Электричество для неба
Технология электробатарей достигла уровня, когда стало возможно их применение на небольших ЛА. Более того, уже созданы качественные батареи, которые могут быть использованы в электрических ЛА eVTOL с вертикальными взлетом и посадкой.
Основной параметр батареи — это плотность энергии, что определяет время нахождения ЛА в воздухе. Также важными характеристиками являются продолжительность времени зарядки, количество циклов перезарядки до выхода батарей из строя, безопасность и, конечно, стоимость. Для ЛА eVTOL с быстрой подготовкой к повторному вылету требуется высокая скорость зарядки, но это вызывает сильный нагрев батареи, приводящий в конце концов к потере мощности и сокращению срока службы.
Один из концептов винтоплана американской компании Aurora Flight Sciences (подразделение корпорации Boeing). Характерная черта — конструктивное разделение подъемных и толкающего винтов. Aurora — партнер Uber Elevate.
По расчетам Uber, для четырехместного eVTOL необходима батарея с плотностью энергии 350 Вт·ч/кг, возможностью перезарядки с уровня 30 до 90% в течение 15 мин., ресурсом 500 циклов перезарядки и стоимостью 400 долл./кВт·ч. Компания планирует повысить рабочий ресурс до 1000 циклов перезарядки к 2028 году, 2000 циклов к 2032 году и сократить стоимость до 200 долл./кВт·ч к 2030 году.
Надо сказать, что сегодня пока еще нет в эксплуатации ЛА eVTOL с батареями, имеющими плотность энергии более 250 Вт·ч/кг. Эталоном могут служить серийные литий-ионные батареи фирмы «Тесла» с плотностью энергии около 250 Вт·ч/кг и стоимостью менее 200 долл./кВт⋅ч. При этом батарея самого последнего образца уже имеет плотность энергии более 300 Вт·ч/кг на уровне элемента.
Для получения более высоких плотностей энергии необходимо использовать новые химические составы. Например, литий-серные и литий-металлические батареи имеют плотность энергии более 300 Вт·ч/кг уже на этапе опытного образца.
Двухместный коптер SureFly, созданный американским производителем грузовиков Workhouse, — это гибрид. Электричество для двигателей вырабатывает бензиновый генератор.
Отделение А3 фирмы Airbus использует литий-полимерные батареи в своем eVTOL Vahana, первый полет которого состоялся в январе прошлого года. Фирма Pellion в 2016-м начала использовать на БЛА магний-ионные батареи с плотностью энергии на уровне элемента 360 Вт·ч/кг. В настоящее время ряд компаний, в частности Sion Power, анонсируют появление элементов с плотностью 500 Вт·ч/кг.
Большинство перспективных батарей удовлетворяют требованиям по продолжительности зарядки и циклическому ресурсу, и их создание считается оправданным, даже если батареи потребуется заменять через каждые 500 циклов, что эквивалентно 3−4 месяцам их работы. При этом уже есть возможность компромиссных решений, чтобы обеспечить 500 циклов при стоимости 300 долл./кВт⋅ч.
Существенное значение имеет быстрая зарядка батарей, поэтому Uber сотрудничает с фирмой ChargePoint в разработке варианта аэродромной зарядной станции мощностью 400 кВт. При подзарядке будет обеспечиваться высокоскоростная циркуляция охлаждающей жидкости через батарею. Это поможет поддерживать температуру нагрева на безопасном уровне по меньшей мере в течение 5-минутных периодов подготовки к следующему взлету ЛА.
В рамках проекта Vahana построен первый летающий автономный eVTOL, получивший название AlphaOne.
Страх перед винтом
Ранее считалось, что главным препятствием для распространения воздушных электротакси является недостаточная емкость батарей питания, но теперь на первое место вышел шум. И в отношении оценки шума и восприятия шумового эффекта в городских условиях существует большая неопределенность.
Для вертолетов, занимающих ту же нишу, что и четырехместные ЛА eVTOL, предел шума определен уровнем 85 дБ. Компания Uber намерена начать коммерческие воздушные перевозки в 2025 году с уровнем шума своего аппарата не более 70 дБ, что много ниже, чем у среднего грузового автомобиля и тем более вертолета. Фирма в рамках своего проекта надеется добиться открытия многих бездействующих городских площадок для вертолетов, от эксплуатации которых отказались из-за жалоб на шум, и использовать их для своих малошумных ЛА eVTOL.