publications/2021/4/18/559522670495.8436-210x.jpeg

publications/2021/4/18/559522670495.8436-300x.jpeg

publications/2021/4/18/559522670495.8436-86x.jpeg

559522670495.8436.jpg

Михаил Котов

9 января 2017 года Китай провёл успешный испытательный полёт самолёта с электродвигателем, работающим на водородных топливных элементах. С экспериментального аэродрома в небо поднялся двухместный летательный аппарат, оснащённый 20-киловаттным электродвигателем, запитанным от электрохимических ячеек, потребляющих водород и кислород. При температуре окружающего воздуха минус 20 градусов Цельсия экспериментальный самолёт прекрасно показал себя и выполнил все полётные задания.
<img class="" src="https://static.life.ru/posts/2017/01/956804/1c21f0cf9dabdbb708e295acb94d7a2a__660x.jpg" alt="" data-extra-description='&lt;p&gt;&lt;span&gt;Фото: &amp;copy;&amp;nbsp;&lt;/span&gt;&lt;a href="http://en.sau.edu.cn/other/show.asp?D_id=2010" target="_blank"&gt;Shenyang aerospace University&lt;/a&gt;&lt;/p&gt;'>
Таким образом Китай стал третьей страной, которая испытала пилотируемый летательный аппарат на водородных элементах. Поднебесная замкнула тройку после США и Германии, показав, что новейшие технологии скоро станут одной из самых сильных сторон Поднебесной. В чём же новизна подобного транспортного средства и почему многие сулят топливным элементам большое будущее?
<h2>Электросамолётная история</h2>
В самой конструкции электрического самолёта нет ничего нового. Первый официальный запуск самолёта с электродвигателем состоялся в 1957 году, когда в небо поднялась первая авиамодель с неподвижным крылом. Уже спустя шестнадцать лет, в 1973 году, используя популярный австрийский мотопланер Brditschka HB-3, Фред Милишки и Хейно Брдишка (создатель мотопланера) построили первый электрический самолёт Militky MB-E1, работавший от аккумулятора. Сам Брдишка совершил на нём 14-минутный полёт, показав принципиальную возможность использования электрических двигателей.
<img class="" src="https://static.life.ru/posts/2017/01/956804/56d6a8b073891a58be5ea4bc44230869__660x.jpg" alt="" data-extra-description='&lt;p&gt;Фото: &amp;copy;&amp;nbsp;&lt;a href="http://aviadejavu.ru/Site/Crafts/Craft34055.htm" target="_blank"&gt;aviadejavu.ru&lt;/a&gt;&lt;/p&gt;'>
К сожалению, дальнейшему развитию электрических самолётов мешал недостаточный прогресс в создании аккумуляторов. Изобретатели пытались приспособить и аккумуляторные батареи от вертолётов, и от автомобилей, однако они все были слишком тяжёлыми и недостаточно ёмкими и мощными для того, чтобы поднять человека в воздух.
Впрочем, и авиамоделисты испытывали схожие трудности. Только в девяностые годы прошлого века, с созданием новых типов аккумуляторных батарей и композитных материалов, самолёты с электродвигателем получили второе дыхание.
Первым серийным электрическим летательным аппаратом, появившимся в продаже, стал одноместный планер Alisport Silent Club, который был предложен покупателям в 1997 году. Стоит отметить, что это скорее планер, который имеет возможность использовать электродвигатель время от времени, нежели полноценный электрический самолёт. Большую часть полёта он летит за счёт восходящих потоков воздуха.
<img class="" src="https://static.life.ru/posts/2017/01/956804/30facb4c764d18c88be75d0b8ef9bd5e__660x.jpg" alt="" data-extra-description='&lt;p&gt;Фото: &amp;copy;&amp;nbsp;&lt;a href="https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Alisport_Silent_2_front.jpg" target="_blank"&gt;wikipedia.org&lt;/a&gt;&lt;/p&gt;'>
Отдельным прорывом стали электрические самолёты на солнечных батареях. Это максимально облегчённые планеры, широкая поверхность крыльев которых покрыта элементами солнечных батарей. Днём они подают электричество на электромоторы и заряжают аккумуляторы на ночное время. 
Такие проекты, как швейцарский самолёт Solar Impulse, способны на постановку рекордов по дальности полёта и времени нахождения в воздухе, однако их скорость мала для регулярного использования, а конструкция, состоящая из огромного крыла, требует мастерства в управлении и приносит серьёзную головную боль при хранении. По сути, Solar Impulse — лишь демонстратор технологий, показывающий, чего достигла наука и промышленность за последние годы.
<img class="" src="https://static.life.ru/posts/2017/01/956804/902e08a3b7a574da112b9940ae4b3fc3__660x.jpg" alt="" data-extra-description='&lt;p&gt;Фото: &amp;copy;&amp;nbsp;&lt;a href="https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Solar_Impulse_plane_lands_in_D.C._(9066675283).jpg" target="_blank"&gt;wikipedia.org&lt;/a&gt;&lt;/p&gt;'>
<h2>Пятый элемент</h2>
Электродвигатель во многом лучше двигателя внутреннего сгорания. Он экономичнее, легче, экологичнее и имеет больший КПД. Основная проблема лишь в подаче электроэнергии там, где обычный вариант с проводами и розеткой не подходит. Трамваи, метро и даже троллейбусы выходят из ситуации при помощи контактной сети. В случае с самолётом это нереально. И, если аккумуляторов недостаточно, требовался топливный элемент, который мог бы сразу производить электричество.
Ещё в 1839 году английским учёным Уильямом Гроувом был открыт принцип действия топливных элементов. Он обнаружил, что процесс электролиза обратим, то есть водород и кислород можно объединить в молекулы воды без горения, но с выделением тепла и электричества. Однако первая батарея на этом принципе появилась лишь через 100 лет. Одними из первых стали применять топливные элементы советские разработчики, которые создали их для лунной программы. В основу элементов наши инженеры положили реакции с ортофосфорной кислотой. С 1987 года по 2005-й "Энергия" произвела около 100 топливных элементов, которые наработали суммарно около 80 000 часов.
Однако постепенно топливные элементы выходили из ниши космических технологий и всё плотнее входили в обычную жизнь. Водородные топливные элементы и воздушно-алюминиевые электрохимические генераторы осуществляют превращение химической энергии топлива (чаще всего водорода) в электричество, минуя малоэффективные, идущие с большими потерями, процессы горения. По сути, это большая батарейка, материалы для реакции в которую подаются снаружи. 
Стоит отметить, что обычная щелочная (алкалиновая) батарейка, это тоже, по сути, небольшой водородный топливный элемент, в котором все вещества для реакции уже заранее положены в корпус на фабрике. Она тоже использует реакцию с выделением воды для получения электроэнергии.
<h2>Китайский рывок</h2>
Именно используя такие водородные элементы, взлетели электросамолёты — сначала в США, затем в Германии, а теперь и в Китае. На данный момент это тоже лишь демонстратор технологий. В конструкции топливных элементов есть много сложностей, начиная с выработки чистого водорода (если топливо будет с примесями, то произойдёт отравление катализатора) и заканчивая высокой температурой реакции. В некоторых типах элементов она достигает тысячи градусов по Цельсию.
Однако авиация на топливных элементах и на водороде — это одно из наиболее перспективных направлений развития авиации. В Китае это понимают чиновники от авиапромышленности, а вот у нас в стране, судя по всему, не очень. Иначе чем ещё можно объяснить отсутствие работ хотя бы по проекту 1980-х годов, когда конструкторское бюро Николая Кузнецова разработало предназначенные для пассажирских самолётов Туполева авиационные двигатели, работающие на водороде и сжиженном природном газе?
<img class="" src="https://static.life.ru/posts/2017/01/956804/a6ba779a465426a6489a3a3b7e93a0c3__660x.jpg" alt="" data-extra-description='&lt;p&gt;Фото: &amp;copy;&amp;nbsp;&lt;a href="https://www.flickr.com/photos/ajw1970/8603001268" target="_blank"&gt;flickr.com/Alan Wilson&lt;/a&gt;&lt;/p&gt;'>
Эти двигатели прошли стендовые и лётные испытания в составе борта Ту-155, однако работы по ним не были доведены до конца, а несколько законсервированных работоспособных авиационных двигателей Н. Кузнецова сохранились лишь на складах КБ в Самаре.

63cb7be3b3a178577178cc1c1d29ee5b.jpg

Фото: &copy;&nbsp;<a href="http://en.sau.edu.cn/other/show.asp?D_id=2112" target="_blank">Shenyang aerospace University</a>

Китай стал третьей страной, которая испытала пилотируемый летательный аппарат на водородных элементах. Сегодня в воздух поднялся экспериментальный двухместный самолёт RX1E, работающий на водородных топливных элементах. Почему это рывок в будущее, разбирался журналист Лайфа Михаил Котов.

Статьи

Китайский, водородный, электрический: новые рубежи самолётостроения Поднебесной