Первый пилотируемый полет на твердотельных батареях: прорыв, меняющий будущее авиации

5 июня 2024 года в Муниципальном аэропорту Зефирхиллс во Флориде произошло событие, которое может навсегда изменить облик авиации. Тест-пилот Мигель Итурменди поднял в воздух самолет Helios Horizon — первый пилотируемый аппарат с фиксированным крылом, использующий твердотельные батареи. Хотя этот полет не отличался ни дальностью, ни продолжительностью, будучи серией коротких тестов для проверки веса и баланса самолета после установки новых аккумуляторов, его историческое значение невозможно переоценить.

Электрическая авиация на протяжении долгого времени сталкивалась с одной и той же фундаментальной проблемой физики. Обычные литий-ионные батареи, являющиеся основой большинства электромобилей, используют жидкий электролит для передачи заряда между электродами. Такая конструкция жидких элементов накапливает слишком мало энергии на килограмм веса, что делает коммерчески жизнеспособные полеты нереалистичными.

Твердотельные батареи решают эту проблему, заменяя жидкий электролит твердыми материалами. Это не только делает элементы более устойчивыми к ударам, проколам и перегреву, значительно снижая риск возгорания, но и, что наиболее важно, позволяет упаковывать гораздо больше энергии в ту же массу. Если предыдущий литий-ионный блок Helios Horizon обеспечивал 260 Втч/кг (ватт-часов на килограмм — показатель удельной энергоемкости батареи), то новые твердотельные элементы достигают 410 Втч/кг, что является скачком на 60%. Главный тест-пилот и основатель компании Мигель Итурменди ожидает, что этот показатель вырастет еще на 40% в течение двух лет.

Помимо значительного увеличения энергоемкости, новые батареи также предлагают удобство: их можно заряжать от любой стандартной розетки переменного тока, не требуя специальной инфраструктуры. Также поддерживается быстрая зарядка до 80% емкости менее чем за 15 минут. Самолет Helios Horizon дополнительно увеличивает свою дальность полета за счет энергии, получаемой от солнечных панелей на крыльях, и рекуперативной системы, которая вращает пропеллер как ветряную турбину во время планирования и снижения. «Регенеративный полет может значительно увеличить дальность полета самолета», — отметил Итурменди после тестовых испытаний.

Helios Horizon, изначально представлявший собой мотопланер Pipistrel Taurus, был доработан командой Итурменди, которая добавила собственную систему управления батареями, кастомную силовую установку, термодинамические системы контроля и расширения крыльев с солнечными панелями. Самолет уже является мировым рекордсменом по высоте для электрических самолетов в своем весовом классе, достигнув 7315 метров. Следующая цель — 12192 метра, стандартная коммерческая крейсерская высота, которую планируется достичь в ходе стратосферных полетов в этом году.

Helios Horizon — не единственный игрок в гонке за твердотельной авиацией, хотя и является лидером. Китайский производитель eVTOL EHang протестировал свой двухместный EH216-S с литий-металлическими твердотельными элементами, разработанными совместно с Inx Energy, совершив 48-минутный непрерывный полет с показателем 480 Втч/кг. Батарейный гигант CATL продемонстрировал свою технологию «конденсированных батарей» с плотностью около 500 Втч/кг и заявляет о ведущихся авиационных испытаниях. Airbus и Renault также заключили совместное научно-исследовательское соглашение с целью примерно удвоить текущую плотность энергии для гибридных и электрических среднемагистральных самолетов к 2030-м годам.

Однако почти все эти программы пока находятся на стадии демонстраторов и далеки от получения необходимой сертификации. Полет Helios Horizon стал первым реальным шагом через эту черту. Если плотность энергии твердотельных батарей будет продолжать улучшаться такими темпами, как прогнозирует Итурменди, то история, сотворенная в начале июня, может быть лишь началом настоящей революции в авиации.