Samolot elektryczny – od marzeń do rzeczywistości
Zdaniem dr Franka Antona kluczowy wpływ na historię lotnictwa miały trzy przełomowe wydarzenia. Na początku XX w., a dokładnie w roku 1903, miało miejsce pomyślne lądowanie pierwszego statku powietrznego z napędem silnikowym, który spędził w powietrzu łącznie dwanaście sekund. Zakończona sukcesem próba była początkiem pierwszej rewolucji w lotnictwie – wraz z pierwszym samolotem nastała era wynalazków aeronautycznych.Kolejny przełom nastąpił w połowie XX w. wraz z pojawieniem się nowej klasy turystów popijających drinki podczas lotów nad Atlantykiem, a ówczesny wynalazek – silnik turbowentylatorowy – przybliżył ich do przyszłości i zapoczątkował złoty wiek w historii podróży lotniczych. Znacznie zmodernizowaną wersję tego silnika przelotowego wciąż wykorzystuje się w dzisiejszych samolotach, a jego wprowadzenie do lotnictwa komercyjnego w latach 50. i 60. XX w. uznaje się za drugą rewolucję w historii podróży lotniczych.
W 2017 r., blisko sześćdziesiąt lat po wprowadzeniu silnika odrzutowego, dr Frank Anton i kierowany przez niego zespół światowej klasy specjalistów pracują nad trzecią rewolucją w historii lotnictwa. Tym razem przełomowym wynalazkiem jest silnik elektryczny, a stawka jest jeszcze wyższa.
„Moim celem jest udostępnienie napędu elektrycznego następnym pokoleniom, żeby latanie nadal było możliwe. Jeśli nic nie zrobimy, lotnictwo przestanie istnieć” – tłumaczy dr Anton w swoim biurze na terenie kampusu Siemensa w niemieckim Erlangen.
Co dokładnie zagraża przyszłości lotnictwa? „Jeśli nie uda nam się zmniejszyć emisji dwutlenku węgla, regionalne przeloty znikną z przestrzeni powietrznej. A emisji dwutlenku węgla nie uda nam się obniżyć, jeśli będziemy korzystać z samolotów bez napędu elektrycznego”.
To dość ponura perspektywa dla odwiecznego miłośnika skrzydlatych maszyn. Dr Anton z optymizmem podchodzi jednak do przyszłości podróży lotniczych. Odbył już lot samolotem wyposażonym w napęd hybrydowy, który zaprojektował i skonstruował wspólnie ze swoim zespołem.
Moim celem jest udostępnienie napędu elektrycznego następnym pokoleniom, żeby latanie nadal było możliwe.Dr Frank Anton, kierownik projektu eAircraft
Samoloty przyszłości i problem mocy
Gdy dr Anton rozpoczynał projekt wspólnie ze swoim kontrahentem z Airbus, cały świat nadal był przekonany, że napędy elektryczne w samolotach to niedorzeczność. „Wszyscy specjaliści mówili, że to niemożliwe. Nam też się tak wydawało”. Kiedy jednak nowy zespół złożony z ekspertów lotnictwa i inżynierów elektryków przystąpił do wspólnej pracy, jego członkowie powoli zaczęli wierzyć, że być może da się to marzenie urzeczywistnić.
Pierwszym wyzwaniem, z którym musiał się zmierzyć zespół, był stosunek mocy do masy. Zwykły silnik elektryczny dostarcza około 1 kilowata mocy na każdy kilogram masy. Aby mały samolot mógł wystartować i odbyć lot, zespół musiał uzyskać co najmniej 6 kilowatów mocy z każdego kilograma masy silnika. Specjaliści byli sceptyczni.
Dr Anton udowodnił im jednak, że się mylili. I nie kazał im na to długo czekać. Przy pierwszej próbie zespołowi udało się uzyskać wynik, który tylko nieznacznie odbiegał od docelowych parametrów. Zespół przystąpił następnie do dalszych prac nad swoim osiągnięciem, dowodząc, że zastosowanie napędu elektrycznego w lotach komercyjnych jest możliwe.
Kształtowanie przyszłości lotów
Ich tajną bronią są rozwiązania z zakresu zarządzania cyklem życia produktu. To oprogramowanie opracowane przez Siemensa, które umożliwiło zespołowi zaprojektowanie, modelowanie i przetestowanie każdego szczegółu zaproponowanego silnika przed wyprodukowaniem jakiejkolwiek fizycznej części. „Biorąc pod uwagę stopień złożoności tego problemu i konieczność zapewnienia spójnej pracy wszystkich elementów, symulacja całego układu napędowego była jedyną metodą, którą mogliśmy zastosować, żeby przemyśleć możliwości zbudowania układu napędowego w zupełnie inny sposób”.
Jednym z przełomowych rozwiązań, które oferuje oprogramowanie, była możliwość wyeliminowania wszystkich zbędnych części projektu dzięki odtworzeniu procesów ewolucyjnych zachodzących w ludzkim organizmie. „Usunęliśmy wszystkie niepotrzebne elementy konstrukcyjne, aby sprawdzić, jak duże siły jest zdolny wytrzymać silnik przy minimalnej ilości materiałów. Analogią, którą się tutaj kierowaliśmy była budowa kości w ludzkim organizmie – kość rośnie tylko w miejscu oddziaływania na nią obciążeń, dzięki czemu ma lżejszą, ale bardziej wytrzymałą strukturę”.
Kluczowe znaczenie dla sukcesu zespołu miało znalezienie nowych form współpracy. Dr Anton jest przekonany, że konieczne jest nie tylko stworzenie miejsca pracy, w którym każda osoba może się rozwijać i wnosić swój wkład do osiągnięć zespołu, ale też tworzenie innowacji wspólnie z klientem. „Nowe technologie są bezwartościowe, jeśli nie mają wartości dla klienta. Jak się dowiedzieć, czy dana technologia ma taką wartość? Jest to tylko możliwe poprzez współpracę z właściwym klientem, ponieważ tylko wtedy możemy poznać dane zastosowanie i spróbować zrozumieć, co da się osiągnąć za pomocą nowej technologii, o ile w ogóle cokolwiek da się osiągnąć”.
Dr Anton znalazł właściwych klientów i partnerów – są nimi firmy EXTRA, Diamond Aircraft i Airbus. Zbudował zespół, który zaprojektował modele. Wspólnie udało im się skonstruować elektryczny układ napędowy, który jest lekki, a jednocześnie mocny. Nadszedł czas na przetestowanie nowego silnika w powietrzu.
Nie podważamy praw fizyki. My po prostu wykorzystujemy istniejące rozwiązania w nowy sposób.Dr Frank Anton, kierownik projektu eAircraft
Samoloty elektryczne to kamień milowy w historii lotnictwa
Tak też się stało. W 2015 r., niemal w zupełnej ciszy, z lotniska w północno-środkowych Niemczech wystartował samolot akrobatyczny, który po raz pierwszy w historii lotnictwa napędzany był elektrycznym układem napędowym o tej klasie mocy.
Od czasu przełomowego lotu zespołowi pracującemu nad samolotem elektrycznym udało się osiągnąć jeszcze jeden kamień milowy i z powodzeniem zastosować ten sam układ do napędzania większego, dwuosobowego samolotu.
Dr Anton, który sam jest doświadczonym pilotem, był jedną z pierwszych osób, które usiadły za sterami samolotu. „To fantastyczne uczucie. Przypomina jazdę samochodem elektrycznym – wszystko przebiega o wiele płynniej”. Inną zaletą jest mniejszy hałas. „Zdejmujesz słuchawki i zdajesz sobie sprawę, że wcale ich nie potrzebujesz. Możesz rozmawiać z drugim pilotem bez interkomu. To coś, do czego trzeba się przyzwyczaić”.
To bardziej przyjazna środowisku i mniej hałaśliwa forma podróży. Dr Anton uważa, że tak właśnie może wyglądać i tak cicho pracować 100-osobowy samolot do przelotów regionalnych w 2035 r., co pomoże nam zmniejszyć emisję dwutlenku węgla, a następnym pokoleniom umożliwi korzystanie z dobrodziejstw podróży lotniczych. Trzecią rewolucję w historii lotnictwa czuć już w powietrzu – epoka samolotów elektrycznych już się rozpoczęła. A dr Anton i jego zespół w Siemensie oraz partnerzy współpracujący przy projekcie nie powiedzieli jeszcze ostatniego słowa.
