Zaloguj się 
Dzieje się!
Czy znów polecimy szybciej niż dźwięk? Japończycy pracują nad nową generacją samolotów
Amerykanie przygotowują się do komercjalizacji następcy Concorde'a, a japońskie konsorcjum badawcze z powodzeniem przetestowało silnik kolejnej generacji. Do połowy wieku taka technologia mogłaby skrócić loty między kontynentami do niespełna dwóch godzin. Czy ma to sens biznesowy?
Z tego artykułu dowiesz się…
- Co dokładnie wydarzyło się podczas testu w centrum kosmicznym Kakuda i na jakim etapie jest japoński program hipersoniczny.
- Jak japońska technologia wypada na tle konkurencji, w tym amerykańskiego odpowiednika Concorde'a.
- Jakie przeszkody techniczne, regulacyjne i ekonomiczne dzielą wynalazek od komercyjnych lotów pasażerskich.
Wyobraźcie sobie, że wsiadacie do samolotu w Warszawie i ponad godzinie lądujecie w Tokio. Dziś na pokonanie tej trasy, liczącej około 8,5 tys. kilometrów, potrzeba ponad jedenastu godzin. Skrócenie jej kilkukrotnie brzmi jak fantastyka naukowa, ale japońscy inżynierowie pokazali, że nie jest to już wyłącznie teoretyczna wizja.
Zespół złożony z badaczy agencji kosmicznej JAXA, Uniwersytetu Waseda, Uniwersytetu Tokijskiego i Uniwersytetu Keio przeprowadził pierwszy w Japonii udany test hipersonicznego wodorowego silnika strumieniowego. W ramach eksperymentu HIMICO, czyli High Mach Integrated Control Experiment, wykonano naziemną próbę w specjalistycznej komorze. Zasymulowano w niej warunki lotu z szybkością pięciokrotnie przekraczającą prędkość dźwięku.
Podniebne rekordy samolotów
Prędkość Mach 5, o której mowa, to mniej więcej 6175 km/h. Do tej pory przekraczały ją tylko eksperymentalne samoloty wojskowe o napędzie rakietowym. Były wśród nich X-15 i X-43, testowane przez amerykańskie siły powietrzne i agencję kosmiczną NASA.
Takie osiągi lokują maszynę w kategorii hipersonicznej. To poziom znacznie wyższy niż w przypadku samolotów supersonicznych, które latają z prędkościami od Mach 1 do Mach 5, czyli od 1225 do 6175 km/h. Najsłynniejszym komercyjnym projektem w tej kategorii był wycofany w 2003 r. brytyjsko-francuski Concorde. Osiągał Mach 2, czyli dwukrotną prędkość dźwięku. Konkurencyjny radziecki Tupolew Tu-144 po kilku miesiącach lotów z pasażerami został wycofany z powodu wad konstrukcyjnych.
Dzisiejszym odrzutowcom pasażerskim daleko do takich osiągów. Najszybszy z nich, Boeing 747-8, rozwija maksymalnie około 90 proc. prędkości dźwięku.
Ponad dwie dekady po wysłaniu Concorde’a na emeryturę, firmy i instytuty badawcze próbują jednak przywrócić ponaddźwiękowe loty pasażerskie. W pierwszej kolejności chodzi o prędkości porównywalne z legendarnym europejskim odrzutowcem. Różnica ma polegać przede wszystkim na ograniczeniu hałasu, który był jedną z przyczyn porażki tamtego projektu.
Kiedy superszybkie podróże?
Liderem technologicznego wyścigu i firmą najbliższą komercjalizacji jest amerykańska Boom Supersonic. Na początku 2025 r. jej demonstrator XB-1 pomyślnie przekroczył barierę dźwięku nad pustynią Mojave. Docelowa konstrukcja o nazwie Overture ma zabierać na pokład do 80 pasażerów i latać z prędkością Mach 1,7. Firma planuje zaprezentować prototyp w 2027 r. i twierdzi, że rozpocznie loty komercyjne do 2030 r.
Ponad dwie dekady po wysłaniu Concorde’a na emeryturę firmy i instytuty badawcze próbują przywrócić ponaddźwiękowe loty pasażerskie.
Szanse na sukces rynkowy Overture zwiększa fakt, że United Airlines i American Airlines złożyły już pierwsze zamówienia na ten model. Partnerami przedsięwzięcia są także Virgin Atlantic i Japan Airlines.
Choć American Airlines wpłaciły bezzwrotne zaliczki na pierwsze 20 sztuk, kontrakt wejdzie w życie tylko wtedy, gdy producent spełni wyśrubowane normy bezpieczeństwa, wydajności i hałasu. Certyfikacja całkowicie nowej konstrukcji naddźwiękowej może się okazać drogą przez mękę.
Osobny projekt prowadzi Lockheed Martin, który we współpracy z NASA rozwija eksperymentalny samolot X-59. Jego zadaniem jest przetestowanie technologii ograniczania gromu dźwiękowego, czyli zjawiska towarzyszącego przekraczaniu bariery dźwięku, do poziomu cichego tąpnięcia. Ma to otworzyć drogę do zniesienia zakazu lotów supersonicznych nad lądami.
Japończycy działają jednak w zupełnie innej kategorii niż Amerykanie. Overture – już nazywany „następcą Concorde’a” – ma docelowo latać z prędkością Mach 1,7. To mniej niż jedna trzecia tego, co zakłada program JAXA.
Na loty hipersoniczne długo poczekamy
Zarówno JAXA, jak i media branżowe podkreślają, że przedsięwzięcie jest dopiero na etapie prac badawczo-rozwojowych. Przeprowadzony test naziemny nie był jeszcze lotem. Eksperymentalny pojazd zainstalowano w komorze testowej, w której zasymulowano warunki lotu hipersonicznego. W takich warunkach silnik rozgrzewa się do około 1000 st. C. To temperatura, która wystarczyłaby do stopienia większości konwencjonalnych materiałów lotniczych. Japoński system ochrony termicznej utrzymał wnętrze pojazdu w temperaturze pozwalającej na normalne działanie elektroniki i układów sterowania.
Uniwersytet Waseda planuje już kolejny etap rozwoju tej technologii. Ma nim być próbny lot dwumetrowego pojazdu zamontowanego na rakiecie sondującej. Rakieta ma wynieść demonstrator do górnych warstw atmosfery, gdzie możliwe będzie przetestowanie sterowania i napędu w warunkach rzeczywistego lotu. Dokładnego harmonogramu testów na razie nie ogłoszono.
Co dalej z najszybszym samolotem?
Żadna linia lotnicza nie ogłosiła dotychczas publicznie zainteresowania tą technologią. Na drodze do komercjalizacji stoją przede wszystkim koszty opracowania i produkcji, a także problem gromu dźwiękowego. Ze względu na uciążliwy hałas Concorde był wykorzystywany głównie do lotów nad oceanem. Osobnymi wyzwaniami pozostają bezpieczeństwo pasażerów i certyfikacja.
– Rozwój samolotu konwencjonalnego zwykle zajmuje około 10 lat. Biorąc pod uwagę, że budowa hipersonicznej maszyny dla pasażerów wymaga dwóch etapów demonstracyjnych, samolotu eksperymentalnego, a następnie pasażerskiego, mamy nadzieję, że prace rozwojowe uda się zakończyć w ciągu około 20 lat – powiedział prof. Hideyuki Taguchi z Tokyo University of Science, cytowany przez dziennik „Mainichi Shimbun”.
Jeśli kolejne testy zakończą się sukcesem, a bariery regulacyjne i techniczne zostaną pokonane, wprowadzenie takiego odrzutowca na rynek może stać się realne w latach czterdziestych XXI w.
Warto wiedzieć
Jak działa silnik strumieniowy?
Silnik strumieniowy, tzw. ramjet, który przetestowali Japończycy, to odmiana silnika odrzutowego pozbawiona wirujących łopatek. Konstrukcja wykorzystuje prędkość własną maszyny do wtłaczania powietrza do komory spalania. Tam powietrze jest sprężane, mieszane z paliwem i zapalane, co wytwarza ciąg. Dzięki brakowi ciężkich sprężarek taki silnik może działać przy prędkościach znacznie przekraczających możliwości konwencjonalnych silników turbowentylatorowych.
Głównym wyzwaniem inżynieryjnym jest to, że podczas lotu hipersonicznego powietrze tworzy potężne fale uderzeniowe. Zmieniają one kształt strumienia powietrza wpadającego do komory spalania silnika. Wpływa to na stabilność aerodynamiczną samolotu i ekstremalnie podnosi temperaturę.
Wyścig Amerykanów z Chińczykami?
W bezpośrednim wyścigu o pierwszeństwo we wdrożeniu samolotu supersonicznego na trasach komercyjnych biorą udział Stany Zjednoczone i Chiny. Za Wielkim Murem z Boom Supersonic konkuruje pekińska Lingkong Tianxing Technology, znana na świecie jako Space Transportation.
Chiński projekt to pasażerski samolot Dasheng. Maszyna ma pomieścić do 50 pasażerów i latać na skraju kosmosu z prędkością Mach 5, co pozwoliłoby jej okrążyć Ziemię w kilkanaście godzin. Pierwszy komercyjny lot planowany jest na około 2030 r. Ale analitycy wątpią w rynkowy sukces. Nie ma informacji o tym, by pojawiły się zamówienia od linii lotniczych.
Przewoźnikom nie chodzi o szybkość
Technologia wcale nie jest największą przeszkodą w tym wyścigu.
Tomasz Śniedziewski, korespondent portalu branżowego Orient Aviation, ocenia, że koncepcja superszybkich lotów stoi w sprzeczności z logiką rozwoju lotnictwa cywilnego.
Współczesne silniki i modele biznesowe są zoptymalizowane pod kątem ekonomii, a nie bicia rekordów.
– Nie sądzę, aby loty supersoniczne były odpowiedzią na dzisiejsze potrzeby branży lotniczej. Innowacje, które w ostatnich latach napędzały rozwój lotnictwa, skupiały się na obniżeniu kosztów i umożliwieniu podróży lotniczych jak najszerszej grupie odbiorców. To kierunek odmienny od dążenia do skrócenia czasu lotu za wszelką cenę. Od lat relacjonuję imprezy branżowe, rozmawiałem z szefami wielu linii lotniczych i ani razu nie słyszałem stwierdzenia: potrzebujemy szybszego samolotu – mówi Tomasz Śniedziewski.
Dodaje, że czas lotów w ostatnich dekadach wydłużył się, a nie skrócił. Wolniejszy lot (np. Mach 0,78 zamiast Mach 0,82) pozwala na drastyczne oszczędności paliwa. Współczesne silniki i modele biznesowe są zoptymalizowane pod kątem ekonomii, a nie bicia rekordów.
Powtórka klapy Concorde’a?
Istnieje ryzyko, że nowe projekty będą kończyły się jak Concorde – technologiczny majstersztyk i ekonomiczny niewypał. Francusko-brytyjski odrzutowiec przegrał przez zakaz lotów nad lądem oraz gigantyczne koszty paliwa i serwisu.
Współcześni konstruktorzy chcą, aby ich maszyny latały nieco wolniej niż Concorde, ale oszczędzały paliwo. Pozwoliłoby to na sprzedaż biletów po cenach porównywalnych z dzisiejszą klasą biznes. Najważniejsza jest jednak redukcja gromu dźwiękowego. Jeśli amerykańska Federalna Administracja Lotnictwa (FAA) i międzynarodowe urzędy nie cofną zakazu lotów naddźwiękowych nad lądem, rynek dla tych maszyn ograniczy się do tras transoceanicznych. Drastycznie zmniejszy to rentowność całego biznesu.
– Gdyby istniał zrównoważony model biznesowy opierający się na lataniu ponaddźwiękowym, to latalibyśmy ponaddźwiękowo. Nie jest to poza zasięgiem dzisiejszych technologii – przyznaje Tomasz Śniedziewski.
W 2011 r. analitycy Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) z Hamburga wskazali, że popyt na superszybkie środki transportu zawsze był zbyt mały, aby umożliwić sukces dużych samolotów naddźwiękowych. Może jednak wystarczyć producentom mniejszych maszyn. „Niewielki odsetek pasażerów skłonnych do przejścia na loty naddźwiękowe (15-30 proc.) jest uważany za wystarczający, aby umożliwić ekonomiczny sukces małych samolotów, mieszczących około 20 pasażerów” – napisali analitycy DLR.
Ich zdaniem takie loty mogłyby zainteresować najzamożniejszych, firmy oferujące częściową własność samolotów, agencje rządowe i działy lotnicze korporacji.
Główne wnioski
- Japońskie konsorcjum złożone z agencji kosmicznej JAXA i czołowych uczelni przeprowadziło tej wiosny udaną naziemną próbę silnika ramjet działającego w warunkach odpowiadających lotowi z prędkością Mach 5. Przy tej prędkości pokonanie trasy z Warszawy do Tokio zajęłoby około jedną godzinę i 22 minut.
- Komercjalizacja technologii nie jest jednak bliska. Wpływają na to wysokie koszty, regulacje dotyczące hałasu, certyfikacja bezpieczeństwa i opłacalność. Znacznie wcześniej do użytkowania komercyjnego mają wejść wolniejsze odrzutowce naddźwiękowe: amerykański Overture i chiński Dasheng. Chociaż niemal na pewno trafią na rynek, są to ryzykowne przedsięwzięcia. Współczesne lotnictwo opiera się na efektywności kosztowej, a nie na prędkości. Prawdopodobne są opóźnienia, kłopoty z certyfikacją i powtórka biznesowej klapy Concorde’a.
- Jeśli odrzutowce super- i hipersoniczne nie staną się powszechne, szanse nadal mają producenci mniejszych pasażerskich samolotów naddźwiękowych. Mogą się one stać ultraekskluzywną niszą.
