На крыльях амперов и вольт Электросамолет поставил новый рекорд

Недавно появилась новость о том, что самолет Long-ESA побил рекорд скорости для самолетов с электродвигателем. Во время испытания он разогнался до 202,6 мили в час (326 километров в час). Это прекрасный повод вспомнить историю замечательного и во многом совершенно экзотического раздела авиации.

На самом деле идея о том, что воздушное судно может приводиться в движение электрическим двигателем, возникла задолго до первого полета братьев Райт. Еще в 1883 году (полет братьев состоялся 20 лет спустя, то есть в 1903-м, и они использовали бензиновый двигатель) Гастон Тиссандье применил такой тип двигателя для того, чтобы приводить в движение аэростат. Год спустя состоялся полет дирижабля La France, снабженного электромотором, который приводился в движение 435-килограммовой батареей. Появление бензиновых двигателей и господство аппаратов тяжелее воздуха привело к тому, что идея электрического воздушного судна была предана забвению на многие годы - мечты Теслы о самолетах с электродвигателями, питающихся с земли энергетическими лучами, не в счет.

В конце 50-х годов прошлого века электромоторы прорвались-таки в авиацию - они стали использоваться для моделей. Этому способствовало появление более эффективных батарей. Электромоделям приходилось конкурировать с моделями самолетов, летающими на топливе. Последние позволяли развивать большую скорость, однако стоили дороже электрических. Невысокая скорость электромоделей сыграла с ними злую шутку - любители моделей приняли это свойство электросамолетов за очевидный недостаток, и модели такого рода стали считаться развлечением для начинающих. За этим почти забылось, что электродвигатель представляет совершенно уникальные возможности для маневрирования - его работа, например, не зависит от тока воздуха внутрь.

Первым пилотируемым полетом самолета с электродвигателем стал полет австрийского модифицированного HB-3 Brditschka в 1973 году. На момент своего появления самолет отличался необычной конструкцией - пропеллер, например, располагался позади кабины, в специальном вырезе в фюзеляже самолета. Изначально самолет был самым обычным, предназначенным для работы на углеводородном топливе, но Фред Милитки и Хейно Брдишка (конструктор оригинального самолета) перестроили его для работы на электричестве. Впрочем, дальше прототипа дело не пошло - самолет продержался в воздухе около 14 минут.

Ситуация кардинально изменилась в середине 2000-х - не только энтузиасты, но и серьезные компании заинтересовались разработками в области "альтернативной" авиации. Этому способствовало несколько факторов. Во-первых, повысились требования к защите окружающей среды от загрязнений, причем речь шла не только о продуктах распада топлива, но и о шуме - вопросы шумности современных самолетов стали обсуждаться всерьез, а в Европе даже был принят ряд ограничений. Во-вторых, появились подходящие для создания "электросамолетов" материалы - легкие и прочные, как, например, углеволокно. Дело в том, что даже самые совершенные из существующих электробатарей очень сильно отстают по плотности запасаемой энергии от энергоустановок на углеводородном топливе. Плотность, в данном случае, это некоторый, довольно неформальный параметр, который примерно характеризуется как отношение энергии, которую способна произвести энергоустановка с полными "баками" (в случае электроустановки - с заряженными батареями), к массе этой установки (этот параметр тесно связан с энергоемкостью разных типов топлива - pdf). Чем меньше масса самолета, тем больше такая плотность.

В настоящее время электроавиация развивается сразу по нескольким направлениям. Если говорить об энтузиастах, то они использовали новые материалы и технологии "в лоб" - то есть принялись создавать очень легкие самолеты с очень мощными электродвигателями. Самым известным из подобных проектов является, конечно, Solar Impulse. Цель этого проекта - создание первого самолета на солнечных батареях, способного совершить кругосветное путешествие, которое запланировано на 2014 год. Существующая версия аппарата, получившая имя HB-SIA (в кругосветку отправится HB-SIB) весит всего 1,6 тонны. При этом размах крыла составляет более 63 метров. В качестве источника электроэнергии он использует более 12 тысяч солнечных батарей, установленных на всех доступных плоскостях аппарата. Кроме этого на борту располагается батарея массой 400 килограммов (то есть 25 процентов от веса всего аппарата!), которая собирает энергию для работы винтовых моторов в ночное время. Самих моторов четыре, и мощность каждого - около 10 лошадиных сил.

Целью этого проекта является создание летательных аппаратов, которые могли бы в течение длительного времени находиться в воздухе, подпитываясь лишь солнечной энергией. Надо сказать, что некоторые успехи в этом направлении уже имеются: в 2010 году Solar Impulse пробыл в небе над Швейцарией 26 часов 10 минут и 19 секунд. Беспилотные же летательные аппараты могут работать в воздухе много дольше - например, в том же 2010 году сверхлегкий БПЛА Zephyr провел в полете две недели. Также Solar Impulse совершил рекордный трансконтинетальный перелет из швейцарского Пейерне в столицу Марокко Рабат. Самолет совершил всего одну остановку в Мадриде, чтобы сменить пилотов.

Помимо очевидных военных и научных целей, такой аппарат, оказывается, может быть использован не только на Земле. Так, с 2005 года в NASA существует проект отправки на Венеру аппарата, который летал бы в верхних слоях атмосферы этой планеты, питаясь лишь солнечной энергией - расчеты показывают, что на высоте 65-75 километров небольшой самолет может летать сколь угодно долго.

Еще одним направлением исследования, в котором работают не только энтузиасты, но и крупные компании, является создание небольших, но достаточно мощных самолетов на батареях. По мнению создателей, подобные одноместные машины могут стать персональными средствами передвижения на небольшие расстояния, в некоторых случаях гораздо более эффективными, чем те же автомобили. Впрочем, и про военный потенциал таких аппаратов, например, для разведки - небольшая высота полета, малошумность - забывать не стоит.

Среди крупных проектов самыми известными являются Long-ESA и Cri-Cri. Эти два аппарата в настоящее время борются за звание самого быстрого электросамолета на батареях. Сейчас выигрывает Long-ESA. Во время полета 20 июля 2012 года ему удалось установить рекорд скорости - Long-ESA, пилотируемый Чипом Йейтсом, генеральным директором компании - создателя аппарата Flight Of The Century, разогнался до 202,6 мили в час (326 километров в час). Это на 6 миль в час больше, чем рекорд Cri-Cri на авиасалоне Ле Бурже в 2011 году - там этому самолету удалось разогнаться до 196 миль в час (315,4 километра в час).

Long-ESA приводится в движение одним мотором мощностью 238 лошадиных сил. Надо сказать, что проект еще очень далек от своей окончательной цели - трансатлантического перелета из Нью-Йорка в Париж. Рекордный полет продолжался около 16 минут - это было связано с тем, что Йейтс не рассчитал мощность батарей аппарата. Создатели обещают, что в ближайшее время воздушное судно будет снабжено новым набором батарей, который позволит увеличить длительность полета, а также максимальную скорость.

Еще один вариант электроавиации - это использование топливных элементов. К таким самолетам относится, например, Boeing-FCD Project. Нельзя не отметить и полностью работающий на батареях Sikorsky Firefly - первый (и пока единственный) полностью электрический вертолет. Есть и совсем экзотические варианты - например, сверхпроводящие электротурбодвигатели (pdf), по сути аналоги реактивных турбин. По словам создателей проекта, подобные проекты можно будет реализовать в ближайшие 20 лет.

Многие компании разрабатывают гибридные системы. Основная цель таких разработок - получить самолет, который будет взлетать с помощью более безопасного и менее шумного электродвигателя, а уже в полете использовать движители, работающие на углеводородном топливе. Преимуществом такого подхода является, конечно, его большая по сравнению с полностью электрическими двигателями доступность.

Все перечисленные проекты, однако, представляются сейчас чем-то из раздела научной фантастики. Возможно, это и так. Однако, глядя на эти безумные проекты персональных самолетов, нельзя забывать вот что: между первым робким полетом братьев Райт, чуть не закончившимся разрушением самого самолета, в 1903 году и преодолением звукового барьера американским Bell X-1 в 1947 году прошло менее пятидесяти лет. Так что все может быть.