导读：据russian网站2月6日报道，俄罗斯中央航空发动机研究院CIAM计划完成对氢燃料电池推进系统的研究工作，根据该公司在网站上的说明，预计混合动力将使飞机的飞行时间增加3~4倍。俄罗斯联合发动机公司的专家们目前正在研究在航空项目中使用氢燃料，这些努力的目标是制造使用氢燃料飞行的飞机。然而，据专家称，在这条道路上，俄罗斯和外国工程师将不得不解决许多与安全相关的问题，以及为此类飞机的运行创建基础设施。那么俄罗斯乃至世界氢能航空发展前景如何？
CIAM团队开发的原型混合动力
今年，俄罗斯计划完成使用氢作为燃料电池的飞机混合动力装置（HPU）的研究工作。该研究所的网站表示：“2022年的计划包括测试Sigma-4E上的电气部分，在下一阶段，由于安装了氢燃料电池，飞机的动力装置将变为混合动力。”
电动飞机“Sigma-4E”
CIAM还表示：“它的不仅将使用基于VK-2500发动机作为基础，而且还将使用液态氢作为燃料和制冷剂，这有效的降低了温度，从而使得电机功率几乎增加了3倍，这使得整个动力装置能同时保持重量和尺寸特性符合飞行要求。”
Aviapanorama 杂志副主编、俄罗斯荣誉军事飞行员弗拉基米尔·波波夫（Vladimir Popov）表示，CIAM项目满足了现代航空的当前需求。据他介绍，研究所Baranova拥有实施这些计划的必要基础。
“氢燃料电池可以显着提高混合动力推进系统的性能，特别有希望的是它与电动机结合使用。使用氢作为燃料的效率将非常高，从而使得这类飞机的飞行范围会显著提高。”波波夫解释说。
早些时候，联合发动机公司宣布开始建造氢燃料飞机发动机。
联合发动机公司总设计师尤里·什莫廷（Yuri Shmotin）在2021年国际航空和太空沙龙的间隙发表讲话时表示，在航空中使用氢燃料是最有前途的领域之一。他说：“我们正在考虑两种主要技术：氢燃料在改进型航空发动机中的直接燃烧，以及使用燃料电池将燃料电化学转化为电能。”
前苏联的氢客机研究
氢作为飞机燃料的开发始于几十年前，这一领域的先驱者是苏联。在前苏联科学和工业界的努力下，其基于图-154客机的基础创建了图-155飞行实验室，该飞行实验室配备了NK-88发动机，该发动机也能够使用低热值燃料，包括氢气，当时，苏联工程师研究工作在世界上其它地方没有类似的。
如您所知，氢气的导热系数是传统航空煤油的3倍，在所有气态物质中，该指标处于领先地位。同时，氢气被认为是一种环保燃料，因为在燃烧过程中它只会释放水和少量的氮氧化物。
然而，氢气是容易爆炸的——在环境中，氢含量浓度为4%到75%时会发生爆炸。这种气体的储存和运输只能在液态下进行，这需要保持极低的温度。苏联工程师考虑到这些情况，因此重新设计了飞机燃料管线的布局，以便图-155可以使用低温燃料。
图波列夫公司设计副总经理瓦列里·索洛佐博夫（Valery Solozobov）参与了图-155飞行实验室的创建。他表示：“在飞机客舱所在的机身尾部，配备了一个密封舱，并在其中安装了一个可容纳20立方米液态氢的低温罐，采用真空绝热，可保持机舱内的低温，邮箱长期低于-253°C。“
飞行实验室中的液氢是使用高压涡轮泵装置提供的，为了确保安全，几乎所有的电线都从低温储罐舱中移除，从而消除了产生火花的可能性。
图-155飞行实验室
此外，工程师设计并安装了一个排水系统，将氢气从储罐中排出，使其与发动机和电源保持安全距离。总的来说，液氢的使用需要创建30多个额外的机载系统。
然而，图-155从未变成全氢飞机。在飞行实验室的3台发动机中，只有一台使用氢燃料工作。这架飞机于1988年4月15日首飞，1989年，该飞机开始使用另外一种替代燃料液化天然气起飞。苏联解体后，这架极具创意的图-155飞机最终没有投入使用。
目前，在世界范围内，除了CIAM和UEC之外，作为世界领先的客机和运输机制造商之一空客公司也正在飞机技术中实施氢技术。该公司有信心，未来的航班一定会使用所谓的绿色氢作为燃料，人类对实现碳中和寄予厚望。
然而，迄今为止，还没有开发出用于提取“绿色氢”的最佳方法，目前仍然依赖在电解过程中形成的，从财务角度来看，这是一种能源密集型且成本高昂的过程。在俄罗斯，俄罗斯国家能源研究所正在努力降低成本，在德国，西门子公司也正在进行类似努力，两家公司都主要在改进风力发电技术方面看到了出路。
国家能源研究所副所长亚历山大弗罗洛夫表示：“目前的议程表明，人类正在努力转向绿色氢，但到目前为止，增加其产量在经济上并不是很可行。要使氢成为绿色，电力必须来自可再生能源——风电或太阳能。”
氢燃料基础设施
尽管如此，空客公司还是看好绿色氢气提取技术的发展，其预计随着氢产量规模的不断发展，电解成本将下降。因此，到2050年，绿色氢有望成为地球上最常见的能源载体之一。预计到2035年，这种燃料驱动的飞机将推向市场。
2020年10月，空客公司发布了3款前景广阔的不同尺寸的氢飞机概念图。为了制造氢飞机，该公司计划采用已经使用氢气的汽车和航天工业相关技术。此外，空客工程师必须解决储氢问题，减少新燃料运行设备的质量并降低其成本。
空客公司认为，未来机场将从自己的电解厂接收氢气，氢气也将冷却至安全的液态。
空客公司的氢燃料飞机概念图
英国工业界也酝酿了雄心勃勃的氢航空发展计划。去年12月，英国航空航天技术研究所提出了FlyZero项目，该项目提供了一种可容纳279名乘客的氢燃料宽体客机。
假设与图-155一样，该飞机将使用储存在油箱中的液态氢，温度约为-250°C。据英国专家预测，从本世纪30年代中期开始，氢动力飞机的性能将优于传统航空客机。
根据波波夫的说法，氢燃料使用技术的进一步发展确实可以导致氢动力飞机在许多参数上超过传统燃气涡轮发动机的客机。尽管如此，在未来15到20年内，在氢航空领域取得具体实际成果仍然充满了挑战。
“氢燃料与强大的高性能电池结合使用的前景看起来很有希望。但应该理解，很多技术问题必须解决。这里最重要的是安全。工程师们需要制造出这样一种飞机，在这种飞机中，火灾和爆炸危险的各个方面都将得到最高水平的考虑。”波波夫强调说。
弗罗洛夫认为，目前尚未积累足够的技术基础来制造具有竞争力的氢动力飞机。专家表示，除了确保安全之外，氢气的运输和储存等问题尚未解决，也是氢能航空发展的障碍。
“我很难想象与空中交通相关的氢基础设施将如何组织起来。但我可以假设，随着氢能系统本身的发展，大量技术（工程）问题将会被一一解决。如何这个假设成立，在我看来，氢航空发展确实挺着急。”弗罗洛夫总结道。