Bốn Lý Do Chúng Ta Chưa Có Ô Tô Bay—Chưa

Các taxi bay bằng năng lượng điện và có thể thăng bằng dọc có thể một ngày nào đó đi ngang qua bầu trời, nhưng các kế hoạch thời gian mà những người ủng hộ chúng đưa ra là tham vọng, để nói nhỏ bé. Uber, ví dụ, dự đoán tại Hội nghị Elevate của mình tháng trước rằng nó sẽ bắt đầu triển khai hệ thống của mình, UberAIR, vào năm 2023. Điều đó sẽ là một cố gắng: Các hệ thống kiểm soát tự động sẽ làm cho chuyến bay như vậy trở nên thực tế và chi phí phải chờ đợi, tích hợp kiểm soát không lưu thông không khí cần thiết để làm cho nó an toàn và hiệu quả chỉ mới là điều mơ hồ trong tầm nhìn của FAA, và sự chấp thuận quy định cần thiết từ phía chính phủ liên bang và thành phố—à, để chúng ta nói thẳng ra, không có gì để chúc phúc cả.

Sau đó là vấn đề về các phương tiện bay chính chúng. Uber, động viên hàng đầu cố gắng mang ngành công nghiệp này trở nên sống động, khẳng định rằng một phương tiện bay đứng và hạ cánh dọc (e-VTOL) chạy bằng điện là cách tiến xa nhất, lập luận rằng không có gì khác có thể sánh kịp nó về hiệu suất, tốc độ, độ tin cậy, an toàn và sự yên tĩnh. (Hãy tưởng tượng các drone khổng lồ, hoặc những chiếc máy bay có nhiều cánh dưới gắn các cabin hành khách, như được thể hiện trong video của Uber.) Một chiếc máy bay như vậy không chỉ đơn giản là tiếp tục phát triển từ phần cứng hiện tại. Ngành công nghiệp hàng không sẽ phải phát triển hoàn toàn các loại máy bay mới bay theo cách mới, sử dụng phương tiện động cơ mới, kiểm soát bay, và nhận thức tình huống mới.

Thực tế đó là một cơ hội để làm lại một ngành công nghiệp đang trở nên hơi cũ kỹ. “Đến lúc phải suy nghĩ lại nhiều về ngành hàng không,” nói René Landry, một nhà nghiên cứu hệ thống hàng không tại ETS, một trường đại học kỹ thuật ở Montreal. “Các hệ thống avionics chúng ta sử dụng bây giờ dựa trên một kiến trúc tổng quát đã được phát triển trong Thế chiến thứ hai. Phần cứng, ví dụ, được sao chép để đảm bảo tính dự phòng, sử dụng cáp lớn, kém hiệu quả. Chúng ta có thể cần một số thay đổi đột phá ở đó.”

Là một ví dụ về một trong những thay đổi trò chơi này, anh ấy chú ý rằng phần mềm được sử dụng cho kế hoạch bay không tham gia thế kỷ 21 cho đến khi iPad xuất hiện. “Mười năm trước, chúng ta đã nói rằng iPad sẽ không bao giờ được chứng nhận sử dụng trong buồng lái,” anh ấy nói. “Nhưng trong vòng sáu tháng, nó đã được chứng nhận và hơn 400 công ty sản xuất hệ thống túi chuyến đi điện tử đã đóng cửa cửa hàng của họ. Chúng không còn cần thiết nữa—tất cả có thể trên iPad.” Nhưng điều gì đó như phần mềm kế hoạch bay, tất nhiên, chỉ là thách thức đầu tiên đối mặt với một mạng lưới ô tô bay tiềm năng.

Thách Thức #1: Nhường quyền điều khiển cho máy tính

Các taxi bay của chúng ta trong tương lai sẽ phải tự làm hết công việc lái, sử dụng hệ thống tự động hoặc ít nhất là có hệ thống tự động cao cấp. Uber đã tuyên bố rằng nó kỳ vọng dịch vụ của mình sẽ bắt đầu với các phi công con người, nhưng với tình trạng thiếu hụt nghiêm trọng về phi công mà ngành hàng không dự kiến trong những thập kỷ tới, điều đó không bền vững. Hệ thống tự bay đã được phát triển, nhưng chúng không sát với sẵn sàng áp dụng rộng rãi.

Một bước chuyển giao, trong trường hợp này, sẽ là làm đơn giản đi. “Công việc tại NASA đã chứng minh khả năng thực hiện điều gọi là hoạt động phương tiện đơn giản,” nói kỹ sư hàng không Brian German, giáo sư cộng tác tại Viện Công nghệ Georgia. Trong kịch bản này, hầu hết các hệ thống quản lý hành vi bay hoặc quá trình điều hướng và giao tiếp đều được máy tính kiểm soát, với phi công về cơ bản chỉ nói với nó làm gì và đi đâu. “Một phi công không thể kiểm soát 8 hoặc 10 rotor khác nhau và mong đợi duy trì bất kỳ mức độ nhận thức tình huống nào,” anh ấy nói. “Vì vậy, khi bạn nhấn vào queo trong hệ thống này, mọi thứ xảy ra để đưa máy bay vào hướng mong muốn là tự động.”

Loại bay như vậy có thể đạt được ngay bây giờ, và là cách mà hầu hết bay drone (và một số khía cạnh của nhiều loại máy bay quân sự và thương mại tiên tiến) hoạt động. Nhưng một phiên bản được chứng nhận về an toàn, chở hành khách được vận hành bởi phi công được đào tạo thực sự tối thiểu trong không phận thương mại—hệ thống mà Uber sẽ cần—vẫn còn xa xôi. Điều này đặc biệt đúng vì các hệ thống cũng phải hoạt động hoàn hảo trong những khu vực thành thị và trong thời tiết xấu.

Hệ thống tự động cũng thiếu loại nhận thức mà phi công con người sở hữu. “Đối với các hệ thống tự động, thực sự khó để hiểu được các tình huống khác nhau,” German nói. “Có lẽ, ví dụ, bạn đang lái máy bay và bạn thấy một đám cháy rừng bên cửa sổ bên trái. Một phi công con người ngay lập tức biết rằng có lẽ không nên bay ngay qua đó. Nhưng làm thế nào một hệ thống tự động sẽ biết điều đó? Chúng ta sẽ gặp phải ‘thất bại về sáng tạo’ từ phía hệ thống.

Thách Thức #2: Điện hóa máy bay

Mặc dù có nhiều loại máy bay nhỏ—from máy bay trực thăng hai chỗ như Robinson R-22 đến bất kỳ số lượng máy bay thông thường nào—lí thuyết có thể tạo ra một đội máy bay taxi không trung ngay bây giờ, Uber và đối tác của mình nghĩ rằng điện là hướng đi đúng. Điều này chủ yếu bởi vì động cơ điện đơn giản, đáng tin cậy hơn và có thể kiểm soát chính xác hơn so với động cơ đốt trong. Mặc dù các nhà khoa học nghĩ rằng chúng ta vẫn còn nhiều thập kỷ trước khi có loại nhảy vọt về mật độ năng lượng pin cần thiết để cho phép, ví dụ, máy bay khu vực bay một vài trăm dặm vào một lần, nhưng German nghĩ rằng các chuyến bay ngắn mà một chiếc taxi bay có thể thực hiện có thể được duy trì với công nghệ ngày nay.

Ví dụ, mối quan hệ mới công bố của Uber với công ty khởi nghiệp máy bay điện Karem, đang phát triển cánh quạt có thể điều chỉnh hiệu quả hơn việc sử dụng năng lượng từ pin hiện tại, chỉ là một giải pháp có thể. Và nhiều chuyên gia hàng không và công nghệ cho rằng các chuyến bay ngắn chỉ 10 hoặc 20 dặm là hoàn toàn khả thi ngay cả với công nghệ pin hiện tại. Nhưng vấn đề là đạt được khả năng sạc nhanh cần thiết cho các chuyến bay nhanh chóng và vượt qua nhược điểm rộng lớn về nguồn cung điện đặc trưng cho môi trường đô thị dày đặc.

Thách Thức #3: Xây dựng chúng một cách rẻ

Công nghệ pin có thể không phải là yếu tố hạn chế, nhưng có thể là quá trình sản xuất—đặc biệt là vì một hệ thống taxi bay bền vững phụ thuộc vào quy mô kinh tế và sẽ cần hàng nghìn máy bay bay ngay khi có thể. Các ngành công nghiệp khác đã giải quyết được những thách thức sản xuất như vậy, nhưng thông thường là trong khoảng thời gian rất dài. Ngành công nghiệp ô tô, ví dụ, đã chứng minh trong 20 đến 30 năm qua rằng các kỹ thuật sản xuất hiện đại có thể giảm đáng kể chi phí sản xuất ngay cả với những chiếc ô tô hiện đại và phức tạp nhất. Điều này bao gồm tích hợp các composite và hợp kim công nghệ cao mới có yêu cầu đặc biệt trong quá trình sản xuất. Đạt được các số liệu sản xuất tương tự trong máy bay e-VTOL—tức là hàng trăm nghìn mỗi năm, có thể cuối cùng chứng minh là những gì cần thiết để thực sự hoàn thiện kế hoạch toàn cầu của Uber—có thể là không thực tế, nhưng việc chuyển giao một số kỹ thuật sản xuất từ ô tô sang hàng không có thể là một bước khởi đầu.

Ngược lại, đây là những chiếc máy bay, chứ không phải là ô tô. Việc sản xuất máy bay nhẹ, chắc chắn, đã được thử nghiệm va chạm và yên tĩnh được làm hoàn toàn bằng các vật liệu composite, chứ không chỉ là chứa các thành phần composite, lại đặt ra một thách thức khác. Việc xây dựng máy bay từ các vật liệu composite như sợi carbon vẫn là một quy trình lớn phần thủ công, vì các nhà sản xuất vẫn cần người lao động có kỹ năng để đặt vật liệu, kết hợp các yếu tố lại với nhau, sau đó quét và loại bỏ các lỗ hổng cấu trúc, bong bóng khí và các điểm yếu khác có thể chấp nhận được đối với một chiếc ô tô đặt cả bốn chân trên mặt đất, nói một cách nói khác, nhưng không phải với một cái pod bay đầy người đang lơ lửng 1.000 feet trên không.

Thách thức #4: Biến chúng im lặng

Cuối cùng, tiếng ồn đã xuất hiện. Các máy bay taxi không gian sẽ hoạt động trong môi trường đô thị đã được quy định chặt chẽ khi nói đến tiếng ồn của trực thăng và âm thanh của máy bay tại các sân bay ở rìa thành phố. Nếu những trạm bay đứng mà Uber tưởng tượng thấy hàng trăm lượt cất cánh và hạ cánh mỗi giờ, máy bay sẽ phải đặc biệt im lặng. “Hàng không được quy định theo quy định liên bang, nhưng nhiều vấn đề về khả năng di chuyển không gian đô thị đều thuộc phạm vi địa phương,” German nói.

Đối với máy bay có khả năng nâng lên dọc, thách thức không chỉ là giảm độ ồn mà còn là chữ ký âm thanh—nghĩa là, cách tiếng ồn hòa quyện (hoặc không) với nền âm của thành phố. Uber đã nghiên cứu về điều này và lập luận rằng giảm 15 decibels sẽ giảm tiếng ồn của máy bay xuống mức chấp nhận được, cả về âm lượng tuyệt đối cũng như về sự phát hiện tổng quát của nó trong môi trường đô thị. (Tất nhiên, hầu hết tiếng ồn trong môi trường đô thị đến từ giao thông vận tải, có thể sẽ chuyển sang sử dụng động cơ điện hóa chủ yếu trong những thập kỷ tới. Vì vậy, những thách thức mà máy bay eVTOL đối mặt với việc “hòa quyện” có thể chỉ trở nên tồi tệ hơn vì kết quả đó.)

Để đạt được máy bay điện siêu im lặng sẽ đòi hỏi sự đổi mới đáng kể, bởi vì máy móc vẫn phải di chuyển lượng không khí tương đương để nâng máy lên và hạ cánh. Một phương pháp là giảm tốc độ đầu cánh quạt, vì chúng trở nên ồn khi tiếp cận tốc độ siêu thanh. Để làm điều này, German nói, kỹ sư có thể thêm cánh vào mỗi cánh quạt, điều này sẽ giảm RPM trong khi vẫn giữ nguồn nâng lực như cũ. Hệ thống quạt phân tán—nghĩa là, sáu hoặc tám quạt nhỏ thay vì chỉ là hai—cũng sẽ giúp ích. German nói anh lạc quan ở đây nữa. Thực sự, Uber đã phát âm so sánh các hệ thống này tại các hội nghị ngành của mình. German thêm cảnh báo cuối cùng về “tâm lý âm thanh.” Đó là xu hướng của con người cảm thấy âm thanh không hài lòng, không phải vì nó thực sự tệ, mà vì nó đại diện cho điều gì đó khó chịu—trong trường hợp này, giới thượng lưu bay qua những người bình thường.

Năm năm dường như không đủ để vượt qua những thách thức này—thậm chí còn chưa đề cập đến những vấn đề kinh tế và quy định rộng lớn hơn mà kế hoạch phải đối mặt, cùng với bất kỳ cải tiến nào sẽ được yêu cầu để tích hợp taxi không gian vào hệ thống không gian hàng không thương mại với hệ thống cổ điển và nổi tiếng cũ kỹ—nhưng cả Landry và German đều chú ý rằng tất cả các cấp độ công nghệ đều nằm trong tầm tay, miễn là có ai đó sẵn lòng trả tiền cho chúng. “Có một mức độ không tránh khỏi trong toàn bộ vấn đề này,” German nói. “Tất cả các công nghệ này vẫn tiếp tục hội tụ và trưởng thành. Ngay cả những điều như quan điểm công cộng cũng có thể được vượt qua khi mọi người nhận ra được những gì công nghệ có thể làm trong cuộc sống của họ. Cuối cùng nó trở thành một hiện tượng văn hóa, nơi mọi người đột nhiên thay đổi cuộc sống xung quanh nó.”

Giống như, hình như, Uber.

Nhiều Bài Viết Tuyệt Vời Khác Của MYTOUR

• Những người buôn bán nhiên liệu cho máy quảng cáo tiền điện tử
• Đội quân hacker xuất sắc của Microsoft giữ an toàn cho PC Windows
• Sự đề phòng tuyệt vời của đường hầm mới khổng lồ của Seattle
• Một kỷ nguyên mới của phần mềm Frankenstein đã đến
• ESSAY ẢNH: Bên trong Vòng Cực Bắc, giờ vàng không gì sánh kịp với ngày vàng
• Nhận thêm nhiều thông tin nội bộ của chúng tôi với bản tin hàng tuần Backchannel của chúng tôi