Movilidad aérea urbana - Enciclopedia

La movilidad aérea urbana (UAM) es el uso de aviones pequeños y altamente automatizados para transportar pasajeros o carga a altitudes bajas en áreas urbanas y suburbanas que han sido desarrolladas como respuesta a la congestión del tráfico. Generalmente se refiere a tecnologías existentes y emergentes como helicópteros tradicionales, aviones de despegue y aterrizaje vertical (VTOL), aviones de despegue y aterrizaje vertical propulsados eléctricamente (eVTOL) y vehículos aéreos no tripulados (UAV). Estos aviones se caracterizan por el uso de múltiples rotores o ventiladores eléctricos para la elevación y propulsión, junto con sistemas de vuelo por cable para controlarlos. Los inventores han explorado conceptos de movilidad aérea urbana desde los primeros días del vuelo motorizado. Sin embargo, los avances en materiales, controles de vuelo automatizados, baterías y motores eléctricos mejoraron la innovación y los diseños a partir de finales de la década de 2010. La mayoría de los defensores de la UAM visualizan que los aviones serán propiedad y operados por operadores profesionales, como con taxis, en lugar de por individuos privados.

La movilidad aérea urbana es un subconjunto del concepto más amplio de movilidad aérea avanzada (AAM) que incluye otros casos de uso además del transporte de pasajeros intraurbano; la NASA describe la movilidad aérea avanzada como que incluye drones pequeños, aviones eléctricos y gestión de tránsito aéreo automatizado entre otras tecnologías para realizar una amplia variedad de misiones, incluyendo carga y logística. Esto también es apoyado por la consultora de mercado de drones Drone Industry Insights, que también incluye vertiports en la definición de AAM y UAM.

Historia


= Prehistoria =
El desarrollo de los primeros predecesores de los aviones de UAM comenzó a principios del siglo XX con conceptos tempranos de “coches voladores”, como el Autoplane de Glenn Curtiss, desarrollado en 1917. Tres años más tarde, Henry Ford comenzó a prototipar “coches avión” como aviones monoplaza, pero detuvo el desarrollo después de un accidente fatal en las pruebas iniciales. Uno de los primeros aviones de despegue y aterrizaje vertical (VTOL) fue el Berliner No. 5 de 1924. Registró su mejor rendimiento cuando alcanzó una altura de 4.57 m (15 pies) durante un vuelo de un minuto y treinta y cinco segundos. Pitcairn, Cierva, Buhl y otros fabricantes desarrollaron prototipos de autogiros. El Avrocar fue un avión en forma de disco diseñado para uso militar. Financiado inicialmente por el gobierno canadiense, el proyecto fue cancelado debido a los costos hasta que el Ejército y la Fuerza Aérea de los Estados Unidos tomaron el control del desarrollo del Avrocar en 1958. El Avrocar encontró problemas con el empuje y la estabilidad y el proyecto fue finalmente cancelado en 1961.


= Helicópteros y servicios de taxi aéreo =
A principios de la década de 1950, los operadores aéreos ofrecieron servicios de taxi aéreo de UAM mediante helicópteros en algunas ciudades de los Estados Unidos, incluyendo Nueva York, Los Ángeles y San Francisco. En 1964, New York Airways (NYA) y Pan American ofrecieron más de 30 vuelos entre el Aeropuerto Internacional John F. Kennedy y el Aeropuerto Internacional Newark Liberty con paradas en Manhattan como Wall Street. El costo promedio para un boleto de ida y vuelta era de 4-11 dólares.
De 1964 a 1968, PanAm ofreció conexiones regulares de helicóptero entre el Midtown Manhattan y el Aeropuerto Internacional John F. Kennedy, permitiendo a los pasajeros conectar directamente a sus vuelos desde el edificio de Pan American en la ciudad de Nueva York. El servicio se detuvo en 1979 después de un accidente en 1977 que mató a cuatro personas en el techo y una en el suelo debajo. En la década de 1980, Trump Shuttle ofreció servicios de helicóptero entre Wall Street y el Aeropuerto LaGuardia, utilizando helicópteros Sikorsky S-61. El servicio se discontinuó en la década de 1990 después de que Trump Shuttle fue adquirido por US Airways. En 1986, Helijet comenzó como una aerolínea de helicópteros con rutas entre Vancouver y Victoria en Columbia Británica.
BLADE, lanzado en 2014 en la ciudad de Nueva York, proporcionando servicios de taxi aéreo basados en helicópteros. BLADE ha lanzado servicios similares en el área del Área del Valle de San Francisco y Mumbai. En 2017, Voom, una subsidiaria del fabricante de aviones Airbus, transportó a más de 15,000 pasajeros en São Paulo, Brasil utilizando helicópteros Airbus. El programa de demostración de UAM de Voom operó durante cuatro años y se cerró en marzo de 2020. En 2019, Uber comenzó a ofrecer Uber Copter en el Lower Manhattan de Nueva York hasta el Aeropuerto Internacional John F. Kennedy. Algunas ciudades han promovido la idea de viajes aéreos de punto a punto a bajo costo como una manera de reducir la congestión del tráfico y mover mercancías.


= VTOL y eVTOL =
A mediados de la década de 2000, los diseñadores de aviones estaban incorporando tecnologías pioneras en drones pequeños en nuevos diseños de aviones para pasajeros. Estas tecnologías incluían propulsión distribuida (el uso de múltiples rotores o ventiladores), baterías de iones de litio, acelerómetros baratos, sistemas de navegación miniaturizados y construcción de fibra de carbono. En 2010, Kitty Hawk Corporation, financiada por el cofundador de Google Larry Page, comenzó el desarrollo del Kitty Hawk Flyer. El 5 de octubre de 2011, Marcus Leng, fundador de Opener, pilotó el primer vuelo tripulado de un avión VTOL de ala fija completamente eléctrico. El 21 de octubre de 2011, el cofundador y diseñador principal de Volocopter, Thomas Senkel, realizó el primer vuelo tripulado de un multicóptero eléctrico, el prototipo Volocopter VC1. En 2012, Joby Aviation y la NASA se asociaron para prototipar un eVTOL experimental. En 2014, se lanzó el proyecto LEAPTech (Tecnología de Propulsión Asincrónica de Propulsores), una colaboración entre el Centro de Investigación Langley de la NASA, el Centro de Investigación de Vuelo Armstrong de la NASA, Empirical Systems Aerospace (ESAero) y Joby Aviation.
Lockheed Martin presentó su helicóptero de pilotaje opcional, el S-76B Sikorsky Autonomous Research Aircraft (SARA), en 2019, en el centro de Los Ángeles. En 2018, se llevó a cabo el vuelo de prueba del eVTOL Wisk Cora en Mountain View, CA. El mismo año, Opener voló el BlackFly, un vehículo aéreo personal, después de nueve años de desarrollo. Joby Aviation probó su vehículo UAM de rotación asimétrica en vuelo en marzo de 2021. En junio de 2021, EHang completó el primer vuelo de prueba sin piloto del AAV EHang216 en Honshu, China. El mismo mes, Volocopter realizó su primer vuelo público de un taxi aéreo eléctrico en Francia, junto con el vuelo remoto de su eVTOL, el Volocopter 2X. En julio de 2021, Joby completó un vuelo de su eVTOL que voló 150 millas con una sola carga de batería, volando en un círculo de 14 millas once veces, lo que totalizó una duración de vuelo de una hora y diecisiete minutos.
La movilidad aérea está progresando en ambas direcciones, con aviones tripulados y UAV. En Hamburgo, el proyecto WiNDroVe – (uso de drones en una área metropolitana) se implementó desde mayo de 2017 hasta enero de 2018. En Ingolstadt, Alemania, el proyecto de Movilidad Aérea Urbana comenzó en junio de 2018, involucrando a Audi, Airbus, el Centro de Investigación Carisma, el Centro de Aplicaciones Fraunhofer para Movilidad, la Universidad Aplicada THI (THI en la red de investigación en inteligencia artificial) y otros socios. Se contemplaba el uso de UAM en servicios de emergencia, transporte de sangre y órganos, monitoreo de tráfico, seguridad pública y transporte de pasajeros.
Las ciudades alemanas, holandesas y belgas Maastricht, Aachen, Hasselt, Heerlen y Lieja se unieron a la Iniciativa de UAM del Pacto Europeo de Innovación en Ciudades y Comunidades Inteligentes (EIP-SCC). Toulouse, Francia, participa en la Iniciativa Europea de Movilidad Aérea Urbana. El proyecto es coordinado por Airbus, el socio institucional europeo Eurocontrol y EASA (Agencia Europea de Seguridad Aérea).


= Implementación de Voom =
El concepto se materializó en São Paulo, Brasil, con más de 15,000 pasajeros transportados por Voom. Allí, la movilidad aérea urbana se proporcionó mediante helicópteros. Los taxis aéreos de helicóptero ya están disponibles en la Ciudad de México. Las conexiones aéreas rápidas aún se asocian con costos altos y causan un considerable ruido y consumo de energía.
El programa de demostración de UAM de Voom operó durante cuatro años y se cerró en marzo de 2020.


Aviones

Los vehículos aéreos personales (PAV) están en desarrollo para la movilidad aérea urbana. Estos incluyen proyectos como el demostrador CityAirbus, el Lilium Jet o el Volocopter, el EHang 216 y el vehículo aéreo de pasajeros experimental de Boeing.
En la fase de concepto, los aviones de UAM con capacidades de despegue y aterrizaje vertical (VTOL) se desplegaron para despegar y aterrizar verticalmente en un área relativamente pequeña para evitar la necesidad de una pista. La mayoría de los diseños son eléctricos y utilizan múltiples rotores para minimizar el ruido (debido a la velocidad de rotación) mientras proporcionan alta redundancia del sistema. Muchos de ellos han completado su primer vuelo.
Las configuraciones más comunes de los aviones de UAM son los multicópteros (como el Volocopter) o los aviones de ala rotante convertiplano (por ejemplo, A³ Vahana). El primer tipo utiliza solo rotores con eje vertical, mientras que el segundo además tiene sistemas de propulsión y elevación para el vuelo horizontal (por ejemplo, propulsores de presión y alas).


Fuente de energía

Para que los aviones de UAM sean lo más eficientes posible, la recarga y el abastecimiento de combustible deben realizarse lo más rápidamente posible, ya sea cambiando las baterías, recargando baterías rápidamente o abasteciendo de hidrógeno.


= Combustible convencional =
Los combustibles fósiles convencionales están fácilmente disponibles y ofrecen una alta densidad de energía (la cantidad de energía producida por kilogramo de combustible). Sin embargo, los motores de pistón o turbina tradicionales emiten humo y ruido. Las pesadas conexiones mecánicas necesarias para distribuir la energía limitan el número y la configuración de los rotores en un avión.


= Combustible sintético o sostenible =
Los combustibles sintéticos tienen el potencial de producir energía prácticamente libre de CO2 al utilizar la infraestructura de recarga existente. Pero plantean los mismos desafíos que el combustible convencional en términos de ruido y limitaciones mecánicas.


= Eléctrico =
Las baterías recargables se utilizan a menudo en UAV y eVTOL. Los vehículos eVTOL emergentes están limitados por la relativamente baja relación de densidad de energía a peso en la tecnología de baterías actuales, así como por la falta de infraestructura necesaria para las estaciones de recarga.


= Híbrido-eléctrico =
Los sistemas híbridos-eléctricos utilizan una combinación de componentes del motor de combustión interna (ICE) y del sistema de propulsión eléctrica. Son posibles diferentes combinaciones. Estos sistemas pueden proporcionar ventajas combinadas de diferentes fuentes de energía, pero aún deben considerarse en términos de la eficiencia del sistema completo.


= Células de combustible de hidrógeno =
Las células de combustible de hidrógeno generan electricidad al circular el gas de hidrógeno a través de una membrana catalítica. Las pequeñas células de combustible pueden proporcionar energía a drones ligeros tres veces más tiempo que las baterías equivalentes. Las células de combustible están en desarrollo para aviones más grandes. Los aviones regionales experimentales equipados con sistemas de propulsión de propulsión eléctrica-célula de combustible han volado en 2023. En enero de 2023, ZeroAvia voló un Dornier 228 con un motor turbopropulsor TPE 331 original de Honeywell en el ala derecha y un motor eléctrico de hidrógeno de propiedad de ZeroAvia en el ala izquierda. En marzo de 2023, Universal Hydrogen realizó el primer vuelo de su avión eléctrico Dash 8-300.


Propulsión

Las configuraciones comunes de VTOL y eVTOL incluyen:


= Multirotor o multicóptero =
Los aviones multicóptero tienen alas pequeñas, o ni siquiera tienen alas. Utilizan ventiladores o propulsores orientados hacia abajo para generar la mayor parte de su elevación.


= Elevación más crucero =
Los aviones de elevación más crucero utilizan propulsores verticalmente montados para el despegue y el aterrizaje, pero tienen un propulsor horizontal y alas para el vuelo de crucero sostenido.


= Ventiladores en conducto =
Los ventiladores en conducto son un tipo de propulsor montado dentro de un conducto, lo que optimiza el empuje de las puntas de las palas.


= Tiltrotors =
Los aviones de tiltrotor levantan exclusivamente con propulsores rígidos y no tienen otro tipo de propulsión horizontal. Generan empuje horizontal al inclinar físicamente los rotores a una posición horizontal una vez en el aire.


= Tiltwing =
Los aviones de tiltwing son similares a los aviones de tiltrotor, pero en lugar de girar los rotores independientemente, toda la ala se gira.


Controles de vuelo

Los controles de vuelo consisten en superficies de control de vuelo, controles de cabina y mecanismos de operación para controlar la dirección de un avión en vuelo. Honeywell, Pipistrel, Vertical