Джетпаки и летающие авто. Почему будущее так и не наступило

Автор Popular Science Эндрю Залески попытался разобраться, что сегодня мешает массовому производству гаджетов из научной фантастики.

Похоже, реактивным ранцам и летающим машинам проще припарковаться на страницах научно-фантастических романов (и некоторых журналов), чем в вашем гараже. В 1924 г. PopSci предрекала появление летающие авто уже через 20 лет, и для такого оптимизма были основания: ученые более века работали над созданием революционного транспорта. История Hyperloop началась еще в 1870-х годах. Круиз-контроль появился впервые в 1950-х годах. В том же десятилетии были запущены первые прототипы летающих автомобилей. А в 1960-х годах Bell Labs разработала прототип ранцев с реактивными двигателями. И эти способы передвижения будущего по-прежнему востребованы на рынке. Но безопасны ли они? Надежны? Дешевы? Вот реалистичная оценка людских мечтаний.

Летающие авто

Суть летающих машин — в удобстве: подняться в воздух над потоком машин, а не торчать в нем. Следовательно, двигатель аппарата должен быть достаточно мощным, чтобы машина могла парить, но также достаточно безопасным, тихим и маневренным, чтобы сесть на подъездной дороге в пригороде.

Хотя стартапами были придуманы несколько хитроумных способов полета, золотую середину между авто и самолетом так никто и не нашел. У Opener, компании из Кремниевой долины, есть одноместный самолет, который взлетает вертикально посредством роторов, но у этого аппарата нет колес, что означает, что это больше личный вертолет, нежели машина, способная передвигаться и по дорогам. Бостонский стартап Terrafugia создал Transition — двухместный автомобиль со складывающимися крыльями. Он может пролететь до 400 миль (почти 644 км) на высоте 9 тыс. футов (2,7 км). Но есть одна загвоздка: для взлета вам нужна взлетно-посадочная полоса.

И если технологии еще можно объединять, то автомобили на земле может удержать бюрократия. Национальное управление безопасности дорожного движения и Федеральное управление гражданской авиации должны сперва дать зеленый свет летающим автомобилям (так в США, но в других государствах системы лицензирования куда сложнее, опыт производителей легкомоторной авиации в Украине тому свидетельство. — "ДС"). Майкл Хиршберг из консорциума Общества вертикального полета говорит, что до принятия такого решения пройдет не меньше десяти лет. Ближе всего к этапу завершения оформления документов сейчас находится в Terrafugia, а у Opener есть разрешение, действительное лишь в Канаде.

Концепции и прототипы

И пусть у нас на рынке еще нет летающих авто, эту проблему мы пытаемся решить уже десятки лет.

1949 г.: Хотя предшественник FAA сертифицировал Aerocar Моултона Тейлора как безопасный для полета, его производство так и не началось. Логично: водителю перед полетом нужно прикрепить пропеллер и 15-футовые крылья (4,5 м).

2000 г.: Автомобиль M400 Skycar Пола Моллера занял свое почетное место в выпуске нашего журнала за март 2000 года. Одноместная машина летала благодаря четырем пропеллерам и могла "взлетать с вашего двора". Но так и не приземлилась.

2018 г.: Мультикоптер Uber Air взлетает и приземляется. В 2020 г. компания намерена открыть парк воздушных такси в Лос-Анджелесе и Далласе, но транспортные средства ограничены конкретными зонами для запуска в городе.

Перспективные технологии

1. Лучшие батареи

Летающие автомобили должны работать на электричестве, чтобы шум двигателя никому в пригороде не мешал. Однако наилучшие современные элементы, такие как литий-ионно-фосфатные, которые использует Terrafugia, обеспечивают лишь 2% энергии от количества, даваемого сжиганием ископаемого топлива. Многие стартапы увеличивает их количество, но это также и дополнительный вес. Прорывом для авиаседанов станет технология твердотельных аккумуляторных батарей. Они могут выдерживать более высокие температуры, в то время как более горячие батареи потребляют больше энергии. Проблема заключается в том, что никто еще не создал состав, сохраняющий заряд.

2. Больше мощности

Для таких авто лучше всего подходит вертикальный взлет. Однако подъем и платформы, и пассажиров отнимает много энергии у машины с одним двигателем. Для своего аппарата-гибрида Nexus Bell Aerosystems позаимствовала эффективную схему взлета, которая стала популярной благодаря дронам — квадрокоптеры. С установкой нескольких разнесенных по этой схеме двигателей распределяется нагрузка; они также помогают стабилизовать аппарат. Разрабатываемое Uber аэротакси также будет взлетать с их помощью, а лететь — уже благодаря крыльям.

Hyperloop

Капсулы Hyperloop перемещаются со скоростью звука по магнитным рельсам в подземных пневматических тоннелях. Или, как написал в Twitter Илон Маск, во время презентации в 2013 г.: "Что-то среднее между "Конкордом" и рельсовой пушкой".

Маск полагал, что его амбициозная идея получит больше шансов на успех, если над ней будут работать одновременно несколько групп ученых, поэтому открыл доступ к проекту. Также подспорьем является и то, что было продумано, какое оборудование понадобится. Благодаря электродвигателям капсулы двинутся по алюминиевым рельсам, магниты обеспечат левитацию, а обычные вакуумные насосы будут всасывать весь воздух из туннелей Hyperloop, снижая трение.

Главная проблема – прокладывать туннели. Хотя это скорее финансовые проблемы, нежели технические. По оценке предприятия Маска, Boring Company, каждая миля туннеля обойдется в $1 млрд, но эта оценка может оказаться еще оптимистичной. Нужно учесть, что для строительства линии метро на Второй авеню Нью-Йорк потратил $2,5 млрд.

Старт у проектов Hyрerloop не заладился. The Boring Company отказалась от планов строительства в Западном Лос-Анджелесе, решив не пытаться выиграть судебный спор с местными жителями. И все же некоторые компании настроены оптимистично. В этом году Hyperloop Transportation Technologies откроет свои двери в Китае и Объединенных Арабских Эмиратах, а генеральный директор Дирк Альборн уже даже назвал даты запуска. Это все конечно хорошо, но тестового запуска мы пока не видели.

Концепции и прототипы

Мечтам о столь быстрых путешествиях по подземным вакуумным туннелям уже почти 150 лет.

1870 г.: Изобретатель Альфред Эли Бич получил патент на свою технологию пневматического транзита, источником питания для которого выступали огромные пропеллеры на противоположных концах вакуумных туннелехя. Он также тайно построил тестовый туннель в Нью-Йорке.

1970 г.: Гусеничный ховеркрафт должен был сократить время поездки из Лондона в Эдинбург до 90 мин. Колеблющиеся магнитные поля позволили бы ему разогнаться до 100 миль в час и больше.

2010 г.: Поезд Vectorr Макса Шлингера идет по магнитным путям под давлением воздуха, обеспечиваемым вакуумными насосами. У него есть модель в масштабе 1:6, которая работает в его винограднике в Напе (Калифорния).

Перспективные технологии

1. Коварная левитация.

Hyperloops будут парить благодаря рельсам Inductrack. Вместо того, чтобы использовать два набора магнитов для подъема капсулы, на дне поезда под прямым углом будет установлена одна установка – матрица, называемая решеткой Хальбаха; на рельсах будут установлены проволочные катушки.

На малых оборотах установки скользят по рельсам капсулы. На скорости около 45 миль в час между вагоном и катушками образуется электромагнитное поле, которое поднимает поезд.

2. Настоящий вибраниум

Постоянное движение при скорости в 1 Мах может привести к деформации и трещинам во многих материалах. Поэтому Hyperloop Transportation Technologies покрывает свои капсулы запатентованным композитом, который назвала Vibranium. (Да, точно также называется вымышленная руда, благодаря которой благоденствует Ваканда из "Черной пантеры"). Материал создан на основе углеродного волокна, и он не только в 10 раз прочнее стали, но и в пять раз легче. Кроме того, целостность всей конструкции проверяется специальными датчиками.

Реактивные ранцы

В 1958 г. Popular Science предсказал, что "вековая мечта человечества о возможности летать как птица может осуществиться скорее, чем мы думаем". Через 30 лет летчик-испытатель реактивного ранца Уильям Сьютор парил над церемонией открытия Олимпийских игр 1984 г. в Лос-Анджелесе. И даже в этом случае наше пророчество оказалось преувеличением: минута славы Сьютора из-за низкой эффективности оборудования, весившего 120 фунтов (54 кг), продлилась лишь 20 сек.

После появления Сьютора реактивные ранцы начали использовать все чаще. В его модели в качестве топлива использовалась перекись водорода под давлением, в то время как современные ракетные костюмы полагаются на более эффективный керосин или дизельное топливо, что позволяет находиться в воздухе 10-20 мин. Но современные модели стали лишь незначительным шагом вперед. Джетпаки очень шумные; ранец Сьютора выдавал 130 децибел, а нынешняя модель Jetpack Aviation – лишь несколько тише (120 децибел). И они по-прежнему тяжелые. Аппарат, на котором гендиректор Jetpack Aviation Дэвид Мэйман облетел Статую Свободы в 2015 г., весит 85 фунтов (38,5 кг) – это конечно уже получше, но все еще невероятно тяжелый. И, даже если вы сдюжите с весом, ваш ранец может стать неподъемным из-за цены. Такие ранцы стоят порядка $250 тыс.

Концепции и прототипы

Подняться на реактивном ранце в воздух несложно. А вот над тем, чтобы удержаться там, еще нужно потрудиться.

1958 г.: Армия США заказала проект Grasshopper, еще сырой проект ракетного ранца, у Thiokol Chemical Corporation из Юты. Аппарат обеспечил полет длительностью в одну минуту на пяти баллонах с азотом.

1961 г.: Пилот Гарольд Грэм поднялся на высоту 112 футов (34 м) с малым ракетным ранцем. Горючее в аппарате, разработанном Bell Aerosystems, находилось в обычных баллонах для воздуха.

2009 г.: Jetlev-Flyer Раймонда Ли стал первым поступившим в продажу водным ранцем. Его фишка в том, что установка весом в 30 фунтов (13,6 кг) крепилась шлангом к лодке, в которой находился двигатель, качавший воду для создания тяги.

Перспективные технологии

1. Электронное управление

Управление машинами с крыльями осуществляется посредством регулируемых закрылков. В прошлом в таких системах использовалось механическое оборудование, такое как шкивы и кабели, но более современная технология с электропереключателями и двигателями может стать им заменой. Ранцы станут легче и маневреннее, и пилотам больше не нужно дергать за тросы для осуществления маневра. Нужно налево? Просто поведите джойстиком или нажмите кнопку. В ранцах Martin Aircraft уже используется такая технология. "В режиме висения я могу почти полностью отпустить управление", — говорит летчик-испытатель Пако Уйбаррета.

2. Мини-двигатели

Чтобы человек пробыл в воздухе дольше 20 секунд, требуется нечто лучшее, чем топливо под давлением. Турбореактивные двигатели — это миниатюрные газовые или дизельные двигатели, которые создают тягу за счет сжатия воздуха, выбрасываемого через турбину. Их соотношение мощности к весу помогает уменьшить размер ранца. Те, которые установлены в ранцах Jetpack Aviation, весят 20 фунтов (9 кг) и развивают тягу в 180 фунтов (81,6 кг) — этого достаточно, чтобы поднять в воздух ранец, а также дополнительный запас топлива, оборудование для полета и самого пилота.

Беспилотные автомобили

В начале 2018 г. казалось, что беспилотные автомобили вот-вот станут доступны всем. Но однажды ночью беспилотный Uber сбил женщину в Темпи (штат Аризона). Трагедия встревожила людей и обнажила серьезный недостаток этой технологии: она неспособна с высокой точностью определять риски при любых условиях. Даже случайный отблеск света может нарушить оценку ситуации автомобилем.

Полная автономия обеспечивается за счет уймы технологий. GPS указывает оптимальный маршрут, а датчики — радар, лидар и камеры – отслеживают препятствия. Компьютер с искусственным интеллектом обрабатывает эти входные данные, чтобы быстро принимать решения: нажать на тормоз, чтобы пропустить человека, или проехать через ворота.

Такие транспортные средства тестируют в течение сотен тысяч часов, чтобы была учтена любая опасность и при любых условиях. Автопроизводители могут ускорить процесс, отправляя свои прототипы на дороги. Такой подход был и у Uber, но после аварии 2018 г. компания притормозила. Ожидается, что в этом году в Питтсбурге программа будет перезапущена и станет более консервативной. Машины будут ездить только днем, в ясную погоду и со скоростью ниже 25 миль в час. И пока Uber перезагружается, Waymo — дочернее предприятие Google – может выиграть эту гонку: компания тестирует машины в 25 городах и в декабре прошлого года запустила службу роботакси в Фениксе.

Тем не менее ждать моделей, способных работать в любое время суток, придется еще десятки лет. "Уйдет много времени на создание автомобиля, который может разогнаться до 65 миль в час в дождь и снег", — говорит Хуэй Пэн, директор отдела по испытаниям автономных транспортных средств в Мичиганском университете. Генеральный директор Waymo недавно сделал пессимистичный прогноз: этого может и вовсе никогда не произойти.

Концепции и прототипы

В качестве водителей роботы работают с середины прошлого века, но они по-прежнему не готовы к повсеместному использованию на дорогах.

1958 г.: Инженеры измеряют автономность машины — от нуля (полный контроль человека) до пяти (полный контроль робоводителя). Первый шаг — убрать ногу с педалей, как это сделали водители, когда в конце 50-х Chrysler запустил круиз-контроль.

1989 г.: По достижении машинами второго уровня, они учатся видеть мир и распознавать основные препятствия. Датчики и компьютерный мозг ALVINN Карнеги-Меллона, модернизированной машины скорой помощи, позволили ей перемещаться по кампусу.

2007 г.: Чтобы достичь уровня 3 и выше, автомобили должны проходить маршруты почти без помощи. Boss, разработанный в Университете Карнеги-Меллона преодолел маршрут ​​в 55 миль, а на его пути было много светофоров и других транспортных средств.

Перспективные технологии

1. Более дешевые датчики

Электронные глаза позволяют получить полную картину дороги, но совокупная стоимость камер с высоким разрешением, радара, лидара и других датчиков составляет (по скромным подсчетам) $75 тыс. Инженеры-оптики сейчас работают над менее затратными вариантами. Waymo, например, заявила, что разработала лидар, вращающийся на крыше, всего за $7,5 тыс. Компании, занимающиеся беспилотными транспортными средствами, держат в секрете собственные разработки, но по мере того, как инженеры будут продолжать трудиться, затраты на них станут снижаться.

2. Мобильный мозг Brainer

Автомобили без водителя анализируют данные датчиков с помощью искусственного интеллекта, называемого нейронной сетью. Подобная мозгу система должна идентифицировать любого пешехода, вне зависимости от погоды и освещения; а затем, в течение миллисекунд — объезжать, тормозить или продолжать движение. Программисты обучают нейросети вождению с 1980-х гг., но работают они на старых, медленных чипах. Сегодня же, отчасти благодаря видеоиграм, графические процессоры достаточно быстры, чтобы читать дорогу.