什么是下一代空中交通？

什么是下一代空中交通？

2024/10/16

使用电力和计算机控制技术的“车辆”在城市中行驶，确保安全是实现日常生活的首要任务。为此，各国的公共和私营部门正在共同努力开发各种技术和系统。在一些国家已经进展到商业化，甚至在国内已经达到了示范飞行阶段。我们向工业CPS研究中心现场机器人研究小组的高级研究员岩田博也询问了“下一代空中交通”的社会实施现状和未来前景。

什么是下一代空中交通？

　一百多年来，人们一直在憧憬未来城市的下一代空中交通，或者所谓的“飞行​​汽车”。近年来，随着计算机控制技术的发展和小型无人机（无人机）的广泛使用，下一代载人空中机动的实现已经越来越近。下一代空中机动性目前还没有明确的定义，但普遍认为它满足三个要素：“由电动机驱动”、“能够自动无人驾驶”和“能够垂直起降”。

　下一代空中交通与传统飞机的不同之处在于，它由电力驱动，而不是像喷气式飞机那样由内燃机驱动。通过使用电力，电机转速变化的速度快了几个数量级。这使得通过组合多个螺旋桨和改变转速来控制姿态和飞行路线成为可能。它们还具有比内燃机更节能的优点，并通过排放更少的二氧化碳来减少对环境的影响。此外，如果飞机可以垂直起降，那么与需要跑道的喷气式飞机相比，它们将不再需要大型机场。使用多个小螺旋桨也有助于降低噪音。通过实现这些目标，为在城市地区附近开展行动创造了条件，而以前喷气式飞机难以进入这些地区。

实现下一代空中交通的问题和现状

　下一代空中交通预计将用于城市内部和城市之间的交通、郊区、偏远岛屿和山区的交通、旅游娱乐、紧急医疗运输和货物运输。目前，日本处于0阶段，正在进行试飞和演示飞行，美国、欧洲（德国、法国和英国）、澳大利亚和迪拜也处于类似情况。据称，中国正在进入低飞行密度商业运营的第一阶段。

　一期商业运营最大的技术挑战是垂直起降。目前，该技术仅应用于军用飞机，尚无通过民用飞机审定的飞机。困难的原因是垂直向上飞行的机构和水平飞行的机构之间存在“间隙区域”。为了获得商用飞机的认证，必须最小化这个间隙区域并提高安全性。其他挑战包括开发可长时间使用的全固态、轻量化、高密度电池（双极型），以及通过风洞测试提高自动驾驶的可靠性。

　目前正在研发的下一代空中机动飞机根据机翼形状、升力和获得推进力的方式可分为三种不同类型。每种类型都有自己的特点、优点和缺点，目前的情况是各种类型都在开发中。

	多旋翼型	电梯/游轮类型	矢量推力类型
如何起飞和降落以及如何获得推进力	升力和推进力是通过三个或更多绕几乎垂直的轴线旋转的旋转叶片获得的	除了用于起飞和降落的多电机外，还有用于巡航的固定翼和用于推进的螺旋桨	垂直定向螺旋桨起飞后，巡航时，螺旋桨倾斜产生向前推力，固定翼提供升力

　在制度方面，面临的挑战是设计一个适合空中机动情况的系统。尽管通过严格的法规保证了飞机的安全，但这些严格的法规却成为新技术投入实际应用的主要障碍。从大型客机的外形自20世纪60年代开发以来就没有改变这一事实可以看出，航空安全的传统做法是，除非有相当可观的记录，否则很难接受技术。然而，近年来，国际民航组织（ICAO）在2017年转向了基于性能的方法的想法，即以小型无人机的系统为基础，正在开发一种可以应用于大型无人机的系统，而不是将客机的系统应用于空中机动。作为空中机动飞机的安全标准，型号认证和适航认证系统正在开发中，遥控飞行员技能认证系统也在开发中。

证明安全性和可靠性的技术开发以及未来的发展

　各种技术的发展正在取得进展，以确保下一代空中机动和无人机的安全。

　为了实现下一代空中机动的稳定飞行，AIST正在继续研究最大限度地缩小垂直起飞和着陆的间隙区域（垂直飞行机构和水平飞行机构之间的区域）。在AIST开发的单座飞机中，我们成功地将失速速度（最低飞行速度）降低到35公里/小时，并且我们还在研究创造类似于垂直起飞和着陆的情况。我们还在开发利用摆锤机构稳定无人机运输机器人姿态的技术。

　我们还进行了大量研究，以尽量减少发生麻烦时对人们的伤害。在无人机研究中，我们正在开发即使无人机因断电等原因跌落也能保持稳定姿势而不会翻转的技术，开发防止无人机跌落的装置，并对螺旋桨护罩和防止与旋转螺旋桨接触的无人机护罩进行评估实验。关于无人机，我们正在开发可用于评估飞机开发和商业化过程中性能的测试方法，并参与国内外标准化活动。

制定路线图并促进实际应用和人力资源开发

　日本以2025年大阪/关西世博会为契机，在2020年代后期扩大商业运营，并从2030年代起制定了扩大服务区域、航线和航班数量的路线图。为了实现自由空气流动成为日常生活的未来，我们将问题分为利用、环境改善和技术开发等类别，公共和私营部门都在努力。

　要将下一代空中交通投入实际应用，需要开发人力资源并创造技术发展环境。 AIST 旨在共享与下一代空中交通相关的信息并开发人力资源。AIST 先进无人机技术联盟”成立于2024年8月。（我们将向从事空中交通部件和系统开发的工程师提供有关未来空中交通所需技术的最新信息。AIST的优势在于功率半导体和氢燃料技术的最新研究成果等广泛的研究领域。此外，我们将共享跨领域的技术信息并促进企业之间的交流。我们希望通过如果您有兴趣，请联系我们。