Пальцем в небо. Смогут ли летающие автомобили оздоровить экологию планеты

2019-04-16 19:00:00

393 62
Пальцем в небо. Смогут ли летающие автомобили оздоровить экологию планеты

Фото: Airbus

Новое исследование американских ученых гласит, что летающие автомобили могут оказать благотворное влияние на экологию мира. Действительно ли это им по силам, рассказывает преподаватель инженерного факультета Кембриджского университета Хью Хант

Летающие автомобили стали мелькать в фильмах еще с середины прошлого века. Давно не секрет, что эти некогда фантастические транспортные средства, сегодня вплотную приблизились к тому, чтобы стать реальностью. Однако теперь группа американских исследователей предложила взглянуть на ноу-хау под несколько иным углом. В их научной работе, опубликованной в журнале Nature, утверждается, что в будущем электрические летающие авто могут стать даже более экологичным транспортом, чем электромобили. Они поспособствуют сокращению вредных выбросов и, конечно, снизят плотность трафика на загруженных дорогах.

Впрочем, пока пробелы в технологиях и некоторые другие факторы, говорят о том, что летающие машины вряд ли появятся вовремя, чтобы стать решением мировых экологических проблем. Если они вообще появятся.

Вверх и вперед

На первый взгляд кажется невероятным, что летающий автомобиль может быть экологичнее наземного. Особенно с учетом того, что обычные самолеты славятся своей "прожорливостью". Но по своей природе полет – вполне эффективный способ передвижения. В конце концов, птицы ведь летают через континенты без пищи. Четырехместный автомобиль, даже компактный, конечно, крупнее альбатроса, но это и не Boeing 737.

Есть много способов заставить машину летать. Проблема в том, чтобы заставить ее оторваться от земли. На сегодняшний день самый многообещающий способ (его рассматривают и авторы упомянутого исследования) позаимствован у самолетов вертикального взлета и посадки (СВВП).

При упоминании аббревиатуры СВВП на ум может прийти нечто вроде самолета Harrier Jump Jet, оснащенного огромными двигателями, предназначенными для вертикального и горизонтального полета. Однако более компактные и легкие летающие автомобили работают иначе – при помощи распределенной электрической силовой установки. Двигаться им помогает множество небольших электрических вентиляторов. Эта технология имеет ключевое значение для эффективности полета в крейсерском режиме.

Совершенствование конструкции крыльев и пропеллеров может помочь достигнуть лучшего соотношения подъемной силы к лобовому сопротивлению. Это, в свою очередь, поспособствует снижению энергопотребления, что обеспечит понижение уровня выбросов. Однако эти технические решения влияют на полет в крейсерском режиме, но мало помогают при взлете, зависании и посадке, которые требуют значительных затрат энергии.

Спринтерская дистанция

Электрические летающие автомобили хороши на коротких дистанциях. При 100-километровых поездках они могут демонстрировать более высокий (на 35%) КПД, чем наземные машины с традиционными бензиновыми двигателями. При определенных условиях они могут даже превосходить электромобили. Более того, по мере увеличения дальности поездки эффективность воздушных авто в сравнении с наземными растет, поскольку им не нужно регулярно останавливаться и возобновлять движение.

Летающие автомобили вполне подходят для коротких поездок по городу или доставки пиццы, но это еще не решение экологических проблем планеты

В своей работе американские исследователи рассматривали дистанции до 200 км. На таких расстояниях летающие электрические авто могут быть эффективны. Но дальше их достоинства становятся более спорными.

Воздушным машинам необходимо нести на себе тяжесть батарей. Для сравнения, самолеты, работающие на авиационном топливе, могут терять до 70% веса в ходе полета. А вот аккумуляторы при разрядке легче не становятся.

В этом вопросе ключевую роль играет плотность энергии, измеряемая в ватт-часах на килограмм. На данный момент лучшие батареи обеспечивают около 250 Вт⋅ч/кг – жалкий показатель на фоне 12 000 Вт⋅ч/кг, обеспечиваемых авиатопливом. К середине текущего столетия показатели могут улучшиться до 800 Вт⋅ч/кг, что обеспечит летающим авто дальнобойность в 1100 км – половина всех полетов в мире укладывается в эту дистанцию. Для дальнейшего увеличения показателей понадобятся более существенные инновации в сфере производства аккумуляторов.

Нелетная погода

Авторы исследования полностью сосредоточились на физике летающих автомобилей и не учли ряд практических аспектов, о которых стоит подумать, прежде чем называть их экологичным транспортом будущего. Например, следует учесть углеродные затраты на производство, а также обслуживание и время простоя. Те же электромобили критиковали за энергетические и экологические затраты на добычу материалов для батарей (например, лития и кобальта). Здесь эти факторы тоже присутствуют, а необходимость возведения дополнительной инфраструктуры, может усугубить трудности летающих автомобилей. Кроме того, чтобы они стали частью решения экологических проблем планеты, потребуется энергосистема, работающая от низкоуглеродных источников.

Для тех же самолетов существуют строгие критерии техобслуживания и простоев, которые могут перекрывать выигрыш в летно-технических характеристиках и выбросах. Не говоря уж о том, что непредвиденные осложнения могут стоить миллиарды – об этом хорошо известно компании Boeing.

Наконец, имеет значение погода. Попутный ветер в 55 км/ч уменьшает потребление энергии и выбросы на 15%, однако встречный ветер такой же скорости увеличивает их на 25%. Необходимость нести тяжесть дополнительных батарей может нивелировать экономию выбросов. Ведь, в отличие от наземных машин, воздушные не могут просто съехать на обочину при необходимости, а значит, им нужно иметь аварийный запас во избежание инцидентов с разрядкой.

Таким образом, когда речь идет о выбросах CO2 на пассажиро-километр, в настоящее время летающие автомобили в лучшем случае сопоставимы с электромобилями, а в худшем – лишь немногим лучше обычных авто с ДВС. При должном совершенствовании технологий в будущем они могут помочь человечеству отказаться от ископаемого топлива и разгрузить забитые дороги. Но успеют ли они появиться вовремя? Сможем ли мы ждать еще 30 лет?

По материалам The Conversation

 

Loading...