Cztery wyjaśnienia: dlaczego maszyny aż do tej pory nie latają?

Elektryczne powietrzne taksówki z pionowym startem pewnego dnia będą korzystać z nieba, ale terminy realizacji, o których mówią entuzjaści tego rodzaju transportu, delikatnie mówiąc, jest ambitny. Nie tak dawno temu — — Uber zapowiedział na konferencji Elevate, że roztoczy swój system UberAIR już w 2023 roku. Jak to w ogóle możliwe? Nie istnieje ani systemy autonomicznego sterowania, ani zasady regulacji ruchu lotniczego, ani technologii, ani działających systemów. O czym w ogóle mówić?

Jest problem i w samych samolotach. Uber, dominujący gracz, który próbuje zrealizować tę branżę w życie, nalega na tym, że elektryczny pojazd z pionowym startem i lądowaniem (e-VTOL) — najlepsza opcja, z którym nic nie może się równać w skuteczności, szybkości, niezawodności, bezpieczeństwa i тихости. Taki transport nie może po prostu wziąć i pojawić się z istniejącego sprzętu. Mu potrzebne nowe silniki, sterowanie lotem i system sytuacyjne.

W rzeczywistości, to jest możliwość przerobić branża, która zaczyna wydawać się trochę stagnacji. "Nadszedł czas, aby przemyśleć cywilne", mówi Rene Landry, badacz systemów lotniczych w ETS, technicznym uniwersytetem w Montrealu. "Авионика, którą używamy teraz, opiera się na wspólnej architekturze, który został opracowany podczas ii wojny światowej. Sprzęt, na przykład, powielany dla redundancji, są ogromne i nieefektywne kable. Tutaj można by było wprowadzić wiele innowacji".

Jako przykład jedną z takich innowacji, które mogą zmienić branżę, zauważa on, że oprogramowanie, które jest używane do planowania lotu, zostało w 20 wieku ze względu na pojawienie się ipada. "Dziesięć lat temu moglibyśmy powiedzieć, że iPad nie posiada do wykorzystania w kabinie", mówi. "Ale już po sześciu miesiącach jego poświadczyli swoje i ponad 400 firm, które zbierały lotnicze systemy zamknięte. W nich już nie było potrzeby — to wszystko można było zrobić na ipadzie". Oczywiście, oprogramowanie do planowania lotów to tylko pierwszy problem, z którym może spotkać się sieć latających samochodów.

Zadanie #1: wyślij sterowanie lotem komputerów

Nasze powietrzne taksówki jutra będą wykonywać większość pracy pilota sami, korzystając z trybu offline, w najwyższym stopniu zautomatyzowane systemy. Uber powiedział, że oczekuje, że obsługa latające taksówki rozpocznie się od ludzi-pilotów, ale bardzo szybko — w ciągu najbliższych lat sytuacja zmieni się na korzyść autonomicznych systemów. Systemy autonomiczne samoloty obecnie zostały już opracowane, ale i blisko nie stoją do naprawdę szerokiej akceptacji.

Pośrednim krokiem byłoby po prostu zrobić produkt pracy. "Praca w NASA zaprezentowała witalność tzw. uproszczonego zarządzania transportem", mówi inżynier lotnictwa Bryan Herman, profesor instytutu Technologicznego w Georgii. Zgodnie z tym scenariuszem, większość systemów, które zarządzają procesem loty, albo nawigacji i komunikacji, sterowane komputerem, a pilot w ogóle mówi, co robić i gdzie iść. "Pilot nie może kontrolować 8 lub 10 różnych śmigieł i być ситуационно świadomi, choć w jakimś stopniu. Dlatego, kiedy klikniesz na przełącznik, transport musi robić wiele w trybie offline".

Tego rodzaju loty już w zasięgu ręki, dokładnie tak latają większość dronów (a także wojskowych pojazdów). Ale certyfikowane, bezpieczne wersji dla pasażerów jadących minimalnie przygotowanymi kierowcami w komercyjnej przestrzeni powietrznej — czego więc chce Uber — jeszcze daleko. Choćby dlatego, że takie systemy powinny doskonale funkcjonować w niesprzyjającą pogodę i w warunkach miasta.

System autopilota nie ma takiego wyroku, jak ludzie-piloci. "Samodzielny systemów jest bardzo trudno zrozumieć różne scenariusze — mówi Herman. — Niech, na przykład, lecisz samolotem i widzisz pożar w lewym oknie. Pilot-człowiek od razu zauważy, że latać nad nim będzie złym pomysłem. Ale jak to sprawdzić autonomicznego systemu? Mamy do czynienia z "brakiem wyobraźni" z układu".

Zadanie #2: elektryzować samolot

Mimo, że wiele małych samolotów — od dwu śmigłowców jak Robinson R-22 do wszelkich nowoczesnych samolotów — mogłyby tworzyć flotę latających taksówek, Uber i jej partnerzy uważają, że przyszłość energii elektrycznej. Przede wszystkim dlatego, że kuchenka drążek łatwiejsze, bezpieczniejsze i łatwiejsze w zarządzaniu niż silniki spalinowe. Chociaż naukowcy uważają, że jesteśmy jeszcze w dziesięcioleciach od przełomu w gęstości energii baterii, który pozwala, na przykład, regionalnym samoloty latać po kilkaset kilometrów na raz, Herman uważa, że małe lotów powietrznych taksówek można byłoby zrealizować już za pomocą nowoczesnych technologii.

Nie tak dawno temu Uber ogłosił partnerstwo z firmą Karem, która rozwija elektryczne samoloty z wirnikami o zmiennej prędkości obrotowej. Są one w stanie bardziej skutecznie modulować zużycie energii od istniejących baterii i stanowią jedno z możliwych rozwiązań tego problemu. Wielu ekspertów lotniczych i technologicznej przemysłu twierdzą, że krótkie loty na 20-30 kilometrów możliwe nawet przy użyciu nowoczesnych technologii akumulatorowych. Główny szkopuł tylko w tym, jak osiągnąć szybki ładowania, która pozwala na wykonywanie szybkichloty w środowisku miejskim z ciągłym niedoborem energii.

Zadanie #3: tanio zbudować

Załóżmy, technologia baterii nie będą czynnikiem ograniczającym, ale produkcja na pewno będzie, częściowo dlatego, że system pracy powietrzne taksówki, zależna od ekonomii skali, wymaga uruchomienia tysięcy urządzeń jak najszybciej. Inne gałęzie przemysłu rozwiązywali podobne problemy produkcji, ale działo się to przez dłuższy czas. Przemysł motoryzacyjny, na przykład, demonstrował w ciągu ostatnich 20-30 lat, że nowoczesne metody produkcji mogą znacznie zmniejszyć koszty tworzenia nawet najbardziej skomplikowanych nowoczesnych samochodów. Tutaj wchodzi integracja nowych zaawansowanych technologicznie kompozytów i stopów, z których każdy ma unikalne warunki do procesu produkcji. Osiągnięcie porównywalne liczb w produkcji aparatów e-VTOL — setek tysięcy na rok, jak tego wymaga Uber — może być nierealne, ale transfer jest już dostępnych technik produkcji z samochodowej w przemysł lotniczy może przyspieszyć ten proces.

Z drugiej strony, to jednak bezzałogowe, a nie samochody. Montaż lekkich, trwałych, sprawdzonych i cichszych samolotów z kompozytów, a nie z композитосодержащих składników, to zupełnie inna sprawa. Zebrać samolot z kompozytowych materiałów jak włókno węglowe — praktycznie manualne, bo producentom doświadczonych pracowników, którzy będą nakładać materiały, łączyć elementy i następnie прозванивать obudowa w poszukiwaniu strukturalnych dziur, pęcherzy powietrza i innych слабин, które mogą być wybaczalne samochodu, który stoi czterema kołami na ziemi, że tak powiem, ale nie są dozwolone w latającym bobie, który pędzi z ludźmi na wysokości 300 metrów.

"rozmawiałem z producentami kompozytu, nie mają pojęcia, jak im się zdobyć tempo, o którym mówimy" - powiedział Herman. Jest to kosztowne i trudne; lotnictwo nigdy nie cofnął się duże ilości, bo popyt po prostu nie było. Popyt na setki tysięcy samolotów, oczywiście, może pojawić się pewnego dnia i metody produkcji trzeba przygotować z wyprzedzeniem, ale to będzie przez dziesiątki lat, a nie lat.

Zadanie #4: zrobić im ciszej

Pozostaje hałas. Latające taksówki będą pracować w środowisku miejskim, który jest już mocno w dół rzeki w odniesieniu do hałasu śmigłowców i huku samolotów w portach lotniczych na obrzeżach. Jeśli вертипорт Uber będzie świadkiem setek startów i lądowań na godzinę, szybowiec urządzenie musi być wyjątkowo cichy.

Dla małych samolotów z pionowym wzrostem problem będzie nie tylko w zmniejszaniu decybeli, ale i w dźwięku podpis — czyli w tym, jak hałas miesza się (lub nie miesza się z tłem miasta. Uber bada ten problem i twierdzi, że redukcja hałasu o 15 decybeli doprowadzi do obniżenia poziomu hałasu do dopuszczalnych poziomów, zarówno pod względem ilości, jak i ogólnej jego rozpuszczalności na tle miasta. Warto również wziąć pod uwagę, że duża część środowiska miejskiego hałasu pochodzi od samochodów, a oni będą stopniowo przekształcać się w samochody elektryczne w najbliższych dziesięcioleciach.

Tworzenie ciche elektrycznego statku powietrznego wymaga znaczących innowacji, ponieważ maszyn nadal trzeba przewijać te same ilości powietrza przez łopatki, aby startować i lądować. Jednym ze sposobów jest zmniejszenie prędkości obrotowej łopatek wirnika, ponieważ one stają się głośniejsze, w miarę zbliżania się do prędkości naddźwiękowej. Do tego inżynierowie mogliby dodać łopatki na każdy wirnik, zmniejszając liczbę obrotów, ale zachowując siłę nośną. Również może pomóc system rozproszonych wirników — sześć lub osiem małych śrub. Prędzej czy później rozwiązanie zostanie znalezione.

Pięć lat, oczywiście, wydają się маловатым czasem dla przezwyciężenia tych problemów — i to jeszcze nie затрагиваем szersze ekonomiczne i prawne zagadnienia. Jak wdrożyć latające taksówki w олдскульную komercyjną lotniczy system — też pytanie. Ale technologia się rozwija i po osiągnięciu pewnego impulsu realizacja wszelkich projektów będzie nieunikniona. Pewnego dnia latające taksówki będą zjawiskiem kultury, tak samo znane, jak smartfony lub trolejbusy.

Tak chce Uber, w każdym razie.