آیا نسل آینده هواپیماها برقی خواهند بود؟/ آینده هوانوردی اینگونه رقم می‌خورد

به گزارش خبرنگار دانشگاه خبرگزاری دانشجو، صنعت هوانوردی از زمان پرواز اولین هواپیما توسط برادران رایت در سال ۱۹۰۳، مسیری شگفت‌انگیز از نوآوری و پیشرفت را پیموده است. این صنعت که نقشی حیاتی در اتصال جهانی و رشد اقتصادی دارد، در عین حال یکی از عوامل مهم تولید گاز‌های گلخانه‌ای محسوب می‌شود. با افزایش نگرانی‌ها درباره تغییرات اقلیمی و ضرورت کاهش انتشار کربن، این پرسش مطرح می‌شود: آیا نسل آینده هواپیما‌ها برقی خواهند بود؟ و به طور کلی، آینده هوانوردی به چه شکلی رقم خواهد خورد؟ در این گزارش، به بررسی ظرفیت هواپیما‌های برقی، موانع موجود، فناوری‌های جایگزین، و چشم‌انداز آینده هوانوردی می‌پردازیم.

ضرورت هواپیما‌های برقی

صنعت هوانوردی مسئول حدود ۲.۵\% از انتشار جهانی دی‌اکسید کربن  است. اگرچه این درصد ممکن است ناچیز به نظر برسد، اما با رشد سریع تقاضا برای سفر‌های هوایی، پیش‌بینی می‌شود که تا سال ۲۰۵۰ این میزان به ۵\% یا بیشتر افزایش یابد. علاوه بر CO_۲، هواپیما‌ها گاز‌های دیگری مانند اکسید‌های نیتروژن  و ذرات معلق را نیز منتشر می‌کنند که بر کیفیت هوا و سلامت انسان تأثیر منفی می‌گذارند.

در این شرایط، فناوری‌های برقی به عنوان راه‌حلی بالقوه برای کاهش اثرات زیست‌محیطی مطرح شده‌اند. هواپیما‌های برقی که از باتری‌ها یا پیل‌های سوختی هیدروژنی بهره می‌برند، می‌توانند انتشار گاز‌های گلخانه‌ای را به صفر برسانند. این موضوع نه تنها به حفظ محیط زیست کمک می‌کند، بلکه در بلندمدت هزینه‌های عملیاتی را نیز کاهش می‌دهد، زیرا برق معمولاً از سوخت‌های فسیلی ارزان‌تر است.

 وضعیت کنونی هواپیما‌های برقی

در حال حاضر، هواپیما‌های برقی در مراحل ابتدایی توسعه قرار دارند. نمونه‌های اولیه و آزمایشی متعددی برای پرواز‌های کوتاه‌مدت و سبک طراحی شده‌اند. برای مثال، شرکت اسلوونیایی “Pipistrel” هواپیمای برقی “Alpha Electro” را توسعه داده که برای آموزش خلبانان و پرواز‌های کوتاه مناسب است. این هواپیما می‌تواند حدود یک ساعت پرواز کند و برد آن به ۱۳۰ کیلومتر می‌رسد.

یکی از نمونه‌های موفق و قابل توجه در این زمینه، هواپیمای برقی “Alice” است که توسط شرکت آمریکایی “Eviation” طراحی شده است. این هواپیما که اولین پرواز آزمایشی خود را در سپتامبر ۲۰۲۲ انجام داد، کاملاً برقی است و برای حمل ۹ مسافر یا ۱۲۰۰ کیلوگرم بار طراحی شده است. برد پرواز “Alice” حدود ۸۱۵ کیلومتر است و می‌تواند با یک بار شارژ، پرواز‌های منطقه‌ای را پوشش دهد. این پروژه با استقبال گسترده‌ای مواجه شده و شرکت‌هایی مانند “DHL Express” سفارش‌هایی برای استفاده از این هواپیما در حمل‌ونقل بار داده‌اند. موفقیت “Alice” نشان‌دهنده پتانسیل بالای هواپیما‌های برقی برای پرواز‌های کوتاه و منطقه‌ای است.

علاوه بر این، غول‌های صنعت هوانوردی مانند “Airbus” و “Boeing” نیز در حال سرمایه‌گذاری در فناوری‌های برقی و هیبریدی هستند. ایرباس پروژه “E-Fan X” را معرفی کرده که یک هواپیمای هیبریدی-برقی است و از ترکیبی از موتور‌های برقی و توربوفن استفاده می‌کند. این تلاش‌ها نشان‌دهنده حرکت به سوی ادغام فناوری‌های برقی در هواپیما‌های بزرگ‌تر است.

 چالش‌های پیش روی هواپیما‌های برقی

با وجود پتانسیل بالای هواپیما‌های برقی، موانع متعددی بر سر راه تجاری‌سازی و استفاده گسترده از آنها وجود دارد. مهم‌ترین چالش، محدودیت‌های فناوری باتری است. باتری‌های کنونی، مانند باتری‌های لیتیوم-یونی، چگالی انرژی پایینی دارند.

چگالی انرژی به معنای مقدار انرژی ذخیره‌شده در واحد وزن است. برای مثال، سوخت جت دارای چگالی انرژی حدود ۴۳ مگاژول بر کیلوگرم (MJ/kg) است، در حالی که بهترین باتری‌های لیتیوم-یونی تنها حدود ۰.۹ مگاژول بر کیلوگرم انرژی ذخیره می‌کنند. این اختلاف بزرگ باعث می‌شود که برای دستیابی به برد و ظرفیت مشابه هواپیما‌های سنتی، وزن باتری‌ها به طور غیرقابل‌قبولی افزایش یابد.

چالش دیگر، زیرساخت‌های مورد نیاز برای شارژ یا تعویض باتری‌ها در فرودگاه‌ها است. شارژ سریع باتری‌ها برای هواپیما‌های تجاری که نیاز به چرخش سریع دارند، دشوار است و نیازمند سرمایه‌گذاری عظیم در زیرساخت‌ها است. همچنین، ایمنی باتری‌ها در شرایط پرواز و دما‌های مختلف همچنان یک دغدغه جدی است.

 فناوری‌های جایگزین و مکمل

در حالی که هواپیما‌های کاملاً برقی ممکن است در آینده نزدیک برای پرواز‌های طولانی‌مدت آماده نشوند، فناوری‌های هیبریدی و سوخت‌های پایدار هوانوردی (SAF) به عنوان راه‌حل‌های میانی مطرح هستند. هواپیما‌های هیبریدی از ترکیبی از موتور‌های برقی و احتراقی استفاده می‌کنند و می‌توانند تا حدی انتشار کربن را کاهش دهند. برای مثال، در پرواز‌های کوتاه، موتور‌های برقی می‌توانند برای برخاستن و فرود استفاده شوند که پرمصرف‌ترین مراحل پرواز هستند.

سوخت‌های پایدار هوانوردی نیز از منابع تجدیدپذیر یا بازیافتی تولید می‌شوند و می‌توانند تا ۸۰\% انتشار کربن را نسبت به سوخت‌های فسیلی کاهش دهند. شرکت‌هایی مانند “Neste” و “Shell” در حال توسعه این سوخت‌ها هستند و برخی خطوط هوایی مانند “United Airlines” و “Lufthansa” شروع به استفاده از آنها کرده‌اند.

علاوه بر این، فناوری هیدروژن به عنوان یک گزینه بلندمدت مورد توجه قرار گرفته است. هواپیما‌های مجهز به پیل سوختی هیدروژنی می‌توانند انرژی پاک تولید کنند و تنها بخار آب به عنوان محصول جانبی منتشر کنند. ایرباس اعلام کرده است که قصد دارد تا سال ۲۰۳۵ یک هواپیمای تجاری با سوخت هیدروژنی را به بازار عرضه کند. با این حال، ذخیره‌سازی و حمل هیدروژن در دما‌های بسیار پایین و فشار بالا، چالش‌های مهندسی پیچیده‌ای را به همراه دارد.

آینده هوانوردی چگونه رقم می‌خورد؟

آینده هوانوردی به احتمال زیاد ترکیبی از فناوری‌های مختلف خواهد بود. در کوتاه‌مدت (تا سال ۲۰۳۰)، انتظار می‌رود که هواپیما‌های برقی و هیبریدی، مانند هواپیمای “Alice”، برای پرواز‌های منطقه‌ای و کوتاه‌مدت (زیر ۵۰۰ کیلومتر) به کار گرفته شوند. این شامل پرواز‌های بین‌شهری و حمل‌ونقل بار می‌شود. در همین حال، سوخت‌های پایدار هوانوردی نقش مهمی در کاهش انتشار کربن در پرواز‌های طولانی‌مدت ایفا خواهند کرد.

در بلندمدت (پس از سال ۲۰۴۰)، پیشرفت در فناوری باتری‌ها و سیستم‌های ذخیره‌سازی هیدروژن می‌تواند منجر به توسعه هواپیما‌های برقی یا هیدروژنی برای پرواز‌های میان‌قاره‌ای شود. برای مثال، اگر چگالی انرژی باتری‌ها به ۲-۳ مگاژول بر کیلوگرم برسد، امکان پرواز‌های متوسط با هواپیما‌های برقی فراهم خواهد شد.

علاوه بر فناوری، عوامل دیگری مانند سیاست‌گذاری و مقررات نیز بر آینده هوانوردی تأثیر می‌گذارند. دولت‌ها و سازمان‌های بین‌المللی مانند سازمان بین‌المللی هوانوردی کشوری (ICAO) در حال تدوین برنامه‌هایی برای کاهش انتشار کربن هستند. طرح “CORSIA” که از سال ۲۰۲۱ آغاز شده، خطوط هوایی را ملزم می‌کند تا رشد انتشار کربن خود را از طریق خرید اعتبارات کربنی جبران کنند. این سیاست‌ها می‌توانند انگیزه‌ای برای سرمایه‌گذاری در فناوری‌های پاک ایجاد کنند.

 نقش هوش مصنوعی و طراحی‌های نوین

هوش مصنوعی (AI) و طراحی‌های آیرودینامیکی نوین نیز می‌توانند به بهبود کارایی هواپیما‌ها و کاهش مصرف انرژی کمک کنند. برای مثال، استفاده از AI در بهینه‌سازی مسیر‌های پرواز می‌تواند مصرف سوخت را تا ۵-۱۰\% کاهش دهد. همچنین، طراحی‌های جدید مانند “Blended Wing Body” (بدنه بال مخلوط) که توسط بوئینگ و ایرباس در حال بررسی است، می‌توانند مقاومت هوا را کاهش داده و کارایی سوخت را افزایش دهند.

در پاسخ به پرسش اصلی این گزارش، می‌توان گفت که نسل آینده هواپیما‌ها به احتمال زیاد ترکیبی از فناوری‌های برقی، هیبریدی، و سوخت‌های پایدار خواهد بود. نمونه‌های موفقی مانند هواپیمای برقی “Alice” نشان می‌دهند که فناوری برقی می‌تواند در پرواز‌های کوتاه و منطقه‌ای نقش مهمی ایفا کند، اما برای پرواز‌های طولانی‌مدت، هنوز نیاز به پیشرفت‌های بیشتری در فناوری باتری و زیرساخت‌ها وجود دارد. در این میان، نقش سیاست‌گذاری، سرمایه‌گذاری در تحقیق و توسعه، و همکاری بین‌المللی در تعیین مسیر آینده هوانوردی بسیار مهم است.

آینده هوانوردی به سمتی پیش می‌رود که پایداری و کارایی در مرکز توجه قرار دارند. این صنعت باید با چالش‌های زیست‌محیطی مقابله کند و همزمان نیاز‌های رو به رشد مسافران را برآورده سازد. با توجه به سرعت نوآوری‌ها و موفقیت پروژه‌هایی مانند “Alice”، می‌توان امیدوار بود که تا اواسط قرن حاضر، پرواز‌هایی با انتشار کربن صفر به یک واقعیت روزمره تبدیل شوند. در نهایت، آینده هوانوردی نه تنها به فناوری، بلکه به اراده جمعی برای ایجاد جهانی پاک‌تر و پایدارتر بستگی دارد.