Решение проблем аэромобильности: с чего нужно начать?

Из-за пробок на дорогах американские водители тратят более трех миллиардов галлонов топлива и проводят в своих автомобилях в течение почти семи миллиардов дополнительных часов каждый год. Большую часть этого времени они просиживают, мечтая о поездке на работу, в которой не нужно стоять в пробке и пялиться на задние фонари машин на скоростной дороге. Можем ли мы сократить длительные поездки, перевозя людей с большими дронами, предназначенными для пассажирских перевозок? Воздушно-транспортные средства также могут улучшить перевозки грузов. Можем ли мы доставить отпущенные по рецепту лекарства, в течение 20 минут пожилым людям, у которых нет транспорта или предоставить медикаменты в отдаленные районы? А как насчет отправки продуктов или еды в районы с небольшим количеством магазинов?

Стартапы, технологические корпорации и другие уже начали вкладывать средства в инновационные технологии, необходимые для того, чтобы такие доставки и транспортные беспилотники стали реальностью. Но для более широкого распространения играют роль и другие факторы. Потенциальные операторы беспилотников должны разработать сильные бизнес-кейсы, которые смогли бы привлечь инвесторов. Контролирующие органы будут играть решающую роль в установлении всеобъемлющих руководящих принципов для всего, от требований транспортных средств до управления воздушным пространством. Заинтересованные стороны отрасли должны обучать общественность решению основных проблем, связанных с аэромобильностью, включая безопасность полетов. Другой важный фактор, который часто упускают из виду, — это инфраструктура, широкая категория, включающая места, где взлетают и приземляются дроны.

Легко понять, почему инфраструктуре уделяется минимальное внимание. Сами воздушно-транспортные средства настолько технически сложны, а их потенциальные варианты использования настолько увлекательны, что они, как правило, привлекают наибольшее внимание. Но теперь многие компании и частные инвесторы начали изучать инфраструктурные активы, необходимые для того, чтобы аэромобильность стала реальностью. Компании, которые вовлекли заинтересованные стороны в переговоры об инфраструктуре, включают Amazon, которая недавно запатентовала систему управления полетом, и Uber Technologies, которая попыталась определить затраты и требования для различных активов инфраструктуры, включая вертопорты, которые будут обслуживать электрические самолеты с вертикальными взлетом и посадкой (СВВП). Со стороны правительства, похоже, также растет интерес к инфраструктуре, причем некоторые государственные учреждения вкладывают средства в развитие инфраструктуры аэромобильности для случаев использования беспилотников. Они также изучают, как эти системы могут быть интегрированы с существующей системой управления воздушным движением.

Когда компании и другие заинтересованные стороны вкладывают средства в инфраструктурные активы, они часто сталкиваются с вопросами об их необходимости, поскольку разработкам воздушно-транспортных средств еще предстоит преодолеть множество других препятствий. Широкая доступность беспилотных летательных аппаратов не ожидается в течение трех-десяти лет, и может быть пройдет еще больше времени, прежде чем беспилотные пассажирские транспортные средства будут развернуты в масштабе. Но сроки проектирования, строительства и получения пространства для инфраструктуры, включая вертопорты, также велики, так что компании должны начать планирование уже сейчас. Если они будут игнорировать их до тех пор, пока эти воздушно-транспортные средства не будут готовы к своим первым полетам, эти беспилотники станут воздушным эквивалентом моста в никуда: дорогие технологические чудеса, которые будут бесполезны.

Чтобы помочь инвесторам, частным компаниям и государственному сектору избежать этого и быстро получить потенциальные выгоды, когда технологии будут готовы, мы определили требования к инфраструктуре на критически важном рынке США. К ним относятся инфраструктура управления движением, физическая инфраструктура для приема посылок или десантных транспортных средств, а также поддерживающая технологическая инфраструктура, например автоматические двери для приема беспилотников на склады.

Наиболее зрелые приложения беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) - и единственные, где беспилотники широко используются как в корпоративном, так и в потребительском секторе - включают наблюдение на малых расстояниях и связанные с ними фотографии или видео. Во время этих полетов операторы дронов могут определять препятствия и перенаправлять траекторию полета по мере необходимости, поскольку транспортные средства всегда остаются в пределах их прямой видимости. Все беспилотники, которые преодолевают большие расстояния, требуют беспилотного управления движением (UTM), системы радаров, маяков, служб управления полетом, систем связи и серверов, которые координируют, организуют и управляют всем трафиком БАС в воздушном пространстве. В частном секторе компании привлекли более 350 млн. Долл. США для создания UTM и связанных с ним навигационных систем к 2017 году, но они все еще находятся на экспериментальной стадии.

Для БАС, которые не летают на высоте более 400 футов над уровнем земли, UTM выполняет задачу, аналогичную системе управления воздушным движением для традиционной авиации. Он направляет траекторией полета и предотвращает столкновения между БАС и препятствиями, такими как здания, другие беспилотники и самолеты (интерактивные). Другие важные функции включают предоставление информации в режиме реального времени (или близкого к нему), чтобы помочь избежать суровой погоды, заторов и запретного воздушного пространства.

Задача строительства дорог в небе

Требования UTM зависят от высоты и местоположения. Рассмотрим воздушно-транспортные средства, которые обычно летают на относительно малых высотах. В сельских районах UTM может быть относительно простым, потому что решения для воздушной мобильности встретят немного стационарных препятствий или воздушного движения. Однако в городских районах системы UTM должны быть запрограммированы на проведение более частых проверок на наличие препятствий и обработку более сложных траекторий полета.

UTM-развитие и проблемы управления воздушным пространством

Для функционирования UTM воздушно-транспортные средства должны быть оснащены критически важными технологиями, такими как системы обнаружения и предотвращения столкновений в воздухе и навигационные инструменты для сред, где GPS не работает - все это потребует значительных инвестиций и тестирования. Соблюдение нормативных требований также будет создавать препятствия, потому что, отрасль должна быть готова решать проблемы безопасности как пассажиров, так и людей, находящихся на земле, под траекторией полетов дронов.

Некоторые воздушно-транспортные средства, в том числе беспилотники для доставки грузов и СВВП для пассажирских перевозок, должны летать в воздушном пространстве, обычно используемом на пилотируемых коммерческих рейсах и самолетах общего назначения. Это означает, что заинтересованные стороны не могут создавать UTM в изоляции; вместо этого они должны разработать интегрированную систему управления воздушным пространством, которая может помочь воздушным средствам избегать препятствий в любом воздушном пространстве и которая может соответствовать множеству систем, регулирующих правила полета. Такие соединения могут быть технически сложными, поскольку современное воздушное пространство опирается на надежные системы управления движением, а также на высококвалифицированных пилотов и авиадиспетчеров, которые осуществляют навигацию на разных уровнях национального воздушного пространства и устраняют любые конфликты в этих зонах. Напротив, большинство будущих решений UTM будут автоматизировать многие задачи с вмешательством человека, ограниченным чрезвычайными ситуациями.

На сегодняшний день разработка UTM является совместной задачей государственного и частного секторов. Например, Федеральное авиационное управление (ФАУ) сформировало партнерство с заинтересованными сторонами БАС для создания программы авторизации и уведомления о малой высоте, которая предоставляет БАС доступ к контролируемому воздушному пространству вблизи аэропортов путем обработки разрешений воздушного пространства на малых высотах в режиме реального времени. Однако в будущем некоторые частные компании могут попытаться получить преимущество, создавая решения UTM для конкретных географических областей. Если это осуществится, решения для воздушной мобильности, включая небольшие БАС и СВВП, должны будут взаимодействовать с различными конкурирующими решениями UTM при их перемещении в разные области, а не с одной системой.

Заинтересованные стороны должны будут обеспечить совместимость всех систем UTM и возможность взаимодействия друг с другом, а также с системой управления воздушным движением.

Физические активы и поддерживающие технологии для аэромобильной инфраструктуры

Помимо UTM, воздушно-транспортные средства требуют трех основных активов физической инфраструктуры:

• вертопорты и вертостопы - сложные вертолетные площадки, которые облегчают посадку и взлет БАС; с пассажирским транспортом, они также будут служить местами для посадки и высадки.

• приемники, такие как шкафчики или другие складские помещения, для доставки посылок.

• зарядные станции, которые могут быть в вертопортах, вертостопах или недорогих доках.

Имея все инфраструктурные активы, компании могут использовать несколько вариантов проектирования. Например, они могут создавать вертопорты с вместительностью от трех до шести СВВП или выбирать дополнительное пространство. В районах с ограниченным спросом может быть достаточно вертостопа с одним или двумя транспортными средствами. Однако в каждом классе активов будет несколько общих элементов. С вертопортом, основные функции будут включать зарядные станции и зоны проверки безопасности. В некоторых также может быть место для хранения дополнительных батарей, чтобы помочь СВВП, у которых закончился заряд и они не могут позволить себе простои. Разработчики также должны убедиться, что их проекты вертопорта соответствуют нормативным требованиям и государственным или местным правилам зонирования.

Состав, плотность и распределение активов аэромобильной инфраструктуры будут варьироваться в зависимости от местоположения. Как и в случае с UTM, в городских районах с высокими зданиями и плотным населением будут самые сложные и дорогостоящие инфраструктурные потребности. Рассмотрим доставку беспилотников. В сельских или пригородных районах БАС, вероятно, могут скинуть посылки на порогах, во дворах или на подъездных путях. В городских районах, напротив, компаниям необходимо будет размещать приемные пункты на крышах или в других местах для доставки в жилые дома, в которых отсутствует четкая точка высадки. Эти районы также понадобятся, роботы или работники доставщики для перевозки посылки на короткие расстояния до места назначения.

При составлении бюджета для своих инфраструктурных потребностей компании должны помнить, что крупные покупки не будут их единственными расходами. Им также необходимо будет инвестировать в поддерживающие технологии, такие как автоматизированные системы для загрузки пакетов на дроны доставщики в пунктах раздачи. Наконец, им потребуется финансирование для соответствующих инфраструктурных технологий, таких как автоматизированные системы замены батарей СВВП для повышения эффективности.

Дальнейшие шаги для заинтересованных сторон в области аэромобильности

Так как воздушные такси и беспилотники доставки все еще находятся на ранней стадии разработки, многие заинтересованные стороны еще не успели задуматься о связанных с этим потребностях в инфраструктуре. Но они должны вскоре переключить внимание на создание вертопортов и других активов, чтобы подготовиться к будущему. Вот некоторые из критических соображений для владельцев, инвесторов и чиновников.

Владельцы

Для владельцев физических активов вырисовывается один важный вопрос: должны ли они строить новую инфраструктуру или пытаться модернизировать существующие структуры для удовлетворения своих потребностей в аэромобильности? Заинтересованные стороны также должны решить, какую прибыль они получат от своих инвестиций в инфраструктуру. Некоторые, например, могут решить взимать с других компаний плату за использование своих вертопортов, в то время как другие могут посчитать целесообразным ограничение доступа, поскольку это может ограничить конкуренцию среди операторов воздушно-транспортных средств.

При управлении воздушным пространством заинтересованные стороны должны думать о нормативных требованиях. Рассмотрим итеративное планирование маршрута. Должны ли системы UTM изменять маршруты на основе новой информации, или воздушно-транспортные средства должны всегда придерживаться пути, указанного в начале? С технической стороны вопрос интеграции UTM с существующими системами управления воздушным пространством также заслуживает внимания.

Инвесторы

Инфраструктура аэромобильности откроет возможности для инвесторов, которые хотят исследовать новый класс активов, при условии, что они добровольно вступают на непроторенную дорогу. Суммы в игре будут высокими, если учесть стоимость всех основных активов. Например, расходы на вертопорт могут варьироваться от 2 до 200 миллионов долларов США в зависимости от различных характеристик, включая размер, количество размещенных транспортных средств, местоположение и конструкцию здания (например, находится ли он на крыше или в отдельном здании).В большинстве мегаполисов количество требуемых вертопортов может быть в том же порядке, что и количество остановок на метро, ​​поэтому их может быть 100 или более. А это значит, что инвестиционные требования для каждого города могут быть значительными. Поскольку фонды в форме частного акционерного капитала и институциональные инвесторы стремятся вкладывать все большие суммы в инфраструктурный сектор, сегмент аэромобильности может предоставить интересные возможности.

Представители власти

Правительственные чиновники могли бы получить наилучшую картину требований к инфраструктуре, сотрудничая с частными компаниями, заинтересованными в решениях для обеспечения аэромобильности, разработчиками, создающими системы UTM и другой инфраструктуры, и группами, представляющими общественные интересы (в основном состоящие из заинтересованных граждан в определенных местах).

Если правительственные учреждения будут инвестировать в инфраструктуру аэромобильности, они, вероятно, будут очень избирательными. Например, агентства могут расставить приоритеты для финансирования вертопортов в транспортной системе, которая обслуживает многих жителей в густонаселенном мегаполисе. Их участие может также дать им право голоса в важных решениях, таких как расположение транспортных линий. Но правительственные учреждения могут ограничить или запретить государственное финансирование вертопортов, которые обслуживают лишь несколько предприятий.

Даже если они не предоставляют финансирование, правительственные учреждения могут по-прежнему оказывать помощь в планировании и инвестировании инфраструктуры аэромобильности. Требования к вертопортам, UTM и другим системам будут различаться в зависимости от плотности населения, открытого пространства, схем транспортировки и многих других факторов. Государственные, местные и федеральные власти могут работать с местными сообществами, поскольку они инициируют планирование инфраструктуры и инвестиции. Эти органы могли бы также количественно оценить потенциальное влияние аэромобильности на свои регионы, чтобы понять, как он интегрируется с их более широкими стратегиями и целями аэромобильности, такими как сокращение времени в пути для граждан и уменьшение загрязнения воздуха. Затем они могут определить инфраструктуру, в первую очередь нуждающейся в инвестиции и поддержки желаемых результатов.

Рассмотрим, например, как федеральное правительство США может работать с частными игроками на UTM. Поскольку многие компании в настоящее время разрабатывают различные технологии и подходы, правительство может сотрудничать с ними, чтобы определить дизайн и создать технические стандарты, обеспечивающие безопасную и надежную работу при обеспечении взаимодействия систем UTM. Некоторые инициативы уже предпринимаются для изучения этих тем.

Разработки в области аэромобильности могут преобразовать поездки на работу, доставку посылок и другие повседневные задачи таким образом, который казался невозможным всего несколько лет назад, создавая последствия, выходящие далеко за рамки транспорта. СВВП может помочь уменьшить загрязнение окружающей среды и облегчить проблемы с жильем в городских районах, сделав отдаленные пригороды жизнеспособным вариантом для городских рабочих. Быстрая доставка беспилотниками может ускорить и без того стремительный рост электронной коммерции и увеличить прибыль во многих компаниях. И общие экономические выгоды от аэромобильности могут быть огромными, поскольку новые приложения повышают эффективность и производительность. Однако, компании, правительства и другие заинтересованные стороны в первую очередь должны предпринять продуманные шаги для создания среды, которая обеспечивает эти социальные выгоды. Многое неясно, как и в любой новой отрасли, но потенциал для получения прибыли также велик.