Углеродный след: правда ли, что самолеты «убивают» экологию сильнее других видов транспорта
По данным Всемирной метеорологической организации, содержание парниковых газов в атмосфере достигло рекордного уровня – 389 частей на 1 миллион. За последние два века содержание закиси азота в воздухе возросло на 20%, углекислого газа – на 39%, метана – на 158%. Данные климатических наблюдений также показывают, что за 100 лет планета в целом потеплела на 0,75 °C, Россия в частности – почти на 1,3 °C.
Ученые утверждают, что эти изменения опасны. Но по-настоящему катастрофическим будет повышение среднемировой температуры на 2 °C. Чтобы этого не допускать, концентрация парниковых газов должна быть не выше 450 частей на 1 миллион.
Выбросы и шум: главные причины, почему авиация негативно влияет на окружающую среду
«Основными факторами, связанными с влиянием авиации на экологию, являются не только вредные выбросы авиадвигателей, но даже шум и звуковые удары, возникающие при полетах тех же сверхзвуковых самолетов. Научно доказано, что от шумов и эмиссии страдают люди, животные, растения. При этом выбросы вредных веществ авиадвигателей не просто загрязняют воздух, а планомерно воздействуют на верхние слои атмосферы, приводя к постепенному смещению климата», - Михаил Тяглик, объясняет доцент института № 1 «Авиационная техника» МАИ, кандидат технических наук.
По статистике, 70% выбросов авиационных двигателей на авиакеросине составляет углекислый газ, еще около 30 % – водяной пар. Оба этих газа являются парниковыми. Кроме того, выбросы авиационных двигателей содержат загрязняющие вещества, такие как оксиды серы, несгоревшие углеводороды, угарный газ, оксиды азота, твердые частицы и другие компоненты. Общее их содержание - порядка 1%.
«Существуют и другие факторы, которые оказывают вредное влияние на окружающую среду. Например, фреоны, которые используются в системах пожаротушения пассажирских самолетов и попадают в атмосферу при их срабатывании. Кроме того, неизбежный вред природе наносит использование горюче-смазочных материалов и противообледенительных жидкостей, а также СВЧ-излучение от передающих радиотехнических объектов, – отмечает Михаил Тяглик.
Проблема того, как на самом деле авиация влияет на экологию, обсуждаются не первый год и даже не одно десятилетие. По словам эксперта, плотно заниматься разработкой принципов безопасной эксплуатации средств перемещения начали в 70-х годах XX века.
По итогам плодотворной работы выяснилось, что существует три критические зоны влияния:
- приземный слой атмосферы, где для воздушного средства крайне важна аэродромная эмиссия;
- верхняя тропосфера на высоте около 10 километров, где проходит крейсерский полет гражданских самолетов;
- нижняя стратосфера на высоте около 15-22 километров, где в теории должен проходить крейсерский полет сверхзвукового транспорта будущего.
«В первой зоне воздействие заключается в непосредственном ущербе здоровью людей, что очень опасно. Во второй – выражается в медленном, но верном изменении климата. В третьей зоне в результате вредного воздействия авиации велика вероятность истощения озонового слоя», – говорит эксперт.
Наиболее опасным фактором для экологии, по результатам исследований, оказались конденсационные следы летательных аппаратов – 3% от всего радиационного воздействия. Далее следуют общие выбросы двуокиси углерода – около 2% от глобальных выбросов.
Что касается России, то расход топлива отечественными авиакомпаниями привел к выбросу углекислого газа в объеме 0,85% от общей массы всех выбросов парниковых газов в государстве. Значителен и «вклад» воздушного транспорта в сверхнормативное воздействие шума в ряде городов страны: чем ближе населенные пункты к границам аэропортов, тем выше негативный фактор. В среднем он составляет примерно 35% от общего сверхнормативного шума.
Что дальше?
Несмотря на все пугающие показатели, ситуация с негативным влиянием авиационной отрасли все же находится под контролем. Сегодня лидеры в борьбе за снижение выбросов – страны ЕС, обладающие новой энергетической политикой с названием «20-20-20». Суть ее заключается в уменьшении выбросов на 20%, по сравнению с уровнем 1990 года, за счет использования возобновляемых источников энергии и повышения их энергоэффективности.
«В ближайшие 20 лет экологический фактор будет становиться все более мощной движущей силой мирового технологического развития. Россия тоже занимает активную позицию в вопросах сокращения выбросов парниковых газов, что зафиксировано в Климатической доктрине», – отмечает Михаил Тяглик.
Однако создание воздушных судов с улучшенными экологическими характеристиками требует одновременного решения сразу многих научных и технических проблем. Причем различные мероприятия по улучшению экологических характеристик оказываются взаимозависимыми. Так, важно понимать, например, что одно технологическое решение может давать выигрыш по фактору снижения шума, но в то же время уменьшать топливную эффективность самолетов, или наоборот. Поэтому подходить к решению проблемы важно комплексно.
Если говорить о конкретных примерах борьбы российской стороны с вредными воздействием авиации на экологию, то в качестве новых решений выделяются следующие.
- Внедрение нетрадиционных аэродинамических схем и средств снижения аэродинамического сопротивления (риблеты, законцовки, ламинаризация), а также конструкций с низким весом.
- Использование экономичных двигателей и электрического самолета.
- Формирование плана полета с учетом конкретной метеообстановки вдоль маршрута, переход на четырехмерную навигацию, соблюдение точности выдерживания траектории полета и его максимальная оптимизация.
Сократить количество выбросов оксидов азота поможет уменьшение температуры скорости сгорания топлива. А для снижения уровня шума инженеры рассматривают:
- малошумные винты и вентиляторы;
- новые конструктивно-технологические решения по выхлопному тракту;
- звукопоглощающие конструкции;
- более оптимальные интеграции двигателей и планеров;
- малошумные шасси;
- переход на электрическую тягу при наземном маневрировании;
- смену траектории полета в зоне аэропорта.
Как ИИ поможет сделать авиацию более экологичной?
Решать проблемы вредного воздействия авиации на экологию можно не только при помощи классических подходов, но и с использованием развитых технологий, в том числе искусственного интеллекта.
«Речь идет, в частности, о разработке перспективных систем управления, основанных на искусственном интеллекте, способных взять на себя значительное число функций по управлению полетом. Такие системы позволят наиболее эффективно осуществлять четырехмерную навигацию, учитывающую метеообстановку, оптимизировать в реальном времени траекторию полета», – уточняет кандидат технических наук.
В части создания силовых установок ожидается переход к построению «умного» двигателя. Потребуется разработка новых интеллектуальных узлов мотора, способных, в зависимости от режима работы, изменять распределение топлива по зонам горения в камере, контролировать профиль проточной части двигателя в компрессорах и турбинах, управлять охлаждением лопаточных машин. Все это призвано увеличить топливную эффективность двигателя и существенно уменьшить расход топлива.
Материал подготовлен при поддержке Минобрнауки России.