Самолеты будущего: обзор. Быстрее звука: прошлое, настоящее и будущее сверхзвуковой авиации Самолеты пассажирские будущего

Люди всегда стремились покорять небо, и казалось, что ни одному человеку не дано летать подобно птице - стоит только вспомнить миф об Икаре. С момента появления первых планеров братьев Райт в начале ХХ века авиаконструкторы не раз переступали технологические ограничения и совершали революции. Сегодня мы уже не считаем фантастикой массовое использование беспилотных воздушных судов или самолетов на жидком водороде. Но новые технологии необходимо подкрепить безоговорочными гарантиями безопасности и надежности, и компании всего мира прилагают большие усилия для того, чтобы заручиться поддержкой своих пассажиров.

Управление как в видеоигре

Технология для гражданских самолетов Active Stick , разработанная в 2018 году компанией BAE Systems, применяется на реактивном самолете бизнес-класса Gulfstream G500, где она обеспечивает тактильную обратную связь пилота с системами лайнера. Active Stick дает ему возможность буквально физически ощущать свою машину вместо того, чтобы полагаться только на показания приборов.

BAE Systems - оборонная компания Великобритании. Входит в топ-10 мировых компаний по производству вооружений.

Gulfstream G550 - реактивный двухмоторный самолет бизнес-класса, выпускающийся корпорацией Gulfstream Aerospace.

Изображение: Gulfstream

Fly-by-Wire (FBW) - система, заменившая прежний ручной (механический) контур управления самолетом электронным - одно из чудес современной аэрокосмической техники. Самолеты предыдущего поколения управлялись с помощью гигантского количества тросов, кабелей, шкивов и гидравлики, что значительно утяжеляло летательные аппараты. Однако, по мнению экспертов, использование компьютерного джойстика снижает реальное восприятие полета до уровня видеоигры.

Электродистанционная система управления (ЭДСУ, Fly-by-Wire) - система управления летательным аппаратом, обеспечивающая передачу управляющих сигналов от органов управления в кабине экипажа (например, от ручки управления самолетом, педалей руля направления) к исполнительным приводам аэродинамических поверхностей (рулей и взлетно-посадочной механизации крыла) в виде электрических сигналов. Впервые была использована в американских бомбардировщиках Vigilante в 1961 году.

Boeing , как и BAE Systems, экспериментирует с автоматизированным подходом к управлению. Компания представила новую функцию компьютерного управления в моделях Boeing 737 MAX 8 и MAX 9 . Она позволяет избежать сваливания, которое может возникнуть, если нос самолета слишком сильно поднят. Однако специалисты предупреждают, что во время нештатных ситуаций этот инструмент может неправильно сработать и просто отправить самолет в пике даже при ручном управлении. В пособиях к новым самолетам не говорилось о том, что во время нештатных ситуаций управление Boeing может измениться, и представители авиакомпаний находятся в некотором замешательстве из-за отсутствия комментариев самой компании. Более того, некоторые эксперты опасаются, что именно эта новая функция привела к катастрофе в Яванском море .

29 октября 2018 года самолет Boeing 737 MAX 8 авиакомпании Lion Air через 13 минут после взлета упал в Яванское море. В результате авиакатастрофы погибли 189 человек.

В связи с появлением огромного количества новых технологий в сфере авиастроения неизбежно возникает вопрос о безопасности использования искусственного интеллекта и автономных решений компьютера. Для обеспечения безопасности воздушного пространства SkyGrid блокчейн-систему, в которой будут храниться все данные о полетах беспилотных летательных аппаратов. Анализировать большие объемы данных будет искусственный интеллект. Нейросеть также сможет передавать всю информацию о полетах в государственные авиационные диспетчерские системы.

Сверхбыстрые и беспилотные самолеты

В июне этого года корпорация Boeing представила на конференции в Атланте проект гиперзвукового самолета, который за два часа долетит из Нью-Йорка до Лондона и за три часа - из Нью-Йорка до Токио. Скорость самолета Boeing должна быть в пять раз выше скорости звука: она будет превышать 6 тыс. км/час. Для сравнения, максимальная скорость сверхзвукового пассажирского самолета Concorde превышала скорость звука в два раза. На создание гиперзвукового самолета по подсчетам Boeing уйдет не менее 20–30 лет.

Изображение: Boeing

«Конкорд» - британо-французский сверхзвуковой пассажирский самолет (СПС), один из двух (вместе с Ту-144) типов сверхзвуковых самолетов, находившихся в коммерческой эксплуатации.

«Конкорд» был создан в результате слияния в 1962 году. Всего было изготовлено 20 самолетов. Первый полет прототипа состоялся в 1969 году, а ввод в коммерческую эксплуатацию произошел в 1976 году. За 27 лет регулярных и чартерных рейсов было перевезено более 3 млн пассажиров.

25 июля 2000 года один самолет потерпел катастрофу при вылете из парижского аэропорта Шарль де Голль, погибло 113 человек. Эта катастрофа приостановила полеты «Конкордов» на полтора года. В последующие годы велись работы по модификации парка самолетов. Но после возобновления полетов последовала череда инцидентов, наиболее заметными из которых стали отказ одной из секций руля направления и утечка топлива, повлекшая отключение двигателя.

10 апреля 2003 года British Airways и Air France объявили о решении прекратить коммерческую эксплуатацию своего парка «Конкордов».

В России Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н. Е. Жуковского (ЦАГИ) разработку проекта гиперзвукового пассажирского самолета с двигателями на жидком водороде. Генеральный директор ЦАГИ Кирилл Сыпало сообщил, что появление отечественных водородных самолетов намечено на 2030–2031 годы. Планируется, что гиперзвуковые самолеты будут осуществлять пассажирские перевозки по России.

Изображение: ЦАГИ

Через три года Airbus, Rolls-Royce и Siemens проведут первые летные тесты гибридного самолета E-Fan X. В основу конструкции ляжет пассажирский самолет BAE 146. Инженеры заменят один из четырех турбовентиляторных газовых двигателей BAE 146 на гибридный двигатель. Его работу обеспечат аккумуляторы и бортовой генератор на авиационном топливе.

Aurora Flight Sciences , дочерняя компания авиаразработчика Boeing, уже в 2019 году первый беспилотный самолет на солнечных батареях. Беспилотный научный самолет Odysseus предназначен для непрерывного полета и проведения климатических и атмосферных исследований. Создатели утверждают, что Odysseus сможет летать несколько месяцев подряд и производить нулевые выбросы углекислого газа. В основном Boeing будет использовать беспилотник для мониторинга погоды, однако спектр возможного применения намного шире - связь, разведка, наука. Специалисты Boeing отмечают, что могут перепрограммировать Odysseus в зависимости от задач.

Норвегия движется в том же направлении - организации экологически безопасных полетов. Фальк-Петерсен, глава государственной норвежской компании Avinor , сообщил, что для начала авиакомпании будут тестировать «переходные технологии» - биотопливо и гибридные двигатели. Avinor также планирует организовать тендер на запуск коммерческого рейса с использованием небольшого , рассчитанного на 19 пассажиров. Первые полеты воздушного судна должны состояться уже в 2025 году. С 2040 года все воздушные суда для ближних перевозок в Норвегии перейдут на электротягу.

Avinor AS - государственная компания с ограниченной ответственностью, которая управляет большинством гражданских аэропортов в Норвегии. Норвежское государство через Министерство транспорта и коммуникаций контролирует 100% уставного капитала.

Первым серийным электрическим летательным аппаратом, появившимся в продаже, стал одноместный планер Alisport Silent Club в 1997 году. Приводился в движение двигателем мощностью 13 кВт.

С мая 2015 года словенский производитель Pipistrel модель Alpha Electro - двухместный полностью электрический самолет, предназначенный для обучения.

Lockheed Martin уже сообщила о завершении «чертежного» этапа разработки самолета X-59 Quiet Supersonic Technology (QueSST) и начале его непосредственного изготовления. Первый испытательный полет запланирован на 2021 год.

Многолетнее сотрудничество Lockheed Martin и НАСА подсказало цель создания X-plane QueSST - тестирование технологий, которые в дальнейшем позволят получить малошумный коммерческий сверхзвуковой самолет, не создающий проблем для жителей городов.

X-59 QueSST будет совершать полеты на высоте 17 тыс. м со скоростью 1 512 км/час, при этом шум в момент преодоления звукового барьера не будет превышать 75 дБ, что соответствует громкости хлопка при закрытии двери автомобиля.

В России уже летные сертификационные испытания два новых пассажирских самолета МС-21-300 . Во время испытаний они подвергнутся многократным нагрузкам, имитирующим не менее 180 тыс. полетов. Уникальность этого лайнера заключается в крыле из полимерных композитов, впервые в мире созданном для самолетов вместимостью свыше 130 пассажиров. Благодаря такой конструкции операционные расходы при эксплуатации МС-21 будут на 12–15% меньше, чем у аналогов. Доля композитов в конструкции МС-21 составляет свыше 30% и является уникальной для этого класса воздушных судов.

В 2018 году российские разработчики представили новый турбинный двигатель ТВ7-117СТ-01. Его характеристики в целом повышают эффективность всей практически полностью автоматизированной системы. Его уже установили на пассажирском самолете Ил-114-300, который будет предназначен для эксплуатации на местных воздушных линиях. Двигатель увеличит, по сравнению с Ил-114, дальность полета с полной допустимой загруженностью до 1 900 км.

Летающие автомобили и рюкзак за плечами

Техдиректор Rolls-Royce Пол Штайн назвал три категории самолетов, которые первыми перейдут на электротягу. К первой категории относятся авиатакси - небольшие летательные аппараты, рассчитанные на одного-четырех пассажиров, с запасом хода не более 120 км. «Для таких судов аккумуляторы уже практически готовы», - заявил Штайн. Вероятно, именно этим объясняется возросшая популярность идеи создания и введения в эксплуатацию летающих автомобилей, а именно так сейчас принято называть небольшие воздушные такси. Guardian приводит в качестве примеров принадлежащий китайской Geely стартап Terrafugia, а также словенскую компанию Pipistrel. Свою версию авиатакси разрабатывает и Airbus совместно со специалистами Audi и дочерней компанией Italdesign.

27 ноября этого года концепт воздушного такси Pop.Up Next был представлен в Амстердаме на ежегодной неделе дронов, где успешно продемонстрировал все заложенные в него функции.

Концепт имеет важную особенность - он модульный, благодаря чему сможет перевозить пассажиров как по земле, так и по воздуху. Pop.Up Next состоит из трех отдельных модулей. Электрическое шасси мощностью 60 кВт (80 л. с.) крепится к пассажирской капсуле, тем самым формируя электромобиль. При этом пассажиры с помощью специального приложения смогут в любой момент (например, безнадежно застряв в пробке) вызвать летающий модуль и, соединившись с ним, уже по воздуху прибыть в пункт назначения.

Отдельное направление развития гражданской авиации - это JetMan - реактивные рюкзаки, которые позволят человеку летать в будущем. Управление летательным аппаратом происходит только за счет смещения центра тяжести. Ранец может развить скорость до 300 км/час, максимальная дальность полета - десять минут.

Тренд на мобильность авиасудов, способных передвигаться даже в пределах мегаполиса, беспилотные технологии и гиперзвуковые скорости уже сегодня отражает завтрашнее положение гражданской авиации. Передвижения в трех измерениях - будущее транспорта, которое уже, по гендиректора Uber Дары Хосровшахи, находится в пределах 20–30 лет. Но, возможно, все эти изобретения излишни, если скоро для преодоления расстояния в тысячу километров нам нужен будет только ранец за спиной.

31 декабря 1968 года отправился в первый полет легендарный советский самолет Ту-144 , ставший первым в мире пассажирским сверхзвуковым авиалайнером. Первым, но не последним. И пусть сейчас подобные полеты прекратились, но сама идея путешествовать быстрее скорости звука не угасла. И этот наш обзор посвящен истории сверхзвуковой и гиперзвуковой авиации , а также её будущему.

В последнее время все большую популярность набирает идея гиперзвуковой пассажирской авиации. Она подразумевает создание самолетов, которые смогут подниматься на суборбитальную орбиту и летать там со скоростью, которая немыслима в атмосфере (5М и выше, где М – это число Маха, относительная величина, превышающая 1000 километров в час).

Американское космическое агентство, совместно с корпорацией Boeing, разработало концепты самолетов, которые будут подниматься в небо уже через 15 лет. В настоящее время большинство авиаконцернов пытаются создать вместительные и мощные самолеты, однако эксперты полагают, что уже завтра главным при разработке воздушных судов станет их экологичность и скорость. NASA и Boeing, в сотрудничестве с инженерами из Массачусетского технологического института (MIT), создали несколько концептуальных моделей самолетов, которые должны быть разработаны уже к 2025 году. Главной задачей было придумать реалистичные воздушные суда, которые не будут противоречить законам аэродинамики, смогут экономно расходовать топливо и будут развивать скорость, не меньшую, чем ныне летающие самолеты.

1. Нестандартное мышление

Инженеры, разработавшие данный авиалайнер, недоумевают – почему при наличии современных композитных материалов, крылья не могут быть совмещены с хвостом? Такая технология позволит повысить эффективность энергии, производимой двигателями самолета: поток воздуха, формирующийся вокруг двигателя такого самолета, в пять раз превышает соответствующий показатель у современных лайнеров.

2. Сверхзвуковая «зеленая» машина

После Конкорда и Ту-144 мир не видел действующих моделей сверхзвуковых самолетов, и инженеры пытаются восполнить этот пробел. Специалисты предполагают, что следующий самолет такого типа будет работать на биотопливе. Преимуществом такого воздушного судна станет снижение «звукового удара» - перегрузки, которую испытывают пассажиры при наборе самолетом скорости звука. Это стало возможным за счет перевернутого V-образного двигателя, который располагается выше крыльев, а не ниже, как на сегодняшних самолетах.

3. Дозвуковой самолет с соединенными крыльями

Этот самолет очень похож на те, которые уже летают сегодня, однако он будет использовать в десятки раз меньше топлива, поскольку, во-первых – работает на биотопливе, а во-вторых – имеет уникальную аэродинамику за счет воздушной подушки, образуемой крыльями, соединенными с хвостом.

4. Новая генерация Boeing-737

Авиалайнер, получивший кодовое название D8, призван заменить Boeing-737, который сегодня выполняет наибольшее количество внутренних авиарейсов в мире. D8 будет иметь 180 посадочных мест и качественно новую конструкцию фюзеляжа – он получит тонкие крылья и небольшой хвост, что уменьшит сопротивление воздуха и количество топлива, потребляемое судном. Несмотря на то, что заявленная скорость D8 меньше, чем у Boeing-737, большая вместимость салона и улучшенная система загрузки-выгрузки багажа должна сделать этот самолет более перспективным, чем его «старший брат».

5. Новое поколение Boeing 777

На сегодняшний день Boeing-777 является одним из самых популярных самолетов для межконтинентальных перелетов, однако пытливые умы инженеров из NASA и ему нашли замену – лайнер с оригинальным крылом будет иметь гибридный топливный бак, использовать разные виды топлива, тем самым потребляя на 70% меньше энергии, чем это делают сегодня воздушные суда аналогичной вместимости. Новый самолет сможет брать на борт до 350 человек и легко совершить трансатлантический перелет, сделав его, к тому же, гораздо дешевле и для компании, и для пассажира.

6. Частный самолет с «виртуальной реальностью» за окном

Этот компактный 20-местный лайнер благодаря своим характеристикам может стать грозой бизнес-авиации: он потребляет малое количество топлива, способен садиться даже на неподготовленную полосу, а на его окна может проецироваться изображение, тем самым они будут выступать в роли экранов с функцией дополненной реальности.

7. Дозвуковой, ультра реактивный экологически чистый самолет

Еще один концепт от Boeing сочетает в себе несколько двигателей, работающих на разных видах топлива – керосине, газе и биотопливе. Но главным его достоинством становится огромный размах крыльев, обеспечивающий отличную аэродинамику. Он сможет брать на борт до 150 пассажиров, а благодаря системе гибридных двигателей будет достигнута значительная экономия топлива. Кроме того, в крыльях предусмотрены специальные петли, которые позволят складывать их во время стоянки, и экономить место в аэропортах. Несмотря на то, что эти авиалайнеры пока существуют лишь на экране компьютера, работа имеет высокий уровень важности, поскольку она очерчивает проекты, в которые Boeing будет инвестировать в ближайшие несколько лет.

Основатель компании Virgin Galactic Ричард Брэнсон заявил о готовности запустить в небо десяток , эра которых, по словам бизнесмена, возвращается. Ранее о развитии сверхзвуковой пассажирской авиации заявили в NASA. Несмотря на многолетнюю «постановку на паузу» массового производства сверхзвуковых самолетов, тема эта продолжала обсуждаться и конструкторы не прекращали работу над проектами.

Screemr

Когда речь заходит о путешествиях будущего, пассажиры в первую очередь мечтают о том, чтобы добраться до пункта назначения как можно быстрее. Именно в скорости заключается концепция проекта сверхзвукового пассажирского лайнера Screemr, представленного в 2015 году канадским инженером Шарлем Бомбардье и дизайнером Рэем Мэттисоном. Имя основателя компании Bombardier достаточно известно. Что касается его напарника, то дизайнер Рэй Мэттисон уже успел поработать в компании Cirrus Aircraft and Exodus Machines, ему также принадлежит концепт гибрида самолета с мотоциклом «Икар» (Icarus wingless aircraft).

Скорость самолета Screemr должна превышать скорость звука в 10 раз, и перелет, к примеру, из Лондона в Нью-Йорк займет всего полчаса. По замыслу авторов проекта, Screemr будет запускаться с помощью электромагнитной пушки и лететь на жидкостном ракетном двигателе (керосине или жидком кислороде). В итоге он должен разогнаться до 12,4 тыс. км/ч. Предполагается, что салон Screemr сможет вместить до 75 пассажиров, кроме того, ожидается, что такой самолет будет осуществлять трансконтинентальные рейсы.

Lapcat

Lapcat был разработан дизайнерами из Reaction Engines, а финансово его поддержала британская аэрокосмическая компания BAE Systems. По замыслу разработчиков, Lapcat должен набирать скорость до 5 Мах, то есть, около 6 тыс. км/ч, что в два с половиной раза превышает скорость «Конкорда». Таким образом, долететь, допустим, из Лондона в Сидней можно будет всего за четыре часа (время полета на обычном самолете составит 20 часов). В летательном аппарате предполагается использование концептуального двигателя «Ятаган», эксплуатирующего термодинамические свойства жидкого водорода.

«Конкорд-2»

Проект сверхзвукового пассажирского лайнера «Конкорд-2» (Concorde 2), способного лететь со скоростью 4,5 Мах, год назад представила авиастроительная компания Airbus. Из Лондона в Нью-Йорк самолет должен долететь всего за час, а из Токио в Лос-Анджелес – за три часа. По замыслу разработчиков, «Конкорд-2» взлетает вертикально и летит по специально выделенным воздушным коридорам на высоте примерно 30,5 км. На канале YouTube даже было размещено видео, схематически демонстрирующее возможности самолета. Описаны они были, как «самые высокие американские горки с крутыми подъемом и спуском, а также высокой скоростью».

В патенте, полученном Airbus, описываются три разных типа двигателя: прямоточный воздушно-реактивный, сдвоенный турбореактивный и ракетный. Планируется, что они будут задействованы на разных этапах пути самолета до места назначения. При этом, по заверению инженеров, в отличие от первого «Конкорда» звуковой хлопок (классическая преграда на пути развития сверхзвукового авиатранспорта) у «Конкорда-2» будет тише. Правда и количество пассажиров, которое сможет принять на борт новый самолет, ограничено всего двумя десятками, а это значит, что перелет будет очень дорогим.

Antipode

Это еще один концепт, представленный неугомонным Шарлем Бомбардье в конце января текущего года. Если ранее сверхзвуковые проекты ограничивали себя рамками реалий, то технические характеристики выглядят совершенно фантастическими. Его максимальная скорость составляет 24 Мах, что в 12 раз превышает скорость «Конкорда». Поэтому житель Нью-Йорка сможет долететь на таком самолете до Лондона за 11 минут, до Шанхая – за 24 минуты, а до Сиднея – за 32 минуты. Почти телепортация.

Участвующий в проекте Бомбардье инженер Джозеф Хазелтайн предложил использовать инновационное аэродинамическое явление под названием «режим длительного проникновения» (long penetration mode – LPM): особые насадки на носу самолета втягивают в себя воздух, охлаждая им корпус воздушного судна. Это решило бы проблему перегрева самолета при такой скорости. Взлетать Antipode сможет с любого аэродрома при помощи многоразовых ракет-ускорителей. Они крепятся к крыльям самолета и, когда он набирает нужные скорость и высоту, сбрасываются и возвращаются обратно на базу. Серьезным минусом проекта является вместимость самолета – салон рассчитан всего на 10 пассажиров. Поэтому целесообразнее будет использовать его в дорогостоящих бизнес-путешествиях или в качестве военного самолета.

Проекты сверхзвуковых самолетов будущего

Уже больше года (он вылетел 9 марта 2015) «завершает» кругосветное путешествие, можно подумать, что развитие пассажирской авиации остановилось или даже идет в обратную сторону. Конечно, Solar Impulse 2 это не будущее авиации, но современные самолеты медленнее сверхзвуковых Конкордов летавших 30 лет назад. Новые модели самолетов в основном отличаются от старых только лишь большей эффективностью расходования топлива. Airbus даже не собирается разрабатывать новый самолет на 2020е годы. Тем не менее, все не так уж безнадежно. Ниже описаны самые перспективные проекты в воздухоплавании, демонстрирующие, что развитие авиации все же продолжается.

Электрические самолеты

Airbus тестирует небольшой, но полностью электрический самолет Airbus-E-Fan. Последним достижением самолета является перелет через Ла-Манш. Пока что эта модель не может использоваться для, сколько-нибудь продолжительных перелетов, даже одним человеком.

Но многие авиапроизводители не сомневаются, что за электрической авиацией будущее. Для начала планируется, как и в автомобилях, сделать гибридный двигатель. Airbus намерен провести испытания «более электрического самолета» в рамках проекта DISPURSAL в 2022 году. Вклад электрического вентиляторного двигателя в общую тягу должен составить 23%.

NASA в 2016 году объявило о начале разработки самолета X-57 Maxwell оснащенного 14 электрическими двигателями. Это будет небольшой четырехместный самолет. По словам инженеров, внедрение электродвигателей значительно сократит эксплуатационные расходы. В какие сроки самолет будет создан агенство не сообщает.

Немецкий стартап Lilium Aviation получил финансирование на создание электрического частного самолета способного взлетать и садится без аэропорта. Для взлета и посадки самолету нужно будет всего 225 метров. Компания уже создала прототип и планирует представить полноразмерную версию в конце 2018 года.

Сверхзвуковые самолеты

Aerion AS2 это первый сверхзвуковой самолет за очень долгое время от Airbus. Это частный самолет, рассчитанный на 12 пассажиров. В его разработку будет вложено $4 млрд, а выпуск планируется к 2023.

В начале марта NASA объявила о разработке почти бесшумного сверзвукового самолета QueSST. Главной причиной запрещения сверхзвуковых пассажирских самолетов (помимо экономии топлива) был слишком сильный шум при переходе на сверхзвуковую скорость. NASA разработатала методы, позволяющие избавиться от шума и собирается построить прототип примерно в 2020.

Авиационный стартап Boom поддержанный Virgin Galactic работает над сверхзвуковым самолетом. Стартап собирается использовать новый самолет для перелетов над атлантикой в 2.5 раз быстрее обычных самолетов. Инвестиции в $2 млрд. должны позволить компании построить прототип к концу 2017 года.

По словам его создателей, самолет Skylon сможет добраться в любую точку за 4 часа со скоростью в 5 раз быстрее скорости звука. Чтобы создать его британские инженеры тестируют новый тип двигателя. Они анонсировали первые испытания на 2019. Однако этот проект, несмотря на инвестиции в 60 млн. евро от британского правительства, является самым долгосрочным и труднореализуемым из всех

Новые пассажирские самолеты

Самолет-таблица