Компания Boom Supersonic на прошлой неделе преодолела звуковой барьер в ходе испытательного полета своего самолета XB-1. Это знаковый шаг на пути к возможному возвращению коммерческих сверхзвуковых перелетов. Небольшой летательный аппарат достиг максимальной скорости в 1,122 Маха (примерно 750 миль в час) во время полета над южной Калифорнией, удерживая сверхзвуковую скорость в течение нескольких минут.
«Сверхзвуковой полет XB-1 демонстрирует, что технология для пассажирских сверхзвуковых перевозок уже наступила», — заявил основатель и генеральный директор Boom Блейк Шолль в заявлении после испытания.
Boom планирует начать коммерческую эксплуатацию с увеличенной версией XB-1 — 65-местным лайнером под названием Overture — до конца текущего десятилетия. Компания уже продала десятки таких самолетов таким заказчикам, как United Airlines и American Airlines. Однако по мере приближения к этой цели эксперты предупреждают, что подобные усилия повлекут за собой значительную климатическую цену.
Сверхзвуковые самолеты будут сжигать существенно больше топлива, чем современные лайнеры, что приведет к повышенным выбросам углекислого газа, являющегося причиной изменения климата. Кроме того, сверхзвуковые реактивные самолеты летают выше обычных коммерческих бортов, что создает атмосферные эффекты, способные усилить глобальное потепление.
В ответ на вопросы издания MIT Technology Review, компания Boom указала на альтернативные виды топлива как на решение проблемы. Однако этих «зеленых» топлив пока не хватает, и их эффективность в снижении выбросов именно от сверхзвуковых аппаратов может быть ограниченной. Авиация является значительным и растущим фактором антропогенного изменения климата, и сверхзвуковые технологии могут увеличить загрязнение в этом секторе, вместо того чтобы способствовать его сокращению.
История XB-1 продолжает наследие мировых сверхзвуковых полетов. Человечество впервые преодолело звуковой барьер в 1947 году, когда Чак Йегер достиг скорости 700 миль в час на исследовательском самолете (скорость звука на высоте того полета составляла 660 миль в час). Чуть более двух десятилетий спустя, в 1969 году, состоялся первый полет первого сверхзвукового пассажирского лайнера — «Конкорда». Этот самолет регулярно летал на сверхзвуковой скорости до его вывода из эксплуатации в 2003 году.
Среди прочих проблем (например, шумовое загрязнение от звуковых ударов), одним из главных недостатков «Конкорда» была его высокая стоимость эксплуатации, отчасти обусловленная колоссальным расходом топлива для достижения максимальных скоростей. Эксперты полагают, что современные сверхзвуковые самолеты столкнутся с аналогичными трудностями.
По словам Рэймонда Спета, заместителя директора Лаборатории авиации и окружающей среды Массачусетского технологического института (MIT), полет на скоростях, близких к звуковым, накладывает особые требования к аэродинамике воздушного судна. «Все, что необходимо для полета на сверхзвуковой скорости, снижает вашу общую эффективность… Не зря у нас есть этот идеальный диапазон, в котором летают самолеты сегодня, около 0,8 Маха».
Boom оценивает, что один из их полноразмерных лайнеров Overture будет сжигать в два-три раза больше топлива на одного пассажира, чем подкласс первого класса на дозвуковом самолете. Компания сознательно выбрала это сравнение, поскольку их самолет «разработан для обеспечения улучшенного и продуктивного пространства в салоне», аналогичного тому, что доступно в салонах первого и бизнес-класса на современных лайнерах.
Однако этот ориентир не является репрезентативным для среднестатистического путешественника сегодня. По сравнению со стандартным эконом-классом, салонам первого класса часто свойственны более просторные кресла с большим расстоянием между ними. Из-за меньшего количества мест на борт требуется больше топлива, а следовательно, и больше выбросов приходится на каждого человека.
Если учитывать пассажиров, занимающих места в эконом-классе, на каждого пассажира рейса Boom Supersonic придется от пяти до семи раз больше сжигаемого топлива, чем на среднестатистического пассажира современного дозвукового самолета, согласно исследованию Международного совета по чистому транспорту (ICCT).
Углекислый газ от сгорания топлива — не единственный фактор, который может увеличить климатическое воздействие сверхзвуковых самолетов. Все реактивные двигатели выбрасывают и другие загрязнители, включая оксиды азота, черный углерод и серу.
Ключевое различие заключается в том, что хотя современные коммерческие самолеты достигают высоты тропосферы, сверхзвуковые аппараты, как правило, летают выше, в стратосфере. Воздух на большей высоте менее плотный, что уменьшает аэродинамическое сопротивление и облегчает достижение сверхзвуковых скоростей.
По словам Спета, выброс загрязнителей в стратосфере может усилить климатическое воздействие сверхзвуковых полетов. В частности, оксиды азота, попадающие в стратосферу, разрушают озоновый слой посредством химических реакций на этой высоте.
Впрочем, не все новости плохие. Более сухой воздух в стратосфере означает, что сверхзвуковые лайнеры, вероятно, не будут образовывать значительных инверсионных следов (конденсационных следов). Это может быть выгодно для климата, поскольку инверсионные следы способствуют потеплению, связанному с авиацией.
Boom также активно продвигает планы по компенсации ожидаемого климатического ущерба за счет обеспечения совместимости своих самолетов со 100% устойчивым авиационным топливом (SAF) — классом альтернативных видов топлива, производимых из биологических источников, отходов или даже улавливая углерод из воздуха. «Полет быстрее требует больше энергии, но это не означает, что нужно выбрасывать больше углерода. Overture спроектирован для полетов на топливе SAF с нулевым углеродным следом, что исключает до 100% выбросов углерода», — сообщил представитель Boom в электронном письме в ответ на письменные вопросы MIT Technology Review.
Однако альтернативные виды топлива могут оказаться не панацеей для сверхзвуковых полетов. Большая часть коммерчески доступного сегодня SAF производится по технологии, которая снижает выбросы на 50–70% по сравнению с ископаемым топливом. Таким образом, сверхзвуковой самолет на SAF, возможно, будет выбрасывать меньше CO2, чем на ископаемом топливе, но альтернативные виды топлива, вероятно, по-прежнему будут сопряжены с некоторым уровнем углеродного загрязнения, отмечает Дэн Рутерфорд, старший научный сотрудник Международного совета по чистому транспорту.
«Люди возлагают большие надежды на SAF», — говорит Рутерфорд. — «Но реальность такова, что сегодня они остаются дефицитными, дорогими и имеют свои собственные проблемы с устойчивостью».
Из 100 миллиардов галлонов авиационного топлива, использованного в прошлом годуду, только около 0,5% пришлось на SAF. Компании строят новые заводы для производства больших объемов этих топлив и расширения доступных вариантов, но топливо, вероятно, продолжит составлять малую долю от общего объема, говорит Рутерфорд. Это означает, что сверхзвуковые самолеты будут конкурировать с другими, уже существующими лайнерами за один и тот же запас, при этом стремясь использовать его в большем количестве.
Boom Supersonic уже обеспечила 10 миллионов галлонов SAF ежегодно от Dimensional Energy и Air Company на весь период летной программы испытаний Overture, согласно письму представителя компании. В конечном счете, однако, если и когда Overture начнет коммерческую эксплуатацию, именно авиакомпании, которые купят эти самолеты, будут искать и оплачивать поставки топлива.
Существует также вероятность, что использование SAF в сверхзвуковых самолетах может вызвать непредвиденные последствия, поскольку химический состав этих топлив несколько отличается от ископаемого топлива. Например, ископаемое топливо обычно содержит серу, которая оказывает охлаждающий эффект, поскольку аэрозоли серы, образующиеся из выхлопных газов реактивных двигателей, помогают отражать солнечный свет. (Намеренный выброс серы — одна из стратегий, которую продвигают группы, занимающиеся геоинженерией атмосферы.) Этот эффект сильнее в стратосфере, где, вероятно, будут летать сверхзвуковые лайнеры. Однако SAF, как правило, содержат очень мало серы, поэтому использование альтернативного топлива в сверхзвуковых самолетах потенциально может привести к еще большему общему потеплению.
Существуют и другие барьеры, которые Boom и другие компании должны преодолеть для запуска новой индустрии сверхзвуковых лайнеров. Сверхзвуковые полеты над сушей в значительной степени запрещены из-за шума и потенциального ущерба от ударной волны, возникающей при прохождении звукового барьера. В то время как некоторые проекты, включая один в NASA, работают над модификациями самолетов, которые сделают ударную волну менее разрушительной, эти так называемые технологии «тихого удара» (low-boom) еще далеки от доказанной эффективности. Прототип NASA был представлен в прошлом году, и агентство в настоящее время проводит испытания летательного аппарата, а первый полет ожидается где-то в этом году.
Boom планирует второй сверхзвуковой испытательный полет XB-1 не позднее 10 февраля, согласно заявлению представителя. После завершения испытаний на этом небольшом самолете данные будут использованы для создания полномасштабного Overture. Компания заявляет, что планирует начать серийное производство Overture на своем заводе примерно через 18 месяцев.
Тем временем мир продолжает нагреваться. Как заключает Спет из MIT: «Мне кажется, сейчас не то время для авиации, чтобы придумывать новые способы использования еще большего количества энергии, учитывая, в каком положении мы находимся в климатическом кризисе».
