Джетпак і літаючі авто. Чому майбутнє так і не настало

Автор Popular Science Ендрю Заліски спробував розібратися, що сьогодні заважає масовому виробництву гаджетів з наукової фантастики.

Схоже, реактивним ранцям і літаючим машинам простіше припаркуватися на сторінках науково-фантастичних романів (і деяких журналів), ніж у вашому гаражі. У 1924 р. PopSci пророкувала появу літаючого авто вже через 20 років, і для такого оптимізму були підстави: вчені понад століття працювали над створенням революційного транспорту. Історія Hyperloop почалася ще в 1870-х роках. Круїз-контроль з'явився вперше в 1950-х роках. У тому ж десятилітті були запущені перші прототипи літаючих автомобілів. А в 1960-х роках Bell Labs розробила прототип ранців з реактивними двигунами. І ці способи пересування майбутнього як і раніше затребувані на ринку. Але чи безпечні вони? Надійні? Дешеві? Ось реалістична оцінка людських мрій.

Літаючі авто

Суть літаючих машин — у зручності: піднятися в повітря над потоком машин, а не стирчати в ньому. Отже, двигун апарату повинен бути досить потужним, щоб машина могла парити, але також досить безпечним, тихим і маневреним, щоб сісти на під'їзній дорозі в передмісті.

Хоча стартапами були придумані декілька хитромудрих способів польоту, золоту середину між авто і літаком так ніхто і не знайшов. У Opener, компанії з Кремнієвої долини, є одномісний літак, який злітає вертикально за допомогою роторів, але у цього апарата немає коліс, що означає, що це більше особистий вертоліт, ніж машина, здатна пересуватися і по дорогах. Бостонський стартап Terrafugia створив Transition — двомісний автомобіль з крилами, що складаються. Він може пролетіти до 400 миль (майже 644 км) на висоті 9 тис. Футів (2,7 км). Але є одна заковика: для зльоту вам потрібна злітно-посадкова смуга.

І якщо технології ще можна об'єднувати, то автомобілі на землі може утримати бюрократія. Національне управління безпеки дорожнього руху і Федеральне управління цивільної авіації повинні спершу дати зелене світло літаючим автомобілям (так у США, але в інших державах системи ліцензування куди складніші, досвід виробників легкомоторної авіації в Україні тому свідчення. — "ДС"). Майкл Хіршберг з консорціуму Товариства вертикального польоту каже, що до прийняття такого рішення пройде не менше десяти років. Найближче до етапу завершення оформлення документів зараз знаходиться в Terrafugia, а у Opener є дозвіл, дійсний лише в Канаді.

Концепції і прототипи

І нехай у нас на ринку ще немає літаючих авто, цю проблему ми намагаємося вирішити вже десятки років.

1949 р.: Хоча попередник FAA сертифікував Aerocar Моултона Тейлора як безпечний для польоту, його виробництво так і не почалося. Логічно: водієві перед польотом потрібно прикріпити пропелер і 15-футові крила (4,5 м).

2000 р.: Автомобіль M400 Skycar Пола Моллера зайняв своє почесне місце у випуску нашого журналу за березень 2000 р. Одномісна машина літала завдяки чотирьом пропелерам і могла "злітати з вашого двору". Але так і не приземлилася.

2018 р.: Мультикоптер Uber Air злітає і приземляється. У 2020 р. компанія має намір відкрити парк повітряних таксі в Лос-Анджелесі і Далласі, але транспортні засоби обмежені конкретними зонами для запуску в місті.

Перспективні технології

1. Кращі батареї

Літаючі автомобілі повинні працювати на електриці, щоб шум двигуна нікому в передмісті не заважав. Однак найкращі сучасні елементи, такі як літій-іонно-фосфатні, які використовує Terrafugia, забезпечують лише 2% енергії від кількості, що дається спалюванням викопного палива. Багато стартапів збільшує їх кількість, але це також і додаткова вага. Проривом для авіаседанів стане технологія твердотілих акумуляторних батарей. Вони можуть витримувати більш високі температури, у той час як більш гарячі батареї споживають більше енергії. Проблема полягає в тому, що ніхто ще не створив склад, який зберігає заряд.

2. Більше потужності

Для таких авто найкраще підходить вертикальний зліт. Однак підйом і платформи, і пасажирів забирає багато енергії у машини з одним двигуном. Для свого апарата-гібрида Nexus Bell Aerosystems запозичила ефективну схему зльоту, яка стала популярною завдяки дронам — квадрокоптери. З установкою декількох рознесених по цій схемі двигунів розподіляється навантаження; вони також допомагають стабілізувати апарат. Розроблюване Uber аеротаксі також буде злітати з їх допомогою, а летіти — уже завдяки крилам.

Hyperloop

Капсули Hyperloop переміщуються зі швидкістю звуку по магнітним рейкам у підземних пневматичних тунелях. Або, як написав у Twitter Ілон Маск, під час презентації в 2013 р .: "Щось середнє між "Конкордом" і рейковою гарматою".

Маск вважав, що його амбітна ідея отримає більше шансів на успіх, якщо над нею працюватимуть одночасно кілька груп вчених, тому відкрив доступ до проекту. Також підмогою є і те, що було продумано, яке обладнання знадобиться. Завдяки електродвигунам капсули рушать по алюмінієвим рейкам, магніти забезпечать левітацію, а звичайні вакуумні насоси будуть всмоктувати все повітря з тунелів Hyperloop, знижуючи тертя.

Головна проблема — прокладати тунелі. Хоча це скоріше фінансові проблеми, ніж технічні. За оцінкою підприємства Маска, Boring Company, кожна миля тунелю обійдеться в $1 млрд, але ця оцінка може виявитися ще оптимістичною. Потрібно врахувати, що для будівництва лінії метро на Другій авеню Нью-Йорк витратив $2,5 млрд.

Старт у проектів Hyрerloop не пішов. The Boring Company відмовилася від планів будівництва в Західному Лос-Анджелесі, вирішивши не намагатися виграти судову суперечку з місцевими жителями. І все ж деякі компанії налаштовані оптимістично. Цього року Hyperloop Transportation Technologies відкриє свої двері в Китаї і Об'єднаних Арабських Еміратах, а генеральний директор Дірк Альборн уже навіть назвав дати запуску. Це все звичайно добре, але тестового запуску ми поки не бачили.

Концепції і прототипи

Мріям про швидкі подорожі по підземним вакуумним тунелям уже майже 150 років.

1870 р.: Винахідник Альфред Елі Біч отримав патент на свою технологію пневматичного транзиту, джерелом живлення для якого виступали величезні пропелери на протилежних кінцях вакуумних тунелів. Він також таємно побудував тестовий тунель у Нью-Йорку.

1970 р.: Гусеничний ховеркрафтах повинен був скоротити час поїздки з Лондону в Единбург до 90 хв. Хиткі магнітні поля дозволили б йому розігнатися до 100 миль на годину і більше.

2010 р.: Поїзд Vectorr Макса Шлінгера йде по магнітним лініям під тиском повітря, яке забезпечують вакуумні насоси. У нього є модель у масштабі 1:6, яка працює в його винограднику в Напе (Каліфорнія).

Перспективні технології

1. Підступна левітація.

Hyperloops будуть парити завдяки рейкам Inductrack. Замість того, щоб використовувати два набори магнітів для підйому капсули, на дні поїзда під прямим кутом буде встановлена одна установка — матриця, так звана гратами Хальбаха; на рейках будуть установлені дротові котушки.

На малих обертах установки ковзають по рейках капсули. На швидкості близько 45 миль у годину між вагоном і котушками утворюється електромагнітне поле, яке піднімає поїзд.

2. Справжній вібраніум

Постійний рух при швидкості в 1 Мах може привести до деформації і тріщин у багатьох матеріалах. Тому Hyperloop Transportation Technologies покриває свої капсули запатентованим композитом, який назвала Vibranium. (Так саме називається вигадана руда, завдяки якій благоденствує Ваканда з "Чорної пантери"). Матеріал створений на основі вуглецевого волокна, і він не тільки в 10 разів міцніший за сталь, але і в п'ять разів легше. Крім того, цілісність усієї конструкції перевіряється спеціальними датчиками.

Реактивні ранці

У 1958 р Popular Science передбачив, що "вікова мрія людства про можливість літати як птах може здійснитися швидше, ніж ми думаємо". Через 30 років льотчик-випробувач реактивного ранця Вільям Сьютор парив над церемонією відкриття Олімпійських ігор 1984 р. у Лос-Анджелесі. І навіть у цьому випадку наше пророцтво виявилося перебільшенням: хвилина слави Сьютора через низьку ефективність обладнання, що важив 120 фунтів (54 кг), тривала лише 20 сек.

Після появи Сьютора реактивні ранці почали використовувати все частіше. У його моделі в якості палива використовувалася перекис водню під тиском, у той час як сучасні ракетні костюми покладаються на більш ефективний гас або дизельне паливо, що дозволяє перебувати в повітрі 10-20 хв. Але сучасні моделі стали лише незначним кроком уперед. Джетпакі дуже галасливі; ранець Сьютора видавав 130 децибел, а нинішня модель Jetpack Aviation — трохи тихіша (120 децибел). І вони як і раніше важкі. Апарат, на якому гендиректор Jetpack Aviation Девід Мейман облетів Статую Свободи в 2015 р., важить 85 фунтів (38,5 кг) — це звичайно вже трохи краще, але все ще неймовірно важкий. І, навіть якщо ви здужаєте з вагою, ваш ранець може стати непідйомним через ціни. Такі ранці коштують близько $250 тис.

Концепції і прототипи

Піднятися на реактивному ранці в повітря нескладно. А ось над тим, щоб утриматися там, ще потрібно попрацювати.

1958 р.: Армія США замовила проект Grasshopper, ще сирий проект ракетного ранця, у Thiokol Chemical Corporation з Юти. Апарат забезпечив політ тривалістю в одну хвилину на п'яти балонах з азотом.

1961 р.: Пілот Гарольд Грем піднявся на висоту 112 футів (34 м) з малим ракетним ранцем. Пальне в апараті, яке розробив Bell Aerosystems, знаходилося в звичайних балонах для повітря.

2009 р.: Jetlev-Flyer Раймонда Лі став першим водним ранцем, що надійшов у продаж. Його фішка в тому, що установка вагою в 30 фунтів (13,6 кг) кріпилася шлангом до човна, в якому знаходився двигун, що качав воду для створення тяги.

Перспективні технології

1. Електронне керування

Керування машинами з крилами здійснюється за допомогою регульованих закрилків. У минулому в таких системах використовувалося механічне обладнання, таке як шківи і кабелі, але більш сучасна технологія з електропереключателями і двигунами може стати їм заміною. Ранці стануть легше і маневреніше, і пілотам більше не потрібно смикати за троси для здійснення маневру. Потрібно наліво? Просто поведіть джойстиком або натисніть кнопку. У портфелях Martin Aircraft уже використовується така технологія. "У режимі висіння я можу майже повністю відпустити управління", — говорить льотчик-випробувач Пако Уйбаррета.

2. Мінідвигуни

Щоб людина пробула в повітрі довше 20 сек., потрібно щось краще, ніж паливо під тиском. Турбореактивні двигуни — це мініатюрні газові або дизельні двигуни, які створюють тягу за рахунок стиснення повітря, що викидається через турбіну. Їх співвідношення потужності до ваги допомагає зменшити розмір ранця. Ті, які встановлені в портфелях Jetpack Aviation, важать 20 фунтів (9 кг) і розвивають тягу в 180 фунтів (81,6 кг) — цього достатньо, щоб підняти в повітря ранець, а також додатковий запас палива, обладнання для польоту і самого пілота .

Безпілотні автомобілі

На початку 2018 р. здавалося, що безпілотні автомобілі ось-ось стануть доступні всім. Але одного разу вночі безпілотний Uber збив жінку в Темпи (штат Арізона). Трагедія стривожила людей і оголила серйозний недолік цієї технології: вона не здатна з високою точністю визначати ризики при будь-яких умовах. Навіть випадковий відблиск світла може порушити оцінку ситуації автомобілем.

Повна автономія забезпечується за рахунок безлічі технологій. GPS вказує оптимальний маршрут, а датчики — радар, лідар і камери — відстежують перешкоди. Комп'ютер з штучним інтелектом обробляє ці вхідні дані, щоб швидко приймати рішення: натиснути на гальма, щоб пропустити людину, або проїхати через ворота.

Такі транспортні засоби тестують протягом сотень тисяч годин, щоб була врахована кожна небезпека і при будь-яких умовах. Автовиробники можуть прискорити процес, відправляючи свої прототипи на дороги. Такий підхід був і у Uber, але після аварії 2018 р. компанія пригальмувала. Очікується, що в цьому році в Піттсбурзі програма буде перезапущена і стане більш консервативною. Машини будуть їздити тільки вдень, в ясну погоду і зі швидкістю нижче 25 миль на годину. І поки Uber перезавантажується, Waymo — дочірнє підприємство Google — може виграти цю гонку: компанія тестує машини в 25 містах і в грудні минулого року запустила службу роботаксі в Феніксі.

Проте, чекати моделей, здатних працювати в будь-який час доби, доведеться ще десятки років. "Піде багато часу на створення автомобіля, який може розігнатися до 65 миль у годину в дощ і сніг", — говорить Хуей Пен, директор відділу з випробувань автономних транспортних засобів в Мічиганському університеті. Генеральний директор Waymo недавно зробив песимістичний прогноз: цього може і зовсім ніколи не відбутися.

Концепції і прототипи

В якості водіїв роботи працюють з середини минулого століття, але вони як і раніше не готові до повсюдного використання на дорогах.

1958 р.: Інженери вимірюють автономність машини — від нуля (повний контроль людини) до п'яти (повний контроль робоводія). Перший крок — прибрати ногу з педалей, як це зробили водії, коли в кінці 50-х Chrysler запустив круїз-контроль.

1989 р.: Після досягнення машинами другого рівня, вони вчаться бачити світ і розпізнавати основні перешкоди. Датчики і комп'ютерний мозок ALVINN Карнегі-Меллона, модернізованої машини швидкої допомоги, дозволили їй переміщатися по кампусу.

2007 р.: Щоб досягти рівня 3 і вище, автомобілі повинні проходити маршрути майже без допомоги. Boss, розроблений в Університеті Карнегі-Меллона подолав маршрут у 55 миль, а на його шляху було багато світлофорів та інших транспортних засобів.

Перспективні технології

1. Дешевші датчики

Електронні очі дозволяють отримати повну картину дороги, але сукупна вартість камер з високою роздільною здатністю, радара, лідара та інших датчиків становить (за скромними підрахунками) $75 тис. Інженери-оптики зараз працюють над менш витратними варіантами. Waymo, наприклад, заявила, що розробила лідар, що обертається на даху, всього за $7,5 тис. Компанії, що займаються безпілотними транспортними засобами, тримають у секреті власні розробки, але в міру того, як інженери будуть продовжувати працювати, витрати на них стануть знижуватися .

2. Мобільний мозок Brainer

Автомобілі без водія аналізують дані датчиків за допомогою штучного інтелекту, так званою нейронною мережею. Подібна мозку система повинна здійснювати ідентифікацію будь-якого пішохода, незалежно від погоди і освітлення; а потім, протягом мілісекунд — об'їжджати, гальмувати або продовжувати рух. Програмісти навчають нейромережі водінню з 1980-х років. Але працюють вони на старих, повільних чіпах. Сьогодні ж, почасти завдяки відеоіграм, графічні процесори досить швидкі, щоб читати дорогу.