Углеродный след: правда ли, что самолёты «убивают» экологию сильнее других видов транспорта

Какой урон экологии наносит авиация?

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.

Учёные 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.

Климатологи предупреждают: дабы избежать непоправимых последствий, необходимо к 2050 году на 50% сократить выбросы парниковых газов по сравнению с уровнем, достигнутым к 1990 году.

— Основными факторами, связанными с влиянием авиации на экологию, являются не только вредные выбросы авиадвигателей, но даже шум и звуковые удары, возникающие при полётах тех же сверхзвуковых самолётов. 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, — объясняет доцент института № 1 «Авиационная техника» МАИ, кандидат технических наук Михаил Тяглик.

По статистике, 70% выбросов авиационных двигателей на авиакеросине составляет углекислый газ, ещё около 30% — водяной пар. Оба этих вещества являются парниковыми. Кроме того, выбросы авиационных двигателей содержат загрязняющие компоненты, такие как оксиды серы, несгоревшие углеводороды, угарный газ, оксиды азота, твёрдые 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 самолётов 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 работы выяснилось, что существуют 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 полёт гражданских самолётов;

- нижняя стратосфера на высоте около 15-22 километров, где в теории должен проходить крейсерский полёт 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. Так, объём выбросов углекислого газа растёт стабильно на 3–4% в год в целом по миру.

Что касается России, то расход топлива отечественными авиакомпаниями привёл к выбросу углекислого газа в объёме 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 населённые 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 всё же находится под контролем. Сегодня лидеры в борьбе за снижение выбросов — страны ЕС, обладающие новой энергетической политикой с названием «20-20-20». Суть её заключается в уменьшении выбросов на 20%, по сравнению с уровнем 1990 года, за счёт использования возобновляемых источников энергии и повышения их энергоэффективности.

Также в Европе успешно действует система торговли квотами на выброс парниковых газов, которая с 2012 года применяется и для международной гражданской авиации. Это ещё один способ остановить непоправимые процессы. В планах ЕС — к 2050 году уменьшить выбросы парниковых газов на 80%.

— В ближайшие 20 лет экологический фактор будет становиться всё 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. — Если в ХХ веке для гражданской авиации были важны показатели скорости, дальности и экономики, то в ХХI веке важнейшими показателями стали экологические характеристики.

Однако создание воздушных судов с улучшенными экологическими характеристиками требует одновременного решения сразу многих научных и технических проблем. Причём 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 самолётов, или наоборот. Поэтому подходить к решению проблемы важно комплексно.

Если говорить о конкретных примерах борьбы российской стороны с вредным 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 самолёта;

- формирование плана полёта с учётом конкретной метеообстановки вдоль маршрута, переход на четырёхмерную навигацию, соблюдение точности выдерживания траектории полёта 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 полёта 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 идёт, в частности, о разработке перспективных систем управления, основанных на искусственном интеллекте, способных взять на себя значительное число функций по управлению полётом. Такие системы позволят наиболее эффективно осуществлять четырёхмерную навигацию, учитывающую метеообстановку, оптимизировать в реальном времени траекторию полёта, — 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. Всё это призвано увеличить топливную эффективность двигателя и существенно уменьшить расход топлива.

Фото: пресс-служба МАИ