Интеграция автомобилей Evtol в существующую городскую инфраструктуру

Электрические вертикальные взлет и посадка (eVTOL) самолеты представляют собой преобразующий сдвиг в городской мобильности. Эти электрические транспортные средства сочетают в себе удобство вертолетного вертикального подъема с эффективностью и низким уровнем шума современного электрического движения. Поскольку города борются с ухудшением дорожных заторов и ростом выбросов, eVTOL обещают быстро перемещать людей и товары над затором. Однако, делая это обещание реальностью, требуется тщательная интеграция в существующую городскую инфраструктуру - от физических посадочных площадок до цифрового управления воздушным пространством. В этой статье рассматриваются основные технологии, основные проблемы интеграции, стратегии, которые используют города, и перспективы для неба, заполненного летающими такси.

Что такое eVTOL автомобили?

eVTOL означает электрический вертикальный взлет и посадку . В отличие от обычных самолетов, которым нужны взлетно-посадочные полосы или вертолеты, которые полагаются на сложные механические роторы, eVTOL используют несколько электрических роторов для подъема и посадки вертикально. Их конструкция обычно попадает в три основные конфигурации: мультиротор (например, негабаритные беспилотники), подъемный и крестовый (выделенные роторы для вертикального полета и отдельные пропеллеры для переднего полета) и векторная тяга (наклонные роторы или крылья, которые переходят от вертикальной к горизонтальной тяге).

Ключевые технологические компоненты включают литий-ионные или твердотельные батареи высокой плотности, распределенную электрическую тягу (DEP) для избыточности, системы управления пролета через провод и передовые конструкции ротора снижения шума. Многие eVTOL разрабатываются для пилотируемых операций изначально, с долгосрочной целью полной автономии. Ожидается, что уровни шума будут значительно ниже, чем у вертолетов - по некоторым оценкам, они могут быть ниже 60-65 дБА во время взлета и посадки, сопоставимые с проезжающим автомобилем. Это критически важно для принятия сообществом в плотных городских районах.

К крупным разработчикам относятся Joby Aviation, Archer Aviation, Volocopter, Lilium, Beta Technologies и EHang. Многие из них заключили партнерские отношения с авиакомпаниями, компаниями по прокату и городскими властями. Первые коммерческие пассажирские услуги, как ожидается, будут запущены в середине 2020-х годов в некоторых городах, таких как Дубай, Лос-Анджелес, Париж и Сингапур.

Проблемы интеграции eVTOL в городскую инфраструктуру

Внедрение нового вида воздушного транспорта в существующие города — это не просто вопрос производства самолёта. Это требует решения сложной паутины физических, нормативных и социальных проблем. Ниже — основные задачи.

Управление воздушным движением (ATM) и городское воздушное пространство

Современные системы управления воздушным движением предназначены для регулярных коммерческих полетов, общей авиации и военных операций. eVTOLs будут работать на малых высотах (обычно 500-1000 футов) в плотных городских условиях, где радиолокационное покрытие может быть плохим и где много небольших самолетов могут летать одновременно. Нужна новая система, называемая Управление движением беспилотных летательных аппаратов (UTM) или Управление движением городского воздушного транспорта (UAM) . Эта система должна обрабатывать операции высокой плотности, динамическая маршрутизация, предотвращение погоды и интеграция с существующей пилотируемой авиацией. Федеральное управление гражданской авиации (FAA) и Агентство по авиационной безопасности Европейского союза (EASA) разрабатывают эти рамки, но полное внедрение еще через годы.

Дизайн и расположение Vertiports

Вертипорты - это взлетно-посадочные площадки для eVTOL. Им требуется пространство для посадочных площадок (зоны приземления и взлета или TLOF), парковки, зарядных станций, зон ожидания пассажиров и проверки безопасности. Расположение их в плотных городах является сложной задачей: они должны быть близки к спросу (деловые районы, аэропорты, больницы), но избегать конфликтов со зданиями, воздушным пространством и чувствительными к шуму областями. Возможные места включают крыши, гаражи, существующие вертолетные площадки, пустые участки и даже плавучие платформы на реках. Каждое место имеет структурные, зонирование и ограничения доступности. Инфраструктура также должна поддерживать быстрое время разворота - в идеале 5-10 минут для подзарядки и посадки пассажиров.

Безопасность и защита

Безопасность является наивысшим приоритетом. eVTOL должны достичь уровня надежности, сопоставимого с коммерческой авиацией (примерно одна фатальная авария на миллиард летных часов). Это требует избыточных двигательных систем, избыточного управления полетом, обнаружения препятствий и предотвращения их возникновения (включая птиц и беспилотников) и надежных батарей, которые не загораются. Проблемы безопасности включают злонамеренные помехи дрона, кибератаки на системы управления и предотвращение несанкционированного использования. Системы предотвращения столкновений с воздушным судном (ACAS) , адаптированные для маловысотного движения, находятся в стадии разработки.

Шум и экологические проблемы

Хотя электромобили eVTOL тише вертолетов, они по-прежнему генерируют шум, особенно во время вертикального подъема. Высокочастотный шум роторов может быть более раздражающим, чем низкочастотный удар вертолетов. Шум должен управляться с помощью тщательных траекторий полета (избегая жилых районов), конструкций роторов, снижающих шум (например, неравное расстояние между лопастями, экранированные роторы) и эксплуатационных ограничений (например, отсутствие ночных операций). Экологические преимущества - нулевые выбросы выхлопных газов и потенциальное сокращение жизненного цикла, если они питаются от возобновляемых источников энергии - должны быть взвешены против воздействия производства батарей и потребления энергии. Городам необходимо будет установить стандарты шума и контролировать соблюдение.

Правила и политика в области воздушного пространства

Действующие авиационные правила не распространяются на операции eVTOL в городских условиях. Новые правила необходимы для сертификации воздушных судов, лицензирования пилотов (или удаленных учетных данных пилотов), эксплуатационных ограничений (например, минимальная высота, минимум погоды), стандартов зоны посадки и требований страхования. Авиационная политика должна выделять коридоры для eVTOLs при сохранении доступа для пилотируемой авиации, беспилотных летательных аппаратов и аварийных служб. Регуляторное расхождение между странами может препятствовать международным операциям. Темпы регулирования часто медленнее, чем технологическое развитие, создавая риск задержки.

Стратегии успешной интеграции

Города, агентства и компании не ждут идеальных решений, они активно пилотируют подходы к решению этих проблем. Ниже приведены ключевые стратегии.

Развитие специализированной инфраструктуры Vertiport

Вертипорты планируются в трех масштабах: vertihubs (большие объекты в аэропортах или центральных станциях, обслуживающие межгородские и региональные рейсы), vertiports (средние, часто на парковках или крышах зданий, обслуживающие внутригородские маршруты) и vertistops (единая посадочная площадка с минимальными удобствами, для быстрого высадки). Стандарты проектирования разрабатываются такими организациями, как Advanced Air Mobility (AAM) Initiative от НАСА и Vertical Flight Society. Ключевые элементы дизайна включают системы пожаротушения (для пожаров литий-ионных батарей), укрытия от погодных условий и прямые пешеходные соединения с транзитом. Некоторые пилотные проекты модернизируют существующие вертолетные площадки; другие строят модульные конструкции, которые могут быть

Внедрение передовых систем управления воздушным движением

Вместо традиционных радиолокационных систем управление движением UTM/UAM опирается на совместное наблюдение (например, самолеты, транслирующие свое положение через ADS-B или другие каналы передачи данных) и облачные сервисы, которые обеспечивают ситуационную осведомленность в реальном времени, обнаружение конфликтов и обновление маршрутов. Проводятся испытания воздушных коридоров с определенными точками входа/выхода и бесполетными зонами. Такие компании, как Airbus и Thales, разрабатывают платформы UTM. Цель состоит в том, чтобы обеспечить безопасные операции высокой плотности без необходимости использования авиадиспетчера для каждого самолета. Интеграция с городскими службами экстренной помощи (полиция, медицинские вертолеты) также имеет решающее значение.