sähkölentokone

Paljon huomiota herättänyt noin metrin pitkä pienoismalli (ja sitä muun muassa sosiaalisessa mediassa säestäneet kuvat ja videot) oli nimeltään Bird of Prey, eli petolintu. 

Nimi kuvaakin jo sinällään laitetta, sillä sen siivet ja pyrstö ovat kuin haukalta, minkä lisäksi rungon muoto jäljittelee sekin lintua.

Tällaisenaan laite ei varmasti tule tuotantoon, vaan sen tarkoituksena oli paitsi herättää huomiota, niin myös kiinnittää huomiota useisiin tulossa oleviin uusiin teknisiin ratkaisuihin. Osa näistä saattaisi löytää tiensä varsin piankin liikennelentokoneisiin.

Lentoliikenteen sähköistämisessä on monia haasteita, mutta vähitellen uskottavia suunnitelmia pullahtelee esille. Pisimpään sähköisiä liikennelentokoneita tutkinut (ainakin julkisuudessa) Airbus, joka onkin tekemässä täysikokoista sähkötekniikkaa käyttävää liikennelentokonetta, E-Fan X -koekonetta.

Koneella aiotaan tutkia sitä, miten lentokoneeseen saadaan luotettava, voimakas sähkömoottori pyörittämään suihkumoottorin kaltaista puhallinta sekä tarpeeksi tehokkaat akut, jotka täyttävät ilmailun tiukat turvallisuusmääräykset. Koekoneena on neljällä pienellä suihkumoottorilla varustettu BAe 146 -liikennelentokone, jonka moottoreista yksi tai kaksi korvataan 2 MW:n (noin 2700 hevosvoimaa) sähköisellä puhallinmoottorilla.

Tämän hybridikoneen pitäisi lentää vuonna 2020.

Nyt julkistettu Zunum Aero -yhtiön Aeron lentokone on pienempi, mikä tekee sen kehittämisestä hieman suoraviivaisempaa. Ensimmäisenä tehtävään, pienimpään ZA10 -version mahtuu 12 matkustajaa ja sen voimanläheinä on kaksi 1 MW:n sähkömoottoria.

Koneessa on akut siivissä ja perässä siinä olisi moottorien välissä rungon sisälle asennettuna perinteisellä polttoaineella toimiva generaattori, joka voisi tarpeen vaatiessa tuottaa koneelle lentämiseen vaadittavaa sähköä.

E-Fan X -koekone perustuu brittitekoiseen BAe 146 -lentokoneeseen, joka sopii käyttöön erinomaisesti. Tässä alun perin Iso-Britannian armeijan pieneksi, Land-Roverin ja sen miehistön lennättämiseen tarkoitetuksi kuljetuskoneeksi suunnitellussa laitteessa on neljä pientä suihkumoottoria, joten niistä yksi on helppo korvata sähkömoottorin käyttämällä puhallinmoottorilla. 

Jos uusi moottori osoittautuu luotettavaksi ja toimivaksi, voidaan toinenkin suihkumoottori vaihtaa sähköiseen – ja edelleen kaksi perinteistä moottoria takaa matkan jatkumisen, mikäli jotain yllättävää tapahtuu.

Tarkkaan ottaen kyse on sähköisestä hybridilentokoneesta, sillä sähkömoottorin lisäksi koneessa on siis perinteisiä suihkumoottoreita.

Tämä on todennäköisesti myös arkisen sähkölentämisen ensimmäinen vaihe, koska esimerkiksi nousun aikaan tai erityisissä lentotilanteissa tarvittava työntövoima saadaan tehokkaammista kerosiinilla toimivista suihkumoottoreista. Vähemmän puhtia vaativa matkalento onnistunee pelkästään sähkövoimin.

Sähköistäminen ei ole helppoa

Lentokoneen muuttaminen sähköiseksi on paljon vaikeampaa kuin esimerkiksi auton, koska tarvittava teho on suurempi ja akkujen paino on ilmailussa maaliikennettä olennaisempi asia.

Liikenneilmailussa myös luotettavuus täytyy pystyä todentamaan erittäin hyvin, joten sähköisillä lentokonesysteemeillä on edessään paljon testilentotunteja ennen kuin ne hyväksytään matkustajalentojen käyttöön.

Toistaiseksi myös tarpeeksi tehokkaan ja kevyen sähkömoottorin tekeminen on ollut hankalaa.

Koekoneessa käytetään Siemensin kehittämää kahden megawatin moottoria sekä yhtiön tekemää moottorihallinta- sekä voimansyöttöelektroniikkaa. Airbus ja Siemens ovat kehittäneet ilmailun sähkösysteemejä vuodesta 2016 alkaen yhteisessä E-Aircraft Systems House -hankkeessaan.

Sähkömoottori asennetaan siis ensi vaiheessa perinteiseen tapaan toimivan suihkumoottorin sisään siten, että moottorin ytimenä oleva kaasuturbiini korvataan sähkömoottorilla. 

Nykyisinhän suihkumoottorien olennaisin osa on moottorin edessä oleva suuri turbiini, puhallin, jota käytetään kaasuturbiinilla. Vain pieni osa työntövoimasta tulee moottorista taaksepäin syöksyvästä pakokaasusta, loput saa aikaan ilmaa erikoisen potkurin tapaan puhaltava turbiini, siis puhallin.

Sähkösuihkumoottoria ei ulkoisesti nopeasti katsottuna voi juurikaan erottaa perinteisestä, sillä vain voimanlähde moottorin sisällä vaihtuu.

Sähkömoottorin lisäksi uudenlainen moottori vaatii sovelletun puhaltimen ja sitä käyttävän voimansiirron. Tässä mukaan tulee suihkumoottorivalmistaja Rolls-Royce.

Airbusin tehtävänä yhteistyössä on laittaa lentokoneen systeemit kasaan ja kehittää menetelmät, miten moottoreita käytetään lennon aikana. Airbus myös tekee akut.

Idea lentämisestä maapallon ympäri pelkällä aurinkovoimalla ympäri maailman on jo yli 15 vuotta vanha. Seikkailija-lääkäri Bertrand Piccard mietti tuolloin 2000-luvun alussa mikä voisi olla seuraava suuri haaste, ja maailmanympärilento sähkölentokoneella oli yksi hänen mieleensä tullut haaste. Mitä enemmän sitä hän ajatteli, sitä tärkeämmältä se tuntui, ja näin hanke sai alkunsa. 

Mukaansa Piccard sai toisen sveitsiläisen seikkailijan, liikemies André Borschbergin, joka muodostikin Piccardin kanssa erinomaisen parivaljakon. Kummatkin olivat haasteista kiinnostuneita lentäjiä, kunnianhimoisia ja määrätietoisia. Piccard oli enemmän julkisuudessa viihtyvä keikari ja Borschberg taas kulisseissa viihtyvä puurtaja; kumpaakin tarvittiin hankkeessa, joka oli paitsi teknisesti erittäin kunnianhimoinen, mutta vaati myös sponsorirahaa ja julkisuutta.

Julkisuus luonnollisesti oli tärkeää paitsi hankkeen toteuttamiseksi, niin myös sen viestin eteenpäin viemiseksi: pelkällä sähkövoimalla lentäminen maailman ympäri ei ole enää pelkkä haave. Aurinkopaneelit ja tekniikka yleisesti ovat sillä tasolla, että aurinkosähköllä lentäminen tässä laajuudessa on mahdollista. Liikennelentokoneisiin on vielä matkaa, mutta jostain pitää alkaa – ja Solar Impulse 2 on jo nyt osoittanut, että sähkövoimalla lentäminen ei ole pelkkää ituhippihaaveilua.

Lentokone on siis Solar Impulse 2, eli kyseessä on jo toinen aurinkosähkölentokone. Ensinnä tekniikkaa testattiin pienemmällä koneella, joka teki pitkiä koelentoja, ja näiltä kerättyjen kokemusten jälkeen kakkoskone oli valmis koetokseen. Kone lentää hitaasti, joten etenkin valtamerien ylitykset olivat oikeasti haastavia ja vaarallisia, vaikka tukena oli satelliittitekniikka ja yhteyksien päässä Monacossa lennonjohto. Lopulta lentäjä oli koneensa kanssa ilmassa kuitenkin yksin.

Siipien kärkiväliltään Jumbo-jetin kokoinen, mutta massaltaan vain katumaasturin luokkaa oleva Solar Impulse 2 nousi lentoon maanantaina, heinäkuun 11. päivänä aamulla klo 6.32 paikallista aikaa (klo 7.32 Suomen aikaa). Lentonsa alussa kone lensi symbolisesti maailman suurimman aurinkosähkövoimalan, Espanjassa Torresolissa olevan Gemasolarin päältä ja tästä luonnollisesti otettiin runsaasti kuvia – ja yksi on otsikkokuvanakin.

Noin 3600 kilometriä pitkä lento Kairoon kestää kaksi vuorokautta, joten verrattuna esimerkiksi edelliseen Atlantin ylilentoon, on kyseessä enää lyhyt pomppaus.

Tämän jälkeen vuorossa on enää yksi lento: Kairosta kone lentää kenties jo ensi viikolla Abu Dhabiin Arabiemiraateissa. Noin 36 000 kilometriä kokonaispituudeltaan oleva lento alkoi sieltä viime vuoden maaliskuussa.

Viimeisen lennon tekee toinen konetta maailmanympärilennolla ohjannut pilotti, hankkeen toinen puuhamies Bertrand Piccard. Hän on kaksikosta kuuluisampi (ja kenties mediahakuisempikin), joten lentojen lukumäärä ja välilaskut on suunniteltu sääolojen ja operationaalisten seikkojen lisäksi siten, että Piccard on saanut lennettäväkseen eniten julkisuutta saaneet lennot – ja matkan päättävä viimeinen, järjestyksessään 17. lento on eittämättä sellainen.

Solar Impulse 2 on siis eteläisessä Espanjassa, minne se saapui tänään klo 8.38 Suomen aikaa. Maanantaina aamulla alkanut lento kesti siten lopulta kaksi vuorokautta, 23 tuntia ja kahdeksan minuuttia, jonka kuluessa ohjaimissa ollut Bertrand Piccard lensi koneella 6765 kilometriä.

Lennon live-seurannan mukaan kone kävi lennon aikana korkeimmillaan 8534 metrin korkeudessa ja keräsi 1388 kWh energiaa aurinkopaneeleillaan. 

Kyseessä oli jo 15. etappi koneen pitkäksi venähtäneellä matkalla maapallon ympäri. Se joutui jäämään Tyynen valtameren ylityksen jälkeen, pisimmän yhtäjaksoisen lentonsa päätteeksi, viime heinäkuussa remontoivataksi Havaijille, mistä matka jatkui vasta nyt huhtikuussa.

Pysähdyspaikoissa koneetta huolletaan ja esitellään yleisölle, kutsuvieraille ja medialle, sillä lennon tärkein tehtävä lentämisen lisäksi on uusiutuvien energiamuotojen esittely; (lähes pelkästään) aurinkovoimalla toimiva lentokone on tästä hyvä esimerkki.

Tämän jälkeen edessä on kaksi lentoa ennen saapumista Abu Dhabiin. Seuraavalla lennolla ohjaimissa on jälleen koneen toinen lentäjä André Borschberg.

Kone lähti matkaan yöllä paitsi siksi, että näin se voi käyttää matkansa aluksi akkuihin ladattua virtaa ennen kuin Aurinko alkoi  lataamaan akkuja, ja koska lentoliikenne New Yorkin taivaalla on yöllä rauhallista.

Hitaalla, alitehoisella ja varsin kookkaalla koneella lentäminen tavallisen lentoliikenteen seassa olisi ollut varsin jännittävää.

Edessä Piccardilla oli noin 90 tuntia kestävä lento, sillä hänen odotetaan laskeutuvan Espanjan Sevillaan 23. kesäkuuta. Sevilla määräytyi tämän etapin määränpääksi Atlantin päällä vallitsevien tuulien mukaan.

Lento kestää siis neljä yötä ja päivää, ja on Solar Impulse 2:n maailmanympärilennon toiseksi pisin lento. Tätä vaativampi oli vain koneen toisen pilotin, André Borchbergin tekemä Tyynen valtameren ylilento Japanista Havaijille.

Tuon viime heinäkuussa tapahtuneen lennon aikana koneen akut vaurioituivat ylikuumenemisen vuoksi, mutta tällä kerralla näin ei pitäisi tapahtua, koska yli talven kestäneiden korjausten ansiosta akut toimivat nyt paremmin ja ongelma tunnetaan muutenkin jopa epämukavan hyvin. Nähtävästi akut ylikuumenivat osittain myös käyttövirheen vuoksi, mutta siitä ei kannata syyttää Borschbergiä, sillä hän teki juuri sillä tavalla kuin Piccardkin olisi tehnyt tuolla lennolla. 

Borschbergin lento kesti viisi yötä ja viisi päivää, eli vuorokauden pitempään kuin nyt alkanut lento yli Atlantin.

Joka tapauksessa lento on nytkin haastava ja laittaa lentäjän koetukselle. Piccard ei voi nukkua kuin nokkaunia, hän syö vain kevyttä kenttäruokaa ja tekee tarpeensa ammoisten astronauttien tapaan vaippoihin. 

Koneen toimintahäiriö tai lentovirhe Atlantin päällä voi olla pahimmillaan hengenvaarallinen, vaikkakin konetta seurataan satelliittilinkillä koko ajan ja Piccardin tukena on Monacossa oleva lennonjohto insinööreineen, lääkäreineen ja meteorologeineen.

Sää on matkan toinen epävarmuus. Vaikka lento aloitettiin juuri nyt siksi, että sää oli suotuisa koko reitin pituudelta, voi säätilassa tapahtua yllättäen myös muutoksia. Kone ei esimerkiksi pysty lentämään voimakasta tuulta vastaan, ja suihkuvirtaukset voivat sysätä sitä nopeastikin sivuun reitiltä. Onneksi näitä pystytään ennakoimaan varsin hyvin.

Sevillan jälkeen kone jatkaa kohti Abu Dhabia, minne sen odotetaan saapuvan heinäkuun alussa. Onko edessä Atlantin jälkeen yksi vain kaksi – vai useampikin – lento ennen Arabiemiraatteja, jää vielä nähtäväksi.

Meneillään olevaa lentoa voi katsella Solar Impulsen reaaliaikaisessa seurannassa.

Tarkalleen ottaen koneen pyörät koskettivat John F. Kennedyn lentoaseman kiitorataa lauantaiyönä 11. kesäkuuta klo 3.59 paikallista aikaa, eli klo 11 aamupäivällä Suomen aikaa. 

André Borschbergin tekemä 265 kilometriä pitkä lento Pennsylvaniasta Lehigh Valleyn lentoasemalta kesti vain neljä tuntia ja 41 minuuttia, ja tästä kohtalaisen suuri osa kului lennon lopussa New Yorkin kiertelyyn. Kuten San Franciscoon saapuessaan, konetta seurasi helikopteri ja toisia lentokoneita, jotka ottivat kauniita kuvia sähkölentokoneesta ikonisten maisemien päällä. Yksi näistä kuvista on päivän kuva, missä kone lentää Vapaudenpatsaan päällä.

Saattaa tuntua kummalliselta, että Solar Impulse lensi New Yorkiin keskellä yötä, mutta siihen on kaksi syytä. Ensimmäinen on yksinkertaisesti se, että yöllä muu ilmaliikenne on varsin vähäistä, joten Borschberg saattoi kierrellä kaupungin päällä lähes yksin. JFK:n lentoasemallakaan liikennettä ei ole kuin nimeksi yöllä. Toiseksi yölento on omiaan osoittamaan sähkölentämisen mahdollisuuksia – kone pysyi ilmassa ilman auringonpaistettakin. Tosin tällä kerralla sähkö, jolla kone lensi, ei ollut varmaankaan aurinkopaneeleilla tuotettua, vaan verkkovirrasta akkuihin ladattua. Eli saivartelijat voisivat todeta, että kone lensi nyt mahdollisesti hiilivoimalla...

Tämä oli kaikkiaan 14. lento koneen matkalla ympäri maapallon. Jäljellä on tämänhetkisen suunnitelman mukaan enää kolme etappia, joilla kone lennetään ensin Atlantin yli Eurooppaan tai Pohjois-Afrikkaan, mistä lento jatkaa yhden pysäkin periaatteella Abu Dhabiin, mistä matka alkoi maaliskuussa 2015.

Se, milloin koneen toinen lentäjä Bertrand Piccard pääsee tekemään pitkän yksinlennon aurinkosähkökoneella yli Atlantin, riippuu sääolosuhteista. Samoin määränpää riippuu vallitsevista tuulista.

Ja mitä tuuliin tulee, niin vertaamalla alla olevaa karttaa eiliseen pasaatituulista kertoneeseen päivän kuvaan huomaa heti miksi kone on lentänyt juuri tähän tapaan ympäri planeettamme...

Tällä hetkellä Solar Impulse 2 on New Yorkin laitamailla Pennsylvaniassa  Lehigh Valleyn lentokentällä, minne se saapui keskiviikon ja torstain välisenä yönä Suomen aikaa ja illan juuri pimennyttyä klo 20:49 paikallista aikaa. Otsikkokuvassa kone on juuri laskeutumassa kentälle 16 tuntia ja 49 minuuttia kestäneen lennon päätteeksi.

Matkaan kone lähti tälle 13. etapilleen Ohiosta, Daytonista, keskiviikkoaamuna. Lähtö viivästyi vuorokaudella, koska lentokone osui maassa ollessaan hangaariin, ja koneelle tehtiin sen jälkeen tarkistuksia. Kun kaikki oli kunnossa ja pikku kolarista selvittiin säikähdyksellä, pääsi sähkökone starttaamaan matkaan tällä kertaa Bertrand Piccardin ohjaamana.

Konetta seuraa koko ajan pieni ryhmä tavallisella lentokoneella, jonka mukana kulkee myös kevytrakenteinen, nopeasti rakennettava hangaari, joka toimii koneen suojana välilaskupaikoissa, joissa sille ei ole tarjolla tarpeeksi suurta hangaaria.

Alla olevassa kuvassa konetta siirretään hangaarinsa sisälle Daytonissa.