На самом ли деле авиация самый безопасный вид транспорта?

В данной статье речь пойдет о том, почему «порулить» летающим автомобилем в светлом будущем вам вряд ли придется. Даже если оно на нас наступит. (Продолжение. Предыдущая статья – «Распределяй и властвуй: распределенная силовая установка для автолета».)

Самый распространенный сегодня тип ЛА с электрической распределенной силовой установкой (ЭРСУ) – это квадрокоптер. Между тем в знакомом всем нам виде он появились совсем недавно – немецкая компания MikroKopter такую продукцию стала выпускать в 2006 году, хотя первый, и далеко не игрушечный, квадрокоптер взлетел еще в 1922 году. Но дальше экспериментов дело долго не шло.

В чем была основная сложность? Квадрокоптер, в отличие от вертолета, – статически неустойчивая система. Вертолет как бы висит на несущем винте. Есть, правда, необходимость компенсировать крутящий момент с помощью хвостового винта, но это другая проблема, которая для соосных вертолетов вообще отсутствует. В целом устойчивость вертолета в воздухе поддерживать не надо. Он не опрокинется. Квадрокоптер же висит на четырех винтах, но это не тот случай, когда устойчивость увеличивается от большего числа точек опоры.

Если мы возьмем четыре электромотора с пропеллерами, прикрепим к раме и просто запитаем от аккумулятора, то такой аппарат тут же перевернется, поскольку даже однотипные электромоторы не работают совершенно одинаково и небольшой разницы в скорости их вращения будет достаточно для возникновения разнотяга.

Чтобы квадро-, гексо-, окто- и любой другой мультикоптер обрел устойчивость – скоростью каждого электромотора нужно постоянно управлять в зависимости от положения ЛА в пространстве. Сделать это вручную, мягко скажем, затруднительно. Для этого на борт мультикоптера ставят трехосевой гироскоп и микроконтроллер, чтобы управлять электромоторами по данным гироскопа, которому помогают акселерометры, барометры (для поддержания заданной высоты), спутниковая навигация и т.д. То есть квадрокоптер, по сути, это летающий компьютер. Соответственно, он появился, когда появилась подходящая для реализации этой идеи электронная элементная база и написалось необходимое программное обеспечение.

Есть в статической неустойчивости и свои плюсы. Недаром многие современные истребители, тот же Су-27, специально делают статически неустойчивыми. Именно в этом секрет их пресловутой сверхманевренности. Квадрокоптер – тоже в некотором смысле сверхманевренный ЛА. Им можно вертеть как угодно и, если не считать инерции, мгновенно менять направления полета, управляя его электромоторами. Пилот делает это с помощью джойстиков – направо-налево, вперед-назад, вверх-вниз – но на самом деле эти его команды с помощью программы преобразуются процессором в сигналы для электромоторов.

Однако при всей интуитивной понятности такого управления пилотировать автолет – это все же не баранку автомобиля крутить. В воздухе и скорости больше, и ситуация меняется динамичнее, и траектории замысловатее. Ориентироваться в трехмерном пространстве сложнее. Приземляться где-нибудь на крыше – совсем не то, что парковаться у обочины. Особенно, если ветер подует. «Тормозной путь» у ЛА длиннее, а цена даже маленькой ошибки намного выше. «Поцелуй» двух автомобилей на дороге – вещь досадная, но достаточно обыденная и в подавляющем большинстве случаев угрозы жизни не несущая. А вот в воздухе малейший контакт – почти верная смерть. Да еще и с тяжкими последствиями для тех, кому не посчастливилось оказаться на земле под вами.

О безопасности автолетов вообще стоит поговорить отдельно. Всем известно, что, с точки зрения статистики, авиация – самый безопасный вид транспорта. Но авиация авиации рознь. К примеру, выше вы можете видеть любопытную таблицу по транспортной безопасности в США, подготовленную опять же компанией Uber. Итог – в последней колонке. Там сравнивается число смертей на пассажиромилю, при этом за единицу берется показатель смертности для легковых автомобилей (0,643 смерти на 100 млн пассажиромиль). Из этой таблицы следует, например, что шанс погибнуть на мотоцикле в сравнении с авто – в 38,7 раз больше. А что с полетами? Часть 121 авиационных правил в этой таблице – это рейсовые авиаперевозки. Как видим, они действительно в 250 раз безопаснее, чем езда на автомобилях. Часть 135 – это данные по услугам воздушного такси – здесь шансов умереть по сравнению с авто уже в 1,9 раз больше. На последней же строке приведены данные для авиации общего назначения, куда входят частные легкие самолеты и вертолеты, – она в 12,1 раза «смертельнее» автотранспорта.

Пока таких полетов относительно немного – это терпимо. Но при массовом использовании частных автолетов такой уровень безопасности нельзя считать приемлемым. Разумеется, в год в автомобильных ДТП гибнет 1,3 млн людей – жуткая цифра. И ничего, автомобили (и даже мотоциклы) запрещать никто не собирается, хотя многие, садясь за руль, крестятся. Но надо учитывать и психологический момент. Авиакатастрофы куда более эффектны, и если каждый день вы будете видеть падающие с неба автолеты, вряд ли у вас возникнет желание воспользоваться этим сервисом.

Так можно ли автолеты (на фото выше – самый массовый на сегодня китайский автолет eHang 216, о котором, как и о его конкурентах, мы расскажем в последней статье этой серии) сделать столь же безопасными, как автомобили? Разберемся для начала в причинах катастроф в малой авиации.

Согласно данным Федерального агентства воздушного транспорта РФ с 2006 по 2015 год в авиации общего назначения России произошло 169 авиапроисшествий, в которых погибли 192 человека. Из них 14% случились из-за отказа двигателей (с этой бедой можно справиться за счет распределенной силовой установки, поскольку отказ одного электромотора или одного аккумулятора не ведет к аварии). Остальные 86% – результат ошибок пилотов или нарушений ими правил полета (плохая погода тоже сюда входит, потому что в нелетную погоду летать запрещается). Из них 7%, между прочим, произошли по причине выполнения полета в состоянии алкогольного опьянения. Что касается вертолетов, то, по данным МАК, с человеческим фактором связано свыше 90% авиационных происшествий с ними.

Вот, собственно, и ответ на вопрос о том, как повысить безопасность автолетов: надо убрать оттуда пилота. И безопасность сразу возрастет в 10 раз. Благо, именно сейчас появляются полностью автономные системы управления, способные справиться с пилотажем без участия человека от взлета до посадки. Подобные системы уже испытываются для наземного транспорта, а уж в воздухе их применение – очевидная необходимость. Тем более что в небе автопилоту ориентироваться будет даже легче, чем на земле: помех меньше.

Кстати, в 6 раз большая смертность в частной авиации в сравнении с аэротакси связана с некачественным обслуживанием техники, зачастую очень подержанной, и худшей квалификацией пилотов-любителей. Так что, скорее всего, автолеты вообще не разрешат продавать частным лицам. В общем, как бы это ни печально звучало для любителей драйва, обычному человеку управление таким транспортным средством наверняка запретят в принципе. Что может натворить в небе пьяный любитель скорости или просто воздушный хулиган, мнящий себя Чкаловым при виде каждого моста, – представить несложно.

Разумеется, на первых порах в аэротакси будут сажать профессионального пилота для спокойствия пассажиров. Но по мере роста масштабов перевозок переход к автопилотам неизбежен. В том числе по экономическим причинам, поскольку расходы на пилота, если верить графику в первой статье этой серии, составят почти треть эксплуатационных расходов воздушного такси ближайшего будущего. Не страшно ли будет клиентам летать без пилота? Наверное, когда-то так же страшно было ездить на лифте без лифтера. Но ничего, постепенно привыкли.

На фото выше немецкий автолет VoloCity (расскажем о нем в последней статье этой серии) парит над городом в гордом одиночестве. Но на самом деле, не исключено, в городах в первую очередь будет развиваться доставка посылок и срочных грузов квадрокоптерами. А уж этот сервис точно будет беспилотным. И, вероятнее всего, первые системы управления воздушным движением в городах появятся именно для этого сервиса, а пассажирским перевозкам придется в него как-то встраиваться.

В общем, погонять ворон на собственном автолете вам вряд ли удастся. То есть это не будет так, что вы утром вышли из дома, очистили от снега щеткой (а то и лопатой) припаркованный у подъезда автолет, сели и, как в каком-нибудь фантастическом фильме, рванули на все четыре стороны, стряхивая пепел сигареты на головы беспечных горожан. Выглядеть будущее для любителей полетать скорее всего будет приблизительно так же, как сегодня заказ такси или, в крайнем случае, каршеринг: вы по приложению в телефоне заказываете себе полет из точки А в точку Б. Смотрите по карте место стоянки ближайшего свободного автолета (или дожидаетесь его прибытия по вашему вызову). Добираетесь до точки А. Занимаете место в салоне. Пристегиваетесь. Возможно, надеваете шлем. Автолет автоматически взлетает, с соблюдением всех мер предосторожности, интервалов и дистанций занимает нужный эшелон (потому что движение в воздухе будет происходить, конечно же, не хаотически, а по определенным маршрутам и под контролем службы управления воздушным движением, знающей с точности до сантиметра взаимное положение каждого ЛА в воздухе). В нужном месте автолет соскакивает с трассы и совершает посадку в точке Б. В случае неисправности автоматика опять же совершенно самостоятельно совершает аварийную посадку на ближайшую свободную площадку, достаточно густая сеть которых по всей зоне полетов станет одним из необходимых условий массового использования автолетов. Не будет такого, что вам придется кружить над дворами, выбирая, где бы сесть, не раздавив какую-нибудь даму с собачкой. (На фото ниже – американский автолет Maker, красивая машина, но девушек «пикапить» на ней не получится).

Кстати, создание такой инфраструктуры станет одной из новых черт мегаполиса будущего и одной из главных проблем на пути к массовой автолетизации населения: посадочные площадки должны появиться всюду – на крышах домов (для чего надо будет предусмотреть доступ к ним с улицы), на обочинах дорог, на автомобильных парковках. Сгодятся любые пустыри и даже понтоны на прудах и реках. Плюс все это надо оборудовать станциями подзарядки. Потому что аккумуляторов первых автолетов хватит, скорее всего, лишь на один полет. В принципе, число таких площадок должно равняться числу автолетов, чтобы иметь возможность в случае необходимости разом посадить всех, кто в воздухе. Конечно, создание такой инфраструктуры – удовольствие недешевое, но и не дороже прокладки новых автомобильных дорог, туннелей, мостов, рельсовых линий.

Кстати, при недостаточно развитой инфраструктуре и большом спросе в воздухе тоже вполне могут образоваться пробки. Не в самом небе, конечно, но очереди на взлет могут возникнуть довольно длинные. Хотя, наверное, можно подождать полчаса, чтобы затем за пять минут добраться из Химок в Сити. Да и проложить дополнительные трассы в воздушном пространстве куда легче, чем на земле. Тут полос можно открыть сколько угодно, а вложиться в основном придется в увеличение мощностей вычислительного центра управления воздушным движением. Сложнее будет обеспечить достаточное количество взлетно-посадочных площадок. Именно поэтому крайне важны габариты автолетов.

Стандартная вертолетная площадка сегодня имеет размеры 20x20 метров. Разумеется, таких площадок везде не понатыкаешь. Не на всякой крыше такая поместится. Можно даже предвидеть появления протестующих жителей спальных районов с плакатами: «Наш двор – для детей, а не для автолетов». Поэтому городской воздушный транспорт для массового использования должен уметь садиться на площадку размером в два парковочных места для легкового автомобиля – 5х5 метров, как eHang на фото ниже. Плюс хорошо бы, чтобы винты не торчали во все стороны, грозя зевакам отрубленными конечностями.

Конечно, было бы совсем замечательно, если бы автолеты смогли при возможности с посадочных площадок отъезжать своим ходом и парковаться где-нибудь на улице, как обычные автомобили. А также по вызову подъезжать, как обычные авто, прямо к подъезду, чтобы оттуда довезти клиента до ближайшей площадки для взлета. На самом деле это и был бы полноценный летающий автомобиль, а не просто новый тип ЛА для города. Но для первых электролетов это нереально: при острейшем дефиците электроэнергии на борту таскать с собой по воздуху автомобильное шасси крайне накладно.

И, разумеется, непогода может сказаться на воздушном транспорте гораздо сильнее, чем на наземном. Сильный ветер, гроза или обильные осадки могут запросто приземлить весь городской аэропарк. С другой стороны, ни гололед, ни снежные заносы, ни даже замена асфальта или наводнения с распутицей воздушному вездеходу не помеха.

И еще одно: нет сомнений, что в автолетах будет довольно сильно укачивать. Даже в безветренную погоду.

Продолжение следует.

Часть 1. «Мир накануне третьей авиационной революции»

Часть 2. «Третья авиационная революция: электричество витает в воздухе»

Часть 3. «Распределяй и властвуй: распределенная силовая установка для автолета».

Холдинг НИКС – это сеть из более чем 100 магазинов цифровой техники по всей России; это инжиниринговый центр по проектированию высокотехнологичных производств «Проектмашприбор», на 75% принадлежащий компании НИКС и на 25% – Госкорпорации «Ростех»; это нанотехнологическая лаборатория, в стенах которой разработаны и изготовлены сканирующие туннельные микроскопы, исследуется квантовый электронный транспорт в металлических наноструктурах, ведутся работы по квантовым вычислениям; это агропромышленный комплекс «Тюринский» площадью 19 800 га в Тульской области, который по производительности труда сопоставим с немецкими фермерскими хозяйствами.

Читайте также:

Мир накануне третьей авиационной революции

Небо становится ближе с каждым днем. Часть 1.

Третья авиационная революция: электричество витает в воздухе

Небо становится ближе с каждым днем. Часть 2.

Распределяй и властвуй: распределенная силовая установка для автолета

Небо становится ближе. Часть 3.