W samolocie przyszłości ta właśnie niskoemisyjna przyszłość raczej nie przyjdzie pod postacią magicznego samolotu na samych akumulatorach, który nagle rozwiąże wszystkie problemy emisji. Bardziej prawdopodobny wydaje mi się etap przejściowy – brudniejszy technicznie, mniej efektowny, ale znacznie ważniejszy. Etap, w którym turbina gazowa, silniki-generatory, przekształtniki mocy, inwertery, akumulatory i śmigło zaczynają działać jako jeden układ, a nie jako osobne światy połączone życzeniowym myśleniem.
GE Aerospace zrobiło krok, który wygląda niepozornie tylko z daleka
GE Aerospace zakończyło pierwszy naziemny test kompletnego, zintegrowanego hybrydowo-elektrycznego układu napędowego klasy megawatowej opartego na silniku CT7. Nie chodzi tu o warsztatowe zakręcenie małym wirnikiem ani o pokaz koncepcyjny z makietą. Test odbył się w ośrodku Peebles w Ohio i obejmował symulację kolejnych faz lotu, bo kołowania, startu, wznoszenia oraz lotu przelotowego. Najciekawsze jest to, że elektryczna część układu nie tylko pomagała napędzać śmigło, ale również generowała energię do akumulatora, co jest kluczowe, bo w praktyce mówimy o architekturze równoległej.
Czytaj też: Pływające samoloty wojskowe fascynują mnie do dziś. Chiny robią z nich coś więcej
Turbina gazowa i układ elektryczny mogą wspólnie napędzać śmigło, a system zarządzania energią decyduje, kiedy warto dołożyć moc elektryczną, kiedy odzyskać część energii i jak rozdzielić obciążenie. Dla mnie właśnie tu kończy się dziecięce marzenie o “samolocie na prąd”, a zaczyna prawdziwa inżynieria przyszłości. Nie chodzi o zastąpienie turbiny jednym wielkim akumulatorem, tylko o takie wsparcie klasycznego napędu, żeby samolot zużywał mniej paliwa tam, gdzie zwykle traci go najwięcej.
GE nie składało tego systemu w próżni. Firma opracowała silniki-generatory, sterowniki, przekształtniki mocy oraz inwertery. Dowty dostarczyło śmigła, Avio Aero przekładnie i silnik CT7, BAE Systems akumulatory, a należąca do Boeinga Aurora Flight Sciences kompletną gondolę silnikową. Pokazuje to, że hybrydowy napęd lotniczy nie jest układem w stylu “silnik plus kabel”. Jest to wysokonapięciowy, certyfikowalny system, który musi działać przewidywalnie w warunkach, w których awaria nie jest irytującą usterką, tylko potencjalnym zagrożeniem życia.
Najważniejsze nie jest to, że śmigło się kręciło
W takich informacjach łatwo zatrzymać się na samym fakcie, że układ zadziałał. Dla mnie ważniejsze jest jednak coś innego, bo sam fakt, że GE testowało komponenty przygotowywane z myślą o wymaganiach lotniczych, a nie typowy sprzęt eksperymentalny. Stanowi to rozróżnienie zasadnicze, bo lotnictwo ma wyjątkowo niski próg tolerancji dla technologii, które “już działają”, ale jeszcze nie wiadomo, czy będą działać przez tysiące godzin, wibracji, zmian temperatury, cykli obciążenia i przeglądów.
Podobny problem zauważyłem przy hybrydyzacji silnika odrzutowego, gdzie sama obecność elektrycznego wsparcia nie rozwiązuje sprawy, bo dopiero integracja z istniejącym cyklem pracy silnika decyduje o sensie całego projektu. Jeszcze ostrzej widać to przy hybrydowym samolocie RTX, gdzie 1-megawatowy układ elektryczny i akumulator 200 kWh brzmią imponująco, dopóki nie policzy się, że pełna moc wyczerpałaby taki zapas energii w około 12 minut. Ewidentnie nie są to technologie od “latania za darmo”, a narzędzia do bardzo precyzyjnego zarządzania mocą.
Czytaj też: MagniX ma odciąć najważniejsze samoloty od benzyny, ale MagniAIR będzie dopiero początkiem
Właśnie dlatego nie ekscytowałbym się jeszcze wizją tanich, cichych i bezemisyjnych lotów regionalnych za kilka lat. GE nie podało szczegółowych zysków sprawności, nie znamy masy kompletnego systemu w docelowej konfiguracji, nie znamy długoterminowych ograniczeń chłodzenia, trwałości akumulatorów ani kosztów obsługi. Test naziemny otwiera drzwi do prób w locie, ale nie jest jeszcze dowodem, że linie lotnicze zaczną masowo zamawiać takie maszyny.
Saab 340B jako poligon dla samolotów przyszłości
Ten program jest częścią projektu NASA Electrified Powertrain Flight Demonstration, czyli EPFD. Jego sens jest dość prosty, bo ma sprawdzić, czy napędy elektryfikowane klasy megawatowej da się zintegrować z samolotem w sposób użyteczny, skalowalny i bezpieczny. NASA pokazuje w tym programie m.in. zmodyfikowane samoloty demonstracyjne GE Aerospace i magniX, a celem jest weryfikacja technologii mogących poprawić efektywność paliwową oraz ograniczyć szkodliwe emisje w lotnictwie.
W przypadku GE mowa o zmodyfikowanym Saabie 340B, czyli regionalnym dwusilnikowym samolocie turbośmigłowym. Wcześniejsze założenia programu przewidywały wykorzystanie maszyny z silnikami CT7-9B, a Boeing wraz z Aurorą Flight Sciences miał odpowiadać za przebudowę samolotu, gondolę silnikową, oprogramowanie kabiny i integrację systemów. Cały pięcioletni wysiłek EPFD opisywano jako program o wartości 260 mln dolarów, co po przeliczeniu daje około 945 mln zł.
Innymi słowy, to nie jest byle ciekawostka dla fanów ekologii, tylko poważny eksperyment przemysłowy finansowany przez NASA, GE, Boeinga i partnerów. Jednocześnie warto zachować proporcje. Saab 340B nie stanie się nagle masowym samolotem przyszłości. Będzie latającym stanowiskiem testowym, a takie maszyny istnieją po to, żeby zebrać dane, wykryć problemy i ustalić, czy technologia nadaje się do przeniesienia na kolejne generacje napędów.
Dlaczego pełna elektryfikacja samolotów pasażerskich nadal jest problemem?
Największą przeszkodą jest energia właściwa. Paliwo lotnicze jest absurdalnie dobre z punktu widzenia lotnictwa, bo mieści ogrom energii w stosunkowo niewielkiej masie. Akumulator w samochodzie może być ciężki, bo samochód jedzie po drodze. W samolocie każdy dodatkowy kilogram trzeba unieść, rozpędzić, utrzymać w powietrzu i bezpiecznie sprowadzić na ziemię. Co gorsza, paliwo w trakcie lotu znika, a akumulator zostaje z samolotem do końca trasy.
Dlatego hybryda ma sens tam, gdzie pełna elektryfikacja zaczyna przegrywać z fizyką. Elektryczny komponent może wesprzeć start, poprawić reakcję układu, odciążyć turbinę w określonych fazach lotu, pracować jako generator albo umożliwić bardziej elastyczne zarządzanie mocą. Nie musi przejmować całej misji, żeby mieć znaczenie. Wydaje mi się, że to właśnie ten sposób myślenia będzie najważniejszy w lotnictwie najbliższych dekad. Nie “wyrzućmy turbinę”, tylko “wyciśnijmy z niej więcej, tam gdzie obecna architektura marnuje potencjał”.
Czytaj też: Ten silnik zmieni oblicze samolotów. XA103 ma asa w łopatkach i wreszcie go pokaże
Podobne rozumowanie opisywałem zresztą przy innych przyszłościowych konstrukcjach. Przy elektrycznych silnikach H3X najciekawsza nie była sama moc, lecz stosunek mocy do masy. Przy programie SPRINT stawką jest z kolei połączenie sprzecznych wymagań: prędkości, zasięgu, pionowego startu i operowania z trudnych miejsc. Lotnictwo przyszłości nie będzie więc wygrywać jedną magiczną technologią. Będzie wygrywać architekturą.
Źródła: GE Aerospace
