Сегодня гражданские самолеты изо дня в день расходуют десятки, даже сотни миллионов тонн авиационного керосина. Это загрязняет окружающую среду и вносит весомый вклад в глобальное потепление климата. Более того: совершенно ясно, что по мере истощения запасов ископаемых энергоресурсов цена на углеводородное топливо будет расти и довольно быстро достигнет уровня, при котором цена полетов станет просто недоступной для большинства авиапассажиров. Поэтому нет ничего удивительного в том, что инженеры и конструкторы разных стран мира упорно работают над альтернативными авиационными приводами.

Собственно, уже сейчас понятно, что альтернативный привод будет электрическим, вопрос лишь в том, какой источник энергии окажется наиболее эффективным и экономичным. На лидерство претендуют, прежде всего, топливный элемент, заправляемый водородом, и солнечные батареи. Конечно, солнечные батареи - это более радикальное техническое решение, поскольку такой летательный аппарат сможет обходиться вовсе без топлива. Однако на сегодняшний день самолет с водородным электроприводом опережает конкурента - по крайней мере в том, что касается практической реализации проекта: он уже совершил свой первый пилотируемый полет.

От серийного планера - к уникальному самолету

Премьера состоялась на аэродроме Гамбурга. Немецкий центр аэрокосмических исследований торжественно представил общественности свою новую разработку - легкий самолет Antares DLR-H2 с электроприводом, питающимся от водородного топливного элемента. Разработчики особо подчеркивали, что это первый в мире пилотируемый летательный аппарат такого рода, способный осуществить весь полетный цикл, включая взлет, пребывание в воздухе и посадку. За основу был взят серийно выпускаемый планер Antares 20E. Его масса – 660 килограммов, длина фюзеляжа - 7,4 метра, размах крыльев - 20 метров. Конструкторы установили на нем пропеллер, приводимый в движение электродвигателем, а под каждым из крыльев подвесили обтекаемой формы гондолы длиной около 3 метров, в которых разместили свой инновационный блок питания: в одной гондоле - топливный элемент, в другой - топливный бак с водородом. В результате планер обрел некоторое сходство с двухмоторным турбореактивным самолетом.

Да и в конструкции самого планера пришлось немало изменить, - говорит руководитель проекта Андреас Фридрих (Andreas Friedrich), сотрудник Немецкого центра аэрокосмических исследований в Штутгарте. Например, пришлось повысить жесткость крыльев, чтобы они выдерживали вес гондол. Кроме того, были приняты специальные меры против флаттера.

Шмель в топливном элементе

Разработка самолета заняла более полутора лет. Больших проблем при этом вроде бы не возникло, но и сказать, что все шло гладко, тоже нельзя. Ханс Мюллер-Штайнхаген (Hans Müller-Steinhagen), директор Института технической термодинамики при Немецком центре аэрокосмических исследований, вспоминает: "Самолет был готов, топливный элемент был уже смонтирован, и все работало. Вдруг в один прекрасный день наша машина перестала заводиться. Оказалось, что в топливном элементе свил гнездо шмель. А потом мембрана в топливном элементе прогорела, и произошло короткое замыкание и в бортовой электронике обнаружился плохой контакт. Вообще-то мы надеялись устроить премьеру нашего детища раньше, но все время что-то мешало, то и дело возникали какие-то задержки".

Однако премьера, пусть и с опозданием, состоялась и прошла вполне успешно. Несмотря на порывистый ветер, самолет уверенно оторвался от земли, совершил два круга над аэродромом и столь же уверенно приземлился. Ханс Мюллер-Штайнхаген не скрывал радости: "Конечно, я испытываю большое облегчение! Главным для нас в этот раз было доказать, что самолет с электроприводом от топливного элемента - не вымысел, а реальность".

Топливный элемент и будущее авиации

Максимальная мощность нынешнего электропривода с топливным элементом составляет 25 киловатт, что позволяет самолету развивать скорость в 170 километров в час. Потолок - 4 тысячи метров, максимальная дальность полета без дозаправки - 800 километров. Через несколько недель должны начаться настоящие испытательные полеты. Если они пройдут успешно, то в ближайшие годы на этом самолете инженеры будут тестировать новые топливные элементы.

Однако Адреас Фридрих не строит себе иллюзий относительно будущей роли водородного топливного элемента в гражданской авиации: Для пассажирских самолетов вместимостью до 10 человек его применение еще в принципе возможно, подчеркивает он, но на более крупных машинах такой вариант совершенно нереален. Просто потому, что объем топливных баков для потребного количества водорода превысит все разумные рамки. Да и мощность сегодняшних топливных элементов маловата.

Поэтому инженеры ставят перед собой иную цель: топливным элементом они хотят заменить вспомогательную силовую установку. Она обеспечивает запуск основных двигателей и энергоснабжение самолета на земле, поясняет Андреас Фридрих. Но, добавляет он, установка имеет очень низкий коэффициент полезного действия в пределах 10-20 процентов и высокий уровень эмиссии парниковых газов. "Вот эту-то вспомогательную силовую установку, - говорит Фридрих, - мы и намерены заменить электродвигателем с питанием от водородного топливного элемента: у него и КПД гораздо выше - 40 процентов, - и весь выхлоп состоит из водяного пара".

А кроме того, электродвигатель работает тихо - гораздо тише нынешней вспомогательной силовой установки, всегда издающей резкий и громкий свист.

Автор: Владимир Фрадкин
Редактор: Ефим Шуман