В конце 19 века два французских офицера пытались создать дирижабль на электрической тяге, но столкнулись с непреодолимым препятствием - имевшиеся у них аккумуляторы были не в состоянии дать достаточное количество энергии. Эта проблема преследовала инженеров в течение последующих ста лет. После появления никель-кадмиевых батарей в воздух удалось поднять самолёт с электромотором, однако полёт продлился менее 15 минут. В восьмидесятых были изобретены литий-ионные аккумуляторы. Они хранили больше энергии, чем когда-либо прежде, и это привело к созданию таких летательных аппаратов, как «Solar Impulse 2».
В 2015-2016 годах этот самолет на солнечных батареях за 16 месяцев облетел планету - со средней скоростью около 60 километров в час. Зачем разрабатывать то, что летает медленнее, чем едет автомобиль? Многие люди, в том числе и весьма ответственные, пришли к осознанию того, что обычная авиация слишком вредна для окружающей среды. В 2019 году она выбросила в атмосферу около миллиарда тонн углекислого газа. Это примерно 2.5% от всего СО2, попадающего в воздушную среду. На первый взгляд не очень много, но это почти столько же, сколько поставляет туда вся Южная Америка. Электросамолёты нашли бы самое широкое применение, если бы не сложнейшие инженерные проблемы, которые стоят перед конструкторами.
Технические и бюрократические сложности
Эффективность аккумуляторной батареи можно оценить по удельной энергии. Даже у лучших этот показатель составляет всего 250 ватт-часов на килограмм. При этом чтобы поднять в воздух самолёты на электрической тяге, нужно приблизиться хотя бы к 800 Вт/ч. Для сравнения - удельная энергия реактивного топлива равна почти 12000 Вт/ч на килограмм. Нагляднее всего эту картину можно представить на примере компьютеров начала 80-х. Они были очень большими, но не могут даже близко сравниться по производительности с теми, которыми мы пользуемся сегодня. Нынешние аккумуляторы слабы, и не только громоздки, но ещё и слишком тяжелы. Из-за этого конкретно в авиации возникает замкнутый круг - чтобы дать самолёту дополнительную энергию, нужно больше батарей. Это увеличивает вес, для подъема в воздух которого нужно больше энергии. И так до бесконечности.
Ещё одним серьёзнейшим барьером, стоящим перед электросамолётами, является техническая сертификация. В США, например, это означает получение разрешения Федерального управления гражданской авиации на испытания и полеты летательного аппарата. Производитель должен доказать безопасность каждого узла своего самолёта. Это касается и аккумуляторных батарей, которые традиционно считаются пожароопасными. В 2016 году ФУГА разрешило использовать электрические двигатели на самолетах вместимостью до 19 пассажиров, однако проблема в том, что сертификация идёт очень медленно и занимает годы.
Рабочие модели
Всё это заставляет производителей искать альтернативные пути. Одним из выходов стала модернизация старых, давно сертифицированных самолётов. Из них убираются двигатели и топливные системы, а на их место ставятся электромоторы и аккумуляторы. Одной из первых этот приём использовала словенская компания «Pipistrel». В 2007 году, взяв за основу конструкции обычный планер, она первой в мире построила полностью электрический двухместный самолет. Сегодня эти летательные аппараты используются для обучения пилотов. Ещё одним возможным выходом является производство гибридов. Компания «Ampair», базирующаяся в Лос-Анджелесе, заменила на «Сессне» 1973 года выпуска один из двух двигателей на электрический, и надеется сертифицировать получившуюся конструкцию в 2021 году.
Канадский производитель двигателей «MagniX», заключив соответствующее соглашение с авиакомпанией «Harbour Air», перевел на электрическую тягу самолёт, произведённый 62 года назад. В декабре прошлого года тот совершил первый испытательный полет продолжительностью 15 минут, став первым в мире коммерческим электросамолётом. Это лишний раз показало, что у этого типа воздушных судов есть будущее. Упомянутые компании намереваются «переквалифицировать» 40 гидросамолётов, принадлежащих «Harbour Air» и сертифицировать их к концу 2021 года. Проблема в том, что дальность полёта этих машин в силу описанных выше сложностей составляет не более 150 километров, и для коммерчески выгодной эксплуатации этот показатель в долгосрочной перспективе было бы неплохо значительно увеличить.
Израильская компания «Eviation» пошла другим путём - её инженеры создали девятиместную «Алису» с нуля. Вся конструкция строится вокруг аккумуляторов, что позволяет уменьшить вес летательного аппарата. Батареи здесь буквально повсюду - под полом, в крыльях, в разных частях фюзеляжа. Дальность полёта этого электросамолёта составляет уже около тысячи километров. Конструкторы надеются провести летные испытания в первой половине 2020 года, а затем получить все необходимые сертификаты в течение двух лет.
Перспективы коммерческого использования
Все разрабатываемые ныне электросамолёты чем-то отличаются друг от друга, но у них есть одна общая черта - они конструируются для полётов менее чем на 800 километров. Это расстояние не кажется сколько-нибудь значительным, однако именно заполнение коммерческой ниши воздушных судов малой дальности могло бы решить серьезную проблему современных авиаперевозок. В 2018 году почти половина проданных в мире авиабилетов предназначалась для полетов на расстояние не более 800 километров. Выполнять эти рейсы приходится авиалайнерам, конструировавшимся для гораздо более дальних путешествий. Обычные пассажирские самолеты, чтобы приносить прибыль, должны как можно дольше находиться в воздухе, а если полёт длится всего 50 минут, им приходится большую часть времени простаивать на земле.
При этом перелёт, допустим, из Лос-Анджелеса в Сан-Диего, длина которого составляет около 170 километров, приводит к выбросу в атмосферу более 50 килограммов углекислого газа. Для людей, привыкших мыслить технически, это настоящее безумие, так как для работы используется совершенно непригодный инструмент. За последние сорок лет полеты на региональных маршрутах стали настолько нерентабельными для авиакомпаний США, Европы и Австралии, что они перестали обслуживать многие из них. Показательна статистика Соединённых Штатов, где из 20000 взлетно-посадочных полос продолжают работать всего 2.5%. Электросамолёты могут стать неплохим выходом из этой ситуации. Вся инфраструктура для их обслуживания есть как минимум у 11000 ВПП. К тому же эти летательные аппараты дешевле в эксплуатации – та же «Алиса» будет обходиться на 800 долларов в час дешевле, чем обычный турбовинтовой самолет.
В немного более дальней перспективе электрическая авиация может предстать перед нами в самых неожиданных формах. Компания «Uber» разрабатывает сегодня летательный аппарат с вертикальным взлетом и посадкой (eVTOL), который будет забирать клиента у дома и доставлять, допустим, в аэропорт. В похожем направлении работают другие крупные игроки - «Airbus», «Boeing» и «Rolls-Royce». Большинство экспертов сходятся во мнении, что эра широкого применения электросамолётов разного профиля наступит приблизительно через 15 лет. Они также ожидают, что после последних успехов в освоении этой технологии крупные инвестиции будут направлены на разработку аккумуляторных батарей нового поколения. Так как от них действительно никуда не деться.
