Transportul viitorului: de la zburatorul personal la hybrizii de familie

Triungiul, forma progresului

Chiar daca cei mai multi dintre noi sunt tentati sa creada ca mai ales mijloacele de transport terestre, respectiv autovehiculele, sunt cele care vor traversa, foarte curand, o revolutie majora, atentia inginerilor pare sa fie mai canalizata mai ales spre transportul aerian. Acestia mizeaza atat pe zborurile comerciale si militare, cat si pe cele cosmice. Planurile despre care vorbim fac parte din proiectii SF, intinse virtual pe parcursul a sute de ani. Cele mai indepartate scenarii fac referire la anul 2050, in timp ce majoritatea au ca punct terminus anul 2020.

• Sunt alimentele fermentate bune pentru intestine sau doar delicioase?
• Boomurile sonice ale rachetei Starship sunt atât de puternice încât ar putea deteriora structurile de la…

Unul dintre cele mai ambitioase proiectele ale constructorilor de aeronave comerciale este renuntarea la forma cilindrica, lunga si subtire a corpului unui avion. Insarcinata cu imbunatatirea transportului aerian american, NASA vrea ca avioanele sa consume cu 40% mai putin combustibil decat un Boeing 777 pana in 2020 si cu 70% mai putin inainte de 2030. Mai mult de atat, specialistii isi doresc si ca avioanele sa devina extrem de silentioase. Cea mai buna metoda de satisfacere a acestor premise – si poate singura momentan – este proiectarea avioanelor comerciale dupa forma bombardierelor Stealth si mai putin asemenea unor creioane cu aripi.

Iarna trecuta, agentia spatiala a directionat 12,3 milioane de dolari catre catre Boeing, Lockheed Martin si alte companii pentru a dezvolta asa-numitul aeroplan de generatie N+3 – adica cu trei nivele tehnologice in fata celei actuale. Conceptul de baza al acestora il constituie trunchiul cu aripi indoite, care inlocuieste tubul conventional cu o forma triunghiulara. “Este singurul design despre care credem ca poate intruni pretentiile noastre in legatura cu zgomotul si consumul”, sustine Tony Strazisar, inginer tehnolog senior al Programului de Aeronautici Fundamentale al NASA. Cu ajutorul testelor eoliene de mari viteze la care au fost supuse modele la scara, avionul cu aripi indoite ar putea decola inainte de 2020. Iata cum ar functiona:

Fuselajul cu aripi indoite se bazeaza pe o forma triunghiulara pentru a-si reduce suprafata si a genera 20% din ridicarea sa de la sol. O mai mica intindere a suprafetei inseamna mai putina frecare, ceea ce se traduce prin o mai mare eficienta a combustiei. Castigurile in ce priveste eficienta combustibilului si reducerea zgomotului constau si in implementarea motoarelor in portiunea superioara a fuselajului. Aceasta produce o frecare scazuta, iar avionul in sine devine un scut impotriva zgomotului. Marea provocare consta in gasirea unei modalitati de proiectare a fantelor de captare a aerului pentru a maximiza aerodinamicitatea fuselajului.

Acest tip de fuselaj va influenta amplasarea pasagerilor dupa forma dispunerii locurilor intr-un amfiteatru, cu randuri lungi si largi. Desigur, aceasta implica un numar redus de locuri la geam, dar designul interior va compensa prin spatialitate si un aer elegant asigurat de separeuri, zone multimedia de relaxare sau ferestre virtuale. “Aripile indoite au fost incercate ani de-a randul”, sustine Tony Strazisar de la NASA, “dar au fost intotdeauna abandonate deoarece absenta unei cozi creeaza instabilitate”. Solutia Boeing pentru aceasta? Aproximativ 24 de flapsuri de control pe aripa, cu sisteme computerizate de coordonare a lor.

Industria aparatelor de zbor estimeaza ca peste 4.000 de avioane vor fi retrase din functiune pana in 2023. In loc sa isi abandoneze avioanele in desert, Boeing si Airbus planuiesc sa refoloseasca si sa recicleze pana la 85% din materialele aflate in aeronavele care zboara in prezent, de la cauciucuri si acumulatori, pana la fibra de carbon si fluide hidraulice.

• 2012. Compania Montana’s Sustainable Oils cultiva seminte de camelina – un derivat din canola – care poate fi cu usurinta rafinata in kerosen. Principala caracteristica a camelinei este posibilitatea cultivarii rapide in campurile de grau, ceea ce o face implementabila cu usurinta infrastructurii agricole deja existente.

  
  

• 2020. In luna ianuarie a acestui an, compania Continental performeaza primul zbor pe baza de combustibil extras din alge. Un 737 zboara timp de 90 minute cu un rezervor umplut pe jumatate cu kerosen si completat cu combustibil derivat din alge. Urmatorul mare pas este optimizarea industriei: obtinerea unui pret de aproximativ 50 de centi pe litru de combustibil extras din alge, in loc de 25 dolari cat este in prezent.

De pe Terra pe Terra, prin Cosmos

Dar inginerii nu isi limiteaza viziunea asupra zborurilor comerciale numai la chestiunea consumului si a zgomotului, ci lucreaza neobositi si la cresterea performantelor propriu-zise ale unui aparat de transport. Astfel, pana in 2015, la 12 ani de la ultimul zbor al unui Concorde, Lockheed Martin spera sa duca la bun sfarsit proiectul  unui Transport Supersonic Silentios materializat intr-un avion capabil sa tranziteze Oceanul Atlantic in numai patru ore. Mult mai “amuzant” va fi insa “Spaceliner”, aflat in dezvoltare in cadrul agentiei spatiale germane DLR. Pus la cale de Comisia Europeana, avionul supersonic va fi capabil sa zboare cu viteza de 22.000 kmph, transportand 50 de pasageri de la New York la Sydney in mai putin de 90 de minute, prin spatiu. Cum spuneam si la inceputul articolului, ideea nu este una SF. Planurile tehnologice, considerentele economice si studiile de fezabilitate sunt deja puse la punct si, desi nu ne vom bucura maine de acest progres tehnico-stiintific, cei care sunt astazi copii vor experimenta cu siguranta personal toate aceste lucruri.

Spaceliner s-ar ridica de la sol cu ajutorul unei rachete propulsata de hidrogen/oxigen lichid, capabila de 25 de lansari. Dupa separare, motoarele rachetei ar plana pana intr-un punct de recuperare, facand restaurarea si refolosirea mult mai putin complicate decat in prezent. In sapte minute, avionul ar atinge limita inferioara a spatiului, aflata la o altitudine de 100 kilometri inaltime. La altitudine maxima, va calatori cu mai mult de 22.000 km/h, o viteza apropiata de cea a unei nave cosmice, iar datorita inaltimii, boom-ul sonic nu ii va deranja pe cei de la sol. Cele doua motoare ale aparatului de zbor vor functiona economic, atat cu hidrogen/oxigen lichid, cat si cu combustibil solid. Trecerea repetata a aparatului prin straturile mai joase ale atmosferei cu o viteza de cateva ori mai mare decat cea a sunetului ar putea incalzi nava la 3.000 grade Celsius. Pentru a o pastra rece, inginerii de la DLR au inventat un strat ceramic poros care sa “transpire” apa. O componenta importanta a cercetarilor DLR va consta in rafinarea componentelor ceramice si efectuarea unor teste la scara superioara si la viteze mai mari.

Nu este surprinzator ca odata cu proiectul Spaceliner vine in atentia specialistilor si notiunea unui turism spatial mai abundent si mai prosper. Daca astazi aceasta activitate este un lux accesibil exlusiv miliardarilor excentrici, si se face in conditii foarte stricte si limitate, in numai cativa ani, mai multe aeronave cosmice vor fi puse regulat la dispozitia celor doritori de aventuri orbitale, in conditii ceva mai accesibile. Fireste ca turismul spatial va ramane in continuare un lux care nu se adreseaza oricui, insa lucrurile se vor relaxa mult in aceasta zona, atat ca tarife, cat si ca rigori. Nave spatiale precum WhiteKnightTwo de la Virgin Galactic, Lynx de la XCOR, FAST 20XX de la EADS Astrium si Soyuz-ul rusesc sunt deja pregatite sau in faza de pregatire pentru astfel de aventuri.

“Draga, ai vazut cheile de la avion?”

Si nici macar turismul spatial nu reprezinta cel mai spectaculos salt din viitorul apropiat in ce priveste aeronautica. Ce ar putea fi mai mult decat atat? Avionul personal, utilizat nu asa cum se intampla astazi, ci pilotat de proprietar asa cum orice sofer isi conduce automobilul personal. Icon A5, o aeronava sportiva usoara va intra in vanzare chiar de anul viitor si va avea un consum de combustibil de aproximativ 10 litri la suta de kilometri. Iar zborul nu a fost niciodata mai simplu de invatat. Un permis standard de pilot costa aproximativ 10.000 dolari si presupune 40 de ore de antrenement. Dar Administratia Federala de Aviatie a stabilit noi parametri pentru avioanele usoare: celor cu un singur motor li se impune o limita de altitudine de 3.000 metri si o viteza maxima sub 220 kmph.

AGV, nu TGV

Dar sa revenim la sol. Sau mai bine zis, pe sine, pentru ca inginerii nu trec cu vederea nici imbunatatirea mijloacelor de transport terestre, mizand intr-o buna masura pe trenuri, pe super-trenuri. In incercarea de a reduce emisiile de dioxid de carbon si a mai dizolva aglomeratia din aeroporturi, trenurile devin din ce in ce mai mult alternativa preferata a calatorilor. In Europa mai ales, unde exista o lunga traditie a transportului feroviar, aceasta tendinta a devenit chiar agresiva. In 2007, Comisia Europeana a initiat un plan de triplare a retelelor feroviare de mare viteza inainte de 2020. Fabricantul de trenuri vizat? Firma frantuzeasca Alstom, numele din spatele a 70% dintre trenurile care depasesc viteza de 300 kmph, adica aproximativ 650 garnituri.  Noua generatie de trenuri, denumite AGV, a intrat in teste in decembrie anul trecut si va fi data in folosinta in 2011 in Italia. Iata cateva dintre inovatiile care ii vor permite AGV-ului  sa atinga viteza de 360 kmph, oferind in acelasi timp un transport spatios si confortabil.

• Forma: aerodinamica AGV-ului nu numai ca ii va spori viteza dar il va face si mai silentios.  La viteza sa maxima, trenul nu va face mai mult zgomot decat predecesorul sau, TGV-ul, la 300 kmph.

• Rotile: AGV-ul va avea o dispunere diferita a rotilor. Nu va mai avea cate doua perechi de roti pentru fiecare vagon; acestea vor fi amplasate sub articulatiile dintre vagoane. Astfel, un tren lung de 200 metri, cu 500 pasageri la bord, va necesita 13 seturi de roti in loc de 16. Trenul va cantari astfel cu 17% mai putin decat un altul de dimensiuni similare, intampinand cu 10% pana la 15% mai putina forta de frecare.

• Motoarele: AGV va fi primul tren alimentat cu ajutorul unor motoare functionale magnetic si nu electric, pentru a produce un camp magnetic. Design-ul trenului reduce mult din consum, iar motoarele de dimensiuni mai mici pot fi amplasate sub fiecare vagon si nu la capetele trenului. Acest lucru inseamna ca un AGV de 14 vagoane va putea transporta cu 20% mai multi pasageri decat TGV-ul, cu 30% mai putina energie. De asemenea, rotoarele genereaza electricitate in timpul franarii, trenul recuperand in acest fel 8-12% din puterea pe care o consuma.

Hibridul de la scara

Totusi, sa nu ne prefacem ca am uitat cu totul de autovehicule. Sunt mai prezente decat oricand  in existenta noastra de zi cu zi si este destul de putin probabil ca progresul transportului aerian sau feroviar sa schimbe acest lucru. Tocmai din acest considerent, inginerii si-au orientat atentia si spre modificarea in bine a masinilor. Ideea transportului cu ajutorul masinilor electrice este privita cu destul de mult scepticism in toate mediile. Autonomia scazuta, incarcarea foarte indelungata a acumulatorilor si absenta puncterlor de alimentare adecvate fac din masinile pur electrice o fantezie in ochii celor mai multi consumatori. Totusi, atunci cand vine vorba despre automobilele hybrid, lucrurile intr-adevar se misca: atunci cand energia acumulatorilor unui Chevrolet Volt sau al unei Fisker Karma, spre exemplu, scade, micile lor motoare pe benzina intra in actiune pentru a genera mai multa electricitate si a extinde simtitor autonomia automobilelor.

Rezultatul? Masini de familie care pot dubla autonomia de drum a oricarui automobil electric si se pot realimenta in numai cateva minute. Totusi, pentru cei decisi sa renunte complet la combustibil, Tesla Roadster ar putea fi raspunsul. Dar daca planurile unei persoane includ valize si calatorii pe distante lungi, numai hibrizii vor elimina teama unei autonomii scazute.

• Chevrolet Volt: este un hibrid cu patru usi, care funtioneaza cu ajutorul unui motor electric alimentat de baterii litiu-ion si al unui motor pe benzina de 1,4 litri, in patru cilindri. Pretul este de 40.000 dolari. Autonomia electrica a automobilului este de 65 kilometri, extensibila cu ajutorul motorului pe benzina pana la 500 kilometri. Se incarca in mai putin de trei ore la o priza de 220 volti. Performante: 0- 100 kilometri in noua secunde; 110 kilowati, 150 cai-putere.

 

• Fisker Karma: in acest an, fostul designer al Aston Martin, Henrik Fisker livreaza pietei un sedan hibrid de patru persoane in valoare de 88.000 dolari, functional cu doua motoare electrice alimentate de baterii litiu-ion, plus un motor pe benzina turbo de 2.0 litri, in patru cilindri. Autonomie: 80 kilometri numai cu electricitate, 500 kilometri cu ajutorul motorului pe combustie. Se incarca in 5.5 ore la o priza de 220 volti. Performante: 0 – 100 km in 5.8 secunde; 300 kilowati; 408 cai-putere.

Date fiind toate aceste date si amanunte furnizate de oamenii de stiinta cu privire la transportul viitorului, se pare ca aceasta ramura a existenti noastre va cunoaste destul de curand o revolutie destul de marcanta si pentru una dintre putinele dati benefica atat pentru noi cat si pentru natura. Sa vedem incotro ne poarta aripile, sinele si rotile ce vor avea sa vina.

CITESTE SI:

• AGV vs TGV – viitor vs trecut
  
• SpaceShipTwo – autobuzul spatial
• Top 10 cele mai rapide masini electrice
• Teroarea nevazuta: B-2 Stealth