Máy bay điện cất cánh

Hai sân bay ở Tây Ban Nha minh họa cho cả quá khứ và tương lai của ngành hàng không thương mại. Ở phía đông đất nước, hơn 100 máy bay phản lực, bao gồm cả những chiếc A380 khổng lồ, lấp lánh như ảo ảnh dưới ánh mặt trời thiêu đốt của Iberia tại Sân bay Teruel, một bãi đậu xe dành cho công nghệ trong quá khứ. Chỉ một số ít trong số những chiếc máy bay này có khả năng bay trở lại. Khoảng 250 dặm về phía nam, Trung tâm thử nghiệm bay ATLAS ở Villacarrillo đang cung cấp đường băng cho một loại máy bay mới nhỏ hơn nhiều: máy bay cất và hạ cánh thẳng đứng bằng điện, hay còn gọi là eVTOL.

Với việc ngày càng nhiều quốc gia và công ty đồng ý giảm lượng khí thải, tương lai cho những chiếc máy bay phản lực cồng kềnh mà chúng ta bay ngày nay và các công ty vận hành chúng đang thay đổi. “Thách thức lớn nhất đối với ngành hàng không thương mại là cam kết thực hiện không phát thải carbon vào năm 2050”, Tony Douglas, Giám đốc điều hành của Tập đoàn Hàng không Etihad, phát biểu tại Hội nghị thượng đỉnh hàng không vũ trụ toàn cầu tại Abu Dhabi vào tháng 5. Bay chỉ chiếm 2,5% CO₂ khí thải. Nhưng lượng khí thải đó được tạo ra bởi một tỷ lệ tương đối nhỏ con người bay mỗi năm, và ngành công nghiệp này đang sẵn sàng mở rộng. Sẽ rất khó để giảm lượng khí thải liên quan đến bay nếu không tiếp đất cho máy bay. “Tôi tưởng tượng rằng tất cả mọi người trong căn phòng này đều hiểu rằng vật lý của chuyến bay được cung cấp năng lượng giúp đạt được mục tiêu đó [net zero] Douglas cho biết thêm.

Không có gì đáng ngạc nhiên khi các kỹ sư và nhà khoa học trên toàn cầu đang trong một cuộc chạy đua để phá vỡ mối quan hệ của việc bay không phát thải. Thách thức của việc tái tạo cuộc cách mạng xe điện (EV) trên không là, nói một cách đơn giản, việc bất chấp trọng lực đòi hỏi nhiều năng lượng hơn. Di chuyển pin nặng dọc theo con đường bằng phẳng trong ô tô sẽ dễ dàng hơn so với việc nâng nó lên không trung trên máy bay hoặc trực thăng. (Nhiên liệu máy bay sạch, là chất lỏng hoặc khí có nguồn gốc từ các nguồn bền vững, vẫn rất đắt và theo một Báo cáo PwC, sẽ không được cung cấp rộng rãi hoặc không hiệu quả về chi phí trong hơn một thập kỷ. Nhưng chúng vẫn có khả năng là nhiên liệu của tương lai cho các chuyến bay đường dài.)

Từ các nhà để xe tạm thời đến các công ty đa quốc gia tên tuổi, các nhà thiết kế và thợ cơ khí đang thúc đẩy máy in 3D của họ tạo ra các nguyên mẫu điêu khắc cứng, và một số đã bay thử máy bay điện của họ. Một số đang bắt đầu lại từ đầu; những người khác đang tìm cách trang bị thêm cho các máy bay hiện có. Và sau đó là các eVTOL, có thể trở thành taxi trực thăng của tương lai. Không giống như Anh em nhà Wright, nhiều nhà đổi mới đã nhiều lần bị buộc phải quay lại bàn vẽ, thiết kế và thử nghiệm thân máy bay, động cơ và nhiên liệu mới. (Cho đến nay, một chiếc máy bay lai đã bay 341 dặm, và máy bay trực thăng chạy bằng pin đã ở trên không trong 15 phút.) Tất cả những thử nghiệm đó có thể được đền đáp: chiếc máy bay chạy bằng điện đầu tiên có thể bắt đầu hoạt động sớm nhất là vào năm 2024, có khả năng bay các tuyến đường như New York đến Philadelphia hoặc Rhode Island mà không thải ra khí CO₂.

Một dấu hiệu cho thấy ai có thể đứng đầu trong các cổ phần công nghệ là chạy theo đồng tiền. Các hãng hàng không và các nhà đầu tư đang xem xét cả máy bay điện đường ngắn và các nguyên mẫu eVTOL. Hơn nửa tá công ty khởi nghiệp eVTOL đã huy động được vài tỷ đô la trong năm qua: Archer Aviation, Joby Aviation và Wisk, tất cả đều đến từ California; Lilium và Volocopter của Đức; Vertical Aerospace của Vương quốc Anh; và đêm giao thừa của Brazil.

Các đơn đặt hàng vé lớn đã đến từ American Airlines, năm ngoái đã công bố khoản đầu tư 25 triệu đô la Mỹ vào Vertical Aerospace và 1 tỷ đô la đặt trước 250 máy bay VX của hãng, có thể chở 4 hành khách và có tầm bay 100 dặm. Archer Aviation tiền bảo đảm vượt quá 1 tỷ đô la từ một nhóm các công ty bao gồm United Airlines. Các nhà sản xuất ô tô cũng muốn một phần của chiếc bánh eVTOL đang phát triển nhanh chóng, với việc Stellantis nắm cổ phần thiểu số trong Archer; Honda đang phát triển xe taxi không khí hybrid của riêng mình.

Neil Baxter, một đối tác của PwC có trụ sở tại Seattle, cho biết: “Một khi những thách thức của chuyến bay chạy bằng pin hoặc không có carbon được vượt qua, cơ hội dành cho những công ty thành công trong thời gian ngắn là rất lớn”. “Tại Hoa Kỳ, gần một nửa tổng số chuyến bay thương mại theo lịch trình dài dưới 500 dặm và có thể được thực hiện bằng máy bay không có carbon, vì vậy có khả năng rất lớn gây ra tác động tức thì.”

Mô hình kinh doanh cơ bản của các hãng hàng không muốn mua máy bay điện là ý tưởng rằng chi phí vận hành rẻ hơn, do giảm chi phí nhiên liệu và bảo trì, sẽ cho phép nhiều chuyến bay điểm đến điểm hơn, do đó khai thác mạng lưới sân bay địa phương và khu vực rộng lớn, chưa được sử dụng rộng rãi. và giúp thông các sân bay lớn và đường cao tốc.

Năm 2020, AeroTECmột công ty có trụ sở tại hành lang hàng không đang phát triển ở phía đông Seattle, đã bay chiếc máy bay chạy hoàn toàn bằng điện lớn nhất thế giới tại trung tâm thử nghiệm của nó ở Hồ Moses, trang bị thêm một chiếc Cessna Grand Caravan thông thường với pin và động cơ điện tiên tiến được phát triển bởi phóng đại, một công ty chuyên về công nghệ động cơ điện. Mặc dù chuyến bay là một bước tiến lớn trong việc khám phá ngành hàng không thế hệ tiếp theo, nhưng nó cũng nói rõ rằng nó sẽ là một chặng đường dài phía trước. Trọng lượng của pin trong Grand Caravan về cơ bản có nghĩa là máy bay không thể chở bất kỳ hành khách hoặc hàng hóa nào.

“Chúng tôi đã nhận ra vào năm 2019 và [during] Chủ tịch kiêm Giám đốc điều hành AeroTEC Lee Human cho biết. “Nhưng bạn không bao giờ đạt được sản xuất nếu bạn không cố gắng và bạn không bắt đầu.” Không bỏ cuộc, AeroTEC và phóng đại hiện đang sản xuất những chiếc máy bay hybrid có thể chạy bằng cả động cơ điện chạy bằng nhiên liệu và pin, giống như một chiếc ô tô hybrid. Lướt ván, một công ty du lịch hàng không có trụ sở tại Los Angeles, đã ký một thỏa thuận vào mùa xuân năm ngoái với AeroTEC và phóng đại để trang bị cho đội máy bay Cessna của họ hệ thống truyền động hybrid và điện. Nó hy vọng làm như vậy sẽ giảm CO của công ty₂ lượng khí thải giảm 50% và chi phí vận hành giảm 25%.

Thị trường tiềm năng cho việc trang bị thêm là rất lớn. Hiện có hơn 15.000 máy bay phản lực cánh quạt với từ 9 đến 19 chỗ ngồi bay các tuyến trong khu vực, theo Surfair. Để thể hiện tinh thần kinh doanh tràn ngập trong ngành công nghiệp điện-hàng không, Human cũng đang thử nghiệm với nhiên liệu hydro, loại nhiên liệu có công suất 1.000 watt / kg có năng lượng gần gấp 4 lần so với năng lượng của một hệ thống pin được lắp đặt. “Chúng tôi đang lấy pin nhiên liệu ra khỏi xe buýt và chúng tôi đang đưa chúng vào máy bay,” Human nói, như thể anh ta đang chế tạo một chiếc xe go-kart.

Tuy nhiên, Human tin rằng pin sẽ phát triển nhanh chóng và có thể chứng minh độ tin cậy và dễ xử lý hơn so với hydro. “Chúng tôi biết công nghệ tiến bộ nhanh chóng. Không thể tưởng tượng được rằng trong mười năm nữa chúng ta sẽ có những viên pin [provide] 800 watt-giờ mỗi kg. ”.

Hàng xóm của AeroTEC, Độ lệch, đã thực hiện một cách tiếp cận hoàn toàn khác bằng cách thiết kế một chiếc máy bay hoàn toàn mới có hình dạng giống con cá heo tạo ra ít lực cản hơn so với máy bay thông thường. Alice, như chiếc máy bay được biết đến, có thể chở tối đa 9 hành khách và bay 880 km, đủ để đi từ Munich đến Paris, với tốc độ 400 km một giờ. Dự kiến ​​bay thử vào mùa hè này ở Hồ Moose, Washington, Alice được trang bị hai động cơ 640 kilowatt, cũng được chế tạo bởi phóng đại, có sức mạnh ngang với 4.260 xe máy điện tiêu chuẩn.

“Đó là sự thay đổi lớn nhất trong ngành công nghiệp máy bay kể từ khi thế giới chuyển từ Super Constellation sang 707,” Gregory Davis, chủ tịch của Efining, nói về những chiếc máy bay tượng trưng cho sự chuyển đổi từ động cơ đẩy piston sang máy bay phản lực. “Chúng ta đang đi đến kỷ nguyên tiếp theo của ngành hàng không.” E lệch được đồng sáng lập bởi nhà vật lý người Israel Omer Bar-Yohay và giống như phóng đại, tập đoàn đầu tư Clermont có trụ sở tại Singapore do tỷ phú Richard Chandler sinh ra ở New Zealand kiểm soát.

Triển vọng không phát thải và giảm chi phí dự kiến ​​từ 30 đến 50% đã giành được hai khách hàng của E lệch. Hãng hàng không đi lại có trụ sở tại Massachusetts, Cape Air dự định mua 75 máy bay. Hàng hóa khổng lồ toàn cầu DHL hy vọng sẽ kết hợp hàng chục máy bay Alice eCargo vào đội bay của mình vào năm 2024, với lý do thời gian sạc nhanh 30 phút mỗi giờ bay là một điểm thu hút.

Khi nói đến việc khơi dậy trí tưởng tượng, eVTOL có một sức hấp dẫn đặc biệt. Nó không hoàn toàn là một chiếc ô tô bay trên mọi nẻo đường lái xe, nhưng một số nguyên mẫu đã có mặt trên thị trường cho thấy một tương lai của khả năng di chuyển đô thị đáng chú ý. Không giống như máy bay trực thăng thông thường, những người anh em họ điện của chúng không thể mang nhiều trọng lượng hoặc bay xa. Nhưng chúng có xu hướng êm hơn (nhờ động cơ điện), an toàn hơn (nhờ nhiều cánh quạt nhỏ hơn) và vận hành rẻ hơn (nhờ chi phí bảo dưỡng và nhiên liệu thấp hơn).

Balkiz Sarihan, người đứng đầu chiến lược tại Urban Air Mobility của Airbus, đã hình dung ra ba thị trường thích hợp cho chiếc City Airbus của công ty, một chiếc eVTOL 4 chỗ hiện đang được phát triển: như một chiếc xe đưa đón sân bay, một chiếc xe cứu thương và một chiếc xe buýt nhỏ cho du lịch sinh thái. Sarihan nói: “Chúng tôi đang phát triển các giải pháp giúp mở rộng khả năng của máy bay trực thăng cổ điển và trong một số trường hợp là tạo ra thị trường mới. Thật vậy, rất nhiều thời gian và năng lượng đã dành cho việc thiết kế các cánh quạt cho tám động cơ, vì vậy chúng sẽ để lại tiếng ồn tối thiểu. Sarihan nói: “Đó không chỉ là decibel của tiếng ồn mà là âm thanh.

Hiện tại, không cần cơ sở hạ tầng bổ sung nào cho eVTOL ngoài trạm sạc, vì City Airbus và hầu hết các nguyên mẫu khác có thể sử dụng các sân bay trực thăng hiện có. Trong tương lai, Sarihan nói, người ta có thể hình dung ra các sân bay chuyên dụng, có lẽ nằm cạnh các ga tàu, hoàn chỉnh với các cửa hàng và các tiện nghi giống như sân bay khác. “Nhưng chúng tôi không cần điều đó từ Ngày đầu tiên.”

Đánh giá về số lượng công ty khởi nghiệp hàng không điện – Davis của Eversion ước tính có khoảng 400 – thật dễ dàng để tưởng tượng lượng giao thông trên bầu trời phía trên Manhattan và các trung tâm thành phố tắc nghẽn khác trên mặt đất nhiều như trên mặt đất chỉ trong vài năm. Sarihan nói: “Chúng tôi sẽ không có hàng trăm loại phương tiện đang hoạt động, nhưng cũng không có một hoặc hai phương tiện. “Có nhiều kiến ​​trúc khác nhau phù hợp với các loại nhiệm vụ khác nhau. Nó không phải là một loại phù hợp với tất cả và hoàn toàn không phải là một loại thị trường thắng cuộc. ”

Điều kiện tiên quyết để thành công không chỉ là nhiều tiền mà còn là chuyên môn và sự kiên nhẫn. Từ bảng vẽ đến khi bay những hành khách đầu tiên của bạn có thể dễ dàng mất sáu, tám hoặc mười năm. Không chỉ những thách thức về công nghệ làm chậm tốc độ mà còn là các yêu cầu nghiêm ngặt về chứng nhận và an toàn, đòi hỏi mức độ dự phòng cao.

“Nếu bạn đang đi theo con đường mòn, và bạn sẽ có từ 500 đến 1.000 người, sử dụng một tỷ đô la và bạn sẽ thiết kế một thứ gì đó, bạn phải đảm bảo rằng nó sẽ cạnh tranh trong một hoặc hai thập kỷ. Alexander Asseily, phó chủ tịch của Lilium, một công ty khởi nghiệp eVTOL có trụ sở tại Munich, nơi ông là một nhà đầu tư ban đầu, nói. “Nó không giống như một chiếc iPad — chúng tôi ra mắt nó, họ thích nó và sau hai năm nữa, chúng tôi sẽ nâng cấp nó. Nó không hoạt động như vậy ”.

Trong khi đó, trên đường băng rang tại Teruel, những chiếc máy bay phản lực đa động cơ khổng lồ từng được ca ngợi là tương lai của ngành hàng không đang chờ được bóc tách để lấy các bộ phận, bán hoặc triển khai lại khi nhu cầu tăng đột biến. Như Asseily, một kỹ sư cơ khí được đào tạo, người đã đầu tư vào các công nghệ đột phá trong toàn bộ sự nghiệp của mình, nói một cách ngắn gọn, “Hàng không vũ trụ rất khó”. Điều đó đúng với eVTOL cũng như đối với bất kỳ máy bay nào, ông nói thêm – cho đến một điểm. “Hàng không vũ trụ điện là một điều mới lạ; hàng không vũ trụ điện thẳng đứng về mặt kỹ thuật rất khó và mới lạ. Nhưng nó cũng rất gợi cảm và thú vị, đó là lý do tại sao nó thu hút được rất nhiều vốn. ”