Шашечки» в небе. Когда полетим?

О проблематике реализации программ аэротакси

Когда–то гужевой пассажирский транспорт называли пролеткой. Сегодня этот термин может обрести новое значение. Как скоро мы сможем заказывать пролеты на беспилотных воздушных судах, сокращая время и расстояния, снижая загруженность городских магистралей и загородных трасс? Об этом рассуждает кандидат технических наук, эксперт в области беспилотных авиационных систем и аэромобильности Владимир Воронов, в недавнем прошлом руководитель ООО «Кронштадт Беспилотные Системы» (КБС), входящего в группу «Кронштадт».

Дорого, шумно и пока небезопасно

Появление в начале 1950–х годов летательных аппаратов вертолетного типа было обусловлено прежде всего потребностями военных, но вскоре перешло и в сферу гражданских задач, в том числе и пассажирских перевозок. Компактный летательный аппарат, способный совершать взлеты и посадки с неподготовленной площадки, рассматривался как перспективное транспортное средство буквально массового применения: полеты в магазин, на работу, экскурсии над городом и перелеты между городами, казалось, приобретут массовый характер и если не потеснят наземный транспорт, то как минимум предоставят доступный способ преодолеть транспортные пробки. Вместо этого сегодня мы видим над городом вертолеты экстренных и правоохранительных служб, а единственным доступным каждому гражданину перелетом остается медицинская эвакуация, хотя, как говорится, не приведи Бог.

Почему же вертолет, вопреки ожиданиям, не стал массовым, доступным видом транспорта? Тому есть несколько причин (не в порядке важности).

Причина первая: стоимость полета. Одно из московских агентств, предлагающих экстремальные развлечения, указывает стоимость 20–минутного перелета на одном из наиболее массовых вертолетов Robinson R–44 в размере порядка 17 500 руб., что при коммерческой загрузке в три пассажира составит 5500 руб. с человека. Наверное, это не остановит богатого клиента, для которого время – деньги, от перелета из центра города в аэропорт (и то если соберутся трое на один рейс), но для обычного среднестатистического пассажира такая сумма может составить весомую долю его транспортных расходов.

Но, допустим, клиенты, готовые платить, нашлись. И тут – причина вторая: вертолет, оснащенный поршневым или газотурбинным двигателем – шумное и неэкологичное транспортное средство. Полет будет проходить на малой высоте и создаст значительную шумовую нагрузку на окружающую городскую среду.

Причина третья: согласно исследованию, опубликованному на отечественном портале Aviation EXplorer, средний налет на инцидент вертолета гражданской авиации в России за период с 2012 по 2016 год составил около 5 тыс. часов. Учитывая, что средний годовой налет вертолета авиации общего назначения в России составляет порядка 300 часов, эта цифра, казалось бы, не должна вызывать опасений. Но только не в случае с аэротакси, доходность (и, следовательно, тариф) которых напрямую зависит от годового налета (экономика предприятия обсуждается ниже). Допустим, в Москве эксплуатируются 20 (всего–то) вертолетов в режиме такси, отрабатывающих в воздухе по 10 часов в день (3650 летных часов в год – совершенно невероятная для вертолета цифра, но предположить мы можем). При таких условиях летное происшествие (не обязательно фатальное, но все же) гарантировано ежемесячно. Вряд ли это приемлемо в первую очередь для клиентов. То есть вертолет не обладает достаточным уровнем надежности для массовых перевозок.

Четвертая причина, которую можно считать отчасти виновницей первых трех, – это конструктивная сложность вертолета, имеющего несколько сотен движущихся элементов конструкции, являющихся в свою очередь источником износа, шума, объектами периодических инспекций, замены и причинами инцидентов.

Тем не менее развитие авиационных и смежных технологий уже в текущем столетии позволило говорить о создании нового вида воздушного транспорта, способного осуществлять перевозки по требованию в режиме аэротакси. Базовые требования к такому транспорту были сформулированы осенью 2016 года в документе, выпущенном компанией Uber – мировым лидером в предоставлении услуг мобильности. Целью настоящей статьи является проанализировать, что произошло за пять лет, понять, состоится ли аэромобильность, и если да, то в каком виде.

Манифест аэромобильности

Итак, в октябре 2016 года вышел «манифест аэромобильности», озаглавленный «Устремление к будущим городским авиаперевозкам по требованию» (Fast–Forwarding to a Future of On–Demand Urban Air Transportation), в котором обоснованы следующие основные требования к летательным аппаратам:

– способность к вертикальному взлету и посадке с кратковременным режимом висения;

– безопасность: летательный аппарат должен быть сертифицирован;

– шумность: громкость звука, производимого летательным аппаратом, не должна превосходить обычный фоновый шум городской среды;

– источник энергии: электрические аккумуляторные батареи;

– пилоты: находятся в кабине аппарата на начальном этапе развития технологии. Ожидается, что со временем авионика и сенсоры обеспечат полностью автономный полет;

– полезная нагрузка: 3 или 4 пассажира (400 кг с багажом).

Эти требования образовали новый класс летательных аппаратов для городской аэромобильности, обозначаемый английской аббревиатурой eVTOL (Electric Vertical Take–Off and Landing – электрические, вертикального взлета и посадки).

Лидеры гонки

В настоящее время в гонку за аэромобильностью включились согласно данным интернет–портала The Electric VTOL News (https://evtol.news/) свыше 600 компаний и групп. Правда, не указывается, сколько на самом деле активных программ, но достоверно известно, что авиа-

строительные гиганты Boeing, AirBus, Bell Helicopter, Embraer, наши «Вертолеты России» разрабатывают собственные проекты или поддерживают лучшие разработки. Помимо них к теме проявляют интерес производители автомобилей: Daimler, Audi, Toyota, Gelly, что не удивляет, если вспомнить, кто был инициатором «движения» (Uber).

Анализ наиболее продвинутых проектов показывает, что с точки зрения аэродинамики, движителей и управления полетом задача автоматического вертикального взлета/посадки и переходных режимов успешно решена. И решена различными путями: это переменное направление вектора тяги (tilt–rotor или конвертоплан), применяемое, например, Joby Aviation.

Или более простая в управлении схема гибридного летательного аппарата, комбинирующего систему из нескольких подъемных движителей с одним или двумя пропульсивными винтами.

Отдельно заслуживает упоминания проект Lilium Jet (Германия), движители которого образуют систему из 36 поворотных вентиляторов, конструктивно встроенных в крыло летательного аппарата.

Заметим, что электрическая тяга не только обеспечивает низкий шум и отсутствие вредных выбросов, но и позволяет существенно упростить конструкцию и управление летательным аппаратом, а значит, повысить надежность, в том числе и за счет применения распределенной движительной установки, состоящей минимум из восьми движителей.

Обсуждение технологических аспектов выходит за рамки данной публикации. Повторим, что к настоящему времени решены вопросы автоматического взлета и посадки, управления полетом на всех его стадиях для всех аэродинамических схем. В успешном решении этих задач не последнюю роль сыграли технологии беспилотных авиационных систем. Тем не менее есть одна ключевая технология, развитие которой до настоящего времени не достигло уровня, требуемого для реализации концепции городской аэромобильности в том виде, в котором она была представлена в документе Uber Elevate. Дело в том, что для осуществления экономически эффективных городских и ближних пригородных авиаперевозок летательными аппаратами класса eVTOL необходимы аккумуляторные батареи с удельной емкостью не ниже 400 Вт.ч/кг. По прогнозам Uber Elevate, такой показатель должен был быть достигнут к 2021 году. В реальности лучшие коммерчески доступные литий–полимерные аккумуляторные батареи, используемые, например, в электрических автомобилях Tesla, имеют удельную емкость не выше 220 Вт.ч/кг, и этот показатель остается неизменным уже в течение нескольких лет, несмотря на периодически появляющиеся в печати сообщения о разработке новых эффективных аккумуляторов. Теперь перейдем к обсуждению двух важнейших составляющих успеха программ eVTOL: регуляторной и бизнес–составляющей.

Сертификация

Как отмечалось выше, сертификация воздушных судов eVTOL является ключевым способом обеспечения безопасности полета. Однако, учитывая, что разрабатывается фактически новый вид авиационной техники, естественно задаться вопросом, каким требованиям безопасности должны соответствовать подобные летательные аппараты? Очевидно, что частично эти требования могут быть заимствованы у вертолетной техники, однако конструктивная и эксплуатационная специфика аппаратов для аэромобильности требуют уточнения применимых норм летной годности.

Как минимум это относится к электрической силовой установке, распределенным движителям, системе управления, полагающейся на бортовые сенсоры и воздействующей на винты, а не управляющие поверхности, и обеспечивающей высокий уровень автоматизации управления (а в перспективе – и автономность полета).

Хорошая новость состоит в том, что наиболее продвинутые разработчики eVTOL начали свои разработки с составления сертификационного базиса – основополагающего документа, предъявляемого разработчиком сертифицирующему органу. Так поступила, например, американская компания Joby Aviation, первой объявившая о своих притязаниях на коммерческий рынок авиаперевозок по требованию. По первоначальному плану получение сертификата типа планировалось на 2023 год, однако авария, случившаяся в феврале этого года в ходе испытательного полета, заставила отодвинуть реализацию этих планов на год.

Важно отметить, что авиационные власти США в лице FAA тесно сотрудничают с разработчиками этого нового вида техники. Европейское агентство по безопасности полетов (EASA) разработало и опубликовало в прошлом году фундаментальный документ EASA Special Condition for VTOL and Means of Compliance, содержащий специальные технические условия и стандарты летной годности, необходимые для выдачи сертификата типа для летательных аппаратов вертикального взлета и посадки с подъемно–тяговыми движителями, используемыми для набора высоты и управления полетом.

Авиационные власти всех стран будут воспринимать летательные аппараты eVTOL как авиационную технику, предназначенную для коммерческих авиаперевозок. Поэтому на разных этапах создания таких летательных аппаратов от разработчика потребуется: организационная структура, соответствующая требованиям воздушного законодательства и включающая, например, службу сертификации, службу управления безопасностью полетов, систему управления качеством продукции. Проектирование должно проводиться в сертифицированной среде разработки (это относится и к разработке бортового программного обеспечения). В конструкции должны быть использованы комплектующие изделия, имеющие соответствующие сертификаты (свидетельства о годности), выпущенные сертифицированными поставщиками (это относится и к материалам). Наконец, завод, выпускающий серийную продукцию (когда до этого дойдет), должен иметь одобрение уполномоченного национального органа в области гражданской авиации. Только выполняя все эти формальности, можно прийти к сертификату типа и создать коммерческий продукт, применимый в области гражданской авиации.

Другой путь – «гаражный», с использованием подручных инструментов и материалов, может привести только к созданию летательного аппарата для «полетать». Продуктом авиационной промышленности такое изделие не станет.

Это бизнес?

За шесть лет, прошедших со времени опубликования упомянутого выше манифеста Uber Elevate, согласно данным, опубликованным на профильном интернет–портале Electric VTOL News, свои силы в достижении аэромобильности попробовали авторы 640 проектов, причем прирост с июля 2021 по апрель 2022 года составил 25%. Правда, нет данных, сколько проектов «сошли с дистанции». Тем не менее очевидно, что аэромобильность уже сформировала широкий пул участников, лидеры которого получили внушительное финансирование, измеряемое сотнями миллионов долларов. Процесс инвестирования проходит следующие стадии: образуется стартап с использованием финансирования венчурных фондов, наиболее успешные из этих стартапов поглощаются компаниями авиационной и автомобильной отрасли, становятся подразделением или дочерним предприятием такой компании и в случае дочернего подразделения выходят на IPO.

Отдельным бизнес–направлением является создание инфраструктуры, обеспечивающей городскую аэромобильность: посадочных площадок, дронопортов, а также системы организации воздушного движения.

Нельзя, конечно, исключать, что надувается очередной рыночный «пузырь», однако даже для того, чтобы этот пузырь надуть, необходимо создать давление, то есть представить инвесторам какие–то обоснования возврата их инвестиций. Посмотрим, что про это говорит лидер отрасли по уровню привлеченных инвестиций – американская кампания Joby Aviation, разрабатывающая летательные аппараты класса eVTOL с изменямым направлением вектора тяги движителей.

Компания оценивает доходность, базируясь на следующих операционных параметрах:

– число ежедневных полетов на одно BC – 25;

– средняя протяженность полета – 60 миль;

– дневной налет на одно ВС – 10 часов.

Доходность:

– средняя заполняемость ВС – 4,5–6 пассажиров;

– в день с воздушного судна – 15 000 долл.;

– в год с воздушного судна – 5 000 000 долл.

Эти параметры в основном соответствуют аналогичным, на которых обоснована экономика аэротакси в документе Uber Elevate, за исключением стоимости воздушного судна, которая у Joby заявлена около 2 млн долл., тогда как Uber Elevate оценивает начальную стоимость ВС в 1,2 млн долл. с перспективой снижения до 200 тыс. долл. при темпе производства 5000 в год, что более чем в два раза ниже цены близкого по летно–техническим характеристикам и пассажировместимости популярного вертолета Robinson R–44.

Стоимость летательного аппарата Joby Aviation оценивается минимум в 2 млн долл. и формируется в следующей пропорции. Структура цены перевозки не публикуется, и это заставляет предположить, что заявленная Joby стоимость поездки в 2,25 долл. с человека за милю является в большей степени целевой маркетинговой ценой, а не сформирована на основе расчетов: на настоящий момент слишком много неизвестных параметров, относящихся не столько к воздушному судну, сколько к совершенно новой инфраструктуре обеспечения полетов в городской среде, включающей обслуживание воздушных судов, навигационное обеспечение, связь, наблюдение. Стоимость 2,25 долл. с человека за милю (при заполнении 4–6 пассажиров) примерно соответствует расценкам на городское такси в США – 1,5–4 долл. за милю, но с автомобиля.

Можно предположить, что такая низкая для авиатранспорта малой вместимости себестоимость обеспечивается высоким показателем дневного налета (10 часов в день), который соответствует годовому налету на уровне 3600 час., и характерен для коммерческих авиалайнеров, а не для воздушных судов авиации общего назначения (300–500 часов).

Эра новых технологий

Работа над летательными аппаратами нового класса создает запрос на новые технические решения и технологии как в области авиастроения, так и в части организации воздушного движения. Впервые делается попытка вывести гражданскую авиационную промышленность на уровень массового производства. Не будет большим преувеличением утверждать, что технологии eVTOL открывают новую эру авиационной промышленности и воздушных перевозок, основанную на сквозном проникновении цифровых технологий и искусственного интеллекта. Появился новый рынок летательных аппаратов для аэромобильности, а также рынок систем и средств обеспечения аэромобильности. Участники гонки за аэромобильностью многочисленны и полны оптимизма.

А что у нас?

Читатель, вероятно, задаст вопрос: насколько актуальна для нашей страны тема аэромобильности сейчас, когда за будущее «большой авиации» приходится бороться, привлекая все возможные рыночные механизмы и нерыночные рычаги?

Нашу страну также не обходит стороной бум аэромобильности, естественно, с поправкой на местную специфику и объективные реалии. Обеспечение транспортной связности страны – один из стратегических национальных приоритетов. Учитывая, что значительная территория России относится к зонам с ограниченной или сезонной доступностью, бесперебойная и регулярная доставка товаров и грузов в такие районы может осуществляться только по воздуху. Поэтому отечественные проекты аэромобильности сконцентрированы преимущественно на грузовых перевозках, а якорным заказчиком выступает «Почта России», хотя программа называется «Аэротакси». В обеспечение развития инфраструктуры беспилотной воздушной доставки грузов Правительством РФ принято постановление от 24 марта 2022 года об установлении экспериментального правового режима в сфере цифровых инноваций и утверждении Программы экспериментального правового режима в сфере цифровых инноваций по эксплуатации беспилотных авиационных систем в ряде регионов страны. В работу включились федеральные ведомства, местные власти, научные центры авиационной промышленности и авиационного транспорта, предприятия промышленности, разрабатывающие беспилотные авиационные системы и средства обеспечения полетов. Разработана и обоснована маршрутная сеть, определены целевые показатели программы по количеству применяемых беспилотных воздушных судов (БВС), объемам и стоимости грузоперевозок.

Ожидается, что в период до 2025 года будут отработаны технологии беспилотной доставки грузов, включающие не только летательные аппараты, но и объекты наземной инфраструктуры. Главным результатом программы будет отработка нормативно–правовых подходов к сертификации БВС, их эксплуатации, подготовке персонала. Несомненно, что нормативные и технические решения проекта «Аэротакси» послужат развитию новой сферы применения авиации – перевозкам по запросу, включая в перспективе и пассажирские перевозки.

В конце мая этого года ведущий отечественный центр авиационной науки – Национальный исследовательский центр «Институт имени Н.Е. Жуковского» огласил некоторые результаты своей работы в области прогнозирования технологического развития авиации. Среди небольшого числа перспективных направлений развития гражданской авиации названа и аэромобильность, достижение которой потребует создания принципиально новых технических решений: компоновочных, распределенной силовой установки, систем короткого взлета и посадки. Это обстоятельство в сочетании с очевидными достижениями отечественных разработчиков беспилотной авиационной техники и интересом правительства к обеспечению транспортной связности территории России вселяет надежду на то, что аэромобильность в обозримом будущем станет реальностью и в нашей стране.

Записал Шамиль БАЙБЕКОВ