ماهنامه پردازش – مفهوم خودروهای پرنده کوچک و معمولاً نامرسوم که تعداد معدودی مسافر را حمل می‌کنند، می‌توانند در طول مسیر خود به بالای آسمان‌خراش‌ها بروند و با سرعت خود را به حومه شهرها برسانند، بخش اصلی داستان‌های علمی تخیلی را در فیلم‌ها، کتاب‌های تصویری و سریال‌های تلویزیونی تشکیل می‌داد و حداقل از سال ۱۹۲۷ با فیلم صامت آلمانی متروپولیس فراگیر شد. البته اکنون، این تخیل رنگ واقعیت به خود گرفته است. هم‌اکنون به عنوان یک مفهوم واقعی، به این پدیده تحرک هوایی شهری (urban air mobility (UAM)) گفته می‌شود که خود گاهاً نمایانگر مفهومی بزرگ‌تر است یعنی تحرک پیشرفته هوایی (advanced air mobility (AAM)).

اداره هوانوردی فدرال آمریکا (FAA) این مفاهیم و روابط آنها را اینگونه تعریف می‌کند: هدف از تحرک پیشرفته هوایی، توسعه سیستم حمل‌ونقل هوایی است که افراد و محموله‌ها را بین مکان‌های محلی، منطقه‌ای، بین منطقه‌ای و شهری جابجا می‌کند که قبلاً تحت پوشش خدمات هوانوردی قرار نداشتند و این کار با استفاده از هواپیماها، فناوری‌ها و عملیات‌های نوآورانه انجام خواهد شد. درحالی‌که AAM از طیف گسترده مسافران، محموله‌ها و دیگر فعالیت‌ها در داخل و بین مناطق شهری و روستایی حمایت می‌کند، اما UAM متمرکز بر عملیات پرواز در داخل و اطراف مناطق شهری است.

آژانس امنیت هوانوردی اتحادیه اروپا (EASA) نیز چنین تعریفی را ارایه می‌نماید: UAM یک سیستم حمل‌ونقل جدید، ایمن و پایدار برای مسافران و محموله‌ها در مناطق شهری است که در فناوری‌های جدید و سیستم‌های حمل‌ونقل چندگانه ترکیب شده است. حمل‌ونقل به کمک هواپیماهای الکتریکی انجام می‌شوند که با یا بدون خلبان اقدام به نشست و برخاست عمودی می‌کنند.

UAM قادر به انجام عملیات هم برای مسافر و هم برای بار است. عملیات‌های محموله با استفاده از سیستم‌های هوایی بدون خدمه انجام می‌شوند که اصطلاحاً پهباد نامیده می‌شوند. این کار قبلاً در چند منطقه انگشت‌شمار به صورت آزمایشی به ویژه در آمریکای شمالی و اروپا انجام شده است. عملیات‌های مسافر احتمالاً با هواپیماهای دارای خلبان انجام می‌شوند اما بعداً به خلبان از راه دور یا عملیات کاملاً بدون خلبان تبدیل خواهند شد.

نکته واقعاً مهم درباره UAM آن است که این نخستین شکل هوانوردی طراحی شده است که از ابتدا پایدار است یعنی میزان آلایندگی کربن آن پایین یا حتی صفر است. تمامی طراحی هواپیماهای UAM بر پایه سیستم‌های احتراق انرژی پاک است که بخش اعظم آن به صورت احتراق الکتریکی است.

مورد کسب‌وکار

شرکت تحقیقات بازار “مارکتس اند مارکتس” (Markets and Markets) در گزارش خود تحت عنوان “تحرک هوایی شهری” که ژوئن سال گذشته منتشر شد، نوشت: هم‌چنان که جمعیت شهری رشد می‌کند و وضعیت ترافیک وخیم‌تر می‌گردد، نیاز فزاینده‌ای به گزینه‌های حمل‌ونقل وجود دارد که بتوانند بر این چالش‌ها چیره شده و سفری سریع‌تر و نقطه به نقطه را ارایه کنند. UAM نمایانگر راه‌حلی نویدبخش با استفاده از حریم هوایی و برخاستن و نشستن عمودی (VTOL) برای تأمین خدمات حمل‌ونقل هوایی مورد تقاضا است. تقاضا برای UAM از جانب افراد و کسب‌وکارهایی که به دنبال تحرک پیشرفته هستند، روبه افزایش است. مسافران به دنبال روش‌های سریع‌تر و کارآمدتر برای جابجایی در شهرهای شلوغ هستند درحالی‌که کسب‌و‌کارها نیازمند راه‌حل‌های لجستیکی کارآمد برای جابجایی راحت و مطمئن کالاهای خود هستند. UAM با ارایه پیوندهای مستقیم و سریع میان نقاط شهری و عبور از محدودیت‌های زیرساخت‌های زمینی، به این تقاضا پاسخ می‌دهد. انعطاف‌پذیری جنبه کلیدی تقاضا برای UAM است. هواپیماهای UAM مانند پهبادهای با موتور الکتریکی یا تاکسی‌های پرنده می‌توانند مسافران و محموله‌ها را مستقیماً به مقاصد خود حمل کنند و زمان سفر را در مقایسه با جایگزین‌های زمینی کاهش دهند. این انعطاف‌پذیری به UAM اجازه می‌دهد شکاف در شبکه‌های حمل‌ونقل موجود را رفع کرده و به مناطقی برسد که تحت پوشش خدمات زیرساخت‌های مرسوم زمینی قرار ندارند.

به علاوه، با جابجایی و افراد کالاها در سه بُعد، UAM استفاده زیرساخت حمل‌ونقل موجود را به حداکثر می‌رساند و در عین حال تقاضا برای جاده‌‌ها، خطوط راه‌آهن و فضاهای پارکینگ جدید را کاهش می‌دهد. بنابراین، این به حفظ منابع ارزشمند زمین و سایر منابع کمک می‌کند و اثرات زیست‌محیطی را کاهش می‌دهد که با گسترش شبکه‌های حمل‌ونقل زمینی رخ می‌دهند. به دلیل اینکه تقریباً تمام (اگر نگوییم تمام) هواپیماهای UAM دارای موتور الکتریکی هستند و خواهند بود، کاملاً بی‌صدا بوده و به کاهش آلودگی صوتی نیز کمک می‌کنند (کاملاً برخلاف بالگرد).

به علاوه، از منظر مراجع، هزینه ایجاد زیرساخت مورد نیاز برای امکان‌پذیر شدن عملیات‌های UAM، تنها بخشی از هزینه مورد نیاز ساخت جاده‌های جدید خواهد بود. همانگونه که EASA اشاره کرده، خطرات مرتبط با حوادث مرگبار در زمان پرواز تاکسی‌های هوایی به مراتب کمتر از سفر در سیستم حمل‌ونقل زمینی خواهد بود.

تا سال ۲۰۳۰، بالغ‌بر ۶۰ درصد جمعیت جهان در شهرهای کوچک و بزرگ زندگی خواهند کرد. تا همین سال، مارکتس و مارکتس پیش‌بینی می‌کند بازار UAM در سطح جهان ارزشی معادل ۲۸ میلیارد و ۵۰۰ میلیون پیدا کند که سه میلیارد و ۸۰۰ میلیون دلار بالاتر از سال‌جاری (و سه میلیارد و ۳۰۰ میلیون دلار بالاتر از سال گذشته) است. نرخ رشد ترکیبی سالانه این رقم (CAGR) 33/5 درصد خواهد بود. انتظار می‌رود آمریکای شمالی بالاترین نرخ CAGR را در بین قاره‌های جهان تجربه کند.

EASA پیش‌بینی می‌کند تا سال ۲۰۳۰، ۳۴۰ میلیون نفر در شهرهای اتحادیه اروپا زندگی کنند. این منطقه نمایانگر ۳۱ درصد بازار جهانی UAM است و توسعه و بکارگیری UAM در سطح اتحادیه اروپا باعث ایجاد ۹۰ هزار شغل مجدداً تا سال ۲۰۳۰ خواهد شد. در میان شهرهای اتحادیه اروپا، UAM مدت زمان استاندارد سفر درون شهری را به ۱۵ تا ۴۰ دقیقه خواهد رساند درحالی‌که زمان مورد نیاز برای سفرهای اورژانسی و پزشکی بیش از ۷۰ درصد کاهش خواهد یافت.

انتظار می‌رود سیستم نوپای ولوکوپتر (Volocopter) آلمان با تاکسی پرنده خود به نام وولوسیتی (VoloCity) که شامل دو صندلی (یکی برای خلبان و یکی برای مسافر) بود به مقاصد تعیین شده در پاریس در طول بازی‌های المپیک پاریس در ماه‌های ژوئیه و اوت پرواز کند. همه مسافران از قبل توسط EASA تأیید می‌شوند. مسلماً، وولوسیتی یک طرح تجاری دایمی نیست (این شرکت در حال توسعه طرح‌های بزرگ‌تری است) اما هدف اثبات عملی بودن و منحصر به فرد بودن مفهوم UAM است.

انواع و فناوری‌ها

EASA هواپیماهای UAM را به سه دسته اصلی تقسیم کرده است: جهت‌دهی رانش، برآرافزاـ پایاسیری و بدون‌بال. طرح‌های جهت‌دهی رانش دارای چند پروانه بزرگ هستند که می‌توانند دارای جهت‌گیری افقی باشند، همانند چرخنده‌های بالگرد در طول نشست و برخاست عمل کنند و سپس دارای جهت‌گیری عمودی شوند و همانند پروانه‌های مرسوم عمل کرده و باعث نیروی رانش رو به جلو شوند. طرح‌های برآرافزا ـ پایاسیری دارای مجموعه‌های مجزایی از چرخنده‌ها یا فن‌های کوچک هستند که باعث بلند شدن در زمان برخاست می‌شوند و هم‌چنین پروانه‌هایی که باعث نیروی رانش رو به جلو می‌گردند. این چرخنده‌ها یا فن‌ها و پروانه‌ها می‌توانند دارای سیستم‌های احتراق یکسان یا مجزا باشند. طرح‌های بدون‌بال دقیقاً همانند بالگرد عمل می‌کنند به استثنای اینکه به جای استفاده از یک یا دو چرخنده بزرگ، آنها از چند چرخنده کوچک (معمولاً هشت یا بیشتر) برای بلند شدن و رانش استفاده می‌کنند.

در اواسط فوریه، وبسایت evtol.news 321 طرح جهت‌دهی رانش، ۱۶۵ طرح برآرافزا ـ پایاسیری و ۲۵۶ طرح بدون‌بال را فهرست کرد. البته ۶۱ روتورکرافت الکتریکی یعنی بالگرد و هواچرخ را نیز ثبت کرد. هواچرخ مانند بالگرد از چرخنده‌ها برای بلندشدن استفاده می‌کنند اما چون چرخنده‌های آن موتور ندارند، نمی‌توانند باعث رانش شوند که نیروی لازم آن باید توسط یک موتور اختصاصی و پروانه تأمین شود؛ هم‌چنین هواچرخ‌ها نمی‌توانند به صورت عمودی برخاست کنند هر چند سرعت برخاست آنها بسیار کوتاه است. البته آنها می‌توانند به صورت عمودی فرود آیند. شایان ذکر است، برخی طرح‌های هواپیماهای UAM هیبریدی هستند. به عنوان مثال، شرکت نوپای هوریزون کرافت (Horizon Aircraft) در حال توسعه یک هواپیمای UAM به نام Cavorite X7 با استفاده از فناوری ثبت شده خویش است.

بنابراین، درحال‌حاضر انبوهی از طرح‌های هواپیماهای UAM وجود دارند. البته، اکثر آنها هرگز از یک مدل رایانه‌ای به سخت‌افزار تبدیل نخواهد شد. هم‌چنین، اکثر آنانی هم که به سطح سخت‌افزار می‌رسند، در موفقیت تجاری ناکام می‌مانند. البته تعداد طرح‌ها نشانگر اشتیاق برای مفهوم UAM است. اما شاید هیچ شاخصی در قبال اعتبار UAM قوی‌تر از این حقیقت نباشد که هر سه تولیدکننده بزرگ قطعات هواپیما یعنی “امبرائر” (Embraer) برزیل، بوئینگ (Boeing) آمریکا و ایرباس (Airbus) اروپا فعالانه در حال توسعه هواپیماهای UAM هستند.

این سه شرکت چهارچوب‌های متفاوتی را برای انجام این کار انتخاب کرده‌اند. امبرائر کار را با یک پروژه داخلی آغاز کرد اما سپس آن را به یک شرکت تابعه تخصصی خود به نام Eve Air Mobility تبدیل کرد. این شرکت در آمریکا مستقر است و در فهرست بازار بورس نیویورک قرار دارد و هم‌اکنون ۸۸/۵ درصد سهام امبرائر را در اختیار دارد. بوئینگ شروع به ایجاد یک کسب‌وکار مشترک با شرکت استارت‌آپ کیتی هاوک (Kitty Hawk) کرد که ویسک آئرو (Wisk Aero) نامیده می‌شود. ژوئن گذشته، بوئینگ کنترل کامل ویسک را به دست آورد اما اعلام کرد که این شرکت تحت مالکیت کامل آن به فعالیت خود به عنوان یک شرکت مستقل (تحت نظشارت هیأت مدیره بوئینگ) ادامه خواهد داد. ایرباس برنامه داخلی UAM خود را آغاز کرد و هم‌چنان نیز آن را به عنوان یک پروژه داخلی حفظ کرده است. این پروژه CityAirbus NextGen نامیده می‌شود و تحت نظارت شرکت ایرباس هلیکوپترز (Airbus Helicopters) قرار دارد.

از آنجا که هر سه طرح منجر به ماکت‌های پرنده خواهد شد و همگی شانس بسیار خوبی برای ورود به خدمات تجاری دارند، نگاه دقیق‌تر به هر یک از آنها نمایانگر ایده خوب هواپیماهای UAM است.

CityAirbus NextGen (که نام آن برگرفته از دو فناوری قبلی UAM شرکت ایرباس است یعنی تاکسی هوایی تک سرنشین واهانا (Vahana) و تاکسی چهار سرنشین CityAirbus) یک طرح تمامی الکتریکی برآرافزا ـ پایاسیری است. برای آنکه همه چیز تا حد امکان میسر باشد، این وسیله نقلیه دارای بال‌های ثبت و یک دم به شکل حرف V است. برآرافزا ـ پایاسیری به کمک هشت پروانه انجام می‌شود (هر چند که تصاویر منتشر شده نشان می‌دهند آنها به مثابه چرخنده‌های کوچک عمل می‌کنند) و دارای ۱۶ موتور الکتریکی است. در ابتدا، این وسیله دارای خلبان همراه با سه سرنشین بود. بُرد عملیاتی آن ۸۰ کیلومتر و سرعت آن هم ۱۲۰ کیلومتر در ساعت بود. برنامه پرواز آزمایشی آن در طول سال‌جاری اجرا خواهد شد و هدف آن اخذ گواهی‌نامه EASA در سال آینده است. در طول پروازهای آزمایشی اولیه، فعالیت آن از راه دور کنترل خواهد شد.

محصول ویسک آئرو (بوئینگ) هم‌اکنون تحت عنوان نسل ۶ شناخته می‌شود زیرا ششمین طرح UAM این شرکت است. این محصول دارای بال‌هایی است که هر یک از آنها شش پروانه را حمل می‌کنند. سه پروانه در جلو و سه پروانه در عقب قرار دارند. پروانه‌های عقبی به عنوان چرخنده عمل می‌کنند و نیروی لازم برای برخاستن و نشستن عمودی را تأمین می‌کنند درحالی‌که پروانه‌های جلو می‌توانند از افقی (برای بلند شدن) تا عمودی (ایجاد رانش) بچرخند. بنابراین، این ترکیبی از جهت‌دهی رانش و برآرافزا ـ پایاسیری است. تمامی نیرو الکتریکی است و بُرد آن حدود۱۶۰ کیلومتر و سرعت آن ۲۲۲ کیلومتر در ساعت پیش‌بینی شده است. این وسیله چهار سرنشین را حمل و از ابتدا به صورت خودکار عمل خواهد کرد (تنها یک ناظر انسانی بر روی زمین حضور دارد که به طور هم‌زمان چند وسیله نقلیه هوایی را کنترل و نظارت خواهد کرد). روشن نیست چه زمانی گواهی‌نامه مربوطه صادر خواهد شد زیرا مسیر و فرآیند صدور گواهی‌نامه برای پرنده‌های خودکار حمل‌کننده مسافر هنوز به طور کامل توسط FAA تعریف نشده است.

گزینه Eve نیز تمام الکتریکی و طرح برآرافزا ـ پایاسیری با هشت چرخنده کوچک نصب شده روی پسارگیرهای (در دانش هوافضا، به قطعاتی که برای کاستن مقاومت هوا به هواپیما و… الصاق می‌شود) (fairings) تعمیم یافته در جلو و پست بال‌ها برای نشست و برخاست عمودی و پروانه فشاردهنده در پشت بدنه هواپیما برای رانش است. این هواپیما دارای ظرفیت یک خلبان و چهار سرنشین است (که در صورت فعالیت خودکار تعداد سرنشینان آن به شش نفر افزایش خواهد یافت). بُرد این هواپیما ۱۰۰ کیلومتر و سرعت آن ۲۰۱ کیلومتر در ساعت است. انتظار می‌رود اولین پرواز این هواپیما در سال‌جاری صورت بگیرد و طبق تبلیغات پرواز آزمایشی، ورود آن به سیستم خدمت‌رسانی برای سال ۲۰۲۶ برنامه‌ریزی شده است.

محدودیت‌ها

البته توسعه UAM با یک چالش جدی روبه‌رو است. موضوع وجود زیرساخت‌ها نیست. تمامی فناوری‌های موجود مدیریت ترافیک هوایی از قبل وجود دارند و ساخت فرودگاه‌های مخصوص تاکسی‌های هوایی همراه با خدمات پایانه‌ای و هلی‌پورت به اندازه ساخت تنها بخشی از یک جاده جدید هزینه دارد. مشکل اصلی افراد ماهر است.

بر اساس اعلام مارکتس اند مارکتس، فقدان کارکنان مجرب و ماهر باعث ایجاد مسایل مختلفی برای بازار و صنعت UAM می‌شود. سیستم‌های UAM باید توسعه یابند، تولید شوند، بهره‌برداری شوند و با موفقیت تعمیر و نگهداری شوند که نیازمند کارکنان بسیار مجرب و متخصص در حوزه‌های گوناگون فنی است. به علاوه، کارکنان مجرب در کنترل ترافیک هوایی و مدیریت حریم هوایی برای تلفیق UAM در حریم هوایی موجود و سیستم‌های مدیریت ترافیک هوایی الزامی است.