Industria aviatică se aşteaptă la o creştere de 7 ori a traficului aerian până în 2050 şi la o creştere de 4 ori a emisiilor de gaze cu efect de seră, dacă nu intervin schimbări fundamentale între timp. Dar cât de radicale ar trebui să fie aceste schimbări şi care vor fi efectele acestora asupra avioanelor? Pasul fundamental pe care l-ar putea face industria aviatică ar fi acela de a construi şi utiliza avioane comerciale electrice.

 

 

Asta ar însemna emisii zero de dioxid de carbon şi oxizi de azot, cu condiţia ca sursele de energie să fie centrale care produc energie fără o poluare foarte mare.

Principala barieră tehnologică ce trebuie depăşită este densitatea energetică a bateriilor, o măsură a puterii generate de o baterie de o anumită greutate. Directorul companiei Tesla (producătoare de maşini electrice), Elon Musk, a afirmat (vezi mai jos) că odată ce bateriile sunt capabile să producă 400 de waţi-oră per kilogram, un avion transcontinental electric devine obligatoriu.

 



 

Bateriile litiu-ion au avut o evoluţie dătătoare de speranţe: 113 Wh/kg în 1994, 202 Wh/kg în 2004 şi circa 300 Wh/kg astăzi. E rezonabil, aşadar, să ne aşteptăm la o densitate de energie de 400 waţi-oră per kilogram în următoare decadă.

Un alt aspect interesant îl reprezintă scăderea exponenţială a costului panourilor solare, care au devenit deja cea mai ieftină formă de energie în majoritatea statelor SUA. Aşteptata reducere a costului bateriilor litiu-ion cu 70 de procente şi rapida creştere a costurilor pentru avioanele bazate de kerosen indică faptul că va fi un mare dezavantaj pentru cei care mizează în viitor pe varianta kerosenului.

Aşa cum este adesea cazul, motivele care încetinesc tranziţia nu sunt de natură tehnologică, ci au legătură cu inerţia economică şi politică împotriva schimbării stării de fapt.

 


VoltAir. Concept de aeronavă complet electrică.
EADS


Între timp, biocombustibil...

Luând în calcul faptul că avioanele de transport pasageri şi marfă au o perioadă de utilizare de 21-33 ani, chiar dacă de mâine s-ar construi doar avioane electrice, tranziţia de la kerosen la avioanele electrice tot ar dura între 2 şi 3 decade.

Între timp, biocombustibilul oferă reduceri ale emisiilor de carbon de 36-85 procente, în funcţie de locul în care se cultivă materia primă.

Chiar dacă un amestec de biocombustibil şi kerosen a fost certificat în 2009, industria aeronautică nu se grăbeşte să facă schimbarea. Sunt necesare mici modificări tehnologice şi există încă dificultăţi în producerea la scară mare a biocombustibilului; dar principala problemă rămâne preţul mare al biocombustibilului. Paritatea dintre cele două tipuri de combustibil reprezintă încă un vis care nu va fi atins, cel mai probabil, decât în zece ani.

Adoptarea unei noi tehnologii aviatice, de la cercetare, proiectare şi testare la integrare deplină, durează cam zece ani. Întrucât motorul pe bază de combustie va fi depăşit undeva la mijlocul acestui secol, între timp se poate inova în alte domenii: designul aeronavelor, materiale folosite, propulsia electrică ori controlul traficului aerian.


Reinventarea avionului


"Dacă un computer este astăzi echipat cu 18 mii de tuburi cu vid şi cântăreşte 30 de tone, computerele viitorului vor avea doar 1000 de tuburi şi vor cântări poate doar 1,5 tone." - Popular Mechanics, 1949.



Evoluţia tehnologică a stocării digitale: 2005-2014


După cum se poate observa, trăim într-o lună de schimbări exponenţiale. Trebuie să părăsim gândirea liniară de zi cu zi pentru a înţelege pe deplin ce se întâmplă şi pentru a folosi ce avem în scopul construirii viitorului.

În ce priveşte puterea de calcul, tehnologia de azi avansează mai repede în fiecare oră astăzi decât a făcut-o în primii 90 de ani. Având în minte cele abia spuse, ştim că echivalentul din 2023 al unui computer de 1000 de dolari de astăzi va depăşi potenţialul creierului uman şi, până în 1945, va depăşi potenţialul tuturor creierelor oamenilor la un loc.

Miniaturizarea electronicii din ultima jumătate de secol a continuat un alt trend similar, al micşorării porţilor tranzistorilor de la circa 1000 de nanometri în 1970 la 23 nanometri astăzi. Odată cu posibilitatea creării tranzistorilor din grafen, e de aşteptat ca dimensiunile să ajungă la 7 nanometri până în 2025. Prin comparaţie, o celulă roşie din sângele nostru are circa 6200-8200 nanometri.

 




Comparaţie între un arbore cotit şi o roată dinţată marca MIcro Electronic Mechanism şi un bob de polen şi celule roşii


Luând în calcul această creştere a puterii de calcul şi scăderea în mărimea circuitelor şi adăugând progresul realizat în domeniul printării 3D, cândva în următoarea decadă vom fi în stare să producem computere integrate suficient de puternice pentru a controla un avion la un nivel echivalent celui celular aproape în timp real - conectând wireless dispozitive digitale nanometrice.

Folosind un "sistem nervos" digital, inspirat din cel biologic, cu receptori aranjaţi pe aeronavă în aşa fel încât să se poate identifica rapid forţele ce acţionează asupra acestuia, temperatura, fluxul de aer - se va putea îmbunătăţi radical eficienţa energetică; cuplarea la software şi hardware avansat, va face posibilă chiar schimbarea formei avionului, ca răspuns la datele senzorilor.


Tăierea cozii

Odată ce aeronava electrică va deveni realitate, următorul pas va fi integrarea unui sistem de propulsie cardanic, unul care să poată asigura propulsie în orice direcţie. Acesta va elimina nevoia de elevatoare, cârme şi suprafeţe de control al cozii pe care designul actual le cere, dar care adaugă o masă şi o frânare semnificative.



Schiţă a unei margini posterioare a unei aripi (concept)


Aripile pe care le proiectăm sunt deja aproape de maximum în ceea ce priveşte eficienţa aerodinamică, dar încă nu se compară cu ceea ce natura a realizat prin păsări. Modelele de design ale aeronavelor au deja 100 de ani, cu limitele primelor zile; dar tehnologia a avansat de atunci. Nu mai trebuie să construim aripi ca structuri rigide cu suprafeţe de control discrete, ci trebuie să ne îndreptăm către natură pentru inspiraţie. Aşa cum spunea Richard Feynman: "Cred că imaginaţia naturii este atât de măreaţă în comparaţie cu cea a omului, încât nu ne va lăsa niciodată să ne odihnim".



Concept de aeronavă inspirată din natură, cu structuri şi suprafeţe exterioare adaptative



O vedere spre viitor

Industria aeronautică nu a stat pe loc, desigur. Iată mai jos o serie de proiecte:



E-Thrust Project. EADS



Blended Wing Body. Boeing&NASA


Airbus 2050



Aeronavă electrică. NASA



Aeronavă Prandtl. Universitatea din Pisa




Traducere după What commercial aircraft will look like in 2050