Η Επάνοδος των Υπερηχητικών Επιβατικών Αεροσκαφών (Supersonic Transport): Η Νέα Γενιά
Οι πολιτικές αερομεταφορές εισέρχονται σε μια νέα συναρπαστική εποχή, αυτή των υπερηχητικών πτήσεων. Η κατάλληλη αξιοποίηση αυτής της προοπτικής μπορεί να βελτιώσει τις υπηρεσίες που λαμβάνουν οι επιβάτες, μειώνοντας δραματικά το χρόνο ολοκλήρωσης των ταξιδιών τους (βλ. Πίνακα 1), ιδιαίτερα όταν αυτά είναι υπερατλαντικά/μεγάλων αποστάσεων, αλλά και να επιφέρει μεγαλύτερα κέρδη στις αεροπορικές εταιρείες δίνοντας τους τη λειτουργική ευελιξία να πραγματοποιούν περισσότερες πτήσεις ανά ημέρα. Στον παρακάτω πίνακα παρατηρείται η εξοικονόμηση χρόνου αποπεράτωσης πτήσεων με την είσοδο στην εποχή των υπερηχητικών πολιτικών αεροσκαφών (supersonic transport, SST) [1]. Παρά την αυξανόμενη τεχνολογική ανάπτυξη και εμπειρία στο χώρο της αεροναυπηγικής, η σχεδίαση ενός υπερηχητικού αεροσκάφους για πολιτική χρήση (SST) κάτω από τεχνοοικονομικούς και περιβαλλοντολογικούς περιορισμούς, είναι μια σύνθετη διαδικασία με αρκετές προκλήσεις και περιορισμούς. Το φράγμα του ήχου Στις αρχές της δεκαετίας του 1940, υπήρξε ένα αυξανόμενο ενδιαφέρον για τη μελέτη της περιοχής υψηλών ταχυτήτων, η οποία κυριαρχείται από φαινόμενα συμπιεστότητας. Το Bell X-1, με πιλότο τον σμηναγό Chuck Yeager, ήταν το πρώτο πειραματικό αεροσκάφος που ολοκλήρωσε επιτυχημένη υπερηχητική πτήση στις 14 Οκτωβρίου 1947 σηματοδοτώντας την αρχή της εποχής της υπερηχητικής πτήσης [2]. Τα πρώτα υπερηχητικά πολιτικά αεροσκάφη (SSTs) Το Tupolev Tu-144 και το Concorde αποτελούν τα δύο υπερηχητικά πολιτικά αεροσκάφη αερογραμμών που έχουν επιτυχώς εκτελέσει πτήση μέχρι σήμερα. Το Tupolev Tu-144 αναπτύχθηκε από τη Σοβιετική Ένωση και ήταν το πρώτο πολιτικό αεροσκάφος που εκτέλεσε υπερηχητική πτήση, το 1968, ωστόσο είχε μια σειρά από τεχνικά προβλήματα που το οδήγησαν σε σχετικά άμεση απόσυρση του πριν στο στάδιο παραγωγής του, συμπεριλαμβανομένων των επιπέδων θορύβου στην καμπίνα και των τεχνικών προκλήσεων με τους κινητήρες του. Το Concorde αναπτύχθηκε με τη συνεργασία της Γαλλίας και του Ηνωμένου Βασιλείου και πέταξε για πρώτη φορά το 1969. Θεωρείται η πιο επιτυχημένη ανάπτυξη υπερηχητικού πολιτικού αεροσκάφους αερογραμμών (SST), με την λειτουργία του να σημειώνει περισσότερα από 27 χρόνια. Η απόσυρση του το 2003 οφείλεται σε ποικιλία παραγόντων, όπως τα υψηλά λειτουργικά κόστη και κόστη συντήρησης, τη μείωση της ζήτησης καθώς και το περιβαλλοντικό του αποτύπωμα, σε επίπεδα θορύβου και εκπομπής ρύπων. Παρά την σηματοδότηση του πέρατος των υπερηχητικών πτήσεων, επίσημα το 2003 με την απόσυρση του Concorde, τα δυο αυτά αεροσκάφη αποτελούν υψηλά τεχνολογικά επιτεύγματα της εποχής τους και θεωρούνται ορόσημα της αεροναυπηγικής επιστήμης. Αξιολόγηση της αγοράς των SSTs νέας γενιάς Τα SSTs αναμένονται να εισέλθουν στην παγκόσμια αγορά πολιτικών αεροσκαφών συνυπάρχοντας με τα υποηχητικά, χωρίς όμως να τα αντικαταστήσουν. Υποστηρίζεται ότι τα SSTs χαμηλότερης χωρητικότητας επιβατών έχουν καλύτερες προοπτικές αμεσότερης εισαγωγής στην αγορά εξαιτίας της περιορισμένης ζήτησης και της αναγκαιότητας εκτέλεσης πτήσεων με υψηλή πληρότητα θέσεων. Συγκεκριμένα, τα μικρά υπερηχητικά business jets (SSBJ – Supersonic Business Jet) φαίνονται να είναι η καταλληλότερη αρχική επιλογή για την αγορά, αποτελώντας ταυτόχρονα ένα μέσο ανάπτυξης και ωρίμανσης τεχνολογιών για την επίτευξη μελλοντικών SSTs αερογραμμών (Airliners), διευρύνοντας την αγορά σε μεγαλύτερο πλήθος επιβατών, καλύπτοντας την ανάγκη τους για όλο και ταχύτερη μεταφορά [3]. Επίσης, η εισαγωγή των SSTs είναι πιθανότερο να περιοριστεί αρχικά σε δυνατότητες υπερηχητικής πτήσης αποκλειστικά μόνο πάνω από θάλασσα και υστερόχρονα να διευρυνθεί και πάνω από το έδαφος, εξαιτίας της ανάγκης ανάπτυξης τεχνολογιών περιορισμού των sonic booms [4]. Σε εισαγωγικό επίπεδο, η αγορά των SSTs απευθύνεται στο ίδιο κοινό με αυτή των σημερινών business / 1st class θέσεων, καθώς οι τιμές των εισιτηρίων εκτιμούνται ότι θα είναι παρόμοιες [5], και στους ιδιοκτήτες ιδιωτικών αεροσκαφών. Κανονισμοί και πρότυπα Ανάπτυξη περιβαλλοντικών προτύπων υπερηχητικών αεροσκαφών Στο πλαίσιο της αξιολόγησης και ελέγχου του περιβαλλοντικού αποτυπώματος της πολιτικής αεροπορίας, ο Διεθνής Οργανισμός Πολιτικής Αεροπορίας (International Civil Aviation Organization – ICAO) έχει καθιερώσει διεθνή πρότυπα και συνιστώμενες πρακτικές (Standards and Recommended Practices – SARPs) για την πιστοποίηση αεροσκαφών και αεροκινητήρων. Συγκεκριμένα, ο ICAO μέσω της Annex 16 δραστηριοποιείται σε τέσσερα (4) επίπεδα, αυτά του παραγόμενου θορύβου από τα αεροσκάφη, τις εκπομπές ρύπων των αεροκινητήρων, τα επίπεδα εκπομπών CO2 και τη μείωση εκπομπών άνθρακα (Carbon Offsetting and Reduction Scheme for International Aviation – CORSIA). Αξίζει να σημειωθεί ότι οι κανονισμοί του ICAO ανανεώνονται και συχνά θέτουν πιο αυστηρούς περιβαλλοντικούς κανόνες. Ο ICAO εργάζεται και στην ανάπτυξη προτύπων για τα SSTs, συμπεριλαμβανομένης της θέσπισης διαδικασιών τεχνικών δοκιμών πτήσης για πιστοποίηση θορύβου. Κατά τη διάρκεια του κύκλου CAEP/11 (2016-2019) σημειώθηκε πρόοδος στον εντοπισμό τοποθεσιών μέτρησης θορύβου, στην επιλογή κατάλληλων τρόπων μέτρησης θορύβου και στην αξιολόγηση των επιπρόσθετων δυνατοτήτων που δίδονται από την πρόβλεψη των sonic booms κατά τη φάση πιστοποίησης υπερηχητικής πτήσης. Μια διερευνητική μελέτη σχετικά με τις επιπτώσεις του θορύβου στην φάση της απογείωσης και της προσγείωσης LTO (Landing and Take-Off) θα πραγματοποιηθεί κατά τη διάρκεια του κύκλου CAEP/12 (2019-2022), συνεισφέροντας στην καλύτερη κατανόησης του LTO θορύβου και την ανάδειξη των διαδικασιών και των προτύπων περιορισμού του. Αναμένεται ότι η καθιέρωση και υλοποίηση πιστοποιήσεων SSTs αναμένεται να μπορεί να πραγματοποιηθεί μεταξύ των 2020-2025. Καθώς η τεχνολογία μείωσης θορύβου ωριμάζει, η Ομοσπονδιακή Υπηρεσία Αεροπορίας (Federal Aviation Administration – FAA) συνεργάζεται με τη διεθνή κοινότητα για να καθορίσει εάν χρειάζονται αυστηρότερα πρότυπα περιορισμού του παραγόμενου θορύβου. Όταν αυτό συμβαίνει, η διεθνής κοινότητα, μέσω του Διεθνούς Οργανισμού Πολιτικής Αεροπορίας (ICAO), διεξάγει μια ολοκληρωμένη ανάλυση για να καθορίσει τα νέα πρότυπα. Η FAA έχει θεσπίσει όρια στα επιτρεπόμενα επίπεδα εκπομπών θορύβου αεροσκαφών, με τον 14 CFR Part 36 κανονισμό. Τα αεροσκάφη οφείλουν να πληρούν τα θεσπισμένα πρότυπα για τη λήψη νέων ή αναθεωρημένων πιστοποιητικών “τύπου” ή αξιοπλοϊμότητας για λειτουργία τους εντός των Η.Π.Α. Σημειώνεται ότι αυτή τη στιγμή η υπερηχητική πτήση πολιτικών αεροσκαφών απαγορεύεται πάνω από τα εδάφη των ΗΠΑ και σε απόσταση τέτοια που οποιοδήποτε sonic boom φτάσει στις ακτές των ΗΠΑ, χωρίς την έγκριση της FAA, συμφώνως του 14 CFR Part 91.817. Ωστόσο, η FAA έχει ηγετική θέση στη δημιουργία ομοσπονδιακών και διεθνών πολιτικών, κανονισμών και προτύπων για την πιστοποίηση, την ασφαλή και αποτελεσματική λειτουργία των SSTs. SSTs νέα γενιάς Η νέα γενιά SSTs θα είναι περιβαλλοντικά φιλική, οικονομικά βιώσιμη και τεχνολογικά υλοποιήσιμη. Οι τάσεις σχεδιασμού υποδεικνύουν την ανάπτυξη αεροσκαφών με χαμηλά επίπεδα παραγόμενου θορύβου και καυσαερίων και ταυτόχρονα ελαχιστοποιημένη κατανάλωση καυσίμου ανά επιβάτη ανά nmi. Σε επίπεδο βιομηχανίας, οι προσπάθειες ανάπτυξης υπερηχητικών πολιτικών αεροσκαφών επικεντρώνονται κυρίως στις εταιρείες Boom Supersonic [13], Spike Aerospace [14] και την Aerion