Električni avion mase veće od 11 tona prvi put je poleteo koristeći samo energiju iz baterija, a događaj ima širi značaj od još jednog pokušaja da civilna avijacija smanji potrošnju goriva. Švedsko-američka kompanija Heart Aerospace izvela je 12. avgusta prvi let demonstratora X1 na aerodromu Platsburg u državi Njujork.
Let je trajao 27 minuta, avion se popeo na približno 335 metara i uspešno prošao taksiranje, poletanje, penjanje, manevrisanje i sletanje. Kompanija ga opisuje kao najveći potpuno električni avion koji je do sada poleteo. Raspon krila iznosi oko 32 metra, dok maksimalna poletna masa premašuje 11 tona.
Tokom poletanja i penjanja električni pogonski sistem razvio je više od jednog megavata snage. Sama električna energija potrošena tokom leta vredela je, prema podacima kompanije, približno pet dolara. X1 ipak nije budući putnički avion, već velika leteća laboratorija iz koje treba da nastane regionalni ES-30 sa 30 sedišta.
Na prvi pogled, projekat nema mnogo veze sa vojnom avijacijom. Heart Aerospace ne razvija bombarder, transportni avion za vojsku niti novu bespilotnu platformu. Tehnologije koje sada ispituje, međutim, direktno dodiruju nekoliko oblasti koje postaju sve važnije i vojnim konstruktorima.
Od električnog putničkog aviona do tehnologije dvostruke namene
X1 je napravljen da proveri kako se veliki električni pogonski sistem ponaša u stvarnom letu. Program će trajati nekoliko meseci, a inženjeri će prikupljati podatke o aerodinamici, temperaturama, radu elektromotora i opterećenju baterija tokom trenutaka kada avion zahteva najveću snagu.
Takvi podaci nisu korisni samo proizvođaču regionalnih putničkih aviona. Vojske već dugo traže načine da smanje akustični i termički potpis pojedinih letelica, naročito izviđačkih, transportnih i bespilotnih platformi.
Električni motor nije nečujan, jer propeler i strujanje vazduha i dalje proizvode zvuk. Ipak, nema karakterističnu buku klipnog ili turboprop motora niti izduvni mlaz vrelih gasova.
Manji akustični i drugačiji termički potpis mogli bi jednog dana biti korisni letelicama za specijalne operacije, izviđanje ili dopremanje tereta u područja gde je smanjena uočljivost važnija od velike brzine.
Megavati električne energije postaju važni
Još zanimljiviji deo nije nužno činjenica da električna energija okreće propelere X1.
Savremeni vojni avioni zahtevaju sve više električne snage za rad radara, elektronskog ratovanja, komunikacionih sistema i snažnih senzora. Buduće platforme mogu zahtevati još više energije za aktivne ometače, napredne radarske nizove ili usmereno energetsko oružje.
Iskustvo sa megavatnim električnim sistemima zato može imati vrednost daleko izvan tržišta civilnih putničkih aviona.
Heart Aerospace na serijskom ES-30 ni sam ne planira potpuno oslanjanje na baterije. Avion treba da koristi hibridno-električnu arhitekturu sa pomoćnim turbogeneratorima koji će proizvoditi električnu energiju kada je potreban veći domet.
Upravo takav koncept mogao bi biti zanimljiviji za vojnu upotrebu od potpuno baterijskog aviona.
Hibridni pogon ima više smisla nego čiste baterije
X1 leti isključivo na baterijski električni pogon, dok Heart Aerospace u poslednjem saopštenju nije javno objavio tačnu hemiju ćelija korišćenih u demonstratoru, mada u svim ranijim demonstratorima koristili su litijum-jonske. Potpuno električni borbeni avion još je veoma daleko od praktične primene. Savremene baterije skladište premalo energije po kilogramu u poređenju sa avionskim gorivom.
Lovac mora da leti velikom brzinom, nosi nekoliko tona goriva i naoružanja i tokom manevrisanja zahteva ogromnu snagu. Zamena kerozina baterijama iste mase drastično bi smanjila raspoloživu energiju i borbeni radijus.
Kod sporijih transportnih, izviđačkih ili bespilotnih letelica računica je drugačija. Hibridni sistem mogao bi da koristi turbogenerator tokom dugog leta, a baterije u pojedinim fazama kada je potrebna dodatna snaga ili smanjen akustični potpis.
Takva arhitektura takođe bi mogla da odgovara distribuiranim operacijama sa manjih aerodroma i udaljenih baza, gde jednostavniji elektromotori zahtevaju manje mehaničkog održavanja od klasičnih turbinskih pogona.
ES-30 tek treba da dokaže da računica funkcioniše
Heart Aerospace tvrdi da bi operativni troškovi ES-30 mogli biti više od 40 odsto niži od uporedivih regionalnih aviona. United Airlines, Air Canada i JSX već su pokazali komercijalno interesovanje za projekat.
Najveće prepreke ipak nisu nestale prvim uspešnim letom. Baterije ostaju teške, njihov kapacitet opada na niskim temperaturama, punjenje zahteva snažnu aerodromsku infrastrukturu, dok hiljade ciklusa rada postepeno smanjuju njihove performanse.
Prvi let X1 zato nije dokaz da će uskoro postojati električni vojni transportni avion ili lovac. Mnogo je važniji kao dokaz da električni pogonski sistem snage veće od jednog megavata već može da podigne letelicu tešku više od 11 tona, a upravo iz takvih civilnih demonstratora često počinje tehnologija koja nekoliko godina kasnije dobije sasvim drugačiju namenu.
Baterije još nisu dorasle velikim potrošačima
Litijum-jonske baterije jesu postale jeftinije, pouzdanije, bezbednije i sposobnije da podnesu mnogo više nego osamdesetih godina. Problem je što njihov najvažniji parametar nije napredovao ni približno istim tempom kao elektronika ili računarska snaga. Reč je o specifičnoj energiji, odnosno količini energije koju baterija može da skladišti po kilogramu mase, izraženoj u Wh/kg.
Za telefon, laptop ili čak automobil nekoliko stotina Wh/kg može biti dovoljno. Kod aviona, broda, teškog kamiona ili drugog velikog potrošača računica postaje mnogo surovija. Svaki dodatni kilovat-sat zahteva dodatnu masu baterija, a ta masa zatim sama povećava energiju potrebnu za kretanje. Avion je najteži slučaj jer bateriju ne mora samo da preveze od tačke A do tačke B, već i da je podigne u vazduh i nosi tokom celog leta.
Avionsko gorivo po kilogramu skladišti višestruko više energije od današnjih litijum-jonskih baterija. Elektromotor jeste znatno efikasniji od gasne turbine, pa direktno poređenje hemijske energije nije potpuno pošteno, ali ni ta prednost ne uspeva da poništi ogromnu razliku u energiji po kilogramu.
Postoji i dodatna prednost klasičnog goriva koju baterija nema. Avion tokom leta sagoreva kerozin i postaje sve lakši. Baterijski avion sleće praktično sa istom masom baterija sa kojom je poleteo. Pet tona baterija ostaje pet tona bez obzira na to koliko je njihove energije potrošeno. Zbog toga današnje baterije mogu da posluže manjim avionima, kratkim rutama i tehnološkim demonstratorima poput X1, ali još nisu dorasle zadatku kada se traže veliki domet, desetine putnika, ozbiljan korisni teret i obavezna energetska rezerva.
Problem više nije napraviti elektromotor dovoljno snažan da podigne veliki avion. X1 je sa više od jednog megavata snage pokazao da je taj deo tehnologije već veoma ozbiljan. Problem je kako poneti dovoljno energije da takav motor radi satima. Današnje baterije mogu da isporuče ogromnu snagu, ali još ne mogu da skladište dovoljno energije po kilogramu. Upravo zato ES-30 prelazi na hibridnu arhitekturu kada se od njega zatraži domet ozbiljnog regionalnog aviona.
Ukoliko gledamo ono što je najvažnije za avijaciju, dakle Wh/kg, danas su najzanimljivije baterije sa velikim udelom silicijuma u anodi. To su i dalje litijum-jonske baterije, ne potpuno nova hemija, ali silicijum može da primi mnogo više litijuma od klasičnog grafita. Međutim, čak ni takve litijum-jonske baterije nisu dovoljne. Upravo su u toku eksperimenti sa litijum-metalom, litijum-sumporom, a mnogo dalje u budućnosti veliku nadu pruža litijum-vazduh sa 1.000 Wh/kg.
Ipak, za autora ovog članka zato je mnogo zanimljiviji avion sa tečnim vodonikom, gorivnom ćelijom i elektromotorom nego avion koji pokušava da nosi tone litijumskih baterija. Prvi ima težak inženjerski problem sa rezervoarom. Drugi ima problem sa samom fizikom skladištenja energije. Zato smatramo da avijacija verovatno neće preskočiti kerozin u eri baterija, već će preko vodonika doći do električnog motora.
