Группа ученых выяснила, что наземные солнечные электростанции могут передавать энергию на пролетающие самолеты с помощью микроволнового луча. По расчетам исследователей, это позволит снизить расход топлива и выбросы CO2, однако экономический эффект будет сосредоточен лишь в тех регионах, где много солнца и одновременно высокая плотность авиаперелетов.
Идея заключается в следующем: крупная солнечная ферма преобразует дневную энергию в микроволновое излучение и направляет узкий луч на гибридный самолет, где он снова превращается в электричество. Ученые проанализировали почти 150 тысяч реальных авиарейсов и данные о более чем 5 тысячах крупных солнечных станций. Они также учли потери энергии при передаче и ограничения по безопасности, включая допустимую мощность излучения на земле. Оказалось, что почти вся выгода от такой системы достается регионам, где солнечная активность сочетается с высокой загруженностью авиационных коридоров. При этом результаты сильно различаются от места к месту: в одних районах эффект максимален, в других — близок к нулю.
Главный результат исследования: беспроводная зарядка эффективна только на коротких и средних маршрутах. Перелеты до 1500 километров дают около 60% экономии, перелеты от 1500 до 4000 километров — почти 40%, а на дальние рейсы (свыше 4000 км) приходится менее 2%. Это объясняется тем, что на коротких маршрутах самолеты летают чаще и их трассы чаще пересекаются с зонами покрытия солнечных ферм. Кроме того, основная выгода достигается в дневное время — с 6 утра до 6 вечера, когда совпадают пик выработки солнечной энергии и пик авиаперевозок. Ночью польза от системы минимальна даже с учетом аккумуляторов.
Авторы также проверили, что можно сделать для повышения эффективности. Более высокий крейсерский полет (15 километров вместо стандартных 12) расширяет зону действия луча. Небольшая корректировка расписания рейсов (сдвиг времени вылета до получаса) позволяет лучше совместить полет с моментом, когда луч доступен. Вместе эти меры заметно увеличивают общую экономию. Анализ масштабирования показал, что эффект растет нелинейно. Если оснастить приемниками лишь 10-20% самолетов и подключить к системе столько же солнечных ферм, большая часть сгенерированной энергии пропадет впустую из-за нехватки «заряжаемых» бортов. Значимая выгода начинает появляться только при одновременном и широком внедрении технологии.
Предложенная технология не заменит керосин полностью и не станет универсальным решением для всей авиации. Однако она может стать полезным дополнительным инструментом для снижения затрат и выбросов на самых загруженных авиационных коридорах в регионах с высокой солнечной активностью. Практический смысл исследования для авиакомпаний и инвесторов в том, что в ближайшей перспективе стоит фокусироваться на оснащении приемниками самолетов, которые летают по коротким и средним маршрутам через солнечные и густонаселенные районы, а также на строительстве или модернизации солнечных ферм именно в этих зонах.
Читайте также: «Новый двигатель от МАИ увеличит срок службы малых спутников».