Автор: Олег Сивченко. В этом посте попробуем обсудить, почему в третьем десятилетии XXI века летающие автомобили не стали не то что мейнстримом, но даже таким элитарным транспортом, как круизные яхты. Этот сюжет я давно откладывал и в какой-то момент даже стёр до основания, а вместо него у меня в блоге появилась статья об орнитоптерах. Безусловно, личный транспорт, который можно называть «летающим автомобилем», уже существует в виде многочисленных прототипов.

Эти транспортные средства относят к более широкому классу летательных аппаратов, который именуется в англоязычной литературе «VTOL» (Vertical Take-Off and Landing), а на русский язык переводится как «СВВП» (самолёт вертикального взлёта и посадки).

Наиболее амбициозный проект последнего времени, призванный вывести летающие автомобили на рынок и, возможно, запустить в серийное производство, относится к 2017–2018 году. Тогда компания «Uber» запустила проект UberAIR, который должен был стать аналогом аэротакси — инновационным воздушным транспортом для мегаполисов. На Хабре об этом писал, в частности, уважаемый @marks. Тем не менее, проект был бесславно свёрнут по сумме причин. Не в последнюю очередь потому, насколько опасен этот транспорт и гипотетические ДТП в эшелонах городских воздушных трасс.

Тем не менее, давайте рассмотрим, какие есть предпосылки к дальнейшей разработке летательных автомобилей, а также какие риски и недостатки пока не позволяют развивать такой транспорт.

Эта простенькая диаграмма позволяет судить, как бурно растут в мире города, причём не только демографически, но и территориально. В одной из давних публикаций я уже затрагивал проекты и реальные примеры протяжённых городов, оптимизируемых именно под скоростные перевозки и маятниковую миграцию, но подобные урбанистические идеи просто выдают более широкую проблему: наземный транспорт не рассчитан на перегруженность и многопоточность современных мегаполисов.

Эта иллюстрация от 2020 года, на которой в качестве полноценного транспортного средства уже указаны БПЛА, демонстрирует, что эшелон примерно от 500 до 1000 метров (и выше) даже в мегаполисах практически пустует.

Интересная статья с сайта IXBT о реалистичной высоте небоскрёбов подсказывает, что массовое строительство зданий выше 100 метров вряд ли возможно (из-за сложности возведения фундамента и недостаточной площади для основания таких зданий), поэтому промежуток от 100 до 500 метров от поверхности земли в обозримом будущем будет считаться «небом». Именно на такой высоте в умеренном поясе образуются слоистые облака, физически очень похожие на туман. Соответственно, достаточно просторная зона воздушного пространства в городах, а тем более за их пределами пока остаётся свободна для нескольких эшелонов пилотируемого воздушного транспорта. Прототипы летающих автомобилей развиваются во множестве стартапов. В 2021 году в Словакии состоялся первый междугородний перелёт двухместного аэромобиля AirCar из аэропорта Нитры в аэропорт Братиславы:

А вот как выглядит пробный взлёт аэромобиля в городской черте Дубая (2022 год, модель Xpeng X2):

Наконец, вот так выглядит полёт модели Jetson One в безлюдной местности:

Эти машины сочетают черты автомобиля, электромобиля, вертолёта и дрона, то есть имеют не менее серьёзные технологические перспективы, чем первые автомобили в конце XIX века. Далее давайте рассмотрим важнейшие потенциальные достоинства таких машин в современном технологическом ландшафте и обсудим, какие причины тормозят их развитие.

1. Поскольку летающие автомобили разрабатываются с чистого листа и должны быть рассчитаны на длительный перелёт без дозаправки (так как заправочной инфраструктуры пока не существует), такой транспорт может подстегнуть развитие новых высокотехнологичных аккумуляторов — в частности, для большей лёгкости самой машины. Поэтому аэромобили теоретически позволили бы серьёзно сократить загрязнение атмосферы;
2. Если аэромобили частично вытеснят с рынка легковые автомобили, то в городах станет меньше пробок;
3. Путь по воздуху всегда ближе, чем по земле, и в воздухе не приходится огибать никаких препятствий, кроме единичных небоскрёбов, которые при этом компактно расположены. Никакой транспортной инфраструктуры (кроме посадочной и заправочной) для аэромобилей возводить не требуется;
4. Значительная экономия на строительстве новых дорог и ремонте имеющихся, на прокладке туннелей. Скорее всего, сокращение числа наземных автомобилей также освободило бы нишу для развития нового высокоскоростного железнодорожного транспорта.

В настоящее время условно выделяют четыре класса летающих автомобилей:

1. VTOL (аппарат с вертикальным взлётом и посадкой). Для таких машин обычно не требуется никакой взлётно-посадочной полосы, поэтому и выбор посадочных площадок относительно прост. Ничто не мешает пилоту просто отправиться из точки A в точку B.
2. VTHL (аппарат с вертикальным взлётом и горизонтальной посадкой). Эти машины могут взлетать откуда угодно, но им нужна посадочная полоса. Соответственно, для них нужна специальная ныне отсутствующая «парковочная» инфраструктура.
3. HTVL (аппарат с горизонтальным взлётом и вертикальной посадкой). Конструкция обратная третьей, но именно благодаря свободе посадки такой аппарат выглядит более мобильным. В урбанизированной среде он мог бы садиться где угодно, а до удобной взлётной полосы доезжать колёсным ходом (что усложняло бы и утяжеляло конструкцию, а также требовало бы возводить взлётную инфраструктуру).
4. HTOL (аппарат с горизонтальным взлётом и посадкой). Фактически не отличается от современных частных легкомоторных самолётов и мог бы использовать созданную для них инфраструктуру, но не кажется перспективным вариантом.

X2 в Дубае. Модель компании Xpeng

Из приведённых выше видеороликов остановимся на втором, демонстрирующем модель XPENG X2, сконструированную компанией XPENG (Сяопенг), базирующейся в Гуанчжоу. 10 октября 2022 года состоялся первый показательный полёт, запечатлённый в видеоролике и на этой иллюстрации.

Этот аппарат является четырёхвинтовым мультикоптером (конструкция хорошо просматривается в видео). Xpeng занимается производством электромобилей с 2014 года, и аппарат X2 относится к первому их вышеперечисленных типов (eVTOL — электрический аппарат с вертикальным взлётом и посадкой), но при этом ближе к коптеру, чем к автомобилю. У него даже нет колёс. По данным компании, до этого показательного полёта было проведено уже около 3000 испытательных (первый из них — в июне 2021 года), но здесь демонстрация ограничилась взлётом и посадкой.

Мероприятие было организовано Дубайским департаментом по экономике и туризму, а разрешение на демонстрацию было выдано Дубайским управлением гражданской авиации, высоко оценившим эксперимент. Складывается впечатление, что именно электрические VTOL-аппараты сейчас являются основной разрабатываемой категорией аэромобилей, и что эволюция этих машин в большей степени следует за эволюцией дронов, чем продолжает развитие автотранспорта.

Проект коммерческих аэротакси от Uber, с закрытия которого я начал эту статью, не выдержал одновременно юридических и технических сложностей. Аэромобили остаются легкомоторным воздушным транспортом, управлять которым должны пилоты с лицензией лётчика, поэтому конкурируют не столько с автомобилями, сколько с небольшими самолётами и тяжёлыми дронами. Тем не менее, по состоянию на 2022 год разработкой VTOL и HTOL-аппаратов занимаются многочисленные стартапы и крупные компании:

Вот более подробные технические характеристики некоторых моделей:

Подробнее рассмотрим, что не заладилось у Uber; их проект «Elevate» присутствует в вышеприведённых таблицах. В 2018 году предполагалось, что служба аэротакси Uber Elevate выйдет в продакшен в 2023 году. Более того, в январе 2020 года Uber заключил стратегическое партнёрство с Hyundai для разработки своеобразного воздушного каршеринга. Но уже в конце 2020 года Uber продал отдел по разработке аэротакси стартапу Joby Aviation.

Исходя из разнообразия имеющихся моделей, можно предположить, что главным сдерживающим фактором этих разработок является юридический, а не технический. Для управления летающим автомобилем требуются не водительские права, а полноценная лётная лицензия. Возможные аварии в воздухе, а тем более, столкновения летающих автомобилей, сравнимы с небольшой авиакатастрофой, а не с автокатастрофой — и последствия такой катастрофы с большой вероятностью смертельны для пилота, а также для тех, кто окажется на месте крушения. Если летающий автомобиль пойдёт на обгон, заложит неудачный вираж или просто врежется в офисное здание, катастрофа с участием любой современной модели приведёт к пожару, который будет нелегко потушить. Сложно представить себе, как регулировать «дорожное движение» на нескольких воздушных трассах-эшелонах, тем более, если часть транспортных средств на них будут ходить на автопилоте. В итоге мы получаем не только тот самый набор проблем, который тормозит распространение легкомоторных частных самолётов (которых, однако, в одних только США десятки тысяч), но и те нерешённые проблемы, которые сейчас вырисовываются при эксплуатации беспилотных автомобилей. Но в данном случае более интересны чисто технологические сложности, давайте остановимся на них.

Технологические сложности

В какой-то степени аэромобили сталкиваются с теми же проблемами, которые положили конец пассажирским дирижаблям в начале XX века: вес и взрывоопасность. Самым серьёзным отягощением у аэромобилей является батарея, поскольку требуется искать компромисс между её весом и дальностью полёта без подзарядки. Абсолютное большинство современных мультикоптеров электрическое, но и расход энергии у них очень серьёзный. Например, Xpeng2, о котором шла речь выше, может оставаться в полёте не более 35 минут. Разумеется, здесь, есть пространство для улучшения, например, переход на литий-ионные аккумуляторы. Именно эта отрасль подталкивает поиск более энергоёмких соединений, работающих по принципу литиевых батарей, но основанных на применении шпинели или оливина:

Также можно попытаться облегчить саму конструкцию, активно применяя в ней углеволокно и другие композитные материалы. В настоящее время одним из самых вместительных аппаратов с наибольшим запасом хода остаётся немецкий Volocopter, который берёт на борт 160 кг полезной нагрузки и свободно преодолевает 30 километров. Таким образом, это транспорт максимум для двоих человек, которые могут взять с собой очень небольшой багаж. Но, по оценкам компании Morgan Stanley, рынок аэромобилей будет расти и к 2030 году может достигнуть 850 миллиардов долларов. Если удастся увеличить энергоёмкость батарей, то летающие автомобили могут оказаться наилучшим транспортом для связи островов в архипелаге, а также для обслуживания искусственных островов и их связи с большой землёй — там, где альтернативы им нет, либо продублировать такое авиасообщение можно только возведением мостов и портовых терминалов.

В любом случае, описываемый транспорт остаётся авиацией, поэтому требует соответствующей подготовки пилотов и учёта рисков. Серьёзнейшим риском является погода. Попутный ветер может снизить энергопотребление примерно на 15%, но даже ровный встречный ветер увеличит энергопотребление на 25%. Запасные батареи также нужно постоянно иметь на борту в готовом к подключению виде — тогда как обычный автомобиль может легко доехать до заправки, либо свернуть на обочину, чтобы водитель вышел и заменил колесо. Наконец, даже если предположить, что аэротрафик сможет обходиться без постоянного контакта с диспетчерской службой и совершенно не помешает работе гражданской авиации (в том числе, близ аэропортов) — пилоту потребуется постоянное уверенное ориентирование по GPS, и полёты вне зон такого покрытия окажутся опасными и непредсказуемыми.

Заключение

Сейчас складываются благоприятные условия для разработки летающих автомобилей, этому способствуют как технологические, так и экологические факторы. Материальная и техническая база для управляемого мультикоптерного полёта сейчас нарабатывается в процессе развития БПЛА, а борьба с парниковыми выбросами и исчерпание углеводородных месторождений стимулируют разработку всё более совершенных батарей, которые, как было показано выше, лучше всего подходят аэромобилю в качестве источника питания. Вполне возможно, что новые модели аэромобилей удастся делать более длинными и тонкими, чтобы равномерно распределять груз и винты. В частности, сейчас активно развивается сопутствующая технология распределённой электрической тяги (DEP).

Согласно этому исследованию, опубликованному в журнале «Nature», при перелётах на расстояние до 200 км электрические аэромобили явственно выигрывают у легкомоторной авиации, не в последнюю очередь благодаря отсутствию парниковых выбросов. Вероятно, подобный транспорт действительно мог бы занять свою нишу в области внутригородских коммуникаций, доставки и экстренных служб, в особенности при необходимости обслуживания многочисленных мелких островов.