Flightkeys Раймунд Зопп (Raimund Zopp) рассказал о своей работе в интервью агентству Bloomberg.

По его словам, средний обыватель не вполне представляет себе, как составляются планы полётов — недостаточно просто ввести точку назначения, чтобы компьютер просчитал маршрут, как в машине. Построить оптимальный маршрут настолько сложно, что установленные на самолётах системы с этой задачей справиться не в состоянии. Требуется наземная система, которая собирает большие объёмы данных и пытается найти решение с минимальными затратами. Существует большое число ограничений и параметров, которые необходимо учитывать, и для должной работы с ними требуются алгоритмы машинного обучения.

Источник изображения: Leio McLaren / unsplash.com

При планировании полёта есть много степеней свободы, но и много ограничений, связанных с диспетчерскими службами, нуждами военных структур, погодными условиями и особенностями нормативов в разных странах. Одним из ключевых параметров являются характеристики борта — чем он легче, тем выше может подняться, но лёгкие самолёты летают медленнее. Учитываются ветер и температура на высоте: лучше ловить попутный ветер и избегать встречного, что заставляет отклоняться от кратчайшего маршрута.

Чем длиннее маршрут, тем важнее его правильное планирование, потому что в данном случае речь идёт о пределе возможностей самолёта. С одной стороны, необходимо уменьшать запасы топлива, чтобы снизить вес, с другой — топлива должно быть достаточно для беспосадочного перелёта. Важен и финансовый фактор: каждый час полёта обходится в определённую сумму за обслуживание самолёта, почасовую оплату может получать и экипаж, поэтому чем быстрее летит самолёт, тем дешевле он обходится. А задержки рейса могут обернуться настоящей катастрофой.

Наконец, свою систему планирования во Flightkeys называют пятимерной: помимо длины, ширины, высоты и времени приходится учитывать вероятностное измерение. Самый неточный параметр на этапе планирования — это фактическое время вылета, которое имеет критическое значение. Зато после вылета появляется возможность дополнительно отрегулировать отдельные параметры, потому что в этот момент все факторы известны с гораздо большей точностью.

Ключевой мировой поставщик аккумуляторов — китайская CATL, объявила о создании аккумуляторов из «конденсированной материи», способных обеспечить достаточно энергии для полётов гражданских самолётов с электродвигателями.

Источник изображения: Jack Robinson/unsplash.com

Батарея представляет собой продукт с конденсированным электролитом, находящимся в «полутвёрдом» состоянии. Кроме того, используются новые материалы анодов и сепараторов. Плотность энергии составляет 500 Вт·ч/кг. Как сообщает Reuters, компания работает с неназванными партнёрами для того, чтобы обеспечить соответствие новых аккумуляторов требованиям к качеству и безопасности, обязательным для использования в авиации. Более того, позже в этом году CATL сможет начать производство аккумуляторов аналогичного типа для электромобилей.

Технология, предусматривающая использование конденсированного вещества в аккумуляторах, используется производителями АКБ для разработки вариантов с повышенной плотностью хранения энергии, поскольку для литийионных аккумуляторов текущего поколения она не превышает 300 Вт·ч/кг. Например, китайский производитель NIO планирует оснащать электромобили ET7 аккумуляторами с «полутвёрдыми» аккумуляторами на 360 Вт·ч/кг, разработанными компанией Beijing Welion New Energy Technology.

Также CATL объявила во вторник о целях добиться углеродной нейтральности на всех своих заводах по выпуску аккумуляторов к 2025 году, а во всей своей производственной цепочке, связанной с выпуском батарей — к 2035 году. Это важно из-за принятия всё более жёстких стандартов экобезопасности в регионах вроде Евросоюза и США, на рынках которых CATL ведёт масштабную экспансию.

Председатель совета директоров CATL Робин Цзэн (Robin Zeng) заявлял о важности снижения углеродных выбросов в индустрии аккумуляторов, поскольку на их долю приходится около 40 % всех углеродных выбросов в ходе жизненного цикла электромобилей. По его словам, ещё с 2019 года компания наращивает поиск решений для снижения выбросов в производстве АКБ.

Ранее сообщалось, что уже в этом году CATL намерена начать выпуск передовых аккумуляторов типа M3P, позволяющих поднять ёмкость на 10‒20 % относительно литиевых батарей типа LFP на основе фосфата железа.