مستقبل تشكيلة الطائرات المستقلة ذاتياً لأغراض التنقل الجوي الحضري

مستقبل تشكيلة الطائرات المستقلة ذاتياً لأغراض التنقل الجوي الحضري

إن التنقل الجوي الحضري يعيد تشكيله بسرعة، حيث أن الطائرات المستقلة ذاتيا، المصممة لنقل الركاب والبضائع بدون طيارين على متن الطائرة، في مقدمة هذا التغيير، وتعود هذه المركبات بالسفر على نحو أكثر أمانا وأسرع وأكثر كفاءة في البيئات الحضرية الكثيفة، ومع تطور التكنولوجيا، فإن تشكيل هذه الطائرات وتصميمها سيلبي الطلبات الفريدة من نوعها من سماء المدن، وهذه المادة تستكشف الاتجاهات الرئيسية، والتكنولوجيات، والتحديات.

الاتجاهات الناشئة في تصميم الطائرات المستقلة

إن تصميم الطائرات المستقلة ذاتياً لطائرة UAM يُعزى إلى الحاجة إلى قدرات مدمجة وهادئة وكفؤة للإقلاع الرأسي والهبوط، وعلى عكس الطيران التقليدي، يجب أن تعمل هذه المركبات في أماكن حضرية مقيدة، وغالباً ما تكون فيها مراسم متعددة للإقلاع والهبوط على أسطح المباني أو على متنها.() وقد أخذت اتجاهات عديدة في التصميم آخذة في الظهور:

الاتفاق الخامس - التجارة الدولية

وتستخدم معظم طائرات حركة عدم الانحياز ذاتيا إما عدة طائرات أو مرفعة أو مهبطة أو محرك أو تشكيلات للدفع مقسمة، كما أن تصميمات متعددة العناصر توفر البساطة والاستقرار في الخراطيم القصيرة، ولكنها تقلل من النطاق، وتجمع بين محركات الرفع والتوجه الأمامي، وتحسن الكفاءة.

المسافرون - النزلاء

وتقضي الطائرات المستقلة على الحاجة إلى قمرة، وتخليص مساحة المقصورة من أجل راحة الركاب، وكثيرا ما تتضمن التجمعات مقاعد متعددة مرتبة في شكل صالة أو صف، مع وجود نوافذ كبيرة لآرائها في المدن، وتشمل بعض التصميمات الجلوس في شكل وحدات يمكن إعادة تشكيلها للشحن أو بعثات الاستخدام المختلط، وتعطي مواد داخلية الأولوية للوزن الخفيف، وتحولات المركبات المقاومة للحرائق، وتصمم الكابين لتنظيفها بسهولة.

الحد من الانبعاثات

فالأرض الكهربائية هي الحل الرئيسي، ولكن خيارات التشكيل مثل تصميم الشفرة الروتية، والدفع الكهربائي الموزع، وأجهزة الدفع المتغيرة تساعد على الحد من الضوضاء، ويستكشف بعض الصانعين نظم خلايا الوقود الهيدروجينية أو الكهربية من أجل النطاق الممتد، والهدف هو تحقيق مستويات ضوضاء مماثلة لحركة المرور في المدن الخلفية.

التكنولوجيات الرئيسية التي تبث في المستقبل

وتعتمد الطائرات المستقلة على مجموعة من التكنولوجيات المتقدمة التي تؤثر مباشرة على تشكيلها، وتضع كل تكنولوجيا قيودا وفرصا للإطار الجوي والدفع والتصميمات الجوية.

AI and Machine Learning for Flight Control

إن المعلومات الاستخبارية الفنية والتعلم الآلي تتيح اتخاذ القرارات في الوقت الحقيقي، ومسارات الطيران التكييفية، وتجنب الاصطدام، ويجب أن تجهز هذه النظم البيانات من الكاميرات والليدار والرادار والمجسات الأخرى لكشف العقبات، والتنبؤ بمسارات الطائرات الأخرى، والاستجابة لتغير الطقس، كما أن أجهزة الحاسوب المحمولة ذات الطاقة العالية والتي تُضاف إلى تصميمات البرمجيات الزائدة.

نظم التبريد الكهربائي

كما أن حزمة المحركات الكهربائية والبطارية هي قلب معظم الطائرات ذات الحركة العالية الحركة، إذ أن النظم ذات الحركة العالية (800V أو أعلى) تقلل من الوزن والوزن الحالي، ولكنها تتطلب إدارة حرارية دقيقة، كما أن المحركات ترسم مجموعات البطاريات في وحدات مجزأة توضع داخل الجناح أو الصمامات للحفاظ على مركز الجاذبية، وتشمل بعض التصميمات قشور البطاريات القابلة للارتحال من أجل إعادة شحن سريعة، مما يؤثر على موقع الدخول.

أجهزة جوية متنقلة وقابلة للقياس

ويسمح الهيكل النموذجي للمصنعين بإنتاج إطار جوي أساسي يمكن تشكيله لمختلف مكوكات السفر في البعثات، أو عمليات التسليم الطبي، أو الشحنات الأخيرة، وتشمل العناصر النموذجية المشتركة أحواض الركاب المنفصلة، وحاويات الشحن، ووحدات البطاريات، ويبسط هذا النهج التصميمي التصديق على أن التغييرات تقتصر على عدد قليل من الوحدات بدلا من طائرات جديدة تماما.

أجهزة الاستشعار المتقدمة والتواصل

وتتوقف الرحلة الذاتية على جهاز استشعار موثوق به.

المواد الهيكلية والصناعات التحويلية

وتهيمن التركيبات المتقدمة مثل البوليمرات المجهزة بالكربون المحرر والمركبات الحرارية على التصاميم الحالية، ويتيح التصنيع الإضافي (3D الطباعة) قطعاً معقّدة خفيفة الوزن مثل شظايا المروحات المحملة، ومحركات المحركات، وأقواس الاستشعار.

التحديات والنظر في مسألة التصالح

وعلى الرغم من الاتجاهات والتكنولوجيات الواعدة، لا تزال هناك عقبات كبيرة، ويجب أن تتصدى تشكيلة الطائرات المستقلة ذاتياً لتحديات السلامة والتنظيم والهياكل الأساسية والقبول الاجتماعي.

الأطر التنظيمية لإصدار شهادات التصميم

وتضع سلطات الطيران، مثل وكالة الطيران الاتحادية (U.S.) ووكالة الفضاء الأوروبية (أوروبا) معايير لإصدار شهادات الطائرات المستقلة، ويجري حاليا تكييف الجزء 23/25 ومعايير الأحوال الخاصة، وتشمل المجالات الرئيسية التي تتطلب قواعد جديدة: إجراء اختبارات عن بعد بواسطة برامجيات مستقلة، ونظم مراقبة الطيران الزائدة عن الحاجة، وأمن الفضاء، وتجنب الاصطدام البري، ويجب أن تتضمن تشكيلات الطائرات إعادة التعقد في النظم الحساسة (مثلا، عدم توافر القدرة على الدفع).

التكامل الفضائي الجوي الحضري

وستعمل الطائرات المستقلة ذاتيا إلى جانب الطيران التقليدي (المروحيات والطائرات بدون طيار) ويجب أن تلائم نظم إدارة حركة المرور غير المأهولة الحالية أو المقبلة، وهذا يتطلب نظما قوية للكشف والتجنب، وبروتوكولات اتصال متسقة، وتخصيص أجواء دينامية. ويجب على تشكيلات الطائرات أن تدعم أجهزة الاتصال المتعددة، ومرسلات الشحن الجوي غير المأهولة، وأجهزة التثبيت الخارجي المحتملة للارتطام بالأشعة السينية (ال إلى كل شيء).

القيود على الهياكل الأساسية

وتفرض الموانئ والهبوط حدوداً للحجم والوزن، وقد تتجاوز الطائرات التي تكون ثقيلة جداً حدود الحمولة الهيكلية لمواقع الهبوط السطحي، وقد لا يمكن أن تكون أجهزة الصيد ذات النطاق الواسع جداً في حدود البصمات الأرضية المحددة، كما أن إعادة الشحن أو معدات تبادل البطاريات تتطلب وضع أبواب الدخول والوصلات، وقد تتطلب بعض التشكيلات، مثل تصميمات المحركات ذات البصمات الأرضية أو التي تُصمم على المحركات، تركيب هياكل أساسية عمودية.

التصور العام والقبول

قبول المجتمع ضروري للنجاح التجاري، لا تزال الضجة هي الشاغل الأول، ودراسة عام 2023 من قبل منظمة الطيران المدني الدولي، وتعرف على العتبات الوعائية لعمليات متكررة في توك، وتنقل الطائرات المستقلة ذاتياً بضائقة إضافية عن السلامة والخصوصية، وتشكيلات الطائرات التي تشمل نظم طوارئ واضحة (مثلاً، المظلات العامة المنتشرة بالقذائف) وسجلات المؤيدة للآمنة.

دراسات الحالة: البرامج الحالية للطائرات المستقلة

وقد كشفت عدة شركات عن تشكيلات نموذجية توضح المبادئ التي نوقشت أعلاه.

طائرة جوبي - S4 Lift-Plus-Cruise

)٣( انظر: " لا يمكن أن يكون هناك أي شيء آخر " .

الفضاء الجوي العمودي - VX4 Vectored Thrust

(أ) يستخدم VX4 تشكيلة من المحركات مع ثمانية مدافعين: أربعة على الأجنحة المستقلة وأربعة على اللحية الأمامية، ويركّز التصميم على التكرار مع أسطول مستقل لمراقبة السيارات وبطاريات احتياطية، ومقاعد الكابينة خمسة ركاب في ترتيب 2+3، مع مجموعة كبيرة من البرمجيات ذات السرعة القصوى 160 كيلومتراً.

فولوكبتر - فولو كونتيك وفولودرون

وقد وضعت الشركة الألمانية فولوكبتر تشكيلات متعددة: فولوكتي (محرر لسيارة الأجرة الجوية القصيرة المدى) وفولوكوانكت (نقل الطراز إلى رحلات بين المدن) وفولودرون (متغيرات السيارات) وتستخدم الطائرة ذات الصبغة الثابتة الجناح ذي الإطارات الثلاثية.

EHang - EH216-S Autonomously Fly Passenger Drone

(أ) حصل مصنّع صيني EHang] على شهادة من نوع إدارة الطيران المدني في الصين، على مركب رقم EH216-S، وهو جهاز مستقل تماماً من نوعي جواز السفر، ويستخدم التشكيلة ثمانية مدافعين مزدوجين مثبتين على أربعة أسلحة، مع صمام صغير، وليس لها مقعد تجريبي؛ ويختار الركاب ببساطة شكلاً من أشكال الضبطة على مسافة 16 كيلومتراً.

الطريق: التكامل والقابلية للتكرار

ومع اقتراب النماذج الأولية من الإنتاج، يتحول التحدي من التصميم إلى التكامل، ويجب أن تعمل طائرات حركة عدم الانحياز المستقلة ذاتيا بصورة موثوقة في إطار نظام إيكولوجي أوسع للموانئ، وإدارة الحركة الجوية، وشبكات النقل البري، ويتوقف مدى القدرة على التوحيد بين التشكيلات في جميع الجهات المصنعة وقابلية التشغيل المتبادل للنظم.

توحيد المعايير وإمكانية التشغيل المتبادل

وتروج مجموعات صناعية مثل [الرابطة العامة لصانعي الطائرات] ] وجمعية الطيران العمودي لوصلات وصل مشتركة وأفضل الممارسات، وتشمل الجهود تحديد أحجام مبادلات البطاريات الموحدة، ووضع مخططات لهبوط السفن، وبروتوكولات لوصل البيانات، وتسمح تشكيلات الطائرات التي تتسم بالمرونة الكافية للتكيف مع هذه المعايير بميزة تنافسية.

اختبارات وخرائط شهادة

ويجري تنفيذ برامج اختبار متعددة للتحقق من التشكيلات المستقلة، ويقوم مشروع الحركة الجوية المتقدمة التابع للرابطة، بالتعاون مع وكالة الطيران الاتحادية، بإجراء اختبارات طيران مع شركاء الصناعة للتحقق من نماذج الضوضاء والمفاهيم التشغيلية، كما يقوم مشروع الفضاء الخارجي التابع للشركة الأوروبية بتطوير الهياكل الأساسية الرقمية لإدارة حركة الطائرات بدون طيار وحركة حركة النقل الجوي، ويجب على المطورين أن يدمجوا النتائج المستخلصة من هذه الاختبارات في تصميماتهم، مما يتطلب في بعض الأحيان إجراء اختبارات للأنفاق الحقيقي التي تغيرت عملية الحاسوب الجوي.

الآثار الاقتصادية والتجارية النموذجية

وتؤثر تشكيلة الطائرات المستقلة تأثيرا مباشرا على اقتصادها التشغيلي، كما أن التصميمات الأكثر كفاءة من حيث الطاقة تؤدي إلى انخفاض تكاليف الشحن وطول المدى، مما يتيح زيادة الانتفاع، وتسمح تصميمات الاتفاق بزيادة عدد الطائرات لكل ميناء، وزيادة حجم الناتج، كما أن إمكانية الوصول إلى الصيانة، والوحدة الجزئية، وحياة البطاريات تؤثر أيضا على التكلفة الإجمالية لكل ميل، حيث أن الشركات تتراوح بين عشرات وآلاف الطائرات، يجب أن تتطور تقنيات التصنيع، وربما نحو خطوط تجميع مجهزة آليا للحواسيب مركبية.

البحث عن الرأس: الجيل القادم من حركة الطيران الحضري

إن الطائرات المستقلة ذاتيا للتنقل الجوي الحضري ليست مفهوما مستقبليا بعيد المنال؛ فهي تجري اختبارها اليوم وتبدأ في الإنتاج المسبق، وستستمر تشكيلة هذه الطائرات في التطور مع استخلاص الدروس من العمليات المبكرة في صقل التصميمات، ويمكننا أن نتوقع أن نرى:

• Greater use of distributed electric propulsion] with smaller, more numerous propulsors providing redundancy and noise reduction.
• Integration of hydrogen fuel cells] for extended range, requiring light weight cryogenic storage tanks that reshape the fuselage.
• Advanced autonomy levels] moving from remote supervision to full self-piloting, eliminating the need for pilot controls and enabling more efficient cabin layouts.
• Hybrid formations] that combine fixed-wing and rotorcraft features in new ways, such as retractable rotor arms that reduce drag during cruise.
• Smart structures] with embedded sensors and actuators that adjust the aircraft shape in flight for opt performance.

إن الطريق إلى الاعتماد الواسع النطاق طويل، ولكن سرعة التغيير آخذة في التسارع، وسيكون التعاون بين علماء التكنولوجيا، والمنظمين، والمخططين الحضريين حاسما في تشكيل نظام إيكولوجي مستدام وفعال للتنقل الجوي في المناطق الحضرية، كما أن تشكيلات الطائرات التي نراها اليوم هي الجيل الأول فقط؛ ولم تأت بعد أفضل التصميمات.