Четыре объяснения: почему машины до сих пор не летают?

Электрические воздушные такси с вертикальным взлетом однажды будут бороздить небеса, но сроки реализации, о которых говорят энтузиасты такого вида транспорта, мягко говоря, амбициозны. Не так давно — в прошлом месяце — Uber предсказал на конференции Elevate, что развернет свою систему UberAIR уже в 2023 году. Как это вообще возможно? Не существует ни систем автономного управления, ни правил регулирования воздушного траффика, ни технологий, ни работающих систем. О чем вообще говорить?

Есть проблема и в самих летательных аппаратах. Uber, доминирующий игрок, который пытается воплотить эту индустрию в жизнь, настаивает на том, что электрический летательный аппарат с вертикальным взлетом и посадкой (e-VTOL) — лучший вариант, с которым ничего не сравнится в эффективности, скорости, надежности, безопасности и тихости. Такой транспорт не может просто взять и появиться из существующего оборудования. Ему потребуются новые двигатели, управление полетом и система ситуационной осведомленности.

На самом деле, это возможность переделать отрасль, которая начинает казаться немного застойной. «Пришло время переосмыслить авиацию», говорит Рене Ландри, исследователь авиационных систем в ETS, техническом университете Монреаля. «Авионика, которую мы используем сейчас, основана на общей архитектуре, которая была разработана во время Второй мировой войны. Оборудование, например, дублируется для избыточности, используются огромные и неэффективные кабели. Здесь можно было бы внедрить массу инноваций».

В качестве примера одной из таких инноваций, которые могут изменить отрасль, он отмечает, что программное обеспечение, которое использовалось для планирования полета, осталось в 20 веке из-за появления iPad. «Десять лет назад мы могли бы сказать, что iPad никогда не сертифицируют для использования в кабине», говорит он. «Но уже через шесть месяцев его сертифицировали и более 400 предприятий, которые собирали летные системы, закрылись. В них больше не было необходимости — все можно было делать на iPad». Конечно, программное обеспечение для планирования полетов это только первая проблема, с которой может столкнуться сеть летающих автомобилей.

Задача #1: передать управление полетом компьютерам

Наши воздушные такси завтрашнего дня будут выполнять большую часть работы пилота сами, используя автономные, в высшей степени автоматизированные системы. Uber заявил, что ожидает, что обслуживание летающих такси начнется с людей-пилотов, но очень скоро — в течение ближайших десятилетий — ситуация изменится в пользу самоуправляемых систем. Системы автономных самолетов в настоящее время уже разрабатываются, но они и близко не стоят к по-настоящему широкому одобрению.

Промежуточным шагом было бы просто сделать рабочий продукт. «Работа в NASA продемонстрировала жизнеспособность так называемого упрощенного управления транспортом», говорит аэрокосмический инженер Брайан Герман, доцент Технологического института Джорджии. По такому сценарию большинство систем, которые либо управляют процессом полета, либо навигации и коммуникации, управляются компьютером, а пилот в общем говорит, что делать и куда лететь. «Пилот не может контролировать 8 или 10 различных пропеллеров и быть ситуационно осведомленным хоть в какой-нибудь степени. Поэтому, когда вы нажимаете на тумблер, транспорт должен делать многое в автономном режиме».

Такого рода полеты уже в пределах досягаемости, именно так летают большинство дронов (а также военных аппаратов). Но сертифицированные, безопасные версии для пассажиров, управляемые минимально подготовленными пилотами в коммерческом воздушном пространстве — чего так хочет Uber — пока еще далеки. Хотя бы потому, что такие системы должны идеально функционировать в ненастную погоду и в условиях города.

Системы автопилота не обладают таким суждением, как люди-пилоты. «Автономным системам очень сложно понимать различные сценарии, — говорит Герман. — Пусть, например, вы летите на самолете и видите лесной пожар в левом окне. Пилот-человек сразу поймет, что лететь над ним будет плохой идеей. Но как это узнать автономной системе? Мы сталкиваемся с «нехваткой воображения» со стороны системы».

Задача #2: электрифицировать самолет

Несмотря на то, что многие небольшие летательные аппараты — от двухместных вертолетов вроде Robinson R-22 до любых современных аэропланов — могли бы сформировать флот летающих такси, Uber и ее партнеры считают, что будущее за электричеством. В первую очередь потому, что электрическая тяга проще, надежнее и удобнее в управлении, чем двигатели внутреннего сгорания. Хотя ученые полагают, что мы еще в десятилетиях от прорыва в энергетической плотности батарей, который позволит, например, региональным самолетам пролетать по несколько сотен километров за раз, Герман считает, что небольшие перелеты воздушных такси можно было бы реализовать уже при помощи современных технологий.

Не так давно Uber анонсировал партнерство с компанией Karem, которая разрабатывает электрические самолеты с роторами с переменной частотой вращения. Они способны более эффективно модулировать потребление энергии от существующих батарей и представляют одно из возможных решений этой проблемы. Многие эксперты аэрокосмической и технологической промышленности утверждают, что короткие рейсы на 20-30 километров возможны даже при использовании современных аккумуляторных технологий. Основная загвоздка лишь в том, как достичь скоростной зарядки, которая позволит совершать быстрые перелеты в городской среде с постоянным дефицитом энергии.

Задача #3: дешево построить

Предположим, технологии батарей не будут сдерживающим фактором, но производство — безусловно будет, отчасти потому, что рабочая система воздушных такси, зависимая от экономики масштабов, потребует запуска тысяч аппаратов как можно скорее. Другие отрасли промышленности решали подобные проблемы производства, но происходило это на протяжении длительного времени. Автомобильная отрасль, например, продемонстрировала за последние 20-30 лет, что современные методы производства могут значительно снизить стоимость создания даже самых сложных современных автомобилей. Сюда входит интеграция новых высокотехнологичных композитов и сплавов, каждый из которых имеет уникальные требования к процессу производства. Достижение сопоставимых чисел в производстве аппаратов e-VTOL — сотен тысяч в год, как того требует Uber — может быть нереальным, но перенос уже имеющихся техник производства из автомобильной в аэрокосмическую отрасль может ускорить процесс.

С другой стороны, это все-таки летательные аппараты, а не автомобили. Сборка легких, прочных, проверенных и тихих летательных аппаратов из композитов, а не из композитосодержащих компонентов, это совершенно другое дело. Собрать самолет из композитных материалов вроде углеродного волокна — практически ручной труд, потому что производителям нужны опытные работники, которые будут накладывать материалы, соединять элементы и затем прозванивать корпус в поиске структурных пустот, воздушных пузырей и других слабин, которые вполне могут быть простительны автомобилю, который стоит четырьмя колесами на земле, так сказать, но недопустимы в летающем бобе, который мчится с людьми на высоте 300 метров.

«Я говорил с производителями композита, они не представляют, как им набрать темп, о котором мы говорим», отмечает Герман. Это дорого и сложно; авиация никогда не наращивала большие объемы, потому что спроса попросту не было. Спрос на сотни тысяч летательных аппаратов, конечно, может появиться однажды, и методы производства нужно готовить заранее, но это будет через десятки лет, а не через годы.

Задача #4: сделать их тише

Остается шум. Летающие такси будут работать в городской среде, которая уже сильно зарегулирована в отношении шума вертолетов и рева самолетов в аэропортах на окраине. Если вертипорт Uber будет свидетелем сотен взлетов и посадок каждый час, летательный аппарат должен быть исключительно тихим.

Для небольших самолетов с вертикальным подъемом проблема будет не только в снижении децибел, но и в звуковой сигнатуре — то есть, в том, как шум смешивается (или не смешивается) с фоном города. Uber изучает этот вопрос и утверждает, что сокращение шума на 15 децибел приведет к снижению уровня шума до приемлемых уровней, как с точки зрения объема, так и общей его растворимости на фоне города. Также стоит учесть, что большая часть шума городской среды происходит от автомобилей, а они будут плавно превращаться в электромобили в ближайшие десятилетия.

Создание бесшумного электрического летательного аппарата потребует значительных инноваций, потому что машинам все-таки придется прокручивать те же объемы воздуха через лопасти, чтобы взлетать и садиться. Один из подходов заключается в уменьшении скорости вращения лопастей ротора, поскольку они становятся громче, приближаясь к сверхзвуковой скорости. Для этого инженеры могли бы добавить лопасти на каждый ротор, снизив число оборотов, но сохранив подъемную силу. Также могла бы помочь система распределенных роторов — шесть или восемь небольших винтов. Рано или поздно решение будет найдено.

Пять лет, конечно, кажутся маловатым временем для преодоления этих проблем — и это еще мы не затрагиваем более широкие экономические и законодательные вопросы. Как внедрить летающие такси в олдскульную коммерческую аэрокосмическую систему — тоже вопрос. Но технологии развиваются и при достижении определенного импульса реализация любых проектов будет неизбежной. Однажды летающие такси станут культурным явлением, таким же привычным, как смартфоны или троллейбусы.

Так хочет Uber, во всяком случае.

Оставить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *