Hi-Tech

Четыре объяснения: почему машины до сих пор не летают?

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

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. Есть проблема и в самих летательных аппаратах. Ему потребуются новые двигатели, управление полетом и система ситуационной осведомленности. Такой транспорт не может просто взять и появиться из существующего оборудования.

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

«Десять лет назад мы могли бы сказать, что iPad никогда не сертифицируют для использования в кабине», говорит он. 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. В них больше не было необходимости — все можно было делать на iPad». «Но уже через шесть месяцев его сертифицировали и более 400 предприятий, которые собирали летные системы, закрылись. Конечно, программное обеспечение для планирования полетов это только первая проблема, с которой может столкнуться сеть летающих автомобилей.

Задача #1: передать управление полетом компьютерам

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. Наши воздушные такси завтрашнего дня будут выполнять большую часть работы пилота сами, используя автономные, в высшей степени автоматизированные системы. Системы автономных самолетов в настоящее время уже разрабатываются, но они и близко не стоят к по-настоящему широкому одобрению.

«Работа в NASA продемонстрировала жизнеспособность так называемого упрощенного управления транспортом», говорит аэрокосмический инженер Брайан Герман, доцент Технологического института Джорджии. Промежуточным шагом было бы просто сделать рабочий продукт. «Пилот не может контролировать 8 или 10 различных пропеллеров и быть ситуационно осведомленным хоть в какой-нибудь степени. 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. Поэтому, когда вы нажимаете на тумблер, транспорт должен делать многое в автономном режиме».

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

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

Задача #2: электрифицировать самолет

В первую очередь потому, что электрическая тяга проще, надежнее и удобнее в управлении, чем двигатели внутреннего сгорания. 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. 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.

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

Задача #3: дешево построить

Другие отрасли промышленности решали подобные проблемы производства, но происходило это на протяжении длительного времени. 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. Сюда входит интеграция новых высокотехнологичных композитов и сплавов, каждый из которых имеет уникальные требования к процессу производства. Автомобильная отрасль, например, продемонстрировала за последние 20-30 лет, что современные методы производства могут значительно снизить стоимость создания даже самых сложных современных автомобилей. 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.

Сборка легких, прочных, проверенных и тихих летательных аппаратов из композитов, а не из композитосодержащих компонентов, это совершенно другое дело. С другой стороны, это все-таки летательные аппараты, а не автомобили. 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.

Это дорого и сложно; авиация никогда не наращивала большие объемы, потому что спроса попросту не было. «Я говорил с производителями композита, они не представляют, как им набрать темп, о котором мы говорим», отмечает Герман. 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

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

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. 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. Также стоит учесть, что большая часть шума городской среды происходит от автомобилей, а они будут плавно превращаться в электромобили в ближайшие десятилетия.

Один из подходов заключается в уменьшении скорости вращения лопастей ротора, поскольку они становятся громче, приближаясь к сверхзвуковой скорости. 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. Также могла бы помочь система распределенных роторов — шесть или восемь небольших винтов. Для этого инженеры могли бы добавить лопасти на каждый ротор, снизив число оборотов, но сохранив подъемную силу. Рано или поздно решение будет найдено.

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

Так хочет Uber, во всяком случае.

Показать больше

Похожие публикации

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Кнопка «Наверх»