Аэромобили могут сократить выхлопы, заменить самолеты и разгрузить дороги – но не скоро

Еще 50 лет назад летающие автомобили были не более чем полетом фантазии. Однако постепенно этот футуристический вид транспорта начал пересекать границы реальности, все прочнее укореняясь в нашем сознании. Согласно результатам нового исследования, опубликованного ресурсом Nature, в некоторых отношениях аэромобили могут оказаться выгоднее дорожных электромобилей – например, они могут сократить количество выбрасываемых в атмосферу выхлопных газов и разгрузить движение на переполненных автомагистралях.

С другой стороны, отсутствие необходимых технологий и определенности по поводу практической обоснованности таких автомобилей не позволяет им появиться вовремя (если появиться вообще) и стать масштабным решением энергетического кризиса и перегруженности дорог.

Как заставить машину летать

На первый взгляд, считать летающий автомобиль эффективнее, чем обычный, может показаться бредовой идеей, особенно учитывая факт, что современные самолеты едва ли можно назвать экономичными в плане потребления топлива. Тем не менее, их нельзя считать заведомо неэффективными – конечно, маленький четырехместный автомобиль – это не птица, пересекающая расстояния между континентами без питания, но это и далеко не Boeing 737.

Существует много способов заставить автомобиль летать, однако большинство из них связаны с множеством проблем. Пожалуй, наиболее перспективным вариантом является решение, представленное в исследовании, и основанное на физических свойствах самолета вертикального взлета и посадки (СВВП).

При слове СВВП многим на ум приходит неуклюжий летательный аппарат с огромными двигателями и винтами. Однако гораздо меньшие по размеру и весу летающие автомобили будут выглядеть и функционировать совсем по-другому – они будут оснащены большим количеством выдувающих воздух электровентиляторов. Эта инновационная, быстро развивающаяся технология распределенной электрической тяги (DEP) очень эффективна для осуществления полетов, кроме того, она создает возможности для бесшумного взлета.

Конструкцию крыла и пропеллера также можно оптимизировать – их можно сделать длинными, тонкими, с множеством подвижных поверхностей, так чтобы они напоминали птиц. Целью всех этих технических оптимизаций является достижение максимальной высоты при минимальном сопротивлении – силе, препятствующей движению объекта через воздух и замедляющей его. Это обеспечит снижение потребления энергии, и, как следствие, уменьшит количество выхлопных газов.

С другой стороны, хотя такие энергосберегающие решения эффективны в режиме полета, при осуществлении взлета, парения или приземления пользы от них мало. Таким образом, хотя летательные аппараты СВВП могут оказаться эффективными для совершения коротких перелетов в пределах города, они не могут стать решением энергетического кризиса.

В отношении полетов протяженностью в 100км электрические летательные аппараты могут оказаться на 35% эффективнее бензиновых автомобилей – хотя дорожным электромобилям они все же будут уступать. С другой стороны, учитывая, что аэромобили будут, главным образом, использоваться в качестве такси, передвигающихся по заранее обозначенным воздушным коридорам, они смогут перевозить значительно большее количество пассажиров. С учетом этого, выхлопы от летающего автомобиля при осуществлении поездки в 100км будут на 6% меньше по сравнению с электромобилями, передвигающимися по дороге.

По мере увеличения расстояния эффективность по сравнению с дорожными автомобилями увеличивается, поскольку последним приходится иметь дело с сопротивлением качению и менее эффективным потоком воздуха. Но, к сожалению, расстояние является ахиллесовой пятой электроавиации. Исследование рассматривает расстояния до 200км, и здесь летающие автомобили демонстрируют хорошие показатели. Однако если работающие на топливе самолеты по мере его расходования могут терять до 70% массы, то в случае электрических аэромобилей ситуация другая – разряженные аккумуляторы вовсе не становятся легче. То есть на расстояниях свыше 200км аккумуляторы превращаются в серьезный недостаток.

Принято считать, что электрические самолеты могут быть эффективны только для полетов на короткие расстояния. Решающую роль здесь играет величина удельной энергоемкости, измеряемая в ватт-часах на килограмм. На данный момент лучшие аккумуляторы обладают удельной емкостью около 250 Вт-ч/кг, что составляет очень малую часть от удельной емкости авиационного или автомобильного топлива (12 000 Вт-ч/кг). К середине столетия удельная емкость аккумуляторов может повыситься до 800 Вт-ч/кг, что увеличит расстояние до 700 миль – половина всех мировых перелетов осуществляется в этих пределах. Однако для этого необходима серьезная оптимизация технологии производства аккумуляторов.

Практические проблемы

Всецело фокусируясь на физических свойствах летающих автомобилей, исследование не упоминает о ряде практических аспектов, которые необходимо учитывать до того как летающие машины будут окончательно приняты в качестве неотъемлемого вида транспорта будущего. Например, важно учитывать размер тарифа за выброс углерода, стоимость технического обслуживания и времени простоя. Электромобили критикуют за высокие расходы на электроэнергию и затраты, связанные с добычей материалов для изготовления аккумуляторов, например, лития или кобальта. К тому же не стоит забывать о создании необходимой для полетов инфраструктуры. Наконец, большое значение имеет погода.

Поскольку аэромобили представляют собой абсолютно новый вид летательных аппаратов, подсчитать все реальные расходы достаточно сложно. Непредвиденные проблемы могут обернуться в миллиарды долларов (далеко ходить не надо, вспомним Boeing).

Итак, если говорить о выхлопах CO₂ на пассажиро-километр, в настоящее время летающие автомобили на основе технологии DEP можно в лучшем случае сравнить с их дорожными электрическими собратьями, а в худшем, они немногим превосходят традиционные бензиновые автомобили. По мере оптимизации технологий и безопасности они могут сыграть свою роль в безтопливном будущем, главным образом, для осуществления коротких полетов и разгрузки дорог. Тем не менее, главный вопрос остается без ответа – будут ли такие автомобили готовы вовремя, чтобы стать решением энергетического кризиса? Можем ли мы ждать 30 лет?

Источник