Urbane, flyvende maskiner

I hundre år har mennesket forsøkt å lage flyvende biler. Nå tror ekspertene det endelig kommer

Disse fem hindrene må forseres før flyvende, urbane maskiner kan ta av.

Drømmen om flyvende biler er ikke ny.

I 1917 laget Glenn Curtiss «Autoplane», som mange trekker fram som den første flyvende bilen. Oppfinnelsen lettet så vidt fra bakken, men fungerte aldri slik Curtiss hadde tenkt.

Til tross for mange forsøk opp igjennom årene, har flyvende biler aldri helt tatt av – i hvert fall i overført betydning.

De siste månedene har det imidlertid kommet flere konkrete eksempler på teknologier og initiativ for å gjøre flyvende, urbane maskiner til en virkelighet. Vil vi endelig snart få scenarier ala de i sci-fi-filmen Det femte element?

– Jeg vil tro det lar seg gjøre. Mobilitet er en viktig forutsetning i samfunnet vi lever i, og disse konseptene handler først og fremst om å fremme mobilitet, sier Thomas Hytten, flyoperativ inspektør i Luftfartstilsynet, til Teknisk Ukeblad.

– Jeg tror dette er noe som vil komme vanlige folk til gode, sier Torkell Sætervadet, rådgiver i Norges Luftsportforbund (NLF).

– Dårlige fly og dårlige biler

Curtiss Autoplane er sett på som det første forsøket på å lage en flyvende bil. Den ble utviklet av Glenn Curtiss i 1917.
Curtiss Autoplane er sett på som det første forsøket på å lage en flyvende bil. Den ble utviklet av Glenn Curtiss i 1917. Foto: Flight magazine

I 2014 omtalte Teknisk Ukeblad både Terrafugia Transit og Aeromobil – hybrider av biler og fly. Førstnevnte er i USA godkjent både som lett sportsfly og for kjøring på vei. Det er imidlertid ikke slike flyvende biler industrien og ekspertene ser ut til å ha mest tro på.

– Flybiler som både opererer i lufta og på veien er dårlige fly og dårlige biler, sier Sætervadet i NLF.

Sætervadet peker på såkalte VTOL-maskiner (vertical takeoff and landing) og STOL-maskiner (short take-off and landing) som to mye bedre alternativer. VTOL-maskiner kan ta av og lande vertikalt, ikke ulikt et helikopter. STOL-maskiner kan lande på meget korte og sentrumsnære rullebaner. 

Til forskjell fra et helikopter, skal VTOL-maskinene ta av ved hjelp av mange små motorer og rotorer.

Uber er et av flere selskaper som jobber for å gjøre VTOL-maskiner til en vanlig transportform.  

Lager flyvende flåte

I forrige uke lanserte Uber sin plan for å lage et nettverk av elektriske, flyvende, urbane farkoster. Første flyvende presentasjon skal skje i Dubai i 2020. Samme år skal transportnettverksselskapet avduke en tilsvarende demonstrasjonsflåte i Dallas i delstaten Texas i USA. I løpet av ti år skal du via Uber-appen kunne velge om du vil bli hentet av en flyvende maskin i stedet for en rullende doning. 

Selskapet samarbeider med flere aktører: Aurora Flight Sciences, Embraer, Bell Helicopter, Pipistrel Aircraft, Mooney og ChargePoint.

Dette er selskaper med bred erfaring innen luftfart. Flyprodusenten Embraer ble grunnlagt i 1969 og har over 19.000 ansatte. Bell Helicopter er en av to produsenter av Bell-Boeing V-22 Osprey – et mye omtalt militært luftfartøy som kan ta av og lande vertikalt, før det flyr som et vanlig propellfly. 

I forbindelse med Uber-offentliggjøringen viste Aurora Flight Sciences frem sine konsepter for flyvende kjøretøy. Selskapet har gjennomført testflyvninger med prototyper.  

Se video av konseptet og testflyvningen her. (Saken fortsetter under videoen):

Mange konsepter

Uber-alliansen er ikke alene om slike kjøretøy. Her er noen av konseptene som har blitt kjent den siste tiden:

Det ser ut til at kinesiske Ehang kommer Uber i forkjøpet når det gjelder å tilby luftbårne, urbane kjøretøy i den største byen i De forente arabiske emirater. Det vesle autonome helikopteret Ehang 184 (kan alternativt kalles en bemannet kjempedrone) skal allerede i sommer frakte mennesker i Dubai, ifølge byens transportmyndigheter.

Den batteridrevne maskinen skal kunne frakte en person på opptil 100 kilo i opptil 25 minutter. Den er godkjent for testing i Nevada i USA, og har allerede gjennomført over 200 vellykkede prøveturer.

I april gjennomførte det tyske selskapet Lilium de første testflyvningene av med VTOL-maskinen Lilium Jet. 12 klaffer som hver styrer tre elektriske jetmotorer sørger for oppdriften. Klaffene kan vendes horisontalt, og dermed sørge for fremdriften. Når maskinen når ønsket høyde, sørger vingene for å holde flyet oppe, mens motorene driver flyet fremover - slik som et vanlig fly.

Den europeiske romfartsorganisasjonen (ESA) er blant de økonomiske bidragsyterne til prosjektet. Se video av Lilium Jet øverst i saken.

April var også måneden Kitty Hawk demonstrerte sin VTOL-maskin, Kitty Hawk Flyer. Selskapet, som ble initiert av Google-medgründer Larry Page, regner med å ha maskinen i salg mot slutten av året. 

Flyprodusenten Airbus jobber med en plattform for urbane, flyvende kjøretøy, kalt Vahana. Tek.no har tidligere skrevet om dette. Disse flyvende objektene er ment for også å benytte den vertikale retningen på jordklodens stadig mer tettfolkede områder.

Selskapet jobber blant annet med VTOL-maskinen CityAirbus, og planlegger prøveflyvninger innen utgangen av året.

Hvorvidt små VTOL-maskiner blir en vanlig, urban transportmåte i fremtiden, er et ubesvart spørsmål. Det er flere usikkerheter som må adresseres før man vet om konseptet er flyvedyktig (nok en gang i overført betydning).

Første hinder: Teknologi

Fornybar energi er et viktig stikkord når produsentene selger inn sine konsepter.

Flere av produsentene belager seg på batterier som energikilde. Uber-alliansen har som nevnt knyttet til seg Chargepoint, et selskap som utvikler ladestruktur for elbiler.

Som TU tidligere har skrevet, lar batterigjennombruddene vente på seg. Store batterier er tunge, og vil således kreve mye energi for å løftes.

Uber skriver i sitt whitepaper «Elevate» at elektriske VTOL-maskiner trolig vil trenge batteripakker på 140 kWt for å være brukbart for fire personer. Med «brukbart» mener Uber at maskinene minst skal kunne fly to turer på 80 kilometer, og i tillegg ha 30 minutters reservekapasitet.

Batteriene bør ha en energitetthet på 400 wattimer per kilogram, ifølge Uber. Det tilsvarer rundt det dobbelte av dagens elbilbatteristandard, forteller Odne Stokke Burheim, professor ved Institutt for energi- og prosessteknikk ved NTNU. 

Burheim forsker på batterier og brenselceller.

– Optimistisk med 400 Wt/kg

Ehang 184 skal ha utført over 200 testturer.
Ehang 184 skal ha utført over 200 testturer. Foto: Ethan Miller

– Teoretisk begrensning på energitettheten er 500 wattimer per kilo, men batteriene krever masse ekstrakomponenter som reduserer energitettheten, sier Burheim.

– Flere forskningsgrupper rapporterer at man kan fordoble dagens energitetthet. Avhengig av design er nok 400 wattimer per kilogram etter mitt skjønn vel optimistisk, selv om gjennombrudd kan komme, sier Burheim.

Prosjektet Battery500 støttes finansielt av det amerikanske energidepartementet. Formålet med prosjektet, som startet i fjor, er å lage batterier med en energitetthet på 500 wattimer per kilogram.

Burheim peker også på at andre teknologier, som brenselceller, kan være vel så aktuelle i løpet av en tiårsperiode. 

– Det amerikanske energidepartementet forventer at brenselcellesystemer ligger langt foran li-ionebatterier på både pris, effekt og energiinnhold om bare 3-4 år, sier NTNU-professoren. 

300 kilometer rekkevidde

– VTOL er ikke like effektivt som biler. Særlig avgangs- og landingsfasen krever mye energi. Cruisefasen er derimot ikke så ille, sier Sætervadet i Norges Luftsportforbund.

Lilium lover 300 kilometer rekkevidde på den endelige utgaven. Ved å kombinere de til sammen 36 elektriske jetmotorene med vinger, skal maskinen under marsjhastighet (horisontal flyvning) ha et energiforbruk som kan sammenliknes med forbruket til elbiler, ifølge selskapet. Liliums kommunikasjonsdirektør Mareike Mutzberg ønsker overfor Teknisk Ukeblad ikke å røpe flere detaljer om den teknologiske løsningen som ligger bak dette.

Burheim ved NTNU mener det er mer realistisk å satse på kortere flyturer i urbane strøk fremfor lengre reiser når man bruker batterier. Han peker på at det krever store batterier for å frakte batterier over lengre distanser. 

– Batterivekten blir en eksponentialfunksjon av kjøretid og lengde. Til slutt trenger du fem tonn ekstra batterier for bare å kjøre et ekstra minutt, sier Burheim. 

Det skjer hele tiden forbedringer som kan muliggjøre Ubers drøm om en flyvende taxitjeneste.

Med demonstrasjonsprosjektet Sceptor forsker Nasa på hvordan små, elektriske motorer fordelt rundt maskinens skrog kan redusere flyets energiforbruk. Det er også slik teknologi Uber ser for seg å ta i bruk.

– Den dagen luftfarten blir elektrifisert, vil den være ganske uslåelig, takket være svært moderate behov for infrastruktur. Tenk å komme seg fra Bergen til Oslo uten utslipp, på én kilometers asfalt, sier Sætervadet.

Andre hinder: Regelverket

Kitty Hawk Flyer viste frem sin flyvende prototype i april.
Kitty Hawk Flyer viste frem sin flyvende prototype i april. Foto: DAVIS ELEN

De fleste industriaktørene for seg at de flyvende, urbane maskinene blir autonome, slik som biler. Dette beskrives blant annet i Ubers whitepaper.

I dag har vi to separate regelverk for henholdsvis førerstyrte VTOL-maskiner og droner (RPAS), forteller Hytten i Luftfartstilsynet.

– Flyvende, autonome, urbane maskiner med passasjerer representerer dermed en sammensmelting av to regelverk, sier Hytten.

Et sentralt spørsmål går igjen i reguleringen av all autonom teknologi: Hvem har ansvaret for maskinen?

–  Jeg tenker at dette er et spørsmål med mange innganger, men med samme løsning. Når vi finner den juridiske løsningen, som det nå jobbes med for autonome biler, kan vi muligens bruke den på andre autonome maskiner, sier Hytten.

– En utfordring er at regelverket alltid vil komme på plass etter konseptet er utviklet. Vi må lage rammeforskrifter som er så runde at de kan stimulere til utvikling, slik vi har forsøkt med droneforskriftene, sier Hytten.

Tredje hinder: Utforming av systemet

En nært beslektet problemstilling er hvordan selve systemet skal fungere.

VTOL-innretninger egner seg for urban bruk ved at de ikke trenger en kilometer med asfalt for å ta av. Uber ser for seg å ta i bruk dagens landingsplasser for helikopter, og kombinere med større sentraler for flere maskiner.

– Én ting er å ha et «proof of concept». En helt annen ting er å lage et helt system som fungerer. Per i dag finnes det teknologi som hindrer at luftfartøy treffer hverandre, men disse er så langt ikke verifisert. Derfor må man hindre at luftfartøyene treffer hverandre ved hjelp av andre tiltak. For eksempel kan man lage egne korridorer for denne typen trafikk, sier Hytten.

Airbus er blant selskapene som utformer slike systemer for å organisere kjøretøyene. De baserer seg blant annet på de nevnte luftkorridorene, eller skyways. Også israelske Airobotics, det første selskapet sertifisert for førerløse droneturer, mener slike luftkorridorer vil være en god løsning, spesielt for droner.

Ifølge Wall Street Journal jobber også Nasa med et system for å organisere alle mulige flyvende objekter, inkludert droner.

Noe av hovedpoenget med å sveve over bakken, er å utnytte det ubrukte rommet, og på den måten komme raskere fra A til B. Rigid organisering med smale luftkorridorer kan derfor virke mot sin hensikt. Dette fremhever Uber i sitt whitepaper. Selskapet argumenterer for at flymaskinene ikke skal tvinges inn i faste ruter.

Fjerde hinder: Sikkerhet

Sikkerhetsutfordringen er tett knyttet opp til regelverket og utformingen av systemet. Både menneskene i lufta og de på bakken løper en risiko ved slike flyvende objekter.

– Lista over farer er lang. Vi må for eksempel ha systemer som ivaretar redundans, motstår hacking, samtidig som det takler værforholdene, sier Hytten.

– I luftfarten har vi veldig mange mekanismer som skal gjøre det trygt å fly. Det må man også ha når man skal selge en tjeneste til en kunde, slik Uber forestiller seg å gjøre, sier Hytten.

Han vil imidlertid ikke avskrive at det finnes løsninger, og drar paralleller til droneutviklingen.

– Statistikken for uønskede hendelser blir stadig mer oppløftende. Vi er i dag mye nærmere å få til et robust system for droner enn vi var tidligere, sier Hytten.

Sætervadet etterlyser sertifisering av luftfartøy som er bedre tilpasset VTOL-maskiner.

– Dagens standarder er ikke tilpasset VTOL-maskiner av den typen Uber ser for seg å bruke, sier Sætervadet.

Når standardene kommer, og storskalaproduksjon av maskiner begynner, tror Sætervadet at både flyvning og flysertifikatet blir billigere.

– Småfly er kostbare å produsere, ettersom det involverer mye manuelt arbeid. Ved masseproduksjon av VTOL-fartøy tror jeg vi kan få ned kostnadene ganske betydelig på lang sikt, sier han.

Femte hinder: Vil folk i det hele tatt ha dette?

Lilium Jet foretok sin første testflyvning i april.
Lilium Jet foretok sin første testflyvning i april. Foto: Lilium

Elon Musk har begrunnet sitt fravær innen utviklingen av flyvende kjøretøy med at slike maskiner vil støye og generere svært mye vind. 

Her kan man tenke på lyden av et helikopter, som kan bryte lydmuren når det roterer. I sitt whitepaper skriver imidlertid Uber at støyen kan reduseres ved å bruke mange små, elektriske motorer og rotorer istedenfor én stor. Dette gjør at rotorspissene ikke må bevege seg like raskt gjennom lufta.

– Cluet for å integrere i by er å få ned propellspisshastigheten, sier Sætervadet.

– Det er en god filosofi at flere rotorer gir mindre støy. Flere battericeller, motorer og rotorer gir også høyere sikkerhet dersom en celle eller motor skulle svikte, sier Burheim. 

En annen ting som kan hindre VTOL-maskinene fra å integreres i by, er turbulens.

– Det er ofte større turbulens i lavere luftlag. Det er ikke sikkert folk vil synes det er greit å sitte på med slike maskiner når det blåser, sier Hytten.

– Til syvende og sist vil bruken også avhenge av hvor mye det vi koste å fly en tur. Det må være konkurransedyktig med andre løsninger, sier Hytten.  

– Kan bli et kjempekonsept

Til tross for mange usikkerhetsmomenter, vil ikke Hytten si konseptet er dårlig.

– To ideer som i utgangspunktet ikke er bærekraftige, kan sammen bli et kjempekonsept. Det er mange ideer innen flyvende, urbane maskiner, og jeg kan se for meg at noe slikt kan skje her, sier Hytten.

Vi må nok uansett smøre oss med tålmodighet før vi får flyvende biler i Norge. De er nemlig ikke tatt høyde for i Nasjonal transportplan (NTP) som løper frem til 2029.

– I planen er det forutsatt at bilene har hjul og kjører på bakken. Noe av det mest teknologioptimistiske i NTP er at vi har lagt til grunn en målsetting om at alle nye biler skal være nullutslippsbiler fra 2026, sier Espen Andersson, leder av kjøretøyseksjonen i Statens Vegvesen.

Kommentarer (39)

Kommentarer (39)