Máy bay điện thúc đẩy ngành hàng không không khí thải
Tìm một giải pháp thay thế cho nhiên liệu hàng không như dầu hỏa sẽ là chìa khóa nếu chúng ta muốn tiếp tục bay X-57 sử dụng pin lithium để chạy động cơ điện cho cánh quạt của nó. Nhưng năng lượng bạn nhận được từ pin, so với trọng lượng của chúng, ít hơn 50 lần so với năng lượng bạn có thể nhận được từ nhiên liệu hàng không.
X-57 là một loại máy bay Tecnam P2006T được sửa đổi 4 chỗ ngồi do Italia chế tạo. Nó dựa vào sự kết hợp của rất nhiều cánh quạt, động cơ nhỏ và nhiều pin trải khắp máy bay, được gọi là“động cơ đẩy phân tán”.
Cách tiếp cận này đại diện cho lĩnh vực nghiên cứu và phát triển thú vị có thể tìm thấy trong nhiều thiết kế máy bay điện thử nghiệm. Điểm khác biệt của X-57 là các cánh được thiết kế lại hoàn toàn với cánh quạt được định vị giúp tối ưu hóa luồng không khí xung quanh chúng. Công nghệ cánh quạt nói chung đang có sự tái sinh. Những thiết kế không chỉ trở nên hiệu quả hơn mà còn ít ồn ào hơn và giá cả phải chăng hơn.
Tốc độ và góc nghiêng cánh quạt thậm chí có thể được thay đổi trong suốt chuyến bay nhằm thích ứng với mỗi tốc độ khác nhau cần thiết cho việc cất cánh, hạ cánh và hành trình. Mật độ không khí thay đổi theo độ cao và ảnh hưởng đến lực đẩy nhận được từ cánh quạt. Giờ đây, chúng ta có thể chế tạo cánh quạt hoạt động hiệu quả ở mọi độ cao và tốc độ, chúng ta thực sự có thể tận dụng tối đa năng lượng dự trữ trong pin.
Các thiết kế mới, chẳng hạn như cánh quạt có 11 cánh đầu tiên (trên máy bay Piper Cheyenne), có thể đạt được lực đẩy rất cao ngay cả ở mật độ không khí cao. Một số máy bay thậm chí còn sử dụng “lực đẩy vectơ” bằng cách cho phép động cơ và cánh quạt quay, điều này mang lại tùy chọn cất cánh và hạ cánh thẳng đứng. Những chiếc máy bay này giống máy bay trực thăng hơn là máy bay - có nghĩa là các sân bay thông thường với đường băng dài và nhà ga lớn sẽ chỉ còn là dĩ vãng.
X-57 sử dụng pin lithium-ion bán sẵn. Điều này là do dự án chủ yếu giải quyết tiềm năng cho cấu hình cánh quạt và cánh mới hơn là phát triển loại pin hoàn hảo. Nhưng đó sẽ là thách thức quan trọng mà nhà phát triển máy bay điện cần vượt qua. Pin lithium gần như là loại tốt nhất mà chúng ta có cho đến nay, nhưng chúng vẫn còn nặng.
Kim loại liti cũng nguy hiểm vì dễ bắt lửa. Có những lợi thế với việc sử dụng pin, đó là trọng lượng của chúng không đổi trong suốt chuyến bay, nghĩa là chúng không cần được cất giữ trong cánh như nhiên liệu hàng không theo truyền thống. Với nhiên liệu lỏng, trọng lượng máy bay giảm đáng kể do nhiên liệu được tiêu hao và việc giữ nhiên liệu ở cánh đảm bảo không làm thay đổi độ cân bằng của máy bay.
Tuy nhiên, mật độ năng lượng thực sự - lượng năng lượng mà pin chứa so với trọng lượng hoặc kích thước của nó - mới là vấn đề quan trọng. Những tiến bộ mới đang được thực hiện liên tục, chẳng hạn như pin được tạo ra dựa trên công nghệ lượng tử. Nhưng trong khi những thứ này sạc nhanh hơn pin thông thường, chúng sẽ không thay thế pin lithium và không có khả năng thay đổi triển vọng cho chuyến bay bằng điện. Điều chúng ta thực sự chờ đợi là cuộc cách mạng trong công nghệ pin - một cuộc cách mạng mang lại mật độ năng lượng tương đương với nhiên liệu hàng không.
Với tầm hoạt động khoảng 160km và thời gian bay khoảng 1 giờ, X-57 không được kỳ vọng sẽ dẫn đến một công nghệ thay thế cho những chuyến bay đường dài. Ít nhất là không ngay lập tức. Thay vào đó, những chuyến bay chặng ngắn với 10 hành khách trở lên là mục tiêu tốt và có khả năng cho những chuyến bay sớm, vận hành bằng pin.
Máy bay sử dụng hydro cũng rất được quan tâm vì mật độ năng lượng của hydro lớn hơn gần 3 lần so với nhiên liệu hàng không thông thường. Nhưng hydro là chất khí và nó cần được lưu trữ trong các thùng nhiên liệu có áp suất để giảm thể tích. Điều này đòi hỏi phải suy nghĩ lại hoàn toàn về thiết kê ëmáy bay. Một số nghiên cứu đã được thực hiện với hydro được lưu trữ dưới dạng chất lỏng ở -253°C. Do đó, hydro cho ngành hàng không rất thú vị, nhưng có lẽ không thực tế. Nhiên liệu tổng hợp đã sẵn sàng để thay thế cho nhiên liệu hàng không - với một mức giá.
Có lẽ khi công nghệ phát triển, chúng sẽ trở nên rẻ hơn, nhưng vẫn có khả năng chi phí bay sẽ tăng lên khi chúng ta rời xa nhiên liệu hóa thạch. Pin gần như chắc chắn sẽ cung cấp năng lượng cho các chuyến bay ngắn của chúng ta trong tương lai gần và nếu có một cuộc cách mạng về công nghệ pin thì tương lai của ngành hàng không sẽ hoàn toàn thay đổi.
Cuối cùng, chúng ta sẽ phải đối mặt với một “tối hậu thư”: hoặc chúng ta tìm ra cách chế tạo máy bay không cần nhiên liệu hóa thạch, hoặc chúng ta ngừng bay.