Tesla в авиации: как физик из России разрабатывает зеленые двигатели для самолетов на деньги Безоса и Гейтса
На экране монитора — огромный цех, в котором стоят несколько разобранных самолетов, а вокруг них всевозможные провода и инструменты. Можно подумать, что это павильон для съемок документального фильма о пилоте или авиаконструкторе. На самом деле это цех компании ZeroAvia, которая производит водородные двигатели для пассажирских самолетов. По видеосвязи ее основатель Валерий Мифтахов описывает в интервью Forbes строение тестового самолета: «Это наши радиаторы, внизу электроника, тут водородные топливные элементы...»
О строении самолетов Мифтахов знает не понаслышке: в 2006 году он получил первую летную лицензию для полетов на вертолете, а в 2009 году — лицензию на пилотирование самолета. Свою компанию в этой сфере он запустил только в 2017-м, но с тех пор уже успел провести первый в мире полет пассажирского самолета на водородном двигателе, а его компания ZeroAvia попала в список лучших изобретений 2020 года по версии журнала Time и привлекла $45,7 млн инвестиций, в том числе от фонда Breakthrough Energy Ventures Билла Гейтса и Amazon Climate Pledge Fund Джеффа Безоса. Forbes разбирался, сможет ли амбициозный стартап «добежать» от тестовых полетов до реальных и готовы ли авиакомпании покупать самолеты на водородных двигателях.
«Жигули» на водороде: как российский автопром может завоевать мир
Доктор Вэл
46-летний Валерий Мифтахов, или Вэл, как называет себя он сам и его знакомые, родился в Белоруссии. Его отец, Сагитян Мифтахов, был механиком, работал над созданием нефтеперерабатывающего оборудования. Семья часто переезжала с места на место, пока не осела в городке Туймазы под Уфой, где Мифтахов-старший устроился главным энергетиком на завод «Химмаш». Там Валерий вырос, окончил школу, а затем поступил на физика-ядерщика в Московский физико-технический институт (МФТИ).
Работы для физиков в России было мало, поэтому, окончив вуз в 1997 году, Мифтахов вместе с женой и двухлетним сыном уехал в Америку — поступать на PhD-программу по физике высоких энергий. Из нескольких университетов, готовых принять Мифтахова, он выбрал Принстонский. Самым сложным поначалу был язык, признается он: «В школе я учил немецкий, а на физтехе — технический английский. С разговорным были сложности: первые полгода я нормально заказать еду в ресторане не мог». Семья физика в то время жила на его стипендию.
В конце первого года обучения университет стал направлять своих студентов на местную практику в лаборатории других вузов. Мифтахов выбрал Стэнфорд, благодаря чему оказался в Кремниевой долине. В 1998 году во время бума доткомов он вместе с приятелями из Стэнфорда запустил компанию-разработчика сайтов iNetProm. «Дело приносило немного денег, но достаточно, чтобы нам с приятелями хватало на жизнь», — рассказывает он. Вскоре iNetProm слилась с одним из своих клиентов — компанией BioZakInfobase, которая проводила маркетинговые исследования для биотехнологических компаний. Новый проект стал собирать, систематизировать и продавать базы данных компаний из разных сфер. Мифтахов уверяет, что клиентами BioZakInfobase были даже IBM и Hewlett-Packard. По его словам, бизнес выручал около $2 млн в год.
В 2003 году Мифтахов получил докторскую степень, а в 2004-м решил набраться опыта работы в большой компании. BioZakInfobase оставил партнерам (вскоре, по его словам, компания закрылась) и устроился ассоциатом (от англ. associate. — Forbes) в американский офис McKinsey. За шесть лет работы в компании он дорос до младшего партнера, а затем устроился в Google главой команд, которая, по сути, создавала стартапы внутри IT-гиганта. Но, несмотря на возможности и хорошую зарплату (до $500 000 в год), удовлетворения работа не приносила — хотелось делать что-то свое, признается физик.
Tesla в небе: разработчик сверхзвукового пассажирского самолета Boom Technology стал «единорогом»
Первая Tesla
В 2008 году Tesla начала производить свою первую модель автомобиля, в 2010-м вышла на IPO, а в 2012 году занялась созданием второго автомобиля. Мифтахов так вдохновился развитием Tesla, что тоже решил освоить нишу электромобилей. Он придумал под заказ переоборудовать обычные машины, работающие на бензине, в электромобили.
Еще работая в Google, Мифтахов ради интереса оборудовал с приятелями в гараже свой автомобиль Fiat литий-ионной батареей, заказанной из Китая. В 2013 году, когда все получилось, он ушел из Google и открыл свою компанию ElectricMotorWerks (EMW), которая стала переоборудовать автомобили BMW 3-й серии (очень популярные в США в конце 2000-х). Идея быстро показала свою несостоятельность, спроса на услугу стоимостью $50 000 почти не было, говорит Мифтахов: «В Америке те, у кого есть деньги, любят покупать новые машины. А те, у кого денег нет, покупают машины на вторичном рынке за $5000–7000».
Вдобавок в том же 2013 году BMW обвинила созвучный со своим брендом EMW Мифтахова в нарушении прав на товарный знак и использовании логотипов BMW на баннерах, сайте и в рекламных слоганах. Суд рекомендовал удалить сокращенное наименование EMW и прекратить использовать товарный знак BMW в своих материалах. В качестве сокращенного названия компании Мифтахов с тех пор стал использовать eMotorWerks.
Вместе с услугой переоборудования компания разрабатывала и продавала зарядные устройства для электромобилей. В 2014 году Мифтахов решил сосредоточиться на этом направлении. Он запустил краудфандинговую кампанию на платформе Kickstarter, собрал на предзаказах зарядных станций около $70 000 и вложил их в разработку приложения, с помощью которого можно было наблюдать, как заряжается машина. За счет приложения зарядные станции стали пользоваться большим спросом, уверяет Мифтахов. По его словам, годовой оборот eMotorWerks спустя несколько лет превышал $10 млн. «Я тогда купил себе первую Tesla», — вспоминает он.
В 2016-2017 годах на рынке зарядных устройств для электромобилей началась консолидация: крупные компании скупали стартапы, укрупняя таким образом свою долю. В 2017 году предприниматель начал привлекать раунд на $10 млн, но в итоге продал eMotorWerks одному из потенциальных инвесторов — международной энергетической компании Enel. Сумму продажи он не раскрывает. По данным TechCrunch, она составила $150 млн.
После продажи компании вместе с патентами на зарядную станцию на Мифтахова подал в суд вице-президент по развитию бизнеса eMotorWerks Джордж Бетак. Он как истец утверждал, что внес вклад в разработку зарядных станций, но не был указан в патентах в качестве изобретателя. В 2019 году Бетак отозвал почти все претензии, рассказывает Мифтахов, а в 2020 году стороны урегулировали конфликт. По мнению Мифтахова, Бетак претендовал на то, чтобы его указали в патенте, чтобы получить больший процент от суммы продажи eMotorWerks. Сам Бетак на запрос Forbes в Facebook не ответил.
Бизнес-класс или платье: как в России устроен рынок перепродажи миль авиакомпаний
Летать стыдно
Спустя несколько недель после продажи eMotorWerks в 2017 году Мифтахов зарегистрировал в штате Делавэр компанию ZeroAvia. Идея делать водородные двигатели для самолетов начала зарождаться задолго до продажи: в 2006-м, после того как Мифтахов побывал на вертолетной экскурсии на Гавайях, он получил летную лицензию на пилотирование вертолета, а в 2009 году — лицензию на пилотирование самолета. «В последние годы работы над eMotorWerks я много думал, как совместить мой летный опыт с работой в сфере зеленого транспорта, — вспоминает он. — Хотелось каким-то образом сделать в авиации то же, что происходило на рынке электромобилей. То есть стать Tesla в авиации». На мысли о зеленых авиаперелетах предпринимателя натолкнуло и швейцарское общественное движение Flight shame («Летать стыдно»), которое призывает отказаться от авиаперелетов с целью сократить выбросы углекислого газа.
Мифтахов проанализировал потенциальные технические возможности литий-ионных аккумуляторов, которые используют в электромобилях, и водородных топливных элементов. Решил остановиться на вторых. Батарея, по его словам, в среднем рассчитана на 2000 зарядных циклов. Если самолет будет выполнять по восемь полетов в день, ее придется менять каждые 250 дней. «К тому же батареи очень тяжелые, — объясняет Мифтахов. — Когда ты летишь на обычном самолете, горючее сжигается, и он становится легче — это позволяет сократить расход энергии. Самолету с батареей нужно весь полет нести один и тот же большой вес с собой — энергии для этого нужно намного больше».
История водородной авиации берет свое начало в ХХ веке. Первым экспериментальным самолетом с водородным двигателем, который поднялся в воздух, в 1988 году стал советский Ту-155. Затем в 2008 году компания Boeing объявила, что впервые в истории авиации совершила полет на пилотируемом самолете, работающем на водородных топливных элементах (для этого она оснастила свой двухместный самолет Diamond DA20 водородным двигателем Ford). В 2010 году та же Boeing представила беспилотный летательный аппарат Phantom Eye с водородным двигателем. С тех пор появилось еще несколько беспилотников на водороде, а также большое количество автомобилей с водородными и гибридными двигателями, но ни одного пассажирского самолета.
Мифтахов объясняет это тем, что ранние прототипы водородных самолетов использовали водород именно как топливо для двигателей внутреннего сгорания. «Минусами такого варианта были высокая температура, высокое давление, — перечисляет Мифтахов. — Относительно недавно в транспорте начали использовать водородные топливные элементы (первый автомобиль с таким элементом выпустила Toyota в 2013 году. — Forbes): у них более высокая эффективность, меньшая нагрузка на материалы. Это дало технологический boost (импульс. — Forbes) отрасли». Первый в мире самолет (не пассажирский) с электродвигателем и системой водородных топливных элементов HY4 создали специалисты Германского центра авиации и космонавтики на базе электрического самолета Pipistrel Taurus Electro G4 — его испытали в 2016 году.
Принцип работы двигателя на водородном топливном элементе похож на работу литий-ионной батареи, однако первый имеет в десять раз больше емкости. Несмотря на то, что водородный двигатель при работе не выбрасывает в атмосферу углекислый газ, это не полностью зеленый вариант: более 95% водорода в настоящее время производится из ископаемого топлива.
Взлет и падение «Гинденбурга»: как был устроен самый большой дирижабль в мире
Электроптица
Первым делом Мифтахов собрал команду из пяти инженеров и снял индустриальный офис на 200–300 кв. м неподалеку от аэропорта в Сан-Карлосе (Калифорния). Команда разобрала пару электромобилей, чтобы изучить их устройство, после чего начала собирать наземную тестовую установку, работающую на литий-ионном аккумуляторе. Сразу собирать водородный прототип не стали, потому что с электродвигателем и батареями было проще протестировать систему управления двигателем, воздушный винт и бортовой компьютер.
К лету 2018 года команда Мифтахова разработала минимально жизнеспособную версию бортового компьютера и установила на автомобиль «Эль Камино» 1969 года выпуска гребной винт, электродвигатель и аккумуляторы. Тогда же ZeroAvia начала проводить тестовые проезды. «Это все было достаточно шумно и выглядело достаточно страшно, — признается Мифтахов. — Из-за этого нас даже попросили съехать из нашего первого цеха». Тогда компания перебралась в другой цех неподалеку от аэропорта «Холлистер» в 50 милях к юго-западу от Сан-Хосе (Калифорния).
В октябре 2018-го года ZeroAvia провела первый публичный тест модифицированной «Эль Камино» в «Холлистере». Компания разогнала автомобиль до 85 миль (примерно 137 км) в час. Выяснилось, что батарея «не держит напряжение», а скорость вращения винта колеблется. Эти и другие недочеты компания дорабатывала до конца 2018 года.
Поначалу Мифтахов финансировал все разработки только из собственных средств. В начале 2018 года он закрыл первый раунд на $2,5 млн: половину из них он инвестировал сам, вторую вложил один из топ-менеджеров ZeroAvia Сергей Киселев, экс-коллеги Мифтахова из Google и еще несколько его друзей. На эти средства предприниматель приобрел два шестиместных самолета Piper, каждый из которых стоил $1 млн. Первый служил ориентиром: на нем команда изучала пилотные характеристики и работу системы и с его помощью могла посмотреть, как все было устроено в исходном варианте. Второй самолет был «рабочей лошадкой»: на него ZeroAvia перенесла электродвигатель, аккумуляторы, систему охлаждения и бортовую систему с «Эль Камино».
К февралю 2019 года компания получила разрешение Федерального управления гражданской авиации США на первый полет. Сложностей с получением этого разрешения не было, говорит Мифтахов: «Они приезжали к нам, смотрели документы, дизайн. Потом сказали: «Ну, давайте, можно летать». Нам выделили квадрат 80 на 100 км вокруг аэропорта [Холлистер]». В марте 2019 года переоборудованный Piper на электрической тяге поднялся над землей на 500 м и сел обратно на полосу (по словам Мифтахова, команда должна была убедиться, что самолет способен оторваться от земли).
К апрелю самолет провел до 15-ти полетов. После них ZeroAvia привлекла еще около $5 млн в виде конвертируемых займов от частных лиц, имена которых Мифтахов не называет. Эти деньги позволили начать разработку конструкции и системы самолета (прототипом был тот же Piper) уже с водородным двигателем внутри.
Деньги от королевы
Собрать конструкцию с водородным двигателем удалось не так быстро, как в случае с аккумулятором. Решая технические задачи, компания проводила эксперименты, в результате которых так сильно повредила крылья Piper, что Федеральное управления гражданской авиации запретило полеты на этом самолете, рассказывает Мифтахов.
На эксперименты и новый самолет ZeroAvia ушла часть инвестиций. Поэтому летом Мифтахов озаботился привлечением государственной помощи. По его словам, это стандартный источник инвестиций для авиации и передовых технологий. Через знакомых инвесторов Мифтахов узнал о британской грантовой программе Института аэрокосмических технологий, который поддерживает правительство. Институт раздает проектам в сфере авиационных исследований гранты на суммы, равные тем, что основатели смогли найти сами. В сентябре 2019 года ZeroAvia получила от института около $3,5 млн. На них компания заказала водородные топливные элементы и другие устройства, необходимые для запуска прототипа. Одним из условий получения гранта было ведение разработок в Великобритании. Для этого ZeroAvia перенесла цех из США в Великобританию.
Прототип разрабатывали вплоть до лета 2020 года. По словам Мифтахова, было трудно «научить» водородные элементы быстро реагировать на изменение нагрузки — например, когда пилот нажимает на газ. Попотеть пришлось и над охладительной системой: ее в итоге собрали из трубы и насоса, которые отводят тепло, выделяемое топливными элементами, в радиаторы на носу самолета. Эти радиаторы продуваются набегающим на самолет воздухом, за счет чего охлаждаются. Параллельно с работой над конструкцией компания получала разрешение на тестовые полеты в Англии.
В сентябре ZeroAvia провела первый показательный полет самолета Piper с двигателем на водородном топливном элементе. Он прошел в научно-исследовательском центре в британском Крэнфилде. Всего самолет летал около 10 минут. После этого в сентябре, по данным ZeroAvia, прошло до 12-ти тестовых полетов.
Мест для пассажиров нет
Во время первого показательного полета в самолете работал не только двигатель на водородном топливном элементе, но и электрические аккумуляторы, обратило внимание издание TechCrunch. «В значительной степени полагаясь на аккумуляторы, ZeroAvia смогла осуществить свой громкий демонстрационный полет для инвесторов и правительства Великобритании, но в конечном итоге может отложить первые коммерческие полеты», — писало издание.
Мифтахов утверждает, что при пиковой нагрузке (на этапе взлета) от аккумуляторов поступало около половины энергии, остальное — от водородных элементов. Комбинирование источников энергии — это нормальная практика на этапе тестовых полетов, уверен инженер: «У полета есть несколько стадий: разгон, взлет, набор высоты, круизный режим и посадка. Наибольшая энергия необходима на этапе взлета, и мы действительно тут использовали энергию от батареи. Но вот в круизном режиме почти всю энергию обеспечивали водородные элементы».
По его словам, конструкция сентября 2020 года не подразумевала достаточное количество водорода на борту, чтобы и взлетать, и лететь в круизном режиме дальше только на нем. К тому же с двумя независимыми источниками энергии было легче получить разрешение на полеты в Великобритании, говорит он: «Если у тебя что-то происходит с водородными элементами, ты можешь переключиться на батарею и довести самолет до посадочной полосы».
Батарея для водородных самолетов — один из методов подстраховки на случай отказа топливных элементов, вторит Мифтахову исполнительный директор агентства «АвиаПорт» Олег Пантелеев. По его словам, наличие небольшого аккумулятора на борту водородного самолета абсолютно уместно. При этом для водородных самолетов нужно сформировать сертификационные требования, считает Пантелеев. Эксперт не исключает, что выполнить их будет проще всего с помощью «не очень большой» батареи.
Также, по данным TechCrunch, во время теста четыре из пяти пассажирских мест в шестиместном Piper занимали резервуары с водородом, которые компания прежде хотела разместить над или под крыльями. «Это был тестовый проект, поэтому нам было не важно, где расположить резервуары — в теле самолета или внутри салона, — парирует Мифтахов. — Первый коммерческий самолет мы планируем делать 20-местным. Он больше по размеру — там все резервуары поместятся снаружи под крыльями».
По мнению Олега Пантелеева из «АвиаПорт», поместить резервуары с водородом под крыльями 20-местного самолета — реалистичная задача. Но такая конструкция возможна только для небольших самолетов, летающих с небольшой скоростью на умеренные расстояния, считает он: «Если речь идет о большом пассажирском самолете, который летает с огромной скоростью, тут нужна великолепная аэродинамика. Нельзя просто прикрутить баки к существующей конструкции — нужно проектировать самолет и выбирать аэродинамическую компоновку, изначально учитывая фактор размещения водорода».
Провести первый полет 20-местного самолета только на водороде ZeroAvia рассчитывает уже в конце 2021 года. Мифтахов планирует отказаться от аккумуляторов в ближайшие несколько месяцев. Теоретически если половина необходимой для взлета энергии и так поступает от топливного элемента, «никто не помешает [ZeroAvia] поставить второй такой же и получить 100% энергии, необходимой для взлета», считает Пантелеев.
Ценник в тумане: как будет формироваться цена авиабилетов после COVID-19
Вопрос долгих лет
С декабря 2020 года Мифтахов привлек два раунда инвестиций — суммарно на $45,7 млн. В первом из них приняли участие основанный Биллом Гейтсом Breakthrough Energy Ventures и Amazon Climate Pledge Fund, финансируемый Джеффом Безосом, а также Ecosystem Integrity Fund, Summa Equity, Horizons Ventures и Shell Ventures. Суммарно они вложили в водородный стартап $21,4 млн. Еще $16,3 млн ZeroAvia получила в виде гранта от британского Института аэрокосмических технологий. Второй раунд на $24,3 млн Мифтахов привлек от тех же инвесторов и авиакомпании British Airways в апреле 2021 года. По итогам раундов у основателя осталось более 25% компании (точную долю он не называет).
Рынок водородной авиации становится конкурентнее в последнее время: в 2020 году на него вышла компания Universal Hydrogen украинца Павла Еременко. В апреле 2021 года проект привлек $20,5 млн от фондов Playground Global, Airbus Ventures, Toyota AI Ventures и др. В сентябре 2020 года авиастроительная компания Airbus представила три дизайна коммерческих пассажирских самолетов с водородным двигателем, которые пообещала выпустить к 2035 году.
Мифтахов считает выход на рынок Airbus не препятствием, а возможностью для ZeroAvia: «Обычно те, кто конструирует самолеты, не делают двигатели для них, и наоборот. Поэтому я рассчитываю стать поставщиком водородных двигателей для Airbus». Алексей Иваненко, сооснователь стартапа HyPoint, который производит водородные топливные элементы для воздушного транспорта (в том числе для 20-местного самолета ZeroAvia), утверждает, что компания Мифтахова продвинулась в разработке коммерческого образца водородного самолета дальше остальных. В Universal Hydrogen и Airbus на запросы Forbes не ответили.
За счет новых инвестиций ZeroAvia начала разрабатывать водородную систему для 50-местного самолета параллельно с работой над 20-местным. К 2024 году компания намерена создать водородную систему для 20-местного коммерческого судна. Прежде компания планировала коммерческий запуск на 2023 год, но его отложили из-за пандемии. В 2026 году Мифтахов рассчитывает выпустить систему для 50-местного или даже 90-местного самолета.
Иваненко из HyPoint считает планы ZeroAvia реалистичными. Пантелеев, однако, замечает, что отложить коммерческий запуск ZeroAvia может сертификация самолета. Этот риск, а соответственно и сроки коммерческого запуска сложно оценить, говорит он: «Когда у вас есть четко описанные требования для самолетов, вы просто-напросто берете и выполняете их. Когда таковых требований и методов оценки соответствия нет, нужно их писать и доказывать их состоятельность. При каждой ошибке ZeroAvia требования и ограничения могут разрастаться». Мифтахов с этим не согласен. При этом, по его расчетам, на сертификацию 20-местного самолета ZeroAvia потребуется еще $50 млн, 70-местного — $100 млн. Он намерен привлечь их у частных и государственных инвесторов.
На инвестиционной игле: как стартапы подсаживаются на венчурные деньги и почему это плохо
После запуска Мифтахов планирует продавать водородные двигатели и топливо производителям самолетов и авиакомпаниям. Иваненко из HyPoint считает, что авиакомпании уже готовы приобретать водородные двигатели для самолетов. Их интересуют как вложения в зеленые технологии, так и экономия за счет них, говорит он: «Водородные двигатели в обслуживании дешевле, к тому же цена на водород только падает». Авиакомпании готовы рисковать ради экономии, соглашается Пантелеев. По его словам, самая большая статья расходов в самолете с двигателем внутреннего сгорания — техническое обслуживание и ремонт двигателя. А водородная система технически проще системы с двигателем внутреннего сгорания, соответственно, расходы на ее эксплуатацию ниже, уверен он.
Но даже при появлении сертифицированных водородных двигателей останутся нерешенными вопросы инфраструктуры аэропортов — хранение, заправка и безопасность водорода, предупреждает заместитель гендиректора по экономике и финансам авиакомпании Red Wings Мартинс Антонович: «Самолеты с водородными двигателями авиакомпании смогут эксплуатировать только тогда, когда будет полноценная инфраструктура». Мифтахов рассчитывает, что инфраструктура будет развиваться параллельно с запуском самолетов. И все-таки, по мнению Антоновича, на это потребуется время. «Это вопрос точно не ближайших лет», — резюмирует он.