Απογείωση για τα "πράσινα" αεροπλάνα τώρα

Σήμερα τα αεροπλάνα είναι τόσο ασφαλή που σπανιότατα κάποιος κυβερνήτης τους θα αντιμετωπίσει μία δυνητικά επικίνδυνη κατάσταση. Οι αυτόματοι πιλότοι λειτουργούν τόσο άρτια ώστε ορισμένες αεροπορικές εταιρείες έχουν τοποθετήσει ειδικούς συναγερμούς στις καμπίνες διακυβέρνησης. Ο ήχος που παράγεται σε τακτά διαστήματα διασφαλίζει ότι ο πιλότος και ο συγκυβερνήτης του δεν κοιμούνται τον ύπνο του δικαίου. Τα συστήματα πλοήγησης έχουν εξελιχθεί τόσο ώστε οι προσγειώσεις μπορούν να έχουν ακρίβεια δευτερολέπτου.

Υπάρχει, άραγε, κάτι για το οποίο θα έπρεπε να ανησυχεί η πολιτική αεροπορία; Ε, λοιπόν, ναι. Τα καύσιμα. Τα καύσιμα των αεροσκαφών αποτελούν το μεγαλύτερο έξοδο για τους αερομεταφορείς. Επίσης, οι αεροπορικές έχουν αρχίσει να ενδιαφέρονται ή καλύτερα να ανησυχούν σχετικά με το τι γίνεται όταν αυτά τα καύσιμα καίγονται. Η πολιτική αεροπορία ευθύνεται για το 2% των παγκόσμιων εκπομπών αερίων που προκαλούν το φαινόμενο του θερμοκηπίου. Και το ποσοστό αυτό αναμένεται να αυξηθεί δραματικά, καθώς πληθαίνουν και τα αεροπορικά ταξίδια.

Γι’ αυτό βασικό μέλημα της αεροπορικής βιομηχανίας είναι η κατασκευή πιο φιλικών προς το περιβάλλον αεροσκαφών, η μείωση του βάρους τους, η βελτίωση της απόδοσης των κινητήρων και εν τέλει η μείωση του λειτουργικού κόστους και των ρύπων. Τα νέα μικρού βεληνεκούς πτήσης αεροσκάφη που θα χρησιμοποιήσουν τους πρωτοποριακούς κινητήρες θα είναι κατασκευασμένα, κατά κύριο λόγο, από συνθετικά υλικά. Το ολοκαίνουργιο Boeing 787, που αναμένεται να παραδοθεί στις αεροπορικές εταιρείες του χρόνου, αν και ήδη ανακοινώθηκαν καθυστερήσεις, θα είναι κατασκευασμένο κατά 50% από οργανικές ίνες, ενώ το Β777 είχε μόλις 12% τέτοια υλικά.

Γενικότερα, τα οργανικά υλικά χρησιμοποιούνται αρκετά χρόνια και κατά το πλείστον είναι... χειροποίητα. Εργοστασιακά η διαδικασία ξεκινά με κομμάτια ανθρακικών ινών. Στη συμβατική βιομηχανία οι εργάτες κόβουν αυτά τα κομμάτια στο επιθυμητό σχήμα και τα τοποθετούν, το ένα πάνω στο άλλο, σε ένα καλούπι. Αυτό μπαίνει σε φούρνο και μία ρισίνη που ήδη υπάρχει στις ίνες συνδέει τα στρώματα μεταξύ τους.

Η Boeing αποφάσισε ότι αυτός δεν είναι ο ορθός τρόπος κατασκευής. «Γνωρίζαμε ότι από την άποψη του κόστους η χειροποίητη κατασκευή 500 τόνων συνθετικού υλικού ήταν πάρα πολύ ακριβή και εντελώς ασύμφορη» λέει ο Τομ Κόγκαν, μηχανικός και διευθυντής του προγράμματος του 787. Γι’ αυτό τον λόγο, οι άνθρωποι της αεροβιομηχανίας βρήκαν ένα τρόπο να τοποθετούν μηχανικά τις ανθρακικές ίνες σε καλούπια.

Το μεγάλο προτέρημα των ανθρακικών ινών είναι ότι είναι κατά 20% ελαφρύτερες από το αλουμίνιο. Η Βoeing, βέβαια, έχασε εν μέρει το κέρδος τοποθετώντας στο 787 μεγαλύτερα φινιστρίνια. Το αυξημένο ποσοστό συνθετικών ινών που έχει το καινούργιο αεροπλάνο κατέστησε δυνατή αυτή τη μεταβολή.

Επίσης τα συνθετικά υλικά χρησιμοποιούνται και για τη βελτίωση της ποιότητας του ταξιδιού για τον επιβάτη. Χαρακτηριστικά, οι εταιρείες που κατασκευάζουν ιδιωτικά αεροσκάφη, εκμεταλλεύονται τη μείωση του βάρους για να φτιάξουν μεγαλύτερα -και άρα πιο άνετα- αεροπλάνα.

Οταν είναι κατασκευασμένα από αλουμίνιο παρουσιάζουν καθώς συλλέγουν τον υγρό αέρα στο έδαφος. Οταν πετούν σε μεγάλο ύψος, νερό συμπυκνώνεται πάνω στο μέταλλο. Ομως τα συνθετικά υλικά δεν οξειδώνονται, ούτε εμφανίζουν κόπωση, αν και έχουν άλλα προβλήματα. Η Boeing πιστεύει ότι τα αεροσκάφη με μεγαλύτερο ποσοστό συνθετικών υλικών θα έχουν σημαντικά μικρότερο κόστος συντήρησης .

Επίσης το 787 διαθέτει μία ακόμα καινοτομία, που βλέπουμε όλο και συχνότερα στα νέα αεροσκάφη. Οι υδραυλικές αντλίες έχουν αντικατασταθεί από ηλεκτρικούς κινητήρες.

Οπως λέει ο διευθυντής του τμήματος εξέλιξης τεχνολογίας της Honeywell, που κατασκευάζει τμήματα αεροσκαφών, Ρόμπερτ Σμιθ «ο ηλεκτρισμός είναι ασφαλέστερος, ελαφρύτερος και πιο πράσινος. Τα υγρά των υδραυλικών συστημάτων είναι εύφλεκτα και οι σωληνώσεις που τα μεταφέρουν μεγάλες και βαριές. Γενικότερα τα ηλεκτρικά συστήματα έχουν καλύτερη απόδοση. Ολη η ενέργεια που χρησιμοποιείται από το αεροσκάφος θα πρέπει παράγεται από τον κινητήρα του, αλλά η χρήση του κινητήρα για τη παραγωγή ενέργειας που θα χρησιμοποιηθεί από το σύστημα τροχοπέδησης απαιτεί λιγότερα καύσιμα από ό,τι η χρήση του για τη συμπίεση αέρα ή του υγρού ώστε να επιτευχθεί το ίδιο αποτέλεσμα».

Τα Β777, που σχεδιάστηκαν στα μέσα της δεκαετίας του 1990, μπορούν να παράγουν 270 κιλοβάτ ηλεκτρισμού που αρκούν για την ηλεκτροδότηση μιας μικρής γειτονίας. Το Β787 θα παράγει 1,35 μεγκαβάτ, δηλαδή, πενταπλάσια ποσότητα. Η πιο σημαντική αλλαγή, ωστόσο, θα αφορά κατά πάσα πιθανότητα, το χρησιμοποιούμενο καύσιμο. Στο Ινστιτούτο Αεροπορικών Επιστημών του πανεπιστημίου Μπέιλορ πραγματοποιούνται δοκιμές ενός δικινητήριου αεροσκάφους. Ο ένας κινητήρας του χρησιμοποιεί μείγμα 80% καυσίμου και 20% βιοκαυσίμου και ο άλλος αποκλειστικά συμβατικά καύσιμα. Σε όλους τους ελέγχους κατά την προσγείωση ήταν σαφές ποιος κινητήρας χρησιμοποιούσε το μείγμα επειδή ήταν πιο καθαρός λέει η Γκράτσια Ζανίν, διευθύντρια ανάπτυξης εναλλακτικών καυσίμων στο Μπέιλορ.

Βιοκαύσιμα μπορούν να παραχθούν από σόγια ή άλλες βιολογικές πηγές, ενώ η εκπομπή διοξείδιου του άνθρακα από την καύση τους είναι πολύ μικρότερη από ό,τι όταν χρησιμοποιούνται ορυκτά καύσιμα. Ομως η κ. Ζανίν επισημαίνει ότι «δεν πιστεύουμε ότι τα βιοκαύσιμα είναι η απάντηση που γυρεύουμε επειδή δεν μπορούν να λειτουργήσουν καλά στις πολύ χαμηλές θερμοκρασίες των μεγάλων υψομέτρων όπου πετά το αεροπλάνο.

Οπως και να έχει η αεροπορική βιομηχανία θα πρέπει να βρει γρήγορα κάποια λύση στο πρόβλημα των καυσίμων, καθώς οι εκπομπές ρυπογόνων αερίων και οι ευθύνες της στην υπερθέρμανση του πλανήτη ανησυχούν όλο και πιο πολύ, όλο και περισσότερους. Η κ. Ζανίν τελειώνοντας δεν αφήνει περιθώρια για αμφιβολίες σχετικά με την κρισιμότητα του θέματος υπογραμμίζοντας ότι «αν δεν βρεθούν νέα καύσιμα η πολιτική αεροπορία δεν πρόκειται να επιβιώσει».

Στο εγγύς μέλλον θα δούμε μία πραγματική επανάσταση στην κατασκευή κινητήρων, οι οποίοι θα αποκτήσουν εντελώς διαφορετικό σχέδιο, καθώς και ειδικούς μηχανισμούς για τη μείωση της κατανάλωσης καυσίμων, του θορύβου και των ρύπων. Αυτοί οι πρωτοποριακοί κινητήρες θα χρησιμοποιούνται σε αεροπλάνα που θα κατασκευάζονται με συνθετικά υλικά, τα οποία είναι και ελαφρότερα, αλλά και φθείρονται πολύ πιο δύσκολα, απ’ ότι το αλουμίνιο.

Μακροπροθέσμως, μπορεί να δούμε και αλλαγή στα καύσιμα που χρησιμοποιούνται στα αεροσκάφη. Ηδη οι επιστήμονες αναζητούν ένα είδος αιθανόλης που μπορεί να χρησιμοποιηθεί στα αεροπλάνα.

Επίσης θα αντικατασταθούν τα υδραυλικά συστήματα που ελέγχουν τα πτερύγια και άλλα μέρη με ηλεκτρικούς κινητήρες, περιορίζοντας έτσι το βάρος. Ακόμα και για τη συμπίεση του αέρα στον θάλαμο των επιβατών θα χρησιμοποιούνται ηλεκτροκινητήρες. Πρέπει βέβαια να περιμένουμε λιγάκι για όλα αυτά, καθώς οι καινούργιοι κινητήρες θα αρχίσουν να χρησιμοποιούνται γύρω στο 2013, αν φυσικά όλα πάνε καλά.

Στις συμβατικές μηχανές ένας μεγάλος έλικας απορροφά αέρα στον θάλαμο καύσης, όπου συμπιέζεται, αναμιγνύεται με καύσιμο και πυροδοτείται. Το αέριο που διαστέλλεται, απελευθερώνεται από το πίσω μέρος του, προωθώντας το αεροσκάφος εμπρός. Ωστόσο, προτού «διαφύγει» το αέριο, κινεί έναν δεύτερο έλικα, που είναι μηχανικώς συνδεδεμένος με τον πρόσθιο ώστε να του δίνει κίνηση. Το πρόβλημα με τους κινητήρες που χρησιμοποιούνται σήμερα είναι ότι οι δύο έλικες έχουν τον ίδιο αριθμό στροφών κατά λεπτό. Ομως ο πρόσθιος έλικας είναι μεγαλύτερος και οι άκρες κάθε πτερυγίου του κινούνται τόσο γρήγορα που και θορυβώδεις είναι και αναποτελεσματικοί.

Η εταιρεία Pratt & Whitney, με έδρα της στο Ιστ Χάρτφορντ του Κονέκτικατ, δοκιμάζει έναν κινητήρα με ειδικά γρανάζια, τα οποία επιτρέπουν στον πρόσθιο έλικα να κινείται με το ένα τρίτο της ταχύτητας του οπίσθιου. Αυτή η καινοτομία επιτρέπει τη χρήση ενός τεράστιου έλικα μπροστά, έτσι ώστε να κινεί μεγαλύτερες ποσότητες αέρα με ελαφρώς χαμηλότερη ταχύτητα.

Οπως εξηγεί ο αντιπρόεδρος του τμήματος κατασκευής νέων κινητήρων, Ρόμπερτ Σάια, «μπορείς να δημιουργήσεις μεγαλύτερη ώθηση κινώντας μεγαλύτερη μάζα αέρα ή αναμιγνύοντας τον αέρα αυτό με μεγαλύτερες ποσότητες καυσίμου, έτσι ώστε να επιταχυνθεί η διάβασή του». Ο νέος κινητήρας κάνει το πρώτο. Επιπροσθέτως, καθώς ο αέρας κινείται με μικρότερη ταχύτητα, υπάρχει ανάγκη λιγότερων εσωτερικών μηχανικών τμημάτων, ενώ είναι πολύ ελαφρύτερος συγκριτικά με τους σημερινούς συμβατικούς κινητήρες της ίδιας ισχύος.

καθημερινη