1. міське небо
2. Чи залишиться Росія в стороні?
3. швидше звуку
4. З досвіду Ту-144
5. "Звичайні" незвичайні лайнери
6. За законами природи
7. електрика

Image caption Приклад того, як в майбутньому зможе виглядати силовий набір літального апарату Airbus. Замість звичного "скелета" з шпангоутів, стрингерів і лонжеронів - легка сітка складної форми

Чи можливо, щоб саме уявлення про політ повністю змінилося? Не виключено, що в майбутньому саме так воно і буде. Завдяки новим матеріалам і технологіям можуть з'явитися пасажирські дрони, а в небо повернуться надзвукові авіалайнери. Російська служба Бі-бі-сі проаналізувала інформацію про новітні проекти Airbus, Uber, Toyota і інших компаній, щоб визначити, в якому напрямку буде розвиватися авіація в майбутньому.

міське небо

Зараз над містами відносно вільним залишається досить великий шар атмосфери висотою до кілометра. Це простір використовують спеціальну авіацію, вертольоти, а також окремі приватні або корпоративні літаки.

Але в цьому шарі вже починає розвиватися новий вид повітряного транспорту. У нього багато назв - міська або персональна авіація, авіатранспортна система майбутнього, небесне таксі і так далі. Але суть його була сформульована ще на початку XIX століття художниками-футурологами: кожен отримає можливість користуватися невеликим літальним апаратом для польотів на невеликі відстані.

Image caption Так художник в 1820 році представляв собі майбутнє. Індивідуальний літальний апарат був присутній на таких картинках вже тоді

Інженери ніколи не розлучалися з цією мрією. Але до сих пір заважала відсутність міцних і легких матеріалів і недосконала електроніка, без якої не можна запустити безліч невеликих апаратів. З появою високоміцного і легкого вуглепластика і розвитком портативних комп'ютерів все змінилося.

Нинішній етап створення міського аеромобільного транспорту чимось нагадує 1910-ті роки, самий початок історії літакобудування. Тоді конструктори не відразу знайшли оптимальну форму літака і сміливо експериментували, створюючи химерні конструкції.

Зараз загальна задача - зробити літальний апарат для міського середовища - також дозволяє будувати найрізноманітніші апарати.

Корпорація Airbus, наприклад, розробляє відразу три великих проекти - пілотований одномісний Vahana, який, за планами корпорації, зможе полетіти вже в наступному році, а до 2021 року буде готовий до комерційних польотів. Два інших проекти: CityAirbus, безпілотне таксі-квадрокоптер на кілька людей, і Pop.Up, який корпорація розробляє спільно з Italdesign. Це одномісний безпілотний модуль, який можна буде використовувати на колісному шасі для поїздок по місту, а також підвішувати до квадрокоптера для польотів.

Airbus Pop.Up і CityAirbus використовують принцип квадрокоптера, а Vahana - конвертоплан (тобто апарат, який злітає по-вертолітному, а потім розвертає двигуни і далі рухається як літак).

Схеми квадрокоптера і конвертоплана - зараз основні для пасажирських дронів. Квадрокоптера набагато стабільніші під час польоту. А конвертоплани дозволяють розвивати велику швидкість. Але обидві схеми дозволяють вертикально злітати і сідати. Це ключова вимога для міської авіації, оскільки звичайного літака потрібна злітно-посадкова смуга. А це означає, що знадобиться будівництво додаткової інфраструктури для міста.

Серед інших помітних проектів - Volocopter німецької компанії eVolo, який представляє собою мультикоптер з 18 пропелерами. Це поки що найуспішніший проект повітряного таксі, восени 2017 року Дубаї вже приступили до його тестування. У червні керуюча транспортна компанія Дубая підписала угоду про це з eVolo.

Image caption Lilium рухається за рахунок 36 електричних турбін, встановлених в ряд на площинах і в двох блоках в передній частині апарату

Ще один проект з Німеччини - Lilium - цікавий незвичайної компонуванням. Це електричний конвертоплан на 36 невеликих турбін, встановлених двома блоками уздовж крила, і з ще двома блоками в передній частині апарату. Компанія вже почала тестові польоти в безпілотному режимі.

Японський автовиробник Toyota інвестує в проект Cartivator.

А онлайн-сервіс таксі Uber також розробляє свою безпілотну систему, в цьому проекті він тісно співпрацює з НАСА по розробці технологій і програмного забезпечення сервісу в містах з високою щільністю населення.

Image caption Пасажирський дрон EHang 184, створений в китайській компанії Beijing Yi-Hang Creation Science & Technology Co., Ltd. в 2016 році

Серед авіаційних експертів чимало як прихильників безпілотних міських пасажирських перевезень, так і скептиків.

Серед останніх - головний редактор Avia.ru Роман Гусаров. Головна проблема, на його думку - невисока потужність електродвигунів і акумуляторів. І ефективні пасажирські дрони навряд чи з'являться в осяжному майбутньому, незважаючи на те, що в їх розробку вкладається багато коштів.

"Технології ще досить сири і створювані з їх використанням системи схильні до технічним збоїв", - зазначив в інтерв'ю Бі-бі-сі головний редактор порталу uav.ru Денис Федутінов.

За його словами, подібні проекти можуть бути просто красивим рекламним ходом і можливістю показати, що компанія займається передовими дослідженнями. Він також не виключає, що на тлі захоплених публікацій в пресі може виникнути багато стартапів, які, знайшовши гроші інвесторів, так і не зможуть створити літаючий пасажирський дрон.

Виконавчий директор Infomost Consulting (компанія займається консалтингом в галузі транспорту) Борис Рибак вважає, що поки найбільшою проблемою в цій сфері є страх. Люди будуть ще довго боятися довіряти своє життя літальному апарату без пілота.

"Коли з'явилися перші саморушні бензинові вози, з чадом, димом і гуркотом їхали вони поруч з конячками, і народ розбігався. Але це нормально, тоді було страшно, і зараз страшно", - сказав Рибак.

Між будинок ами і птахів ами

В даний час НАСА і Федеральне управління цивільної авіації США працюють над програмою "Управління рухом безпілотних авіаційних систем" ( Unmanned Aircraft System (UAS) Traffic Management (UTM) ). Саме в рамках цієї програми з НАСА та ФАА співпрацює компанія Uber.

Розвиток технологій в цій галузі сильно випереджає розробку правил їх регулювання. Американську програму почали розробляти в 2015 році, але в "дорожній карті" її розробки поки навіть не відзначений термін створення правил для польотів в густонаселених міських районах.

Image caption Пасажирську капсулу Pop.Up можна буде використовувати на колісному шасі або чіплялися до квадрокоптера

При цьому маються на увазі польоти дронів з доставки пошти і новинний відеозйомці. А про перевезення пасажирів в програмі поки взагалі нічого не говориться.

Судячи з даних презентацій, вивчених Російською службою Бі-бі-сі, в майбутньому польоти пасажирських дронів в містах будуть регулюватися через вибудовування маршрутів в повітряних коридорах. Такий же принцип діє в сучасній цивільної авіації. При цьому дрони будуть активно взаємодіяти між собою і моніторити повітряний простір навколо, щоб уникнути зіткнень з іншими дронамі та іншими об'єктами в повітрі (наприклад, з птахами).

Однак, як вважає Борис Рибак, набагато ефективнішою була б система, побудована за принципом вільного польоту, де маршрути шикувалися б комп'ютерами з урахуванням місцезнаходження всіх апаратів в повітрі.

Чи залишиться Росія в стороні?

У Росії влада також намагаються робити обережні кроки з регулювання польотів безпілотників в міському середовищі. Так, вже давно цікавиться безпілотниками компанія "Ростелеком". Вона є підрядником компанії "Російські космічні системи", яка в листопаді 2015 року виграла конкурс Роскосмосу на 723 млн рублів (12,3 млн доларів) на створення інфраструктури Федерального мережевого оператора.

Image caption Ще один проект надзвукового бізнес-джета - XB-1 американської компанії Boom Technology

Ця інфраструктура повинна буде забезпечити спостереження за транспортом і безпілотними апаратами (включаючи літальні), наземним і водним пілотованим і безпілотним транспортом, залізничним транспортом, пояснював представник "Ростелекома". Оператор створює дослідний зразок інфраструктури, яка буде контролювати рух транспорту, перш за все дронів, і готовий витратити на субпідрядників близько 100 млн рублів (1,7 млн ​​доларів).

Заступник глави департаменту науки, промислової політики і підприємництва міста Москви Андрій Тихонов розповів Бі-бі-сі, що в російській столиці поки немає умов для появи пасажирських дронів.

"По-перше, не до кінця опрацьована нормативна база для безпілотних літальних і наземних апаратів. По-друге, московська інфраструктура поки не пристосована для масової транспортування вантажів і пасажирів на безпілотних апаратах. По-третє, більшість апаратів, призначених для перевезення людей і великих вантажів, поки знаходяться на стадії тестування і повинні отримати відповідну документацію для роботи в міських умовах. Знову ж виникають питання обов'язкового страхування пасажирів і багато інших ", - пояснив він.

Правда, за його словами, ці проблеми не стільки зупиняють влади міста, скільки змушують шукати шляхи їх вирішення.

швидше звуку

Інший напрямок, над яким працюють у багатьох авіабудівних корпораціях - надзвукові пасажирські перевезення.

Ця ідея зовсім не нова. 22 листопада виповнюється 40 років початку регулярних комерційних рейсів між Нью-Йорком, Парижем і Лондоном на літаках "Конкорд". У 1970-х ідею надзвукових перевезень втілили British Airways разом з Air France, а також "Аерофлот" на Ту-144. Але на практиці з'ясувалося, що технології того часу не годилися для цивільної авіації.

В результаті радянський проект згорнули після семи місяців експлуатації, а британо-французький - після 27 років.

Image caption "Конкорд", як і Ту-144, випередив час, але показав, як складно зробити надзвуковий пасажирський літак

Головною причиною, по якій були згорнуті проекти Concorde і Ту-144, зазвичай називають фінанси. Ці літаки були дорогим задоволенням.

Двигуни таких апаратів споживають набагато більше пального. Для таких літаків необхідно було створювати свою інфраструктуру. Ту-144, наприклад, використовував свій вид авіаційного палива, набагато складніший за складом, він потребував особливому технічному обслуговуванні, більш ретельному і дорогому. Для цього літака доводилося тримати навіть окремі трапи.

Ще однією серйозною проблемою, крім складності і вартості обслуговування, став шум. Під час польоту на надзвуковій швидкості на всіх передніх крайках елементів літака виникає сильне повітряне ущільнення, яке породжує ударну хвилю. Вона тягнеться за літаком у вигляді величезного конуса, і коли досягає землі, то людина, через якого вона проходить, чує приголомшуючий звук, схожий на вибух. Саме через це польоти "Конкордов" над територією США на надзвуковий швидкості були заборонені.

І саме з шумом зараз, перш за все, намагаються боротися конструктори.

Після припинення польотів "Конкорда" спроби побудувати новий, більш ефективний надзвуковий пасажирський літак не припинялися. І з появою нових технологій в області матеріалів, двигунобудування та аеродинаміки про них стали говорити все частіше.

У світі розробляється відразу декілька великих проектів в області надзвуковий цивільної авіації. В основному, це бізнес-джети. Тобто проектувальники спочатку намагаються націлитися на той сегмент ринку, де вартість квитків та обслуговування відіграє меншу роль, ніж на маршрутних перевезеннях.

Image caption Літак AS2 компанія Aerion розробляє в партнерстві з Airbus

НАСА спільно з корпорацією Lockheed Martin розробляє надзвуковий літак, намагаючись, в першу чергу, вирішити проблему звукового бар'єру. Технологія QueSST включає в себе пошук особливої ​​аеродинамічної форми літального апарату, яка як би "розмазувала" жорсткий звуковий бар'єр, роблячи його нерізким і менш гучним. В даний час в НАСА вже розробили вигляд літака, а його льотні випробування можуть початися в 2021 році.

Ще один помітний проект - AS2, який розробляє компанія Aerion в партнерстві з Airbus.

Airbus також працює над проектом Concord 2.0. Цей літак планується оснастити трьома типами двигунів - ракетним в хвостовій частині і двома звичайними реактивними, за допомогою яких літак зможе злітати майже вертикально, а також одним прямоточним, який вже буде розганяти апарат до швидкості в 4,5 Маха.

Правда, подібними проектами в Airbus займаються досить обережно.

"Airbus продовжує дослідження в області надзвукових / гіперзвукових технологій, ми також вивчаємо ринок, щоб зрозуміти, чи будуть такого роду проекти життєздатні і здійсненні, - йдеться в офіційному коментарі Airbus для Російської служби Бі-бі-сі. - Ми не бачимо ринку для таких літаків зараз і в доступному для огляду майбутньому через високі витрати таких систем. це може змінитися з появою нових технологій, або зі зміною економічної або соціальної обстановки. Загалом, поки що це швидше за область вивчення, а не пріоритетне направ ення ".

Media playback is unsupported on your device

Чи можна відродити "Конкорд"?

Передбачити, чи буде попит на такі літаки, дійсно складно. Борис Рибак зазначає, що паралельно з авіаційними розвивалися і інформаційні технології, і тепер бізнесмен, якому необхідно швидко вирішити питання на іншій стороні Атлантики, часто може зробити це не особисто, а через інтернет.

"Летіти бізнес-класом або в бізнес-джет шість годин через Лондона до Нью-Йорка. А так ти технічно витратиш чотири, ну три сорок. Чи варто ця [овчинка] вичинки?" - сказав Рибак з приводу надзвукових перельотів.

З досвіду Ту-144

Однак інші російські авіаційні фахівці вважають інакше. Надзвукові літаки зможуть зайняти своє місце на ринку, вважає ректор Московського авіаційного інституту Михайло Погосян, колишній керівник Об'єднаної авіабудівної корпорації.

"Надзвуковий літак дає можливість вийти на якісно інший рівень, він дозволяє економити глобально час - добу. Прогнози ринку говорять про те, що впровадження такого роду технологій і такого роду проектів буде пов'язано з вартістю такого польоту. Якщо така вартість буде прийнятною і не буде в рази відрізнятися від вартості польоту на дозвуковом літаку, то я вас запевняю, що ринок є ", - сказав він Російській службі Бі-бі-сі.

Погосян виступив на форумі Aerospace Science Week в МАІ, де він, зокрема, розповів про перспективи створення надзвукового літака за участю російських фахівців. Російські підприємства (ЦАГІ, МАІ, ОАК) беруть участь у великій європейській науково-дослідницькій програмі Horizon 2020 року, один із напрямів якої - розробка надзвукового пасажирського літака.

Погосян перерахував основні характеристики такого літака - низький рівень звукового удару (інакше літак не зможе літати над населеними територіями), двигун змінного циклу (йому необхідно добре працювати на дозвуковій швидкості і на надзвуковий), нові термостійкі матеріали (на надзвуковий швидкості літак сильно нагрівається), штучний інтелект, а також те, що управляти таким літаком може один пілот.

При цьому ректор МАІ переконаний, що проект надзвукового літака можна створити тільки на міжнародному рівні.

Image caption За словами Сергія Чернишова, у Росії збереглася школа створення надзвукових пасажирських літаків

Керівник Центрального аерогідродинамічного інституту імені професора М. Є. Жуковського (ЦАГІ) Сергій Чернишов розповів на форумі, що російські фахівці беруть участь в трьох міжнародних проектах в області надзвуковий пасажирської авіації - Hisac, Hexafly і Rumble. Всі три проекти не мають на меті створити кінцевий комерційний продукт. Їх головне завдання - дослідити властивості надзвукового і гіперзвукового апарату. За його словами, зараз авіабудівники створюють ще тільки концепцію такого літака.

В інтерв'ю Бі-бі-сі Сергій Чернишов сказав, що сильною стороною російських авіабудівників є досвід створення надзвукових літаків і їх експлуатації. За його словами, це сильна аеродинамічна школа, великий досвід проведення випробувань, в тому числі і в екстремальних умовах. У Росії також "традиційно сильна школа матеріалознавців", - додав він.

"Мій суб'єктивний прогноз: на горизонті 2030-35 року з'явиться [бізнес-джет]. Академік Погосян вважає, що між 2020-й і 2030 роком. Десять років він їм дав. Це так, але все-таки ближче до 2030 року", - сказав Сергій Чернишов.

"Звичайні" незвичайні лайнери

Головне завдання авіаконструкторів сьогодні - домагатися збільшення паливної ефективності літака, знижуючи при цьому шкідливі вихлопи і шум. Друге завдання - розробляти нові системи управління, де комп'ютер буде виконувати все більше завдань.

Зараз вже нікого не здивувати електродистанційною системою керування літаком, коли сигнали від ручки управління або штурвала, педалей та інших органів передаються до керма і інших елементів механізації у вигляді електросигнали. Подібна система дозволяє бортовому комп'ютеру контролювати дії льотчика, вносячи корективи і виправляючи помилки. Однак ця система - вже вчорашній день.

Як розповів Бі-бі-сі віце-президент корпорації "Іркут" з маркетингу та продажу Кирило Будаев, російська компанія працює над системою, коли літаком буде управляти всього один пілот, а функції другого при зльоті та посадці буде виконувати спеціально підготовлений старший бортпровідник. Під час польоту літака на ешелоні одного пілота цілком достатньо, вважають в "Іркут".

За законами природи

Ще одне серйозне нововведення, що з'явилося в останнє десятиліття - композитні матеріали. Розробку легкого і міцного пластику можна порівняти із застосуванням алюмінію в післявоєнній авіації. Цей матеріал разом з появою ефективних турбореактивних двигунів змінив вигляд літаків. Тепер точно така ж революція відбувається з композитом, який поступово витісняє метал з конструкцій літаків.

При проектуванні літаків все частіше використовується тривимірна друк, яка дозволяє створювати більш складні форми з високою точністю. І домагатися зниження споживання палива.

Наприклад, Airbus і Boeing використовують новітні двигуни сімейства LEAP виробництва CFM International. Форсунки в цих двигунах надруковані на тривимірному принтері. І це дозволило підвищити паливну ефективність на 15%.

Крім того, зараз авіаційна промисловість почала активніше освоювати бионический дизайн.

Біоніка - прикладна наука, яка вивчає можливості практичного застосування в різних технічних пристроях принципів і структур, які з'явилися в природі завдяки еволюції.

Image caption Кронштейн, спроектований за допомогою біонічних технологій

Ось простий приклад - на знімку вище зображено кронштейн, аналогічний тому, що використовується в літаку Airbus. Зверніть увагу на його форму - зазвичай такий елемент являє собою суцільний шматок металу трикутної форми. Однак, розрахувавши на комп'ютері сили, які будуть включені до різних його частинах, інженери з'ясували, які частини можна видалити, а які - видозмінити таким чином, щоб не тільки полегшити, але і посилити такий компонент.

Набагато складніша робота була проведена групою вчених на чолі з професором Технічного університету Данії Нільсом Ааге. У жовтні 2017-го вони опублікували в журналі Nature доповідь , В якому розповіли про те, як вони розрахували на французькому суперкомп'ютері Curie силовий набір крила авіалайнера Boeing 777 - складну структуру досить тонких перемичок і розпірок.

Отриманий результат самі автори порівнюють зі структурою дзьоба птиці, який всередині являє собою складну пористу систему, з одного боку дуже легку, з іншого - міцну.

В результаті, як вважають дослідники, вага двох крил літака можна було б знизити на 2-5%, не втративши при цьому міцності. З урахуванням того, що обидва крила в сумі важать 20 тонн, це дало б економію до 1 тонни, що відповідає передбачуваному скорочення витрати палива 40-200 тонн в рік. А адже це вже істотно, чи не так?

При цьому бионический дизайн в майбутньому, як вважають в авіабудівних корпораціях, буде застосовуватися все більше і більше. Літак на першій ілюстрації до цього тексту - лише ескіз інженерів Airbus, але на ньому вже видно, за яким принципом буде створюватися силовий набір літаків майбутнього.

електрика

Двигун - найголовніша і найдорожча частина літака. І саме він визначає конфігурацію будь-якого літака. В даний час більшість авіаційних двигунів - або газогенераторні, або внутрішнього згоряння, бензинові або дизельні. Лише найменша частина з них працює на електриці.

За словами Бориса Рибака, все десятиліття існування реактивної авіації розробка принципово нових авіаційних моторів не велась. Він бачить в цьому прояв лобі нафтових корпорацій. Так це чи ні, але за весь післявоєнний час ефективного двигуна, яка б не спалював вуглеводневе паливо, так і не з'явилося. Хоча випробовувалися навіть атомні.

Зараз в світовій авіаційній індустрії відношення до електрики сильно змінюється. У світовій авіації з'явилася концепція "Більш електричний літак". Вона має на увазі велику в порівнянні з сучасними електрифікацію вузлів і механізмів апарату.

У Росії технологіями в рамках цієї концепції займається холдинг "Технодінаміка", що входить в "Ростех". Компанія розробляє електроприводи реверсу для майбутнього російського двигуна ПД-14, приводи паливної системи, прибирання-випуску шасі.

"У довгостроковій перспективі ми, звичайно, розглядаємо проекти великих комерційних літаків. І в цих великих літаках ми, швидше за все, будемо використовувати гібридну рухову установку, перш ніж перейти повністю на електротягу, - йдеться в коментарі Airbus. - Справа в тому, що ставлення потужності до ваги в сучасних акумуляторах поки ще дуже далеко від того, що нам потрібно. Але ми готуємося до майбутнього, в якому це можливо ".