Litteraturstudie: Elektriska flygfarkoster i urbana miljöer

Stora framsteg har skett för att elektrifiera båtar/fartyg, arbetsmaskiner och flyg. I regel innebär elektrifieringen ingen större förändring i transportuppdraget och fordonstyp.

Det finns några undantag där elektrifieringen skapar möjlighet för nya typer av fordon som kan förändra rådande marknadsförutsättningar. Elektrifierade flygfarkoster (ofta av typen multikopter) är ett sådant, med teoretisk potential att både komplettera och ersätta vissa typer av vägtransporter.

Det kommer löpande nyheter om olika former av elektrifierade flygfarkoster men det kan vara svårt att greppa nuvarande kunskapsläge och kvarvarande utmaningar. Dagens nyhetsbrev är en sammanfattning av en nyligen publicerad litteraturstudie på ämnet: ”A Review of Urban Air Mobility-enabled Intelligent Transportation Systems: Mechanisms, Application and Challenges” [1].

Tredimensionella transporter kan minska urban trängsel

En svårlöst problematik för vägtransporter är trängsel. Vilket bland annat kan ses i fenomenet inducerad trafik: när ökad vägkapacitet kan leda till ökad trafikmängd och trängseln, vilket främst har observerats i urbana miljöer [2]. Intelligentare och automatiserade vägfordon och trafiksystem kan öka effektiviteten, men ökar troligen även det efterfrågan på vägtransporter med fortsatt trängseln som konsekvens [1]. Författarna menar att trängsel är ”stadens cancer”, vars konsekvenser är tidsförluster, förlorad produktivitet och risk för försenad undsättning vid nödsituationer [1]. Nuvarande trängselproblematik är författarnas viktigaste argument till varför flygande urbana transportlösningar bör undersökas [1].

Det finns flera olika typer av flygfarkoster. I artikeln används begreppet Urban Air Mobility (UAM) vilket definieras som säkra, effektiva, bemannade/obemannade flygfarkostsystem för passagerare eller frakt i städer [1]. Ibland används även begreppet electric Vertical Take-Off and Landing (eVTOL), vilket är en typ av elektrisk flygfarkost där det är möjligt att starta och landa vertikalt [1]. UAM:er innefattar i regel flygfarkoster för korta eller medellånga distanser (3 – 100 km) som flyger antingen på ultralåg höjd (under 100 meter) eller på låg höjd (100 – 1000 meter). Batterier eller bränsleceller är mest aktuellt i urbana miljöer, men hybrider utvecklas för de längre distanserna [1]. Författarna betonar dock att UAM:er är en del av ett system bestående av flygledning, navigationssystem, infrastruktur (start- och landningsplatser, laddning osv) och bokningssystem [1].

Elektrisk framdrivning är en möjliggörare för UAM

Flygplanstillverkarna Airbus och Boeing har funderat en del på vad som krävs för att UAM ska kunna implementeras i städer. Viktiga faktorer är kommunikation, processorkraft, flygledning, automatisering, säkerhet och prestanda [1]. Författarna tar detta vidare till vilka teknologier som kan vara möjliggörare för att säkerställa en framgångsrik implementation av UAM. Dessa är: vertikal start och landning, automatisering, framdrivningssystem, kommunikation och navigation samt flygledning [1].

Författarna menar att den kanske enskilt viktigaste möjliggöraren för UAM är distribuerad elektrisk framdrivning (reds. anm., flera elmotorer och rotorer). Fördelarna är flera. För det första ökar redundansen och säkerhet. För det andra förbättras aerodynamiska egenskaper, vilket minskar luftmotståndet och ökar lyftkraften. Slutligen, flera drivenheter möjliggör lägre spetshastighet och minskad belastning per rotorblad, vilket minskar buller [1].

Många utmaningar finns för att UAM ska implementeras på stor skala

Litteraturstudien beskriver totalt elva potentiella utmaningar för UAM-system. Dessa är: anpassning till olika applikationer, väder, klassificering och optimal styrning, rutt- och flygplanering, individanpassade tjänster, pålitlig kommunikation, vertikal start och landning, batteriteknik, fjärrstyrning och automatiserad drift, säkerhet (security) och buller [1]. Av störst intresse i vårt sammanhang är batteriteknik. Författarna hävdar att batteriet utgör cirka en tredjedel av vikten i nuvarande UAM-designer och en majoritet av kostnaden [1]. Även batterilivslängd har betydelse – en procent ökad livslängd motsvarar två procent ytterligare lönsamhet enligt författarna [1].

Förutom tekniska utmaningar finns kommersiella och regulatoriska osäkerheter. Likt automatiserade vägfordon finns det osäkerheter kring säkerhet och ansvarsfrågor för automatiserade UAM:er vid olyckor [1]. Framväxten av UAM-system och tillhörande infrastruktur kräver vidare både koordinering mellan olika kommersiella aktörer och nya regleringar från myndigheter, exempelvis hur många UAM-operatörer som ska få verka i en stad? [1] Slutligen finns det oklarheter för hur allmänheten kommer att acceptera UAM:er i urbana miljöer, där buller och upplevda säkerhetsrisker är viktiga aspekter [1].

Aktörer från olika bakgrunder utvecklar UAM:s

Det bedrivs forskning inom UAM-system på flera ledande universitet (t ex MIT och Cambridge) och inte minst hos olika nationella institut/organisationer som NASA [1].

År 2020 var det minst tolv olika UAM:er som genomgick certifiering hos amerikanska FAA (motsvarigheten till luftfartsverket) [1]. Utveckling sker i flera delar av världen och både etablerade och nya aktörer är involverade.

Flera fordonstillverkare har avsatt resurser till utveckling av UAM:er, exempelvis Xpeng, BYD, Geely, Hyundai, Cadillac och Chrysler [1]. Startups som utvecklar UAM:er inkluderar israeliska Urban Aeronautics med modellen ”CityHawk” som ska utrustas med bränsleceller [3], kinesiska eHANG som utvecklar en batterielektrisk UAM med en räckvidd på cirka 30 km [4] och Lilium som utvecklar en batterielektriskt UAM för regionala transporter [5]. Svenska Katla kan också nämnas, planer finns för en flygfarkost med 400 km räckvidd per laddning, hastigheter upp till 450 km/h och 200 kg i lastvikt [6]. De nuvarande dominanterna inom konventionell flygplanstillverkning Boeing [7] och Airbus [8] har även de inlett utveckling av UAM:er.

Egen kommentar

Mänskligheten har drömt om den flygande bilen åtminstone sedan 1950-talet. Enligt dåtidens futurister skulle vi nu flyga i våra bilar. I stället sitter en allt större del av världens befolkning i dagliga bilköer. Stora ekonomiska och mänskliga värden försvinner när snittfarten närmar sig krypfart. Laddbara fordon minskar utsläppen men är ingen lösning för trängsel. Det finns ett antal alternativa lösningar till den allt tilltagande trängseln – kollektivtrafik, cykel, gång, avancerad trafikstyrning och mindre resande.

UAM-system är kanske den mest radikala lösningen. Litteraturstudien ger tyvärr ingen indikation på om och i så fall när UAM:er flyger i stor skala i städerna. Det kan dock konstateras att framtiden för urbana flygtrafik är elektrisk (möjligen även hybrider för längre distanser) men att ett antal tekniska, affärsmässiga och regulatoriska utmaningar behöver överbryggas innan vi får se de efterlängtade flygande ”bilarna”.

Referenser

[1] Wang, Leilei, et al. ”A review of Urban Air Mobility-enabled Intelligent Transportation Systems: Mechanisms, applications and challenges.” Journal of Systems Architecture (2023): 102902. länk

[2] UK Government. 2018. länk

[3] eVTOL News. 2023. länk

[4] eHANG. 2023. länk

[5] Lilium. 2023. länk

[6] Katla. 2023. länk

[7] Boeing. 2023. länk

[8] Airbus. 2023. länk