إن صناعة الطيران العالمية تقف في لحظة محورية في تاريخها، حيث أن الحاجة الملحة إلى إزالة الانهيار من كربونات السفر الجوي مع التقدم السريع في تكنولوجيات الدفع الكهربائية والمختلطة، وفي حين أن الانجازات الهندسية اللازمة لطائرات الطاقة التي تحمل بطاريات أو خلايا الوقود أو نظم الطاقة الكهربائية المهجورة هي أيضا مخاطر كبيرة، بل وأكثر أهمية هي الإطار التنظيمي الذي يجب أن يتطور إلى إصدار شهادات موح َّدة على الصعيد الدولي.

The Global Regulatory Landscape for Aviation Propulsion

فالطيران التجاري هو أحد أكثر القطاعات تنظيما في العالم، ولسبب وجيه، فسلامة الملايين من الركاب، وسلامة المجال الجوي، والأثر البيئي للرحلات الجوية، تتوقف جميعها على معايير قوية وقابلة للتنفيذ، وترتكز منظمة الطيران المدني الدولي، وهي وكالة متخصصة تابعة للأمم المتحدة تضع المعايير العالمية والممارسات الموصى بها، وتعتمد الدول الأعضاء في منظمة الطيران المدني الدولي هذه المعايير مجتمعة، التي تشكل بعد ذلك الأساس للنظم الوطنية للطيران.

تاريخياً، تم كتابة أنظمة حول خصائص توربين الغاز ومحركات البستون هذه النظم التي تستخدم فيها بيانات تشغيلية، وطرق الفشل التي تُفهم جيداً، وإجراءات التصديق المعمول بها.() وتُدخل في نظم التصديق القائمة حالياً، وأجهزة البطاريات ذات التأثير العالي، والإلكترونيات، والهيجينات، بيانات جديدة تماماً عن المخاطر: المجرى الحراري في البطاريات، والتداخل الكهرومغناطيسي،

وقد أصدرت الوكالة الاتحادية للضمان الاجتماعي، على سبيل المثال، وثائق توجيه للحصول على شهادة الدفع الكهربائي، ، بينما نشرت الوكالة مجموعة مكرسة من " أدوات الامتثال " للطائرات الكهربائية الصغيرة، وتقوم لجنة حماية البيئة التابعة لمنظمة الطيران المدني الدولي بدراسة نشطة للكيفية إدماج خطوات التطور الكهربائي والهيجين في إصدارها.

التحديات الحالية في مجال التصديق على النظم الكهربائية والهجينة

والمشكلة الأساسية هي: نظم الدفع الكهربائي والمختلط لا تتناسب بدقة مع فئات التصديق القائمة، وبموجب القواعد الحالية، يُصدَّق على محرك في إطار جزء محدد (مثل 14 CFR Part 33 في الولايات المتحدة، أو CS-E في أوروبا)، ولا يجوز أن تخضع جميع الطائرات لاختصاصات متعددة (الجزء 23، الجزء 25، وما إلى ذلك).

سلامة البطاريات وإدارة الحرارة

وتطرح بطاريات الليثيوم - إيون، وهي تكنولوجيا تخزين الطاقة الأولية للطيران الكهربائي، تحديات أمنية فريدة، حيث أن الفشل في التهريب الحراري الذي لا تزال فيه عمليات التسخين في الخلايا والأغنام المجاورة مع وجود موثوقية قصوى، وتحتاج سلطات التصديق إلى اختبار دقيق على مستويات الخلايا والوحدات والحزم، بما في ذلك التغلغل والشحن المفرط، واختبارات القدرة على تحمل عبء العمل الخارجي.

النظم العالية الفولطية والقابلية للاختراق

وكثيرا ما تعمل نظم الدفع الكهربائي في فولتات تتجاوز ٦٠٠ في العاصمة، مما يُحدث مخاطر الوميض العريقي، وانهيار العزل، والصدمة الكهربائية لطاقم الأرض وموظفي الصيانة، كما أن معايير التأهيل الخاصة بالأسلاك العالية التطوير، والوصلات، ورصد العزلة قد اقترضت من قطاعي السيارات والصناعة، ولكن بيئة الفضاء الجوي - مع تذبذبذبها، وتقلبات حرارة كبيرة، فضلا عن تدقيق الضغط الإضافي.

الهيكل الهجين والمعقدة

كما أن النظم الكهرمائية التي تجمع بين محرك الاحتراق وأجهزة كهربائية وبطارية، تنطوي على قدر أكبر من التعقيد، والتفاعل بين مصدري الطاقة، ومنطق التحكم الذي يُفضي إلى الكفاءة، وحالات الفشل )مثلاً، عدم القدرة على التفوق في استخدام التربين( يجب تحليلها واختبارها جميعاً، إذ أن الجهات التنظيمية تعتبر هذه الظروف مكملة للتصميمات، أو مضافة لها.

How Standards Drive Innovation and Investment

وكثيرا ما يُنظر إلى الأنظمة على أنها جرّة للابتكار، ولكن في حالة الطيران الكهربائي والمختلط، فإنها تؤدي دورا مهما بنفس القدر كعامل حفاز. وعلى العكس من ذلك، فإن عدم اليقين التنظيمي يثبط الاستثمار ويبطئ التقدم.

وقد تسارعت الابتكار بشكل واضح في عدة تطورات تنظيمية حدثت مؤخرا:

  • EASA’s “Special Condition” for Vertical TakeOff and Landing (VTOL) Aircraft] (التي تشمل العديد من تصميمات الإقلاع الرأسي الكهربائي والهبوط (eVTOL)): نشرت في عام 2020 وحدثت منذ ذلك الحين، وفرت هذه الوثيقة أول أساس شامل لإصدار الشهادات لطائرات VTOL التي تعمل بالطاقة الكهربائية، مما يعطي شركات مثل فولوكتر،
  • ] The FA ' s " Part 23 Reorganization " ] streamlined certification for small aircraft, including electric ones, by moving from prescriptive requirements to performance —based standards. This allows developers to propose alternative means of compliance, fostering creativity while maintaining safety.
  • (أ) تضع خطة الوكالة الدولية للطاقة الذرية (خطة تحديد وخفض أسعار الطيران الدولي) [(FLT:1]) خطاً عالمياً للانبعاثات، وتشترط على شركات الطيران أن تعوض أي نمو فوق خط الأساس، مما يخلق حافزاً اقتصادياً على قيام شركات الطيران باعتماد طائرات ذات انبعاثات صفرية بمجرد التصديق عليها، ويقود المخطط شركات تشغيل إلى وضع أوامر مسبقة للصناعة الكهربائية والهجينة، وتوجيه الطلب على السوق.

وعلى الصعيدين الوطني والإقليمي، يستخدم المنظمون أيضاً قوتهم الشرائية وتمويلهم من أجل حفز الابتكار، وقد خصص الاتحاد الأوروبي " التنفيذ المشترك للطيران " (FLT:1]) بلايين يورو للبحث في الطائرات الإقليمية الهجينة، وبث الهيدروجين، وخزن الطاقة المتطور.

دراسات حالة عن الدعم التنظيمي في العمل

مبادرة الطيران النظيف الأوروبية

وبرنامج الطيران النظيف هو شراكة بين القطاعين العام والخاص حددت أهدافا تكنولوجية طموحة لعام 2030، ويستهدف برنامج " الطائرات الإقليمية ذات الكفاءة " الذي يُنفذ خصيصاً دفعاً هجيناً مكثفاً لطائرة مقرية يتراوح عددها بين 50 و100، وتتجاوز هذه المبادرة التمويل، وتعمل مع الوكالة على تحديد متطلبات التصحيح، بحيث تُصمم التكنولوجيات الجديدة بحيث يمكن الاعتماد عليها في البداية.

دور منظمة الطيران المدني الدولي في مواءمة معايير الانبعاثات

وتقوم منظمة الطيران المدني الدولي حاليا بوضع معايير بيئية جديدة للطائرات الكهربائية ]FLT:0[، ولن تشمل هذه المعايير ثاني أكسيد الكربون فحسب بل أيضا الضوضاء ونوعية الهواء المحلية في المطارات، وبوضع خط أساس عالمي، تمنع المنظمة " الوصول إلى القاعدة " في الأداء البيئي، وتضمن أن الطائرات المرخصة في منطقة ما يمكن قبولها بسهولة في منطقة أخرى، وهذا التنسيق أمر حاسم بالنسبة لحملات الصناعة العالمية؛

مسارات الشهادة المتطورة التي تقدمها القوات المسلحة الأنغولية

وفي الولايات المتحدة، اتبعت وكالة الطيران الاتحادية نهجا عمليا، وأصدرت شهادات خاصة لصلاحية الطيران للطائرات الكهربائية التجريبية )مثلا، لاختبار الرحلات الجوية(، وأنشأت " لجنة التجهيز الالكتروني " مكرسة داخل فرع البحوث التابع لها، وتعاونت مع هيئات صناعية مثل شركة ASTM International لوضع معايير توافقية لنظم البطاريات.

الهياكل الأساسية والمعايير التشغيلية

ولا يشكل التصديق على الطائرة نفسها سوى جزء من المعادلة، وسيتطلب الدفع بالكهرباء والمهجنين تغييرات كبيرة في الهياكل الأساسية للمطارات، وبروتوكولات الصيانة، وتدريب طاقم الطيران، ويقوم المنظمون بالفعل بمعالجة هذه الاحتياجات من المرحلتين.

الدعم في مجال الشحن والنقل البري

وسيلزم تركيب محطات شحن ذات قوة عالية )٠٥٠ كيلوواط إلى أكثر من ١ ميغاواط( في البوابات والحظائر، وتشمل معايير السلامة لهذه النظم - التي تشمل الأرض الكهربائية، وإدارة الكابلات، والإغلاق الطارئ - التي تقوم بتطويرها منظمات مثل الرابطة الدولية للكهرباء ومنظمة الطيران المدني الدولي، واللجنة الدولية للكهرباء، ونشرت الرابطة ورقة مفاهيمية بشأن البنية الأساسية " البرمجيات " لعمليات الإيفوجين.

الصيانة والإصلاح

ويجب تدريب الفنيين على العمل مع النظم ذات التأثير العالي، ومعالجة البطاريات المضرورة، وإجراء التشخيصات بشأن ضوابط الدافع الكثيفة البرمجيات، وتقوم وكالة الطيران الاتحادية والوكالة الدولية للطاقة الذرية بتحديث نظام التدريب على الصيانة ليشمل هذه الكفاءات، وبالإضافة إلى ذلك يجري تنقيح الأنظمة المتعلقة بنقل بطاريات الليثيوم المتضررة أو المعيبة (التي تصنف على أنها سلع خطرة) لتغطية مدافع الطائرات.

عمليات الطيران والتخطيط للطوارئ

وقد تتطلب الطائرات الكهربائية الهجينة ذات النطاق المنخفض أو احتياطيات الطاقة المحدودة قيودا تشغيلية، فعلى سبيل المثال، قد تحتاج طائرة تحمل بطارية تبلغ 30 دقيقة فقط إلى الحفاظ على مسافة معينة من مواقع الهبوط المناسبة، ومن المرجح أن يفرض المنظمون قواعد تشغيل خاصة وأن يطلبوا من المشغلين أن يبرهنوا على خطط طوارئ مناسبة، مماثلة للطريقة التي تدار بها العمليات الممتدة بين الجانبين.

The Path Forward: Harmonization and Future Regulations

ونظراً إلى أن تكنولوجيات الدفع الكهربائية والهجينة قد بلغت مرحلة النضج، فإن البيئة التنظيمية يجب أن تستمر في التطور، وأن الحاجة الأكثر إلحاحاً هي إلى تنسيق دولي أعمق، وفي الوقت الراهن، كثيراً ما تفصل القوات المسلحة الأنغولية والرابطة في الجوانب الرئيسية لإصدار الشهادات، وتجبر المطورين على تصميم نسختين من نفس النظام. ] الاتفاقات الثنائية، مثل اتفاق سلامة الطيران المبرم بين الولايات المتحدة والاتحاد الأوروبي، على أن تكون في مرحلة البدء، هي مرحلة جيدة.

وتوفر خطة المنظمة العالمية لسلامة الطيران والخطة العالمية للملاحة الجوية أطرا لتنسيق المعايير، ولكن التقدم المحرز كان بطيئا، ومن السبل الواعدة إنشاء نظامين تقنيين مشتركين للمكونات الحرجة مثل البطاريات واللافتات والمحركات الكهربائية، وإذا ما اعتمدتهما سلطات متعددة، فإن ذلك يمكن أن يبسط التصديق بشكل كبير.

وثمة مجال آخر يتطلب الاهتمام هو إدماج الدافع الكهربائي في معايير الجدارة الجوية لطائرات النقل من الفئة الفنية )الجزء ٢٥( ومعظم الأنشطة الحالية تستهدف الطيران العام )الجزء ٢٣( والطائرات المسافرة، حيث أن الطائرات الكهربائية الإقليمية والوحيدة الأجر تبرز وتتجه إلى الدخول إلى الخدمة في طائرات النقل من طراز ٢٠٣٠ إلى آخر يجب أن تكون جاهزة مع متطلبات مصممة خصيصا لنظم عالية الحركة والقوى عالية في طائرات الركاب الكبيرة التي بدأت بالفعل.

وأخيرا، يجب أن يتناول الإطار التنظيمي الأثر البيئي المتولد عن الدفع الكهربائي الذي يمتد على مدى الحياة، بما في ذلك إنتاج البطاريات وإعادة التدوير والتخلص من النفايات في نهاية العمر، ويوسع نطاق برنامج العمل الشامل التابع لمنظمة الطيران المدني الدولي ليشمل هذه الآثار غير المكوَّنة، التي ستؤثر على الحوافز والولايات المستقبلية.

خاتمة

فلوائح الطيران العالمية أكثر بكثير من كونها بوابة للتكنولوجيا الجديدة؛ ] هي قوة نشطة ترسم اتجاه ووتيرة وقابلية البقاء للدفع الكهربائي والمختلط. وفي حين أن تحديات التصديق الحالية - السلامة - نظم التطويق العالية، التعقيد الهجين - هي من الأمور الجوهرية، فإن الأوساط التنظيمية العالمية قد أظهرت استعدادا للتكيف.

والهدف النهائي هو نظام إيكولوجي تنظيمي صارم ومرن: نظام يحمي الجمهور دون خنق الابتكارات المطلوبة في مجال إزالة الكربون، ويتطلب تحقيق ذلك استمرار التعاون بين المنظمين والمصنعين والمشغلين ومؤسسات البحوث، ولكن إذا كان التاريخ دليل، فإن صناعة الطيران - مع تقليدها الطويل في مجال السلامة والتعاون الدولي - ستكون مجهزة تجهيزا جيدا لمواجهة هذا التحدي.