Framtidens flygplan far över klotet i 6 000 km/h

Nanomaterial, fusionsmotorer och pilotlösa flygplan. Framtidens luftfart erbjuder galna hastigheter och enorma energibesparningar när nya tekniker tar över.

Nanomaterial, fusionsmotorer och pilotlösa flygplan. Framtidens luftfart erbjuder galna hastigheter och enorma energibesparningar när nya tekniker tar över.

Boeing & Getty Images

Luftfarten står inför enorma omvälvningar under kommandfe årtionden. Den tekniska utvecklingen ger de stora flygbolagen ett flertal nya verktyg för att radikalt förändra hur ett modernt linjejetplan ska se ut.

Så kallade kompositmaterial är ett av de senaste verktyg som ingenjörerna nu har fått tillgång till. Komposit består av olika grundmaterial som komponeras och bildar ett nytt material som erbjuder de bästa egenskaperna från varje enskild beståndsdel.

I årtionden har flygplan varit byggda av aluminium eftersom metallen har låg vikt och relativt stor styrka. Genom att förstärka plast med kolfibertrådar har ingenjörerna nu lyckats ta fram ett kompositmaterial som är både lättare och starkare än aluminium.

2011 introducerade Boeing sin 787 Dreamliner som var världens första trafikflygplan i huvudsak konstruerat av kompositmaterial. Boeing menar att 787:an är 20 procent lättare än om den hade varit byggd i aluminium.

Lägre vikt betyder att planet behöver mindre lyftkraft, och mindre behov av lyftkraft möjliggör en förbättrad aerodynamik som ger en bränslebesparing.

Men bränslet är inte det enda som flygplanstillverkarna försöker göra sig mindre beroende av.

Nuförtiden arbetar många stora ingenjörstgrupper med att utveckla pilotlösa trafikflygplan. I den globala luftfarten förväntas en tredubbling av antalet passagerare inom de kommande 20 åren.

I dag är drygt 200 000 piloter anställda i den globala luftfarten, men redan om 20 år kommer behovet att vara 600 000.

Flygbolagen måste därför börja förbereda sig på en stor pilotbrist i framtiden och efterfrågar nu flyg som kan flyga på egen hand

Hybridplan reser runt jorden via rymden

Med en kombinerad jet- och raketmotor kan flygplanet Skylon ta sig fram både i atmosfären och ute i rymden.

Eftersom hastigheterna kan vara betydligt högre i rymden kan passagerare fraktas till vilken plats som helst på jorden på under fyra timmar.

© Reaction engines ltd.

Så fungerar motorn i planet Skylon:

  1. Luft på över 1 000 °C sugs in i motorn. Luften är så varm eftersom planet har över fem gånger så hög hastighet som ljudet.

  2. En värmeväxlare med tusentals ultratunna rör med flytande väte kyler luften till –114 °C på bara en hundratjugofemtedels sekund. Raketmotorn brinner upp om inte luften kyls ned.

  3. Luften komprimeras, blandas med bränsle och antänds. Gaserna som skjuts ut ur dysorna driver planet framåt. När Skylon kommer ut i rymden stängs intaget och raketmotorn får i stället syre från en tank ombord.

© Oliver Larsen & Reaction engines ltd.

På papperet är luftfarten lämpad för självstyrande farkoster. Tekniken är fortfarande mindre krävande än i en förarlös bil eftersom luftrummet är mindre trafikerat och mer strukturerat än vägnätet i en vanlig stad.

Utmaningen för pilotlösa flyg består i att planet – till skillnad från en självkörande bil – inte bara kan stanna om ett fel uppstår i programvaran eller andra akuta problem dyker upp.

Planet måste fortsätta att flyga och landa säkert. Programvaran har också ansvar för hundratals passagerare. Utveck­lin­gen pågår ändå hos Airbus.

I december 2018 testade man sin VSR700-heli­kop­ter som flög runt i en halvtimme och landade igen utan någon pilot ombord.

Fusionsplan flyger på enbart vatten

Ingenjörerna har dock större drömmar än så. Den amerikanska flygplanstillverkaren Lock­heed Martin fick 2018 flera patent på delar av en kompakt fusions­reaktor som bland annat skulle användas i flygplan.

Fusion är en process där man slår ihop två lätta atom­kärnor till en tung. Jämfört med traditionella fossila bränslen ger processen över en miljon gånger så mycket energi per kilo bränsle.

Forskarna har dock utan framgång sedan 1940-talet jagat den föroreningsfria och nästan oändliga energikällan.

36 877 personer reser varje dag längs världens mest trafikerade rutt mellan Sydkoreas huvudstad Seoul och ön Jeju i samma land.

En av de stora utmaningarna är hanteringen av den flera miljoner grader varma plasman som är nödvändig för att skapa reaktionen.

Om företaget knäcker koden och implementerar sin reaktor i ett flygplan kan det som genom ett trollslag lösa problemen både med föroreningar och bränsle­förbrukning.

Flygplanet kan befinna sig i luften i en vecka och flyga tio gånger runt jorden med bara en kopp vatten i tanken.

Thomas McGuire, chef för Lockheed Martins fusionsprojekt, menar att en testversion av motorn kan fungera i laboratoriet på 2020-talet och genomgå de första flygtesterna bara fem år senare.

2018 demonstrerade en grupp forskare på Massachusetts Institute of Technology i USA världens första flygplan som drivs med så kallad jonvind.

Planet får sin lyftkraft genom att accelerera joner och luftmolekyler över vingarna med hjälp av ström. På så sätt behöver planet inga motorer eller andra rörliga delar för att skapa framdrift.

© nature & Ken ikeda madsen

Jonplanet har rader av positivt laddade stålvajrar och negativt laddade bärplan som sitter ihop parvis. Bärplanet har samma aerodynamiska form som en vinge.

© nature & Ken ikeda madsen

Ström skickas genom stålvajrarna som skapar ett moln av positiva joner runt sig. De positiva jonerna attraheras av det negativa bärplanet.

© nature & Ken ikeda madsen

På väg mot bärplanet knuffar jonerna på övriga luftmolekyler. Det är just dessa molekyler som utgör jonvinden och som driver planet framåt.

En helt annan framdrift presenterades 2018 av forskare på Massachusetts Institute of Technology i USA.

Motorn fungerar genom att vajrar med hjälp av stark ström joniserar luftpartiklarna runt dem.

Joniserade partiklar påverkas av elektriska fält och när de accelereras knuffar de på luftens övriga oladdade partiklar, vilket skapar en så kallad jonvind.

När tekniken är mogen kan den här typen av motor vara mer effektiv än en modern jetmotor samtidigt som den är ljudlös och elektrisk.

Med luftfartens stora förvandling precis runt hörnet dröjer det kanske inte länge innan resan från Skandinavien till New York är helt koldioxidneutral och kan klaras av på blott fyra timmar.