Sähkölentokoneet pian tulossa?

Solar Impulse 2 esitteli 9. huhtikuuta 2014, samoin kuin Onera 7. huhtikuuta, suunnitelmat 100-prosenttisesti sähkökäyttöisistä lentokoneista, joita ei ole voitu kuvitella useisiin vuosikymmeniin….

Huomenna sveitsiläisessä lentotukikohdassa ensimmäistä kertaa esiteltävällä lentokoneella on vain vähän yhteistä tuttujen lentokoneiden kanssa. Solar Impulse 2:n siipiväli on lähes sama kuin Airbus A380:n (72 metriä), mutta sen paino (2,4 tonnia) on hädin tuskin suurempi kuin 4×4-koneen. Ennen kaikkea se kuljettaa vain yhden henkilön kerrallaan, mikä on todella poikkeuksellinen haaste: ensimmäinen maailmanympärilento – välilaskuineen – täysin sähkökäyttöisellä, aurinkoenergialla toimivalla lentokoneella.

Vuonna 2010 Solar Impulsen ensimmäinen prototyyppi lensi jo 26 tuntia putkeen. Tämän hullun hankkeen vetäjien Bertrand Piccardin ja André Borschbergin suunnittelema uusi versio pystyy pysymään ilmassa viidestä kuuteen päivää sääolosuhteista riippuen. Suurempi Solar Impulse 2 on myös vahvempi – sen edeltäjä ei pystynyt lentämään pilvien läpi, koska sen sähköpiirit eivät olleet riittävän vesitiiviitä painon rajoittamiseksi – ja mukavampi, vaikka parannus onkin suhteellinen: matkustamossa ei ole paineistusta ja koneeseen mahtuu vain yksi lentäjä kerrallaan.

Useiden teollisuuskumppaneiden (Solvay, Altran, SunPower, Bayer jne.) ja tutkijoiden (EPFL) ansiosta lentokoneessa hyödynnetään viimeisimpiä innovaatioita materiaalien, akkujen ja aurinkokennojen tehokkuuden alalla. Sen ultrakevyt hiilikuiturakenne muistuttaa kuitenkin enemmän Wrightin veljeksiä tai Santos-Dumontia kuin nykyaikaisia lentokoneita. solar Impulse on symboli kaikesta siitä, mitä nykyaikaisella teknologialla voidaan tehdä, kun se viedään äärirajoille”, Bertand Piccard sanoo. Se on myös tapa osoittaa, että voimme ratkaista energiahaasteemme ainakin osittain teknologisen kehityksen avulla

Nykyään valmistajat panostavat ennen kaikkea ”enemmän” sähköiseen lentokoneeseen, joka pystyy esimerkiksi rullaamaan maassa ilman moottoreita. Mutta entä todellinen sähkökäyttöinen lentokone? Onko se insinöörien kuvitelma, teknologinen demonstraattori vai todellinen tulevaisuuden konsepti? Eilen illalla ilmailu- ja avaruustutkimuskeskuksen tutkijaryhmä esitteli CEA Techin avustuksella vastauksensa noin sadalle käsin valitulle teollisuusmiehelle Aéro-Club de Francessa. Heidän ennakointiharjoituksensa tuloksena syntyi todellinen lentokone, joka on tosin vielä paperilla, mutta joka voisi hyvinkin joskus lentää.

”Johtopäätöksemme on, että sähkökäyttöinen lentokone on teknisesti toteuttamiskelpoinen ja teoreettisesti mahdollinen kaupallisessa liikenteessä kahden taiatrvuosikymmenen kuluessa suunnitelluista tehtävistä riippuen”, tiivistää Oneran ilmailu- ja avaruusalan ennakointiosaston johtaja Antoine Guigon. ”Tämä on tärkeä tavoite, sillä vaikka ilmailun ympäristöjalanjälki on melko pieni verrattuna autojen ympäristöjalanjälkeen, sillä on merkittävä vaikutus ihmisiin, erityisesti melun vuoksi”, myöntää Pierre Duval, joka on järjestänyt illan Aéro-club de France -yhdistyksen puolesta ja Fédération aéronautique internationale -järjestön ympäristökomitean puheenjohtaja.

Jos määräaika tuntuu niin kaukaiselta, se johtuu siitä, että ongelma on monimutkainen. Ilmailu on edelleen riippuvainen parafiinista, koska öljy on tiivis energiamuoto, joustava ja helppo käyttää. ”Nykyisen tietämyksemme mukaan sähköinen käyttövoima ei pysty saavuttamaan samaa korkeaa suorituskykyä kuin nykyinen käyttövoima vielä vuosikymmeniin. Meidän on kehitettävä läpimurtokonsepteja ja -teknologioita”, Antoine Guigon selittää. Ei ole mitään järkeä yrittää ”sähköistää” olemassa olevaa lentokonetta: meidän on aloitettava alusta.

POTKURIT SIIVESSÄ

Tätä Oneran tutkijat ovat tehneet varovaisesti. Vaikka he haaveilevat lentokoneesta, joka pystyy kuljettamaan 100 matkustajaa tuhansien kilometrien päähän, he ovat suhtautuneet vaatimattomammin henkilökohtaiseen liikesuihkukoneeseen, joka pystyy kuljettamaanatre henkilöä 600 kilometrin päähän alle kahdessa tunnissa. Sen yleisilme vaikuttaa tutulta, mutta todellisuudessa kaikki muuttuu: muoto, käyttövoima, energia, aerodynamiikka… Sähkö on läpimurto. Ensinnäkin, toisin kuin nykyiset moottorit, joiden hyötysuhde paranee koon kasvaessa, niiden sähköiset serkut voivat olla pieniä mutta tehokkaita. Pois ovat jääneet valtavat, kömpelöt moottorit, jotka heikentävät aerodynamiikkaa. Pienet, virtaviivaiset potkurit on suunnattu siiven takaosaan. Kukin potkuri imee puhaltimen tavoin ilmaa ja työntää sitä taaksepäin tuottaakseen työntövoimaa.

Jäljelle jää vain virtalähde. On mahdotonta ottaa mallia Solar Impulselta ja sen aurinkopaneeleista, joiden tuotto on vielä aivan liian pieni useita matkustajia kuljettavaan lentokoneeseen. Onera-hankkeessa sähköä syötettäisiin akuista, mutta ennen kaikkea se tuotettaisiin koneessa polttokennolla. Ongelmana on, että vetyä on varastoitava useita kiloja korkeassa paineessa tai nestemäisessä muodossa, mikä edellyttää hyvin matalaa lämpötilaa. Antoine Guigon uskoo siis, että hybridikäyttöisen propulsiojärjestelmän välivaihe on ajateltavissa, jossa sähkö tuotetaan polttomoottoreiden energiasta: ”Esimerkiksi turbomoottori pyörittäisi sähkömoottoria. Mutta lentokonekonseptia, jossa poltto- ja sähkövoiman yhdistelmästä saataisiin kaikki hyöty irti, ei ole vielä määritelty

Tutkijat ovat havainneet muitakin esteitä, jotka on voitettava, erityisesti lentokoneen elektroniikan kestävyys sähkömagneettisia kenttiä vastaan, joita lentokone itse tuottaa. Lentokone tarvitsee myös huipputason navigointijärjestelmiä. ”Henkilökohtainen lentokone edellyttää, että se voidaan automatisoida niin pitkälle, että se on kenen tahansa lentäjän ulottuvilla, ja että se voidaan näin ollen helposti integroida lentoliikenteeseen navigointijärjestelmän avulla”, selittää Claude Le Tallec, joka johtaa Oneran yleisilmailua, UAV:tä ja automatisoituja järjestelmiä koskevaa hanketta. Kaikki nämä rajoitukset edellyttävät monialaista lähestymistapaa. ”Näitä lähestymistapoja sovelletaan jo nyt minkä tahansa lentokoneen suunnittelussa, mutta ne ovat entistäkin tarpeellisempia, koska konsepteja ja mullistavia teknologioita kertyy”, sanoo Antoine Guigon, joka korostaa, että tulevaisuuden ratkaisuja on pyrittävä suunnittelemaan jo nyt. ”Huomisen teollisuus on alasti, jos se ei ala nyt miettiä tulevaisuuden lentokoneita. Meidän on mietittävä läpimurtoratkaisuja, muuten muut maat tai maanosat tekevät sen puolestamme

Lähde: Benoit Georges Toimittaja Les Echos