Tulevaisuuden lentokone kiitää 6 000 km/h

Nanomateriaalit, fuusiomoottorit ja lentäjätön lentokone. Kun uudet tekniikat saadaan käyttöön, tulevaisuuden ilmailussa nopeudet ovat huimaavia ja energiaa kuluu paljon vähemmän kuin nykyisin.

Nanomateriaalit, fuusiomoottorit ja lentäjätön lentokone. Kun uudet tekniikat saadaan käyttöön, tulevaisuuden ilmailussa nopeudet ovat huimaavia ja energiaa kuluu paljon vähemmän kuin nykyisin.

Boeing & Getty Images

Ilmailussa on meneillään suuria muutoksia. Tärkeässä osassa ovat niin sanotut komposiittimateriaalit. Niissä on kyse vähintään kahden eri perusaineen yhdistelmistä, joissa aineet toimivat yhdessä ja tuottavat hyviä ominaisuuksia.

Vanhastaan lentokoneiden runko on rakennettu alumiinista, koska se on kevyt ja suhteellisen kestävä metalli. Vahvistamalla muovia hiilikuidulla on kuitenkin onnistuttu luomaan komposiittimateriaali, joka on alumiinia kevyempää ja kestävämpää.

Vuonna 2011 Boeing esitteli 787 Dreamliner -koneen, jossa käytetään ensimmäisenä maailmassa ensisijaisesti komposiittimateriaaleja. Yhtiön arvion mukaan 787 olisi 20 prosenttia painavampi, jos se valmistettaisiin alumiinista.

Pienempi paino tarkoittaa sitä, että koneen tarvitsee tuottaa vähemmän nostovoimaa. Ja pienempi nostovoiman tarve mahdollistaa polttoainetaloudellisuuden parantamisen aerodynamiikalla.

Lentokoneiden valmistajat eivät yritä ratkaista vain polttoaineenkulutukseen liittyviä ongelmia.

Viime aikoina on panostettu paljon lentäjättömän matkustajakoneen kehittämiseen. Kansainvälisen lentoliikenteen ennustetaan kaksinkertaistuvan seuraavien 20 vuoden kuluessa.

Nykyään ala työllistää reilut 200 000 lentäjää, mutta jo 20 vuoden päästä tarve on 600 000.

Tästä syystä lentoyhtiöt ovat alkaneet valmistautua huutavaan lentäjien puutteeseen ja kaivata myös itsestään lentäviä lentokoneita.

Hybridikone kiertää avaruuden kautta

Skylon voi suihku- ja rakettimoottorin yhdistelmällä liikkua sekä ilmakehässä että avaruudessa, missä suuremmat nopeudet ovat mahdollisia.

Sen ansiosta, että lentoihin saadaan lisää vauhtia, Skylon painaa pisimmätkin matka-ajat jopa alle neljään tuntiin.

© Reaction engines ltd.

Näin toimii Skylon-koneen moottori:

  1. Yli 1 000-asteista ilmaa imetään moottoriin. Ilma on näin kuumaa, koska kone liikkuu yli viisinkertaisella äänen nopeudella.

  2. Lämmönvaihdin, joka koostuu tuhansista ultraohuista nestevetyä sisältävistä putkista, jäähdyttää ilman –114-asteiseksi 1/125 sekunnissa. Jos ilma ei kylmene, rakettimoottori tuhoutuu.

  3. Ilma puristetaan kokoon, sekoitetaan polttoaineeseen ja seos sytytetään. Suuttimista purkautuvat pakokaasut kuljettavat konetta eteenpäin. Kun Skylon siirtyy avaruuteen, rakettimoottori ottaa hapen erillisestä säiliöstä.

© Oliver Larsen & Reaction engines ltd.

Paperilla itseohjautuvat ilma-alukset sopivat hyvin lentoliikenteeseen. Tekniset vaatimukset ovat jopa pienempiä kuin ohjaajattomissa autoissa, koska ilmatilassa on vähemmän liikennettä ja se on paremmin hallittavissa kuin keskimääräisen kaupungin katuverkko.

Lentäjättömän ilma-aluksen haaste piilee siinä, että se ei – toisin kuin robottiauto – voi vain pysähtyä, kun ohjelmisto pettää tai syntyy muunlaisia yllättäviä vikoja.

Koneen on pysyttävä ilmassa siihen asti, kun se voi laskeutua turvallisesti. Lisäksi ohjelmiston armoilla on satoja matkustajia. Siitä huolimatta Airbus-yhtiössä kehitystyö on jo käynnissä.

Joulukuussa 2018 sen suunnittelema VSR700-helikopteri teki puolen tunnin lennon ja onnistuneen laskeutumisen ilman lentäjää.

Fuusiokoneeseen tankataan vettä

Vielä rohkeampia visioita on esitetty. Yhdysvaltalainen lentokoneiden valmistaja Lockheed Martin patentoi vuonna 2018 useita keksintöjä, jotka liittyvät myös lentokoneisiin sopivaan kompaktiin fuusioreaktoriin.

Fuusiossa on kysymys prosessista, jossa kaksi kevyttä atomiydintä sulautuvat yhdeksi raskaammaksi. Verrattuna fossiilisiin polttoaineisiin tapahtumasarjassa vapautuu yli miljoona kertaa enemmän energiaa polttoainekiloa kohti.

Saastuttamatonta ja lähes ehtymätöntä energianlähdettä on yritetty turhaan saada käyttöön 1940-luvulta asti.

36 877 lentomatkustajaa päivässä käyttää Soulin ja Jejun välistä maailman vilkkainta reittiä Etelä-Koreassa.

Yksi suurista haasteista on reaktion vaatiman miljoonien asteiden lämpöisen plasman käsittely.

Jos yhtiö on tehnyt läpimurron myös ilmailun osalta, lentoliikenne lakkaa saastuttamasta ja pääsee eroon fossiilisista polttoaineista. Koneet voivat pysyä ilmassa viikon ja kiertää maapallon kymmenen kertaa pullollisella vettä.

Lockheed Martinin fuusiohanketta vetävä Thomas McGuire uskoo, että moottorin prototyyppi saadaan toimimaan laborato­riossa 2020-luvun alkupuolella. Koelennot voisivat alkaa viisi vuotta myöhemmin.

Vuonna 2018 yhdysvaltalaisen Massachusettsin teknisen korkeakoulun tutkijaryhmä esitteli maailman ensimmäisen ionituulella kulkevan lentokoneen.

Työntö saadaan aikaan luomalla sähkön avulla siipien yli virtaava ioni- ja ilmamolekyylivirta. Tämä toimintaperiaate tekee muut konetta eteenpäin vievät moottorit tai liikkuvat osat tarpeettomiksi.

© nature & Ken ikeda madsen

Ionikoneen alla on rivissä positiivisesti varautuneita teräsvaijereita ja pareittain negatiivisesti varautuneita kantosiipiä. Kantosiipi vastaa aerodynamiikaltaan tavallista siipeä.

© nature & Ken ikeda madsen

Sähköä johdetaan teräsvaijereiden läpi, jolloin niiden ympärille syntyy positiivinen ionipilvi. Negatiivinen kantosiipi vetää sitä puoleensa.

© nature & Ken ikeda madsen

Matkalla kohti kantosiipeä ionit työntävät muita ilmamolekyylejä. Nämä molekyylit saavat aikaan eteenpäin kuljettavan ionituulen.

Esimerkki aivan toisenlaisesta edistysaskeleesta esitettiin vuonna 2018 yhdysvaltalaisessa Massachusettsin teknisessä korkeakoulussa.

Kone toimii niin, että vaijerit saadaan sähköllä ionisoimaan ympärillään olevia ilmahiukkasia.

Ionisoituneisiin hiukkasiin voidaan vaikuttaa sähkökentällä, ja kun niitä liikutetaan, ne työntävät ilman muita varauksettomia hiukkasia, jolloin syntyy ionituuleksi kutsuttu virtaus.

Tutkijaryhmän laskelmien mukaan tekniikalla on mahdollista ylittää nykyaikaisten suihkumoottoreiden teho – äänettömästi ja sähköisesti.

Lentoliikenteen suuren muutoksen ollessa jo ovella ei kestä ehkä enää kauan, kun Pohjolasta lennetään New Yorkiin täysin hiilineutraalisti neljässä tunnissa.