Говорят, что сегодня большинство грантов получают междисциплинарные исследования. Смешение всегда обещает что-то удивительное, чего нельзя достичь в отдельно взятой области науки. Учёные из США наглядно доказали это утверждение, применив методы современной аналитической биологии для анализа характеристик литиевых аккумуляторов. Они уверяют, что благодаря новой работе электрические самолёты смогут увеличить дальность полёта в четыре раза.

Источник изображения: And Battery Aero

В современной молекулярной биологии много разных -омик: геномика, протеомика, метаболомика и так далее. Общее у всех разделов то, что они рассматривают проблемы в комплексе или совокупности множества, казалось бы, не связанных с основными исследованиями направлений. Например, исследователи веками изучали строение живых клеток, и только в последние десятилетия сообразили, что это надо делать в совокупности с внеклеточным анализом сопутствующих жизни клеток процессов.

Тот же принцип исследователи из Национальной лаборатории им. Лоуренса в Беркли и Мичиганского университета использовали для анализа элементов литиевых аккумуляторов. Батарея рассматривалась как совокупность процессов на аноде, катоде и в электролите. От самолётных тяговых батарей учёные хотят плохо сочетаемых характеристик: пиковой отдачи в режимах взлёта и посадки, а также стабильной отдачи мощности в крейсерском режиме полёта. Найти в этой схеме баланс означает добиться оптимальных условий работы аккумуляторов, а это может помочь увеличить дальность перелётов.

«Биологический» подход для анализа химического и физического состояния электродов и электролита позволил получить более полное представление о протекании сложных реакций на аноде, катоде и в электролитах. Учёные выяснили, что неспособность литиевых батарей обеспечивать высокую мощность в течение длительного периода времени была проблемой катода, а не анода. В ходе экспериментов стало ясно, что при смешивании определенных солей с электролитом они образовывали защитное покрытие вокруг катода, делая его устойчивым к разрушению и улучшая его характеристики.

Так, созданный исследователями новый электролит оказался очень и очень перспективным. Созданные на его основе экспериментальные аккумуляторы обеспечили настолько высокую плотность запасания энергии в сочетании со стабильно отдаваемой мощностью, что смогли бы обеспечить самолётам на электрической тяге полёт на четыре раза большую дальность, чем современные батареи.

В настоящее время команда работает над созданием аккумулятора емкостью 100 кВт·ч для проведения испытательного полета электрического самолета вертикального взлета и посадки (eVTOL) уже в 2025 году, что выглядит завораживающей перспективой для нового вида транспорта.

Американский стартап Pivotal (ранее Opener.aero) начал сбор предварительных заказов на одноместный октокоптер Helix. Для управления этим сверхлёгким летательным аппаратом лицензия пилота не требуется. Однако летать вблизи аэродромов и мест скопления людей будет запрещено. Цена транспортного средства будет начинаться со $190 тыс., но удовольствие получить электролёт среди первых обойдётся в $290 тыс.

Источник изображения: Helix

Вес октокоптера Helix без пилота достигает 150 кг. Для его перевозки предназначен фургон, который входит в комплект поставки и тоже стоит денег. На подготовку аппарата к полёту необходимо 30 мин. Сборка представляет собой установку двух крыльев-стоек, на каждом из которых расположено по 4 двигателя, и подключение питающих и информационных кабелей.

Аппарат способен поднять человека не тяжелее 100 кг и не выше 193 см. Дальность полёта заявлена как 32+ км с резервом энергии в батареях в 20 %. Ёмкость аккумуляторов составляет 8 кВт·ч. Режим быстрой зарядки восстановит энергию с 20 % до 100 % за 75 мин. Максимальная скорость полёта будет достигать 100 км/ч.

Поставки октокоптеров по предварительным заявкам начнут осуществляться с 10 июня 2024 года. Для этого нужно внести невозвращаемый взнос в размере $240 тыс. и $50 тыс. для бронирования места на производстве, а также для начала процесса обучения управлению аппарата.

Компания предлагает три пакета комплектации октокоптера. Стоимость пакетов составит $190 000, $240 000 и $260 000. По мере повышения стоимости будут доступны некоторые улучшения, комплектация и возможность самому выбрать цвет покраски. Например, могут быть установлены маячки, дополнительные зарядки, а также улучшенное навигационное оборудование.

Несмотря на обилие вариантов квадро- и октокоптерных конфигураций аэротакси, первыми массовыми электрическими летающими средствами могут стать привычные лёгкие самолёты с электродвигателями вместо бензиновых моторов. Такие самолёты создают в США, России и в других странах. Китай также находится среди лидеров, где недавно испытали полётом первый полностью электрический лёгкий самолёт.

Источник изображения: China Media Group

Как сообщают местные СМИ, электрическая версия китайского самолёта AG60 (AG60E) в среду успешно совершила свой первый полёт в аэропорту Цзяньдэ Цяньдаоху в провинции Чжэцзян на востоке Китая. Воздушное судно разработала компания China Aviation Industry General Aircraft Company Limited (CAIGA) — дочернее предприятие государственного холдинга AVIC. Компания CAIGA специализируется на разработке и производстве лёгких гражданских самолётов.

Оригинальная модель AG60 — это цельнометаллический одномоторный моноплан, дебют которого состоялся на 13-м авиашоу в Китае в сентябре 2021 года. Свой первый рейс самолёт совершил в октябре 2020 года. В 2021 году он получил сертификат лёгкого спортивного самолёта и лицензию на производство.

Общая длина самолёта составляет 6,9 м, размах крыльев — 8,6 м, потолок — 3600 метров. Самолёт может преодолевать дальность в 1100 км на максимальной горизонтальной скорости полёта 218 км/ч.

Для создания электрической версии самолёта инженеры решили множество задач, включая выбор двигателя, электронной системы управления, аккумуляторной батареи, протестировали и проверили интеграцию электрической силовой установки, включая проведение исследований на предмет соответствия системы безопасности и лётной годности самолета.

В результате работы был получен опыт переоборудования лёгких спортивных самолетов AG60 в электрические, что пригодится для разработки других электрических авиационных устройств и для модернизации силовых установок существующих самолётов.

Один из лидеров производства тяговых аккумуляторов для электромобилей — китайская CATL — создала совместное подразделение с одним из китайских авипроизводителей для разработки электрических самолётов. Возможно гражданская электрическая авиация ближе, чем нам казалось: у CATL уже есть главный ингредиент для электросамолётов — аккумулятор с рекордной плотностью хранения энергии.

Проект электросамолёта ES-30 компании Heart Aerospace (как пример гражданской электроавиации). Источник изображения:Heart Aerospace

О создании совместного предприятия сообщило новостное агентство Yicai Global. Компания CATL и её партнёр — государственная китайская авиастроительная компания Commercial Aircraft Corporation of China (COMAC) — пока не выступили с комментариями. Но планы партнёров довольно прозрачны. Ещё в апреле CATL представила аккумуляторы с рекордной плотностью хранения энергии, характеристики которых допускают их использование в самолётах в качестве тяговых. Тогда же компания сообщила, что сотрудничает с авиапроизводителями для адаптации новых батарей к авиационным системам.

По данным источника, авиационное подразделение CATL (совместное предприятие) организовано на базе Шанхайского университета Цзяо Тун (Shanghai Jiao Tong University Enterprise Development group). В работе над новыми проектами будет участвовать бывший главный конструктор узкофюзеляжного самолёта C919 Цянь Чжунъян (Qian Zhonhyan). Подобное не оставляет сомнений, что подразделение CATL будет создавать аккумуляторные подсистемы также для большой гражданской авиации, а не только для маломестных аэротакси.

Первые батареи для гражданских электросамолётов. Источник изображения: CATL

По мнению Илона Маска, для жизнеспособности электролётов с вертикальными взлётом и посадкой аккумуляторам необходимо преодолеть рубеж плотности хранения энергии в 400 Вт·ч/кг. Новая батарея CATL обещает плотность хранения энергии на уровне 500 Вт·ч/кг. Если этого хватает для аэротакси, то этого будет достаточно и для открытия дороги в небо электросамолётам классической планерной схемы.

Региональные перелёты наряду с воздушной городской мобильностью обещают стать одним из первых применений полностью электрических самолётов. В сентябре этого года такой 9-местный самолёт Alice успешно испытала израильская компания Eviation Aircraft. Новозеландская авиакомпания Air New Zealand заметила успехи Eviation и заключила с ней соглашение на поставку до 23 электрических самолётов.

Источник изображений: Eviation

Полностью электрический самолёт Alice впервые был представлен компанией Eviation Aircraft на Парижском авиасалоне в 2019 году. Впервые в воздух в 8-минутный испытательный полёт самолёт отправился в сентябре этого года. Планируется, что массовые поставки Alice начнутся с 2027 года. На полной зарядке аккумуляторов самолёт сможет преодолевать до 463 км на скорости до 481 км/ч. В движение его приводят два электромотора, расположенные в хвостовой части. Хотя, в целом, это фактически обычный самолёт.

Компания Air New Zealand в основном обслуживает региональные маршруты в Новой Зеландии. С прицелом на декарбонизацию пассажирских авиаперевозок она считает выгодным перевести часть или даже весь авиационный парк на электрические самолёты. Выгода также в том, что обслуживание электрических самолётов будет проще и дешевле обслуживания самолётов на ископаемом топливе.

Подписанный сторонами договор носит характер раннего предварительного соглашения, но он создаёт рамки, в которых перевозчик и производитель могут планировать будущее сотрудничество и свою работу. Значительной проблемой на пути к электрическому воздушному транспорту остаются батареи, точнее отсутствие по-настоящему ёмких и лёгких аккумуляторов. Без решения этой проблемы вряд ли можно всерьёз рассчитывать заменить топливную авиацию электрической.