Τεχνολογικές Εξελίξεις στην Αεροδιαστημική Βιομηχανία

Η αεροδιαστημική βιομηχανία εξελίσσεται συνεχώς μαζί με τις τεχνολογικές εξελίξεις, επιτρέποντάς της να βελτιώσει την ανταγωνιστικότητά της και την ερευνητική της ικανότητα, ενώ λειτουργεί ως κινητήριος δύναμη για την πρόοδο σε άλλους κλάδους. Η μεγάλη ανάπτυξη και οι επενδύσεις στην Ε&Α οδηγεί στην εμφάνιση ψηφιακών δυνατοτήτων σε τομείς όπως τα σύνθετα υλικά, τα καύσιμα, οι επικοινωνίες και η ασφάλεια, των οποίων η εφαρμογή και προσαρμογή σε διαστημικά προγράμματα θα έχει σημαντικό αντίκτυπο τα επόμενα χρόνια.

Με ετήσια επένδυση 20 δισεκατομμυρίων δολαρίων στην καινοτομία, σύμφωνα με πρόσφατη μελέτη των «Aviation Week Network» και «KPMG», ο αεροδιαστημικός τομέας βρίσκεται στην πρώτη γραμμή πολλών τεχνολογικών πεδίων, ενεργώντας ως πηγή και έναυσμα ανακαλύψεων και σημαντικών προόδων, σύμφωνα με τον Δρ Javier Ventura-Traveset (Διευθυντής του Επιστημονικού Γραφείου Δορυφορικής Πλοήγησης Galileo και εκπρόσωπος του Ευρωπαϊκού Οργανισμού Διαστήματος (ESA) στην Ισπανία).

Σε διεθνές επίπεδο, η NASA εξακολουθεί να είναι ο οργανισμός που επενδύει τα περισσότερα χρήματα στον τομέα, ενώ η Ευρώπη είναι δεύτερη από άποψη συνολικής συνεισφοράς, «μια συνεισφορά που αυξήθηκε σημαντικά στην τελευταία υπουργική σύνοδο των χωρών μελών της ESA». Επιπλέον, η Ρωσία, η Ιαπωνία και η Ινδία αυξάνουν επίσης τις επενδύσεις τους σε διαστημικά προγράμματα και τεχνολογίες, και ιδιαίτερα η Κίνα, η οποία θεωρεί επί του παρόντος τον διαστημικό τομέα τεχνολογική προτεραιότητα. Η Κίνα εκτόξευσε περισσότερους πυραύλους από οποιαδήποτε άλλη χώρα στον κόσμο από το 2019  ως σήμερα. Σε κάθε περίπτωση, η διεθνής συνεργασία στις τεχνολογικές εξελίξεις είναι απαραίτητη για την υποστήριξη της αεροδιαστημικής βιομηχανίας. 

Τεχνολογικές Τάσεις

Μερικές από τις πιο πρωτοποριακές βασικές τεχνολογίες που αναπτύσσονται αυτή τη στιγμή:

• Τεχνολογίες που σχετίζονται με την πρόωση και την αεροδυναμική σε πυραύλους και δορυφόρους: Ανταγωνιστικές εναλλακτικές λύσεις σε σχέση με τους σημερινούς κινητήρες διερευνώνται, όπως ηλεκτρικά συστήματα πρόωσης που βασίζονται στον παλμικό προωθητήρα πλάσματος (PPT: Pulsed Plasma Thruster) για δορυφόρους και η ανάπτυξη επαναχρησιμοποιήσιμων κινητήρων για εκτόξευση. Ένας ηγέτης του κλάδου είναι η Airbus, η οποία πρόσφατα αποκάλυψε τρεις ιδέες για το πρώτο εμπορικό αεροσκάφος μηδενικών εκπομπών υδρογόνου στον κόσμο που θα μπορούσε να λειτουργήσει μέχρι το 2035. Αυτές οι τρεις ιδέες βασίζονται στο υδρογόνο ως κύριο καύσιμο, μια επιλογή που υπόσχεται εξαιρετικά καθαρό καύσιμο αερομεταφορών. Οι προτάσεις της Airbus, αναφέρονται σε αλλαγές στη διαμόρφωση του σκάφους, που θα συμβάλουν στη μείωση της ποσότητας του απαιτούμενου καυσίμου. 

Μια άλλη επιλογή καυσίμου που ερευνάται από πολλές εταιρείες αεροδιαστημικής είναι η μετατροπή του διοξειδίου του άνθρακα σε βιώσιμο καύσιμο αεροσκαφών ή SAF. Το SAF είναι μια εναλλακτική λύση στα καύσιμα αεριωθουμένων που χρησιμοποιεί μη πετρελαϊκή βάση και προσφέρει χαμηλότερες εκπομπές αερίων θερμοκηπίου από το τυπικό καύσιμο αεριωθουμένων. Εκτός από το υδρογόνο, τα καύσιμα με βάση τα φυτικά έλαια και τα καύσιμα με βάση το διοξείδιο του άνθρακα κερδίζουν ερευνητικό ενδιαφέρον. Οι εταιρείες που μπορούν να προσφέρουν εναλλακτική προμήθεια καυσίμων έχουν υψηλή ζήτηση και λαμβάνουν σοβαρές επενδύσεις από τις αεροπορικές εταιρείες και τον κλάδο των αεροπορικών μεταφορών.

• Συστήματα υποστήριξης και προστασίας που σχετίζονται με αποστολές εξερεύνησης: Αυτά τα συστήματα τελευταίας τεχνολογίας αναπτύσσονται για το διάστημα, συμπεριλαμβανομένης της χρήσης ειδικής τεχνικής ψύξης για τη διατήρηση των κατάλληλων θερμοκρασιών στις διαστημικές στολές.

• Εξαιρετικά πολύπλοκοι επιστημονικοί αισθητήρες και όργανα για επιστημονικές αποστολές και παρατήρησης της γης, με υψηλότερη ανάλυση και ευαισθησία.

• Τεχνολογίες πλοήγησης και δορυφορικών επικοινωνιών: Οι καινοτομίες οδηγούν σε νέες λύσεις και υπηρεσίες, όπως γεωστατικοί δορυφόροι υψηλής χωρητικότητας, δορυφόροι με μεγαλύτερη ευελιξία για δυναμική κατανομή πόρων, σχηματισμοί νανοδορυφόρων που παρέχουν υπηρεσίες διασύνδεσεις στο Internet of Things και μεγάλους σχηματισμούς ευρυζωνικών δορυφόρων.

• Εξυπνότερη Συντήρηση: Τα αεροσκάφη και τα διαστημόπλοια υφίστανται τεράστιες πιέσεις κατά τη διάρκεια της ζωής τους και οι αυστηρές απαιτήσεις για την ασφάλεια σημαίνουν ότι η συντήρηση είναι μια συνεχής ανησυχία. Η μη αυτόματη επιθεώρηση και διάγνωση κάθε συστήματος και εξαρτήματος εξοπλισμού απαιτεί απίστευτο χρόνο και ακρίβεια, επομένως μια καινοτομία προς την οποία κλίνουν πολλές εταιρείες αεροδιαστημικής είναι η χρήση του Διαδικτύου (IoT) και της Τεχνητής Νοημοσύνης (AI) για την αυτοματοποίηση τμημάτων της συντήρησης. Το IoT υιοθετείται ευρέως από εταιρείες συντήρησης και επισκευής αεροσκαφών για την προληπτική συντήρηση εξαρτημάτων και εξοπλισμού αεροσκαφών. 

Η ενσωμάτωση του IoT βοηθά στην αντιμετώπιση πολύπλοκων και δυνητικά επικίνδυνων καταστάσεων υιοθετώντας νέες τάσεις, όπως ενσωματωμένους αισθητήρες σε κινητήρες, οθόνες συσκευών, αποθήκευση δεδομένων και προόδους της τεχνολογίας πληροφοριών. Μεταμορφώνει τις καθημερινές εργασίες στην αεροπορία που κυμαίνονται από τη συναρμολόγηση και την κατασκευή έως τη συντήρηση και την ασφάλεια. Το IoT συνδυάζεται επίσης με AI για ενοποίηση συσκευών και διαχείριση δεδομένων. Η AI χρησιμοποιείται για να βοηθήσει στο φιλτράρισμα και την επεξεργασία αυτών των δεδομένων, έτσι ώστε οι τεχνικοί και οι μηχανικοί να έχουν γρήγορη πρόσβαση στις πληροφορίες που χρειάζονται για καλύτερες διαδικασίες συντήρησης και ασφάλειας. 

• Επιστήμη των Υλικών: Νέα υλικά υψηλής απόδοσης αναπτύσσονται για τις απαιτήσεις μελλοντικών προϊόντων, όπως προηγμένα ελαφρά κράματα, υλικά υψηλής αντοχής θερμοκρασίας, επιστρώσεις, πολυλειτουργικά σύνθετα υλικά, υλικά για νέες διεργασίες όπως η κατασκευή προσθέτων, η τρισδιάστατη εκτύπωση κ.λπ. Στο παρελθόν, η τρισδιάστατη εκτύπωση, πιο επαγγελματικά γνωστή ως κατασκευή προσθέτων, δεν ήταν πολύ χρήσιμη στην αεροδιαστημική βιομηχανία εκτός της ταχείας δημιουργίας πρωτοτύπων. Ωστόσο, αναπτύχθηκαν νέα κράματα που επέτρεψαν στην κατασκευή προσθέτων ικανών να πληρούν αυτές τις αυστηρές απαιτήσεις και οι μηχανικοί αρχίζουν να συνειδητοποιούν ότι η κατασκευή προσθέτων προσφέρει περισσότερα στην αεροδιαστημική βιομηχανία. Ο σχεδιασμός εξαρτημάτων για την κατασκευή προσθέτων δεν είναι εύκολος. δεν είναι σαν να συνδυάζετε ένα διασκεδαστικό έργο σε λογισμικό CAD στο σπίτι. Η διαδικασία εκτύπωσης πρέπει να σχεδιάζεται με τρόπο ώστε να αποφεύγεται η παραμόρφωση και η καταπόνηση. Η διαδικασία εκτύπωσης πρέπει να ενισχυθεί και τελιοποιηθεί, δημιουργώντας έναν άλλο τομέα-πεδίο με υψηλή ζήτηση στον κλάδο της αεροδιαστημικής μηχανικής και τεχνολογίας. 

• Εξαιρετικά προηγμένη μεθοδολογία για τη διαχείριση πολύπλοκων προγραμμάτων και συστημάτων: Η αεροδιαστημική μηχανική καινοτομεί όσον αφορά τα μοντέλα για τη βελτίωση του σχεδιασμού, της τεκμηρίωσης και των διαδικασιών ασφάλειας. Ορισμένες από αυτές τις τεχνολογικές τάσεις οδηγούν σε συγκεκριμένα επιτεύγματα, όπως το υψηλό επίπεδο σμίκρυνσης των εξαρτημάτων, την ένταξη της εγκάρσιας τεχνολογίας στο διαστημικό πεδίο, όπως η τεχνητή νοημοσύνη, η επεξεργασία μεγάλων όγκων δεδομένων (Big Data) και οι δυνατότητες κβαντικής τεχνολογίας στον τομέα των επικοινωνιών και της ασφάλειας

• Αυτόνομα Συστήματα Πτήσης, Επικοινωνία και Τεχνητή Νοημοσύνη: Η συντήρηση δεν είναι ο μόνος τομέας όπου εφαρμόζεται η τεχνητή νοημοσύνη. Η αυτοματοποίηση συστημάτων βρίσκεται σε άνοδο στην αεροδιαστημική μηχανική, σχεδόν σε κάθε πτυχή της πτήσης  και πολλές διεργασίες υποβοηθούνται από την τεχνητή νοημοσύνη. Αλλά όταν αφαιρείτε το ανθρώπινο στοιχείο και αφήνετε τους υπολογιστές να επικοινωνούν μεταξύ τους, η προσέγγιση μπορεί να είναι συνεχής, επειδή μπορείτε να παρακάμψετε την καθυστέρηση στην επικοινωνία που προκύπτει από τον έλεγχο των ανθρώπων. Όμως οι υπολογιστές μπορούν απλώς να το κάνουν πολύ πιο γρήγορα. Η τεχνητή νοημοσύνη μπορεί να χειριστεί πολύ πιο περίπλοκα προβλήματα από τους ανθρώπους και μπορεί να αναλύσει χιλιάδες αποτελέσματα σχεδόν αμέσως, σε σύγκριση με το χρόνο που χρειάζεται ο ανθρώπινος εγκέφαλος για να επεξεργαστεί πληροφορίες. Ενώ θα υπάρχει πάντα ανάγκη για ανθρώπους στις διάφορες διαδικασίες της αεροδιαστημικής τεχνολογίας, η τεχνητή νοημοσύνη μπορεί να κάνει την επικοινωνία πολύ πιο γρήγορη και τα δεδομένα πολύ πιο εύκολα στην επεξεργασία. 

• Η ασφάλεια ως προτεραιότητα: Ακριβώς μία από τις βασικές και εγγενείς πτυχές των τεχνολογικών καινοτομιών στην αεροδιαστημική βιομηχανία σχετίζεται με την ασφάλεια: Για παράδειγμα, η ανάγκη που έχουμε να ορίσουμε αυστηρά μέτρα ασφαλείας σε τομείς όπως η εκτόξευση πυραύλων, τα επανδρωμένα διαστημόπλοια και προστασία των αστροναυτών, συστήματα υποστήριξης ζωής στον διεθνή διαστημικό σταθμό κ.λπ. Το εύρος επιρροής είναι μεγαλύτερο, καθώς είναι επίσης σημαντικό για την παροχή βασικών υπηρεσιών για την Ευρώπη, όπως η υπηρεσία πλοήγησης EGNOS για την πολιτική αεροπορία, το σύστημα πλοήγησης Galileo που εφαρμόζεται σε όλους τους τομείς της οικονομίας, οι δορυφόροι επικοινωνιών και η ασφάλεια στην παροχή δεδομένων γεωσκόπησης. Είναι επίσης ζωτικής σημασίας όσον αφορά το πρόβλημα που προκαλείται από τα διαστημικά σκουπίδια, τους κινδύνους συγκρούσεων με δορυφόρους σε τροχιά και τους κινδύνους που σχετίζονται με τις επιπτώσεις των ηλιακών καταιγίδων σε δορυφόρους ή αστροναύτες.

Παράλληλα είναι αναγκαιότητα η λειτουργία σε ακραίες συνθήκες: Οι δορυφόροι μας πρέπει να λειτουργούν σε συνθήκες υψηλού κενού με τεράστια ακτινοβολία, μεγάλες αποκλίσεις θερμοκρασίας κ.λπ..  Όλα αυτά συνεπάγονται, για παράδειγμα, ότι τα ηλεκτρονικά του σκάφους είναι πολύ αξιόπιστα ή ότι τα εξαρτήματα ζυγίζουν όσο το δυνατόν λιγότερο, ελαχιστοποιώντας το κόστος που σχετίζεται με τη θέση τους σε τροχιά. Ακόμα κι έτσι, κατά την εκτόξευση της αποστολής, οι δορυφόροι εκτίθενται σε υψηλά επίπεδα θορύβου, κραδασμών και επιτάχυνσης, που μπορεί να προκαλέσουν παραμόρφωση ή θραύση εξαρτημάτων. Μόλις μπουν σε τροχιά, οι δορυφόροι θα εκτεθούν επίσης σε ακραίες συνθήκες, όπως απότομες αλλαγές θερμοκρασίας που μπορούν να προκαλέσουν θερμική καταπόνηση, δονήσεις, ρωγμές κ.λπ. και την επίδραση των φορτισμένων σωματιδίων ή της υπεριώδους ακτινοβολίας από τον ήλιο. Η εις βάθος γνώση της φύσης των υλικών και η ανάπτυξη προηγμένων διαδικασιών παραγωγής είναι ουσιαστικής σημασίας για την ελαχιστοποίηση αυτών των τρωτών σημείων.

• Μη επανδρωμένη πτήση: Τα UAV, ή μη επανδρωμένα εναέρια οχήματα, έχουν ήδη μπει στη συνείδηση του κοινού. Είναι δύσκολο σήμερα να βρεις κάποιον που δεν έχει ακούσει ποτέ για drone – αλλά αυτό που έχουν τη δυνατότητα να κάνουν τα drones αυξάνεται ραγδαία. Ένοπλες Δυνάμεις, συμπεριλαμβανομένου του αμερικανικού στρατού, έχουν ήδη επενδύσει πολλά στις επιθετικές δυνατότητες της μη επανδρωμένης πτήσης, όπως και διάφορες διαστημικές υπηρεσίες που ενδιαφέρονται για ανιχνευτές και δορυφόρους. Ωστόσο, η τεχνολογία των drone γίνεται ολοένα και πιο πολιτική, με αυξανόμενο ενδιαφέρον για οχήματα αστικής αεροπορικής κινητικότητας (UAM). Τα drones μεταφοράς και παράδοσης υλικών δοκιμάστηκαν για πρώτη φορά από την Amazon το 2016 και ενώ το έργο δεν έχει ακόμη ξεκινήσει σε πλήρη κλίμακα, τα αυτόνομα drones υπόσχονται να φέρουν επανάσταση στις διεργασίες παράδοσης. Η ανάπτυξη τέτοιων οχημάτων για αστική χρήση συνεπάγεται όχι μόνο προόδους στην πλοήγηση αλλά και στην πρόωση και την τροφοδοσία καυσίμων, λόγω της ανάγκης να διατηρηθούν χαμηλά τόσο οι εκπομπές όσο και τα επίπεδα θορύβου. 

Με όλες αυτές τις καινοτομίες και μια νοοτροπία ανάπτυξης σε ολόκληρη τη βιομηχανία, η αεροδιαστημική βιομηχανία επεκτείνεται συνεχώς. Αυτές οι νέες τεχνολογίες θα χρειαστούν χρόνο έρευνας και ανάπτυξης, δημιουργία πρωτότυπου, δοκιμή και παραγωγή.

Πηγές:

• Ευρωπαϊκός Οργανισμός Διαστήματος (ESA)
• Aviation Week Network
• Mapfre Global Risks