Минус 253°C в баках, плюс 100% чистоты для атмосферы: Airbus строит водородный лайнер будущего

В авиастроении сегодня нет задачи сложнее, чем создать крупный пассажирский лайнер с нулевым уровнем вредных выбросов. Компания Airbus оказалась в авангарде этих разработок, представив сразу два многообещающих решения.

На симпозиуме Airbus Summit , прошедшем 24-25 марта, руководство европейского концерна раскрыло стратегию развития на ближайшие десятилетия. План включает параллельную работу над двумя принципиально разными моделями: усовершенствованным авиалайнером на традиционном топливе и революционным самолетом на водородных топливных элементах со сверхпроводящей электрической системой.

Первый проект нацелен на радикальное снижение расхода горючего. По словам руководителя отдела перспективных программ Бруно Фишефе, узкофюзеляжный лайнер будет потреблять на 20-30% меньше топлива по сравнению с нынешними аналогами. Эта модель заменит семейство A320 — самые продаваемые пассажирские самолеты в мире, которых выпущено уже почти 12 тысяч единиц. Начало эксплуатации намечено на вторую половину 2030-х годов.

Экономить топливо помогут передовые технологии в области аэродинамики, материалов и силовых установок. Главная инновация — принципиально новый тип двигателя с открытым вентилятором, разработанный совместно с CFM International (альянс GE Aerospace и Safran Aircraft Engines). У этого двигателя отсутствует внешний кожух, что позволяет установить лопасти увеличенного размера.

Без кожуха через двигатель проходит гораздо больше воздуха, создающего дополнительную тягу в обход камеры сгорания. Если у современных двигателей соотношение обходного потока к основному составляет 11-12, то новая конструкция увеличит этот показатель до 60. Две серии испытаний в европейских аэродинамических трубах уже подтвердили расчетные характеристики по шуму и эффективности.

Второй проект, получивший название ZEROe, направлен на создание полностью экологичного авиалайнера. Разработка идет уже пять лет, однако первоначальные планы поднять такой самолет в воздух к 2035 году пришлось скорректировать. На саммите глава Airbus Гийом Фори назвал две основные причины: отсутствие нормативной базы для сертификации подобной техники и неготовность инфраструктуры для производства "зеленого" водорода в промышленных масштабах по приемлемым ценам.

Мы рискуем получить 'водородный Конкорд' — технически совершенное, но коммерчески нежизнеспособное решение, — пояснил инженер.

При этом он подчеркнул неизменную приверженность компании водородным технологиям как будущему авиации. Эта работа особенно важна в свете обязательств ведущих отраслей достичь нулевого уровня выбросов парниковых газов к 2050 году.

Технические характеристики будущего лайнера впечатляют. Он сможет перевозить более сотни пассажиров на расстояние 1850 километров. Тягу обеспечат четыре силовые установки на топливных элементах — по две на каждом крыле, мощностью 2 мегаватта каждая. Примерный облик прототипа - на картинке ниже.

В Мюнхене уже проходят испытания прототипа мощностью 1,2 МВт, созданного в сотрудничестве с Liebherr Group, ElringKlinger, Magna Steyr и Diehl. Руководитель разработки силовых установок Хауке Людерс сообщает, что сейчас команда сосредоточилась на низкотемпературных протонообменных топливных элементах, хотя окончательный выбор технологии еще впереди.

Водород на борту хранится при температуре минус 253 градуса Цельсия, и этот экстремальный холод инженеры планируют использовать для охлаждения всех электрических компонентов: от распределительных сетей и блоков управления до силовых преобразователей и обмоток электродвигателей. Над каждым элементом работает отдельная группа специалистов, а для поддержания сверхнизких температур будет циркулировать специальный хладагент.

Эксперты считают, что лучше всего здесь подойдут высокотемпературные сверхпроводники на основе оксида меди, созданные в IBM в 1986 году. Они теряют электрическое сопротивление при температурах от -238 до -140 градусов Цельсия, что намного выше показателей классических сверхпроводников (ниже -248 градусов). До сих пор такие материалы применялись лишь в экспериментальных установках: генераторах ветряных турбин, демонстраторах магнитной левитации, коротких участках линий электропередачи, аппаратах МРТ и магнитных системах термоядерных реакторов.

Отсутствие потерь энергии в сверхпроводниках снизит нагрузку на систему охлаждения. Однако остается вопрос отвода тепла, выделяющегося из-за аэродинамического трения в двигателе. Впрочем, по мнению физика, мощный поток холодного воздуха вокруг силовых установок поможет решить эту проблему.

Для комплексных испытаний водородных систем Airbus совместно с Air Liquide Advanced Technologies построил в Гренобле уникальный центр Liquid Hydrogen Breadboard. Здесь тестируют в натуральную величину ключевые элементы: топливные баки, клапаны, трубопроводы и насосы. В 2025 году начнутся проверки полной системы хранения и распределения жидкого водорода, а к 2027 году планируется испытать весь комплекс, включая двигатель на топливных элементах. Это позволит оценить работу всех систем в условиях, максимально приближенных к реальным.