طائرات تعمل بالهيدروجين

في فبراير 1957، حلّقت طائرة مارتن بي-57 بي التابعة للجنة الاستشارية الوطنية للملاحة الجوية (NACA) باستخدام الهيدروجين لمدة 20 دقيقة لتشغيل أحد محركيها من طراز رايت جيه 65 بدلاً من وقود الطائرات النفاثة. ^{[ 19 ]} وفي 15 أبريل 1988، زُوّدت طائرة توبوليف تو-155 بخزان وقود هيدروجيني في جسمها، واستخدمت محركًا يعمل بالهيدروجين في إحدى حجرات المحرك، بينما كان المحركان الآخران قياسيين ^{[ 20 ]} من طراز توبوليف تو-154 المعدّل .

قامت شركة بوينغ بتحويل طائرة دايموند DA20 ذات المقعدين للعمل بخلايا وقود صممتها وبنتها شركة إنتليجنت إنرجي . ^{[ 21 ]} حلقت الطائرة لأول مرة في 3 أبريل 2008. ^{[ 22 ]} أما طائرة أنتايرس DLR-H2 فهي طائرة تعمل بالهيدروجين من إنتاج شركة لانج للطيران ومركز الفضاء الألماني . ^{[ 23 ]} وفي يوليو 2010، كشفت بوينغ النقاب عن طائرتها بدون طيار فانتوم آي التي تعمل بالهيدروجين، وتستخدم محركين مكبسيين معدلين من شركة فورد موتور . ^{[ 24 ]}

في عام 2010، اختتمت طائرة Rapid 200FC ست تجارب طيران باستخدام غاز الهيدروجين كوقود . وقد طُوّرت الطائرة ونظامها الكهربائي ونظام الطاقة ضمن مشروع ENFICA-FC التابع للاتحاد الأوروبي ، والذي نسّقته جامعة بوليتكنيكو دي تورينو . ^{[ 25 ]} يُخزّن غاز الهيدروجين عند ضغط 350 بار، ويغذي خلية وقود بقدرة 20 كيلوواط (27 حصانًا) تُشغّل بدورها محركًا كهربائيًا بقدرة 40 كيلوواط (54 حصانًا) بالإضافة إلى بطارية ليثيوم بوليمر بقدرة 20 كيلوواط (27 حصانًا) .       

في 11 يناير 2011، أكملت طائرة بدون طيار من طراز AeroVironment Global Observer رحلتها الأولى باستخدام نظام دفع يعمل بالوقود الهيدروجيني. ^{[ 26 ]}

طُوِّرت هذه المركبة من قِبَل شركة H2Fly، وهي شركة منبثقة عن معهد DLR الألماني لهندسة الديناميكا الحرارية. وكانت مركبة DLR HY4 ذات الأربعة مقاعد تعمل بخلايا وقود الهيدروجين. وقد أُجريت أول رحلة تجريبية لها في 29 سبتمبر 2016. ^{[ 27 ]}

قامت شركة H2FLY الألمانية بتصنيع طائرة HY4. وقد أنجزت هذه الطائرة أول رحلة تجريبية مأهولة في العالم لطائرة كهربائية تعمل بالهيدروجين السائل . وأجرت أربع رحلات تجريبية من ماريبور ، سلوفينيا، مستخدمةً الهيدروجين السائل فقط لتشغيل نظام الدفع بخلايا الوقود. ووفقًا لشركة H2FLY، فإن استخدام الهيدروجين السائل المخزن بالتبريد الشديد بدلاً من الهيدروجين الغازي مكّن من مضاعفة مدى الطائرة، من 750  كيلومترًا (466 ميلًا) إلى حوالي 1500  كيلومتر (932 ميلًا)، وذلك بفضل انخفاض وزن وحجم الخزان بشكل ملحوظ. ^{[ 28 ]}

تتسع طائرة HY4 لأربعة ركاب وتتميز بتصميم ذي هيكل مزدوج. تبلغ سرعتها القصوى 125  ميلاً في الساعة وسرعة إبحارها 90  ميلاً في الساعة. ^{[ 28 ]}

لديها القدرة على تخزين 9 كيلوغرامات (20 رطلاً) من الهيدروجين، و4 خلايا وقود بقدرة 11 كيلوواط ، وبطاريتين بقدرة 10 كيلوواط ساعة. ^{[ 29 ]}    

في 19 يناير 2023، أجرت شركة زيرو أفيا رحلة تجريبية على متن طائرتها دورنير 228، حيث استُبدل أحد محركاتها التوربينية بمحرك هيدروجيني-كهربائي نموذجي في المقصورة، يتألف من خليتي وقود وبطارية ليثيوم أيون لتوفير الطاقة القصوى. ^{[ 30 ]} والهدف هو الحصول على نظام معتمد بحلول عام 2025 لتشغيل طائرات تحمل ما يصل إلى 19 راكبًا لمسافة تزيد عن 300 ميل بحري (560 كيلومترًا) . ^{[ 30 ]}  

في 2 مارس 2023، أجرت شركة يونيفرسال هيدروجين رحلة تجريبية على متن طائرة داش 8 تتسع لـ 40 راكبًا، مزودة بمحرك واحد يعمل بنظام توليد الطاقة الهيدروجيني الكهربائي الخاص بها. وقد تلقت الشركة طلبًا من شركة كونكت إيرلاينز لتحويل 75 طائرة من طراز ATR 72-600 إلى أنظمة توليد الطاقة الهيدروجينية الخاصة بها. ^{[ 31 ]}

في 8 نوفمبر 2023، قامت شركة إيرباص بتحليق طائرة شراعية معدلة من طراز Schempp-Hirth Arcus-M، أطلق عليها اسم Blue Condor، مزودة بمحرك احتراق الهيدروجين لأول مرة، باستخدام الهيدروجين كمصدر وحيد للوقود. ^{[ 32 ]}

في 24 يونيو 2024، أكملت طائرة جوبي للطيران التجريبية S4 eVTOL ، التي أُعيد تجهيزها بمحرك هيدروجيني-كهربائي في مايو، رحلةً قياسيةً دون توقف لمسافة 523 ميلاً، أي أكثر من ثلاثة أضعاف مدى النسخة التي تعمل بالبطارية. وهبطت الطائرة مع بقاء 10% من وقود الهيدروجين السائل في خزان الوقود المبرد، وكان بخار الماء هو الانبعاثات الوحيدة أثناء الطيران. وقد وفر نظام خلايا وقود الهيدروجين الطاقة للمراوح الكهربائية الست للطائرة eVTOL خلال رحلتها، بينما وفرت بطارية صغيرة طاقة إضافية للإقلاع والهبوط. ^{[ 33 ] [ 34 ]} استحوذت شركة الطيران الأمريكية على شركة H2FLY الألمانية المتخصصة في تطوير رحلات الهيدروجين، والمعروفة بتقدمها في مجال الدفع الهيدروجيني-الكهربائي. واستنادًا إلى هذه التقنية، دمجت جوبي أنظمة مماثلة للهيدروجين السائل (LH2) في طائرة تجريبية للإقلاع والهبوط العمودي تعمل بالهيدروجين والكهرباء، وهي SHy4. ^{[ 35 ]} في 11 يوليو، أعلنت شركة جوبي للطيران أن طائرتها التجريبية أكملت رحلةً لمسافة 523 ميلاً في يونيو، أي أكثر من خمسة أضعاف المدى الذي يمكن تحقيقه باستخدام نظام الدفع الكهربائي القياسي للشركة. كان النموذج الأولي قبل الإنتاج مزودًا بخزان وقود هيدروجين سائل ونظام خلايا وقود هيدروجينية. ووفقًا للشركة المصنعة، هبطت الطائرة، التي سبق لها أن قطعت أكثر من 25000 ميل باستخدام الطاقة الكهربائية، مع بقاء 10% من حمولة وقود الهيدروجين فيها. وقد تعاون فريق الهندسة في جوبي مع شركة H2Fly المتخصصة في أنظمة الدفع الهيدروجيني، ومقرها شتوتغارت. ^{[ 36 ]}

في عام 1975، أعدت شركة لوكهيد دراسةً لطائرات النقل دون سرعة الصوت التي تعمل بالهيدروجين السائل لصالح مركز لانغلي التابع لوكالة ناسا  ، استكشفت فيها طائرات ركاب تحمل 130 راكباً لمسافة 2780 كم (1500  ميل بحري)؛ و200 راكب لمسافة 5560  كم (3000  ميل بحري)؛ و400 راكب لمسافة 9265  كم (5000  ميل بحري). ^{[ 37 ]}

بين أبريل 2000 ومايو 2002، مولت المفوضية الأوروبية نصف دراسة الطائرة المبردة التي قادتها شركة إيرباص ، والتي قيّمت التكوينات والأنظمة والمحركات والبنية التحتية والسلامة والتوافق البيئي وسيناريوهات الانتقال. ^{[ 38 ]} وتم تصور تكوينات متعددة: طائرة رجال أعمال تتسع لـ 12 راكبًا بمدى 3500 ميل بحري (6500 كم) ، وطائرة ركاب إقليمية تتسع لـ 44 راكبًا بمدى يزيد عن 1500 ميل بحري (2800 كم) و70 راكبًا بمدى يزيد عن 2000 ميل بحري (3700 كم) ، وطائرة متوسطة المدى ضيقة البدن تتسع لـ 185 راكبًا بمدى يزيد عن 4000 ميل بحري (7400 كم) ، وطائرة طويلة المدى عريضة البدن تتسع لما بين 380 و550 راكبًا بمدى يزيد عن 8500 ميل بحري (15700 كم) . ^{[ 39 ]}          

في سبتمبر 2020، قدمت شركة إيرباص ثلاثة نماذج أولية لطائرات تعمل بوقود الهيدروجين من طراز ZEROe ، بهدف دخولها الخدمة التجارية بحلول عام 2035: ^{[ 40 ]} طائرة توربينية مروحية تتسع لـ 100 راكب، وطائرة توربينية مروحية تتسع لـ 200 راكب، وتصميم مستقبلي يعتمد على هيكل جناح مدمج . ^{[ 41 ]} وتُزود هذه الطائرات بالطاقة بواسطة توربينات غازية بدلاً من خلايا الوقود. ^{[ 42 ]}

في ديسمبر 2021، قدم معهد تكنولوجيا الفضاء البريطاني (ATI) دراسة FlyZero حول استخدام الهيدروجين السائل المبرد في التوربينات الغازية لتصميم طائرة تتسع لـ 279 راكبًا بمدى يصل إلى 9720 كيلومترًا (5250 ميلًا بحريًا) . ^{[ 43 ]} ويحظى معهد ATI بدعم من شركات إيرباص، ورولز رويس، وجي كي إن، وسبيريت، وجنرال إلكتريك، ورياكشن إنجنز، وإيزي جيت، وناتس ، وبيلكان ، وإيتون ، وموت ماكدونالد ، ومركز تكنولوجيا الطيران ( MTC ) .  

في أغسطس 2021، زعمت حكومة المملكة المتحدة أنها أول من وضع استراتيجية للهيدروجين. وتضمن هذا التقرير استراتيجية مقترحة للطائرات التي تعمل بالهيدروجين إلى جانب وسائل النقل الأخرى. ^{[ 44 ]}

في مارس 2022، كشفت شركة فلاي زيرو عن تفاصيل طائراتها التجريبية الثلاث:

• تحتوي الطائرة الإقليمية FZR-1E ذات الـ 75 مقعدًا على ستة محركات دفع كهربائية تعمل بخلايا الوقود، وهي بحجم مماثل لطائرة ATR 72 مع قطر جسم أكبر يبلغ 3.5 متر (11 قدمًا) مقارنة بـ 2.8 متر (9 أقدام وبوصتين ) لاستيعاب تخزين الهيدروجين، وذلك لسرعة طيران تبلغ 325 عقدة (602 كم/ساعة) ومدى طيران يبلغ 800 ميل بحري (1500 كم) ؛         
• تتميز طائرتها FZN-1E ذات الجسم الضيق بمحركات توربينية تعمل بالهيدروجين مثبتة في الخلف، وذيل على شكل حرف T ، وأجنحة أمامية مثبتة في المقدمة ، وهيكل أطول بمقدار 10 أمتار (33 قدمًا) من طائرة إيرباص A320neo، حيث يصل عرضها إلى متر واحد (3 أقدام و3 بوصات) في الخلف لاستيعاب خزاني وقود مبردين، وجناح أكبر يتطلب أطراف جناح قابلة للطي لمدى يصل إلى 2400 ميل بحري (4400 كم) بسرعة طيران تبلغ 450 عقدة (830 كم/ساعة) ؛         
• تُقارن طائرة FZM-1G الصغيرة ذات الجسم العريض بطائرة بوينغ 767-200ER ، حيث تنقل 279 راكباً لمسافة تزيد عن 5750 ميلاً بحرياً (10650 كم) ، ويبلغ قطر جسمها 6 أمتار (20 قدماً)، وهو أقرب إلى قطر جسم طائرتي A350 أو 777X ، ويبلغ طول جناحيها 52 متراً (171 قدماً) ضمن حدود بوابة المطار ، مع وجود المحركات أسفل الجناح وخزانات الوقود أمام الجناح. ^{[ 45 ]}      

في مارس 2021، أعلنت شركة كرانفيلد لحلول الفضاء الجوي عن تحويل مشروع فريسون من البطاريات إلى الهيدروجين لتحديث طائرة بريتن-نورمان آيلاندر ذات التسعة مقاعد ، وذلك لعرضها في سبتمبر 2022. ^{[ 46 ]} يحظى مشروع فريسون بدعم معهد تكنولوجيا الفضاء الجوي بالشراكة مع وزارة الأعمال والطاقة والاستراتيجية الصناعية في المملكة المتحدة وهيئة الابتكار في المملكة المتحدة .

تسعى شركة برات آند ويتني إلى دمج تصميم محركها التوربيني المروحي ذي التروس مع مشروعها "محرك التوربين المُبخّر بالبخار الهيدروجيني" (HySIITE)، بهدف تجنب انبعاثات ثاني أكسيد الكربون، وخفض انبعاثات _أكاسيد النيتروجين بنسبة 80%، وتقليل استهلاك الوقود بنسبة 35% مقارنةً بمحرك PW1100G الحالي الذي يعمل بوقود الطائرات النفاثة، وذلك لدخوله الخدمة بحلول عام 2035 بهيكل طائرة متوافق. ^{[ 47 ]} في 21 فبراير 2022، منحت وزارة الطاقة الأمريكية، من خلال برنامج OPEN21 الذي تديره وكالة مشاريع البحوث المتقدمة للطاقة (ARPA-E)، شركة برات آند ويتني 3.8 مليون دولار أمريكي لمبادرة بحثية أولية مدتها سنتان، لتطوير غرفة الاحتراق والمبادل الحراري المستخدم لاستعادة بخار الماء في تيار العادم، والذي يُحقن في غرفة الاحتراق لزيادة قدرتها، وفي الضاغط كمبرد داخلي، وفي التوربين كمبرد. ^{[ 47 ]}

في فبراير 2022، أعلنت شركة إيرباص عن عرض تجريبي لمحرك توربيني مروحي يعمل بالهيدروجين السائل، حيث قامت شركة CFM International بتعديل غرفة الاحتراق ونظام الوقود ونظام التحكم لمحرك GE Passport ، المثبت على دعامة جسم الطائرة في نموذج أولي من طراز A380 ، ومن المتوقع أن تكون أول رحلة له في غضون خمس سنوات. ^{[ 48 ]}

في أبريل 2025، عرضت شركة "جرين آيرو بروبلشن" الناشئة محركها النفاث "بلو دراغون " ^{[ 49 ]} ، وهو أول محرك طائرات يعمل بالهيدروجين في الهند. وقد صُنعت المكونات الرئيسية بتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد، مثل البطانات المعدنية المطبوعة ثلاثية الأبعاد كوحدة واحدة والمكونات الحيوية. وكانت "جرين آيرو" قد أجرت سابقًا أبحاثًا على حاقنات الهيدروجين وغرف الاحتراق باستخدام منصات اختبار مخصصة مزودة بإمكانية الوصول البصري إلى غرفة الاحتراق، مما يتيح تحليلًا فوريًا لاستقرار اللهب وظاهرة ارتداد اللهب. ^{[ 50 ]}

في يوليو 2026، أعلنت شركتا إيرباص وإم تي يو إيرو إنجنز عن نيتهما إنشاء مشروع مشترك مخصص لتطوير وتسويق محرك يعمل بخلايا وقود الهيدروجين كهربائياً بالكامل. ^{[ 51 ]}

بحلول عام 2025، تم تقليص حجم العديد من المشاريع أو إلغاؤها نظرًا للحاجة إلى تغييرات جذرية في البنية التحتية، في حين يُستخدم الهيدروجين أيضًا لتوليد الطاقة اللازمة لإنتاج وقود الطيران الاصطناعي السائل المستدام. ^{[ 52 ]} ونظرًا لنقص التمويل، أغلقت شركة يونيفرسال هيدروجين أبوابها في يونيو 2024، بينما أرجأت شركة إيرباص مشاريعها التي تعمل بالهيدروجين لمدة تتراوح بين خمس وعشر سنوات، وتبعتها شركة إمبراير . ^{[ 52 ]}

• طائرة لوكهيد سي إل-400 صنتان ، وهي نموذج أولي من خمسينيات القرن العشرين، تم التخلي عنها لصالح طائرة إس آر-71
• الطائرة الفضائية الوطنية ، تصميم مبدئي من عام 1986 إلى عام 1993 بمحرك نفاث فرطي السرعة ، تم إلغاؤه أثناء التطوير
• توبوليف تو-155 ، 1988، قاعدة اختبار توبوليف تو-154 المعدلة، قامت بأكثر من 100 رحلة
• طائرة AeroVironment Global Observer ، وهي طائرة تجريبية تعمل بخلايا الوقود تم إنتاجها في الفترة 2010-2011، قامت بتسع رحلات جوية قبل تحطمها.
• طائرة بوينغ فانتوم آي ، وهي طائرة تجريبية تعمل بمحرك مكبسي، تم إنتاجها بين عامي 2012 و2016، حلقت 9 مرات واستمرت رحلاتها لمدة تصل إلى 9 ساعات.

• مشروع AeroDelft Phoenix ، وهو مشروع طلابي في جامعة دلفت للتكنولوجيا، يعمل على تطوير نموذج تجريبي يُقاد عن بُعد، بالإضافة إلى تحويل طائرة Sling 4 إلى طائرة تعمل بالهيدروجين والكهرباء . في عام 2025، قام الفريق بتشغيل نظام دفع كهربائي للطائرة يعمل بالهيدروجين السائل، وفي عام 2026 أجرى اختبارات سير على المدرج باستخدام الهيدروجين الغازي في مطار روتردام لاهاي . ^{[ 53 ] [ 54 ]}
• يهدف مشروع Airbus ZEROe، الذي تم تقديمه في أواخر عام 2020، إلى إنشاء أربع طائرات نموذجية وإطلاق أول طائرة تجارية عديمة الانبعاثات، ودخولها الخدمة بحلول عام 2035 ^{[ 55 ].}
• Cellsius H2-Sling ، وهو مشروع طلابي في ETH Zürich يقوم ببناء نسخة معدلة من Sling HW مزودة بنظام دفع بخلايا وقود الهيدروجين .
• DLR Smartfish ، هيكل رفع تجريبي بمقعدين ؛ يعتمد على نموذج Hyfish السابق .
• أكملت المركبة DLR HY4 ، التي تشغلها شركة H2Fly المنبثقة عن DLR، أولى الرحلات الكهربائية المأهولة في العالم التي تعمل بالهيدروجين السائل في عام 2023 ^{[ 56 ].}
• مشروع فريسون ، وهو مشروع تحديث لبريتن-نورمان آيلاندر .
• محركات التفاعل سكايلون ، مركبة فضائية مدارية تعمل بالهيدروجين .
• محركات رد الفعل A2 ، طائرة ركاب نفاثة فائقة السرعة مضادة للطرف.
• Taifun 17H ₂ ، وهو مشروع طلابي يقوم بتحديث طائرتي Valentin Taifun 17E و 17EII بنظام دفع كهربائي يعمل بخلايا وقود الهيدروجين الغازي .
• Universal Hydrogen (طائرة Dash 8-300 التي تعمل بخلايا الوقود) هي أكبر طائرة على الإطلاق تحلق بشكل رئيسي على طاقة الهيدروجين ^{[ 57 ].}
• ZeroAvia HyFlyer (نموذج تجريبي لطائرة Piper PA-46 يعمل بخلايا الوقود) ^{[ 58 ]}
• ZeroAvia ( طائرة دورنير 228x تعمل بخلايا الوقود ) ^{[ 59 ]}