Летающие машины могут сократить выбросы, заменить самолеты и освободить дороги — но не скоро

Когда 50 лет назад была выпущена Chitty Chitty Bang Bang, летающие машины стали полетом фантазии. Теперь эти футуристические машины вступают во внешние границы реальности. Согласно новому исследованию, опубликованному в журнале Nature, в некоторых поездках летающие машины могут в конечном итоге стать более экологичными, чем даже электрические дорожные машины, сокращая выбросы, а также уменьшая движение на все более загруженных дорогах.

Тем не менее, пробелы в необходимых технологиях и практическая неопределенность, выходящая за рамки многообещающей физики автомобилей, означают, что они могут не прийти вовремя, чтобы стать масштабным решением энергетического кризиса и заторов — если вообще будут.

Как заставить машину летать

Поначалу может показаться сумасшедшим, что летающий автомобиль может быть более эффективным, чем дорожный автомобиль, особенно когда обычные самолеты пользуются такой репутацией, как газопоглотители. Но полет не является по своей сути неэффективным — в конце концов, птицы могут летать между континентами без еды. Конечно, маленький автомобиль с четырьмя пассажирами не альбатрос, но это и не Боинг 737.

Есть много способов заставить машину летать, но большинство слишком проблематично, чтобы оторваться от земли. Пожалуй, наиболее многообещающим вариантом является тот, который взят в данном исследовании на основе физики самолета вертикального взлета и посадки (VTOL). Они довольно удивительные звери.

Если вы слышали о VTOL, то, вероятно, приходит на ум нечто вроде Harrier Jump Jet с двумя огромными двигателями, направляющими тягу, которую можно наклонять вертикально или горизонтально. Но эти намного меньшие и более легкие летающие машины работают по-разному, с множеством крошечных электрических вентиляторов, дующих воздух из разных мест. Эта быстроразвивающаяся технология распределенного электрического движения (DEP) является ключом к эффективности при крейсерском полете, а также создает возможности для более тихого взлета и зависания, так как можно управлять несколькими небольшими источниками шума.

Читайте так же:
Автомобилисты едут ближе к велосипедам на велосипе... Исследования показывают, что водителям не нужно предоставлять велосипедистам на велосипедных дорожках столько места, сколько они делают на стандартных участках дороги. Согласно новому исследованию, автомобилисты едут значительно ближе к велосипедистам, едущим по велосипедным дорожкам, чем к велосипедистам, использующим стандартный участок дороги...
Колорадо примет калифорнийский мандат на автомобил... Колорадо примет калифорнийский мандат на автомобиль с нулевым уровнем выбросов (ZEV), согласно которому автопроизводители должны продавать электромобили с аккумуляторными батареями, гибриды с подключаемым двигателем или автомобили с водородным топливным элементом в качестве определенной доли от общего объема продаж или приобретать кредиты у других ...

Конструкция крыльев и гребных винтов также может быть оптимизирована так, чтобы они были длинными, тонкими и имели много движущихся поверхностей, как это делают птицы, чтобы сделать полет эффективным. Целью всех этих технических усовершенствований является достижение максимального подъема при минимальном сопротивлении — сила, которая препятствует движению объекта по воздуху и замедляет его. Лучшее отношение подъемной силы к сопротивлению означает более низкое энергопотребление и, следовательно, более низкий уровень выбросов.

Эти энергосберегающие инновации делают крейсерскую прогулку легким, но они мало помогают при взлете, зависании или приземлении, которые все еще по своей сути неэффективны. Таким образом, хотя летательные аппараты VTOL все еще пригодны для коротких поездок по городу и доставки пиццы, они не решат энергетический кризис.

Для 100-километровых поездок электрические летательные аппараты могут быть на 35% более эффективными, чем автомобили с бензиновым двигателем — хотя, учитывая то же количество пассажиров, все же менее эффективны, чем электрические дорожные машины. Тем не менее, справедливо предположить, что летающие автомобили будут служить главным образом в качестве служб такси в заранее определенных воздушных коридорах и, следовательно, могут постоянно перевозить больше людей. Принимая это во внимание, на 100 км пути выбросы летающих автомобилей могут быть на 6% меньше, чем у электромобилей.

Читайте так же:
У полиции Дубая появился первый летающий мотоцикл... У милиции Дубая появился 1-ый летающий байк Калифорнийский стартап Hoversurf передал милиции Дубая 1-ый серийный эталон ховербайка S3 и начал учить служащих управлять им. В эксплуатации аппараты с функцией вертикального взлета и посадки введут в 2020 году. Их будут использовать отряды резвого реагирования для доступа к недоступным районам города. ...
Почему сокращение выбросов углекислого газа от лег... Все большее число городов, штатов и стран стремятся резко сократить или даже ликвидировать выбросы углерода, чтобы предотвратить катастрофические уровни изменения климата. Идеи о том, как сделать это как можно скорее, в том числе тех демократических законодателей, как член палаты представителей Александрия Окасио-Кортес, набросали в рамках «Зелено...

По мере увеличения расстояния в пути увеличивается и эффективность по сравнению с дорожными автомобилями с остановкой и запуском, которые сталкиваются с сопротивлением качению и менее эффективным воздушным потоком. Но, к сожалению, дальность — это ахиллесова пята для электрической авиации. Исследование рассматривает диапазон до 200 км, и здесь летающие машины могут работать хорошо. Но в то время как самолеты на реактивном топливе могут потерять до 70% своего веса во время полета (хотя при стоимости 100 кг CO₂ на пассажира в час), батареи не разряжаются при разрядке. Это означает, что за пределами 200 км перенос аккумуляторов становится явным недостатком.

Принято считать, что электрические самолеты будут пригодны только для полетов на короткие расстояния. Важна плотность энергии, измеренная в ватт-часах на килограмм. Прямо сейчас лучшие батареи обеспечивают около 250 Вт-ч / кг, просто тень реактивного топлива и бензина 12 000 Вт-ч / кг. Батареи могут разогнаться до 800 Вт-ч / кг к середине этого столетия, увеличив их допустимый диапазон до 700 миль — половина всех глобальных полетов приходится на это расстояние. Но без более значительных инноваций в технологии аккумуляторов биотопливо и жидкое топливо из-за захвата воздуха CO air, вероятно, должны будут играть существенную роль в дальних перелетах.

Проблемы на практике

Полностью сосредотачиваясь на физике летающих автомобилей, в документе не учитывается ряд практических аспектов, которые необходимо учитывать, прежде чем мы примем летающие автомобили VTOL как устойчивый вид транспорта для будущего. Например, важно учитывать углеродные затраты на производство, обслуживание и время простоя, известные как анализ жизненного цикла (LCA). Электромобили подверглись критике за энергетические и экологические затраты на добычу первичных материалов для батарей, таких как литий и кобальт. Добавленная инфраструктура, необходимая для полета, может усугубить проблему для летающих автомобилей. И, конечно же, энергосистема, работающая от низкоуглеродистых источников, необходима для того, чтобы автомобили с батарейным питанием стали частью решения нашего климатического кризиса.

Читайте так же:
Почему сокращение выбросов углекислого газа от лег... Все большее число городов, штатов и стран стремятся резко сократить или даже ликвидировать выбросы углерода, чтобы предотвратить катастрофические уровни изменения климата. Идеи о том, как сделать это как можно скорее, в том числе тех демократических законодателей, как член палаты представителей Александрия Окасио-Кортес, набросали в рамках «Зелено...
Белый дом требует от автопроизводителей поддержат... Не говоря уже о 20 других штатах, которые поддерживают Калифорнию в борьбе. ВАШИНГТОН. Белый дом оказывает давление на автопроизводителей, чтобы они поддержали свои усилия по отмене стандартов экономии топлива эпохи Обамы и запретили Калифорнии устанавливать свои собственные нормы выбросов или требовать электромобилей, сообщили источники в прямой ...

У самолетов также есть очень строгие критерии технического обслуживания и простоев, которые часто могут компенсировать выигрыш в производительности и выбросах. Как совершенно новое поколение самолетов, невозможно предсказать, сколько это может стоить, чтобы поддерживать их в воздухе. Непредвиденные сложности с обслуживанием могут стоить миллиарды — просто спросите Boeing.

Наконец, погода имеет значение. Попутный ветер в 35 миль в час уменьшает потребление энергии и выбросы на 15%, но встречный ветер в 35 миль в час увеличивает их на 25%. Необходимость нести тяжелые дополнительные батареи, чтобы избежать потенциальной катастрофической разрядки, прежде чем встретить подходящее место посадки, может компенсировать экономию выбросов. Дорожные машины, напротив, могут легко съехать на обочину, когда это необходимо, без последствий.

Таким образом, когда речь идет о выбросах CO₂ на пассажиро-километр, в настоящее время эти усовершенствованные летающие автомобили DEP в лучшем случае сопоставимы с их дорожными электрическими эквивалентами, а в худшем случае немного лучше, чем обычные автомобили сгорания. Благодаря технологиям и улучшениям в области безопасности они могли бы сыграть определенную роль в нашем будущем, не связанном с ископаемым топливом, — вывозить самолеты ближнего полета из нашего неба и освобождать дороги, заполненные дымом. У всех на устах вопрос, будут ли эти летающие машины готовы вовремя внести изменения в наш очень острый энергетический кризис. Можем ли мы подождать 30 лет?

Эта статья переиздана из The Conversation под лицензией Creative Commons. Прочитайте оригинальную статью.