Tutti a bordo del drone

Pubblicato il 8 febbraio 2024
Mouser Electronics

Mark Patrick, Mouser Electronics

Questa serie di blog, articolata in cinque parti, analizza le opportunità della mobilità aerea urbana (UAM – Urban Air Mobility), la nuova frontiera dei trasporti urbani che prevede l’uso di aeromobili a propulsione elettrica. Verranno anche esaminate le problematiche di natura tecnica che devono essere affrontate, tra cui l’autonomia degli aeromobili, la sicurezza funzionale, la sicurezza elettrica e la complessità architetturale.

  1. Tutti a bordo del drone

  2. Prolungare l’autonomia in volo

  3. Linee guida per il progetto di una UAM sicura

  4. Isolamento ad alta tensione per la UAM a propulsione elettrica

  5. Riduzione del peso: un requisito indispensabile per la UAM

Trasporti elettrici

La propulsione elettrica ha suscitato un notevole interesse, soprattutto grazie alla sua capacità di ridurre le emissioni. A prescindere dai diversi punti di vista sulle emissioni e, più in generale, sulla sostenibilità, è abbastanza semplice comprendere i benefici per la qualità dell’aria urbana semplicemente confrontando una fila di veicoli elettrici (EV) che procedono in coda per il traffico con un’analoga fila di veicoli tradizionali con motori endotermici che girano al minimo (o utilizzano la funzione di start&stop).

Oltre ai veicoli elettrici, la tecnologia impiegata per realizzare gli azionamenti per la trazione ha permesso ad altre tipologie di mezzi di trasporto – biciclette elettriche, scooter elettrici e droni – di diventare realtà e di essere adottate su larga scala. Concentriamoci ora sui droni. I semplici quadricotteri (a quattro rotori) e le strutture più evolute a multi-rotore hanno riscosso un notevole successo e vengono utilizzate per droni di diverse tipologie e dimensioni, dai piccoli droni per hobbisti alle piattaforme aeree usate per scopi fotografici fino ad arrivare ai grandi droni per trasporto merci. La configurazione multi-rotore è ideale per il volo “ad hoc”, dove i droni possono decollare e atterrare verticalmente senza bisogno di una pista o di una base di lancio convenzionale. Tra gli altri vantaggi si possono annoverare l’ottima stabilità, un requisito essenziale nel caso il drone sia utilizzato per le riprese fotografiche, e la facilità di manovra che consente al pilota di apprendere in tempi brevi a controllare il veicolo.

Pronti per i passeggeri?

Come accade per qualsiasi nuova tecnologia, è necessario affrontare gli aspetti di usabilità. Per esempio:

  • È possibile realizzare droni di dimensioni tali da poter trasportare passeggeri? In caso affermativo, quante persone possono essere trasportate?

  • È necessaria la presenza di un pilota?

  • Può un drone per trasporto passeggeri volare in modo autonomo?

  • Quali sarebbero le reazioni dei passeggeri?

  • Quali sono i principali problemi legati alla sicurezza per i passeggeri e le altre persone coinvolte?

Tutte queste domande conducono al quesito principale: quali sono le prospettive della mobilità aerea urbana? Le start-up, è bene sottolinearlo, non sono le sole realtà che si pongono questa domanda.

Aziende innovatrici come Uber, case automobilistiche come Volkswagen e Daimler e aziende aeronautiche tradizionali come Boeing hanno fornito suggerimenti circa le possibili modalità di utilizzo della UAM. Secondo queste aziende, tale modalità di trasporto dovrebbe essere impiegata per effettuare viaggi aerei su brevi distanze all’interno e nei dintorni delle città. Alcune hanno proposto prototipi (non necessariamente a grandezza naturale), mentre altre hanno mostrato modelli statici e rappresentazioni artistiche. Nonostante l’interesse per questi annunci sia aumentato nel corso degli anni, le prove dell’avvio di veri e propri test di volo, con o senza persone a bordo, sono limitate.

Come già accaduto per i droni impiegati per fini commerciali, i problemi tecnici legati all’idoneità al volo dei veicoli rappresentano solo uno degli aspetti da prendere in considerazione. Le questioni legali connesse ai permessi d’uso, alle responsabilità, all’accesso allo spazio aereo e a numerose altre tematiche sono complesse e richiedono il coinvolgimento di diverse parti. Per risolvere le problematiche di natura ingegneristica che si incontreranno, legate a un’estensione del concetto già noto di aeronavigabilità (l’insieme dei requisiti che, una volta soddisfatti, consentono di pilotare un aeromobile in sicurezza), sarà necessario superare alcuni ostacoli.

Problematiche tecniche

Sviluppare un veicolo elettrico a decollo e atterraggio verticali (eVTOL – electric Vertical Take-off and Landing) adatto per la mobilità aerea urbana, come ad esempio un aero-taxi, non sarà semplice. Le problematiche da affrontare sono complesse e sono richieste competenze in diverse discipline.

Sicurezza

La sicurezza è sicuramente un aspetto critico. Dal punto di vista logico, salire a bordo di un velivolo elettrico dovrebbe essere più rassicurante per i passeggeri che affidare la propria vita a un aereo di linea, il cui motore a combustione ha migliaia di componenti che potrebbero guastarsi o non essere stati sottoposti a una manutenzione adeguata. Tuttavia, sono abbastanza comprensibili i timori legati al fatto che velivoli elettrici di qualsiasi tipo siano relativamente nuovi e con i test ancora alle prime fasi. La fiducia sicuramente è destinata ad aumentare con il passare del tempo.

Potenza

Da non sottovalutare il problema dell’ansia da autonomia, ovvero il timore che la batteria possa esaurirsi prima di giungere a destinazione. Si tratta dello stesso problema che finora ha frenato la diffusione dei veicoli elettrici stradali. Questo tipo di ansia potrebbe aumentare nel caso dei velivoli elettrici. Per alcuni potrebbe essere sufficiente la garanzia che la mobilità aerea urbana sarà limitata a rotte pianificate e prestabilite di distanza nota che saranno percorse molte volte in via sperimentale prima di dare l’avvio al servizio commerciale. Altri potrebbero domandarsi se errori o pressioni commerciali potrebbero portare a una ricarica inadeguata tra un volo e l’altro con un conseguente aumento dei rischi per la sicurezza.

Costi

È assai probabile che il prezzo di acquisto dei veicoli utilizzati per la mobilità aerea urbana sarà elevato. Per tale motivo, un aspirante operatore dovrebbe sostenere importanti investimenti per allestire una flotta destinata a scopi commerciali. Almeno nella fase iniziale, i servizi saranno verosimilmente accessibili a un ristretto numero di persone privilegiate. Tuttavia, una situazione analoga si era già verificata per i telefoni mobili. L’evoluzione dei modelli commerciali e le economie di scala potrebbero contribuire a rendere molto più accessibile la mobilità aerea urbana.

Congestione dello spazio aereo

In futuro, la congestione dello spazio aereo influenzerà sicuramente le rotte dei servizi UAM. Visti gli attuali problemi che affliggono i trasporti su strada, su ferrovia o in autobus, la prospettiva di potersi spostare evitando il traffico stradale e di poter raggiungere la destinazione desiderata in modo rapido e tranquillo appare decisamente allettante. Tuttavia, i ritardi imputabili alla congestione dello spazio aereo sono destinati in futuro a ripercuotersi sui viaggi dei passeggeri che decideranno di optare per la mobilità aerea urbana. Sotto un altro punto di vista, la mobilità aerea urbana potrebbe contribuire a ridurre il sovraccarico delle reti stradali e ferroviarie. Per il momento, i ritardi ascrivibili al traffico aereo non destano particolari preoccupazioni poiché è necessario prima affrontare problematiche ingegneristiche difficili e questioni legali ancora più complesse.

Affinché la mobilità aerea urbana “decolli” veramente, è necessario convincere i grandi operatori e gli investitori circa le prospettive di mercato, il potenziale ritorno dell’investimento (ROI) e il tempo richiesto per generare un ritorno sull’investimento. A parole, come si dice, è facile. Ora è il momento per le start-up e le aziende che operano nel settore di iniziare a dar vita ad attività di acquisizione e a concentrare gli sforzi per ottenere una posizione di rilievo in questo comparto.

Considerazioni conclusive

Nei successivi blog di questa serie verranno esaminate le problematiche tecniche che devono essere affrontate per supportare l’evoluzione dei velivoli elettrici. In particolare, nel prossimo blog verranno discusse le tecniche per estendere l’inviluppo di volo (ovvero i limiti all’interno dei quali un velivolo può operare in modo sicuro ed efficiente) in modo da consentire ai passeggeri di giungere a destinazione in modo sicuro e confortevole con una riserva di energia adeguata.



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