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

Резкое и необратимое изменение климата — одна из главных проблем, обсуждаемых в мировом научном сообществе. Учёные бьют тревогу, всё чаще напоминая, что деятельность человека оказывает губительное воздействие на окружающую среду. Одной из виновниц происходящего называют авиацию.

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.

Материал подготовлен при поддержке Минобрнауки России.