Изобретение литий-ионных аккумуляторов стало едва ли не таким же революционным, как изобретение паровой машины и двигателя внутреннего сгорания. Новые аккумуляторы дали вторую жизнь не только электромобилям, но в ближайшее время сильно изменят авиастроение и судостроение.
Антарктический лайнер на электротяге
Вывести из себя эколога, если только это не импульсивная шведская эко-активистка Грета Тунберг, практически невозможно. Однако любой эколог теряет самообладание, когда речь заходит о кораблях и самолетах. По мнению защитников окружающей среды, суда — и водные и воздушные — являются абсолютным злом, так как наносят природе чудовищный вред.
С этим трудно не согласиться — корабельные газовые турбины и дизельные двигатели, как и реактивные двигатели самолетов, никогда не отличались чистотой «выхлопа». Достаточно посмотреть на взлетающий американский бомбардировщик B-52 или на российский авианосец «Адмирал Кузнецов». Не сильно отстают от них и гражданские собратья, сжигающие тонны топлива и сильно загрязняя окружающую среду. Но в скором времени с этим будет покончено. Сейчас разрабатываются и выпускаются корабли, которые отличаются более дружелюбным отношением к окружающей среде, чем их предки.
Силовая установка корабля состоит из дизельных двигателей Rolls-Royce нового поколения, отличающихся сниженным расходом топлива, на пару с которыми трудятся электромоторы. В чисто электрическом режиме норвежский лайнер способен плыть в течение получаса со скоростью 13 узлов (24 км/ч), а его однотипный собрат — лайнер Frittjof Nansen, первый рейс которого запланирован на весну 2020 года, — сможет плыть на электротяге в течение 40 минут.
По уверению строителя кораблей — фирмы Kleven Yards — особая форма корпуса и использование гибридной силовой установки позволило на 20% сократить расход топлива и выбросы вредных веществ. В перспективе ожидается модернизация лайнеров и установка на них аккумуляторов большей ёмкости, что позволит увеличить время плавания в электрическом режиме. Длина обоих кораблей достигает 140 метров, ширина — 23,6 метра, осадка — 5,3 метра. В 265 каютах могут размещаться до 530 пассажиров и 150 человек составляет экипаж.
Вот почему эксплуатант кораблей — норвежская туристическая компания Hartigruten — проводит 16-18-дневные круизы из Норвегии до Антарктиды, предоставляя туристам возможность близко познакомится с Шестым континентом. В настоящее время ни один другой туристический лайнер не способен плавать в антарктических водах, да ещё и на «электротяге».
Каждый корабль обошелся компании Hartigruten в 220 миллионов долларов. Норвежцы и дальше будут развивать флот гибридных лайнеров, правда, указывают на ряд сложностей в их эксплуатации. Например, на отсутствие в подавляющем большинстве портов специальных зарядных терминалов и аккумуляторов большой ёмкости. Но со временем эти проблемы должны быть решены.
Электрическая яхта для кругосветки
А вот швейцарская компания Solar Impact Yaht решила построить полностью автономную и экологически чистую яхту, которая будет вырабатывать электричество на борту и не зависеть от портов. 24-метровый корпус яхты катамаранного типа полностью изготовлен из не подверженных коррозии легких сплавов. В каждом из корпусов располагаются аккумуляторные батареи ёмкостью 800 кВт∙ч и два электромотора совокупной мощностью 1340 л.с.
В солнечный день Solar Impact способна плыть со скоростью 5 узлов (9 км/ч) в течение 10 часов, а максимальная скорость яхты составляет 22 узла или 40 км/ч. Теоретически, при хорошей погоде, Solar Impact способна совершить кругосветное путешествие, правда, в порты заходить все же придется для пополнения запасов продовольствия и воды. Яхта имеет четыре двухместные каюты, а управлять ею способен всего один человек благодаря высокой степени автоматизации. Яхта оборудована собственным «мозговым центром» и способна функционировать почти без вмешательства человека, самостоятельно управляя всеми системами, начиная от освещения и до работы энергетической установки.
Из других особенностей Solar Impact стоит отметить компьютеризированную систему успокоения качки, что позволяет яхте гасить значительную часть колебаний даже в шторм, а также отсутствие шума при движении на электромоторах. Разработчики подчеркивают, что примененные на Solar Impact инновационные разработки позволили добиться высочайшего уровня комфорта, и даже страдающие «морской болезнью» пассажиры смогут путешествовать без особых проблем. К сожалению, цена этой уникальной яхты пока не названа.
Электросамолет для эгоиста
Калифорнийский стартап Kitty Hawk начиная с 2017 года работает над компактным электрическим самолетом Heaviside, который в недалеком будущем должен если и не заменить автомобиль, то дополнить его. Если верить статистике, большинство американцев ездят в автомобилях в одиночку, то есть фактически перевозят «воздух». Причем тратят на это много времени и топлива. Kitty Hawk Heaviside позволит не только не перевозить бесполезный «воздух», но и преодолевать расстояние от пункта А до пункта Б за кратчайшее время и с минимальными затратами. Да ещё и не нанося ущерба окружающей среде.
Разработчики подчеркивают, что их электросамолет не только быстрее и дешевле любого вертолета, но и заметно тише — если на высоте до полукилометра вертолет малого класса издает шум в 80-88 децибел, то Heaviside всего 38 децибел, то есть он шумит не сильнее работающего кондиционера. Это очень большой плюс.
Названный в честь британского физика и инженера-самоучки Оливера Хэвисайда калифорнийский электросамолет в настоящее время проходит испытания в беспилотном режиме. Не исключено, что возможность автономного управления получит и серийная машина, выпуск которой планируется начать в течение ближайших двух лет. Но в любом случае, эксплуатация Kitty Hawk Heaviside будет невозможна без лицензии пилота.
Пятиместный беспилотник
Словенская компания Pipistrel была основана в 1989 году ещё в социалистической Югославии и поначалу выпускала дельтапланы. С годами инженеры Pipistrel набрались необходимого опыта и попробовали свои силы в самолетостроении, а с появлением литиевых аккумуляторов взялись за разработку электрических самолетов. Словенцы выпустили несколько моделей небольших самолетов, которые в основном используются в учебно-тренировочных целях, но несколько лет назад началось сотрудничество Pipistrel и Uber, что открыло перед компанией новые горизонты.
Летом 2019 года была зарегистрирована дочерняя компания — Pipistrel Vertical Solutions, которая в перспективе должна заняться производством пятиместного беспилотного электрического самолета Pipistrel 801 и созданного на его базе грузового беспилотника. Pipistrel 801, как и американский самолет Heaviside, способен взлетать и садиться вертикально, правда словенцы не стали разрабатывать сложную систему поворотных роторов, а установили восемь жестко закрепленных пропеллеров в мотогондолах по бокам фюзеляжа. С их помощью Pipistrel 801 взлетает и садится, а движение вперед обеспечивает установленный в хвостовой части тянущий винт. Каждый из электромоторов имеет собственный режим работы, контролируемый единой системой управления.
В салоне размещается пять пассажиров, а пилотская «кабина» является багажным отделением. Pipistrel 801 может разгоняться до 282 км/ч, дальность полета составляет 100 километров, что является вполне приемлемым показателем для воздушного такси. К плюсам словенского электросамолета относятся аккумуляторные батареи, которые Pipistrel разрабатывает самостоятельно. Разряженные батареи можно поменять на свежие за пять минут на специальном сервисном терминале, кроме того словенцы разрабатывают систему быстрой зарядки, которая позволит перезаряжать аккумуляторы за 15-20 минут.
Из других особенностей можно отметить резервный источник питания, который в случае внезапной разрядки основной батареи позволит произвести экстренную посадку, также Pipistrel 801 сможет садиться при двух неработающих электромоторах.
Электрический лайнер обретает очертания
К 2050 году все без исключения пассажирские самолеты должны сократить выбросы вредных веществ на 50%. Грядущие ужесточения экологических нормативов уже сейчас заставляют многие компании приступать к разработке перспективных силовых установок.
Так, в ноябре 2017 года европейский авиастроительный концерн Airbus, британская двигателестроительная компания Rolls-Royce и немецкая Siemens объединили усилия в создании гибридной силовой установки для будущих пассажирских лайнеров. Airbus разработал общую концепцию, Rolls-Royce предоставил турбовальный двигатель-генератор АЕ2100, а Siemens разработал электромотор мощностью 2700 л.с.
Проект под кодовым обозначением Airbus E-Fan X более двух лет доводился до ума, и первый полет самолета должен был состояться в 2020 году, но разработчики столкнулись с рядом трудностей. Планируется испытать различные виды аккумуляторов и доработать систему управления.
Но уже сейчас ясно, что будущее гражданской авиации за электрическими самолетами и полным отказом от «грязных» двигателей. Какое-то время ещё будут использоваться гибридные силовые установки, а затем пассажирские лайнеры станут электрическими. Правда, полное «перевооружение» займёт не одно десятилетие.