نظرة أقرب إلى متطلبات التصديق على مركبات النقل الجوي الحضري

فهم مركبات التنقل الجوي الحضري

وتشير الحركة الجوية الحضرية إلى نظام للنقل الجوي الآمن والكفء والمستدام للمسافرين والبضائع داخل البيئات الحضرية والضواحي، والنوع الأساسي من المركبات التي تقود هذه الرؤية هو الرفع الرأسي الكهربائي والهبوط (eVTOL) وخلافا للطائرات العمودية التقليدية أو الطائرات الثابتة الجناحين، فإن مركبات الإي فيتوبلات تصمم بحيث تكون أكثر هدوءا، وتنتج انبعاثات مباشرة صفرا، وتمتلك نظما للشحن الكهربائي أقل مما يتيح إعادة التشغيل

وتنطوي عملية تطوير مركبات حركة عدم الانحياز على تشكيلات جديدة - مثل الرفع من جانب الحافة، والتوجهات المتحركة، والتصميمات المتعددة العناصر - التي تحد من أطر التصديق على الطائرات التقليدية، وتطرح كل تشكيلة منها تعقيدات فريدة من نوعها في مجال تكامل الهواء والهيكل والنظم، وعلى سبيل المثال، فإن تصميمات الرفع من الرفع إلى الحافة الدقيقة تفصل بين أجهزة الدفع الأفقية، بينما تتطلب مراحل الانتقال الحركية إلى وحدات الدفع الأمامية.

ويمتد وعد حركة عدم الانحياز إلى ما يتجاوز مجرد النقل، ويشمل الفوائد المحتملة للخدمات الطبية الطارئة، وتقديم الطرود، والربط الإقليمي، ولكن قبل أن تتمكن هذه المركبات من العمل تجاريا في المجال الجوي الحضري الكثيف، يجب أن تمر بعملية إصدار شهادات صارمة ومتعددة المراحل تشرف عليها سلطات الطيران المدني، وتدرس هذه المادة متطلبات التصديق، والأطر التنظيمية الحالية، والتحديات التي يجب التغلب عليها لإدماج مركبات حركة عدم الانحياز في مدننا بأمان.

إطار التصديق

السلطات والمعايير التنظيمية

وتخضع عملية التصديق على مركبات حركة عدم الانحياز في المقام الأول لسلطات الطيران الوطنية، ولا سيما إدارة الطيران الاتحادية في الولايات المتحدة ووكالة سلامة الطيران التابعة للاتحاد الأوروبي في أوروبا، وتكيف هذه الوكالات معايير الجدارة الجوية القائمة أو تهيئ ظروفا خاصة جديدة لمعالجة الخصائص الفريدة لطائرات شركة الطيران الإلكترونية، وتستخدم الوكالة إجراءات التصديق بموجب الباب 21 لإصدار شهادات من نوعها، بينما تتبع الوكالة في السنوات الأخيرة إطارها الخاص بالصلاحية الجوية.

ويعتمد نهج التصديق الخاص بطائرات الطائرتين التابعتين لوكالة الطيران المدني الدولي حاليا على الأنظمة القائمة مع إدخال تعديلات، فعلى سبيل المثال، طبقت الوكالة نظام الطيران الاتحادي الخاص رقم 2023-01 (المعمول به في نيسان/أبريل 2024) لتبسيط التصديق على طائرات النقل بالطاقة الكهربائية، بما في ذلك العديد من تصميمات حركة الطيران غير النظامي، وتضع معايير للصلاحية الجوية بموجب أحكام جديدة من 14 CFR Parts 43 (المعنية بالضو)

عملية التصديق على النوع

تتبع عملية التصديق من نوع مركبة من مركبات حركة عدم الانحياز نهجا تدريجيا:

1. Design and Application]: يقدم الصانع طلباً للحصول على شهادة نوعية إلى جانب وثيقة تصميم أولية موسعة، ويشمل ذلك توصيفات الطائرات ذات المستوى الأعلى، وهيكلات النظم، وخطة تصديق تحدد الأنظمة ووسائل الامتثال المنطبقة.
2. Compliance Determination]: يبرهن الصانع على الامتثال من خلال التحليل، والاختبارات الأرضية، واختبار الرحلات الجوية، وتقييمات السلامة، وبالنسبة للتكنولوجيات الجديدة مثل النشر الكهربائي الموزع، يجوز للسلطة أن تصدر شروطا خاصة أو أن تتوصل إلى قرارات مماثلة بشأن السلامة.
3. ]]Inspection and Testing: يتطلب الجدارة الجوية مركبات نموذجية لإجراء اختبارات شاملة - بما في ذلك اختبارات التحميل الهيكلي، ومقاومة ضرب الطيور، وحماية البرق، واحتواء المدرج الحراري للبطارية، ومئات ساعات الطيران عبر جميع وسائل الطيران، وتشهد السلطة اختبارات حاسمة.
4. Type Certificate Issuance: بعد أن توافق السلطة على التصميم، تصدر شهادة نوع (TC).
5. Production Certificate and Airworthiness Certificate]: Separately, the manufacturer must secure a production certificate (PC) to build multiple units conforming to the approved design. Each individual aircraft then receives an airworthiness certificate before it can be operated commercially.

ويمكن لهذه الدورة بأكملها أن تأخذ تقديرات قائمة لسنوات لخط الترميز الإلكتروني الأول من نوعه تتراوح بين خمس سنوات وسبع سنوات، وتبلغ التكاليف مئات الملايين من الدولارات، ويجب على المصانع أيضاً أن تخطط لتحديثات وتعديلات ما بعد التصديق، التي تتطلب شهادات من النوع التكميلي أو التعديلات الموافق عليها.

متطلبات التصديق الرئيسية للمركبات غير المصفحة

الجدارة الجوية والسلامة

وفي قلب التصديق، فإن الحاجة إلى بيان " الجدارة " تشمل جميع شروط الطيران من الإقلاع عن طريق الرحلات السياحية إلى الهبوط، بما في ذلك سيناريوهات الفشل المحتملة، وكثيرا ما تستخدم معايير التصديق التقليدية للطائرات العمودية (الجزء 27/29 المتعلق بفئات النقل العادية) كخط أساس، ولكن تصميمات الشبكة الإلكترونية تتطلب تعزيزات لأنها تعمل بسيارات كهربائية متعددة وبطاريات وثمان نظم لمراقبة الطيران ذات الاحتياجات العالية.

فأهداف السلامة تحددها احتمالات الفشل في ساعة الطيران، فعلى سبيل المثال، يجب أن تكون الإخفاقات المأساوية (مثل فقدان هول) احتمال أن تقل ساعات الطيران عن بليون ساعة بالنسبة لعمليات الركاب التجارية، مما يدفع الحاجة إلى وجود حافلات كهربائية مستقلة متعددة، وحواسيب مراقبة الطيران الزائدة، ونظم الرصد الصحي التي تكشف اختلال خلايا البطاريات، أو تسخين أجهزة التبريد السطحي أو السيطرة عليها.

نظم التكاثر والبطارية

وتكن تكنولوجيا البطاريات هي حجر الأساس لإصدار شهادات الفولط الخماسي الكلور، ويجب أن تستوفي خلايا الليثيوم معايير السلامة الصارمة لمنع الركض الحراري - وهو ظاهرة تغلغل فيها حرارة الخلايا المدمرة ويمكن أن تنقل إلى الخلايا المتاخمة، ويقتضي إصدار البطاريات التي تراقب فشل البطاريات، مثل دائرة قصيرة أو حرائق خارجية أو نظام كوخ آلي.

وتشمل متطلبات الدفع الإضافية إعادة صيانة البنية الكهربائية (الحافلات المستقلة ذاتياً أو ثلاثياً من حافلات الطاقة)، وحماية الإضراب، والتدخل الكهرومغناطيسي في أجهزة الإلكترونيات، ويجب أن يصمم المحركات نفسها للموثوقية العالية، وكثيراً ما تستخدم محركات متزامنة دائمة ذات رياح زائدة، وأن تكون جميع أجهزة التحكم في الطاقة من بطارية إلى دورة الوقود القصوى(40).

معايير الضوضاء والمعايير البيئية

ومن بين عروض قيمة الذخائر غير المنفجرة الضجيج المنخفض مقارنة بالطائرات العمودية، غير أن التصديق يتطلب الامتثال القابل للقياس، وكثيرا ما تكيف معايير الضوضاء التي تطبقها القوات المسلحة لجمهورية أفريقيا الوسطى على طائرات الهليكوبتر (الجزء 36، التذييل حاء) مع إجراء تعديلات على التوقيع الفريد على أجهزة التناوب الصغيرة، وقد تقترح الوكالة الأوروبية للطاقة الذرية إجراء اختبارات ضوضاء محددة لعمليات حركة الطيران، مما يتطلب من الجهات المصنعة أن تبرهن على مستويات الضوضاء في نقاط القياس المحددة (مثلا (150 مترا).

اعتبارات الاستقلال الذاتي والتوليف

وفي حين أن العديد من مركبات حركة عدم الانحياز تهدف إلى تحقيق مستويات متفاوتة من التشغيل الآلي، فمن طيار واحد (لا طيار مشترك) إلى عمليات غير مأهولة بالكامل، ويجب أن يعالج التصديق الواجهة بين أجهزة الصمود البشرية، أما بالنسبة للنسخ التجريبية ذاتيا، فإن الوكالة بصدد وضع شهادة تجريبية " للرفع الآلي " في إطار SFAR 2023-01، تجمع بين عناصر من كل من التصنيفات الثابتة الجناحين والدوارة.

The Path to Certification: Current Challenges

الثغرات التنظيمية والمعايير المتطورة

ففئات التصديق القائمة - مثل الطائرات العادية من الفئة )الجزء ٢٣(، والطائرات المنقولة )الجزء ٢٥(، والحرف العادي )الجزء ٢٧(، والنقل بالطائرات المروحية )الجزء ٢٩( - لا يتفق تماما مع خصائص " إي فيتو " ، كما أن إنشاء هيئة النقل الجوي لفئة جديدة من فئة النقل بالطاقة الكهربائية خطوة هامة، ولكن هناك معايير محددة كثيرة لا تزال قيد التطوير، على سبيل المثال، لا توجد طريقة ثابتة لإصدار الشهادات فيما يتعلق ب " الضجيج منخفض جدا " .

كما أن المواءمة الدولية تشكل تحدياً، إذ قد تحتاج مركبة من طراز UAM مصدق عليها في إحدى الولايات القضائية إلى موافقة إضافية على العمليات في بلد آخر، ويمكن أن تؤدي الاختلافات في معايير الأداء، والترخيص التجريبي، والقواعد التشغيلية (مثل الحدود القصوى، ودرجة الطقس المصغرة) إلى تأخير دخول الأسواق.

تكامل الفضاء الجوي

وسيعمل نظام " أوم " في مجال جوي منخفض جدا )أقل من ٠٠٠ ١ قدم تقريبا(، وبيئة تتقاسمها حاليا الطائرات العامة والطائرات بدون طيار والطائرات العمودية، ولإدماج آلاف الرحلات الجوية اليومية، يجب أن تتطور نظم إدارة الحركة الجوية، ولا يكفي التصديق على النظام التشغيلي الموحد - بما في ذلك الموانئ وشبكات الاتصالات وإجراءات الملاحة -

الهياكل الأساسية والموانئ

كما أن عمليات السحب والهبوط والشحن التي تتم في إطار نظام " UAM " ، قد تكون جزءاً حاسماً من معادلة التصديق، وفي حين أن المبادئ التوجيهية لتصميم الموانئ قد اقتُرحت (مثلاً، ) مناولة الهندسة 105 ) فإنها لا تسمح بعد بأن تكون معايير التصديق على صحة أجهزة التأشيرات في المناطق الحضرية.

النظر إلى الرأس: مستقبل التصديق

وبالإضافة إلى ذلك، فإن متطلبات التصديق ستزداد تبسيطاً من خلال تبادل الخبرات والبيانات، وقد بدأت السلطات التنظيمية تقبل بعض مستويات " ضمان التصميم " عن طريق نماذج النظم بدلاً من الاختبار المادي المكثف، لا سيما بالنسبة للبرامجيات والإلكترونيات.() وقد يؤدي مشروع NASA المتقدم للحركة الجوية [FT:1] إلى إجراء بحوث نشطة بشأن أدوات التنبؤ بالضوضاء، والجدول الزمني الآمن للرحلات الجوية

وثمة مجال آخر من مجالات التطور هو " استمرار صلاحية الطيران " ، لأن مركبات حركة عدم الانحياز ستخضع على الأرجح لتحديثات البرامجيات وتحسينات البطاريات بعد التصديق، تقوم السلطات بوضع عمليات أكثر مرونة للموافقة على تغييرات طفيفة وكبيرة دون إعادة تشغيل كامل رحلات التصديق، وهذا سيتطلب ممارسات قوية لإدارة التكوين وتحليل الفشل من جانب المصنعين.

وأخيراً، تم بالفعل تمهيد الطريق إلى العمليات التجارية الأولية، وقد أكمل عدد من الصانعين، بمن فيهم جوبي طيران وطائرة آرتشر، خطوات التصديق الرئيسية مثل الإذن بالتفتيش من نوع ما، وتجري اختبارات نهائية للرحلات، ويتوقع أن يكون أول شهادة من نوع FAAA بالنسبة لطائرة من طراز eVTOL مجهزة بالطاقم بين عام 2025 وعام 2027، وهي علامة بارزة ليس فقط بالنسبة للمركبات نفسها، بل بالنسبة لإطار الكامل لإصدار الشهادات الذي سينظم حركة الطيران في المدن الحضرية منذ عقود.