皆さんこんにちは！
エアタクシー（eVTOL)の話題がのぼって早20年近く経ちます。当初はその動力（電気なのか
エンジンなのか）、機体の形でさえ闇に包まれたものでした。現在やっとその全容が明らかに
なりましたが、依然として開発はスローなものです。その原因は何なのでしょうか？
プロトタイプの製造とテスト
旅客機開発プログラムのさまざまな設計フェーズについて議論しています。一般的なフェーズ
とその時間の使用および人員配置は、図 1 のガント チャートに示されています。
概念設計、予備設計、詳細設計について説明した後、プロトタイプの製造とテストについて説
明します。
図 1. 新型旅客機の開発計画。出典: Leeham Co.
プロトタイプの製造とテスト
詳細設計が半分ほど進むと、最初の部品とシステム コンポーネントがプロトタイプ製造から
出荷され、テストに入ります。
「X」台のプロトタイプ航空機を製造してテストするほど単純ではありません。まず、すべて
の主要システムコンポーネントを個別に製造してテストし、その機能特性がデジタルツインの
モデリングソフトウェアによって予測されたとおりであることを確認します。
最初のバージョンは最終的な質量や機能ではないことが多いですが、主要な機能の代表であり
テストと検証が可能です。徐々に、システムのコンポーネントは完全な仕様に収束し、シス
テムの「アイアンバード」テストベッドに組み込まれます (図 2)。
図 2. スペースを節約するために翼部分が折り畳まれた A350 の油圧、電気、飛行制御システム「アイアン バード」。出典: エアバス。
歴史的に、油圧、発電、飛行制御システム、着陸装置、燃料システム、ブリードエアシステム
環境制御システム、APU システム、航空電子機器/コックピットなどの各主要システムに
は、独自の鉄の鳥とテスト環境がありました。
これらは、物理的に、またはネットワーク的にますます統合され、航空機システムのより完全
で相互接続された地上コピーとして機能します。
これにより、制御ソフトウェアはシステムの通常の動作をテストできるだけでなく、故障モー
ド影響解析 (FMEA) でマッピングおよびカタログ化された故障ケースを徹底的にテストするこ
ともできます。故障モード テストは、通常モード テストよりも簡単に数倍徹底的になる可能
性があります。
制御ソフトウェアのハングや障害、電気制御バルブなどのシステム コンポーネントの無応答な
ど、システムによるあらゆる可能性のある反応をテストして検証し、故障によって航空機が危
険な状況に陥らないようにする必要があります。
大量競争
構造部品やシステム部品のプロトタイプの作成は、部品の製造質量を確認する最初の機会です。
重量クリープ、より正確には質量クリープは、航空機プロジェクトにとって常に存在する敵です。
プロトタイプのコンポーネントが構築されると、それが構造部品であれシステム部品であ
れ、最後の 1 グラムまで慎重に重量が測定され、質量と質量の重心がプロジェクトの質量制
御データベースに入力されます。
航空機プロジェクトには、各部品のハードウェア改訂ごとに航空機の現在の質量状態を常に
100% 制御する特別な質量管理組織があります。予備設計および詳細設計から予測された質
量と比較した質量の超過は、航空機プロジェクトのすべての段階で発生します。
プロジェクト中、航空機を予備設計で定義された状態に戻すために、何度か軽量化キャンペー
ンが開始されます。最終的に、適切に管理された航空機プロジェクトでは、総重量が約 3 ～
4% 増加します。それ以上になると、予備設計または詳細設計がうまく機能していないことに
なります。
飛行試験の安全性
飛行試験機が空を飛ぶ前に、プロジェクトの規制当局から飛行試験許可を得る必要があります。
このような許可は、シミュレーションのデータやテストのデータを含む、合意されたコンプラ
イアンス レポートがいくつか提出された場合にのみ発行されます。
エアタクシー開発なぜ遅い
図 1. 6 人乗りの Alia CX300 は 2023 年に認証を開始しました。出典: Beta Technologies。
進歩が遅い背景
進歩が遅い第一の理由は、航空機設計に関する知識がほとんどないか全くない人々によって開
始されたプロジェクトが多すぎることです。
投資家たちは自動車業界で何が起きたかを見ていた。既存のプレーヤーは、テスラが通常の公
道を走る車に代わる車を作る可能性を過小評価していたのです。
イーロン・マスクのような人物が、航空業界を改革し、10年以内にボーイングやエアバスに代
わるバッテリー電気旅客機を製造できると主張すると、投資家たちは何の抵抗もなく飛びつい
たのです。
しかし、旅客機の製造技術は自動車よりも少し複雑で、航空機の設計者は過去 120 年間にわ
たってそれを完成させてきました。世界に約束した新興企業は倒産し始めています。投資家
は失望し、AI に移行しています。
以下は、2017 年 9 月 27 日の イージージェットとライトエレクトリックのプレスリリース
からの写真と引用です。「ライトエレクトリックは、10 年以内に イージージェットの英国お
よびヨーロッパのネットワークで乗客を運ぶことができる全電気式の商用ジェット旅客機を製
造するという課題を自らに課しました。」
図 2. ライト・エレクトリックのビジョンでは、2027 年までに A320 に代わるバッテリー電気航空機が実現される予定です。出典: easyJet のプレスリリース。
現在までに、ライト・エレクトリック社は、このような航空機に必要なバッテリーや航空機自
体の部品は言うまでもなく、2MWの電気モーターの認証も完了していません。
電気モーターとそのインバーターは、おそらく航空機開発の中で最も簡単な部分ですが、私の
知る限り、ピピストル モーター以外に航空機での使用が認定されたモーターはありません。
バッテリーは大きな課題
電気モーターとそのサポート電子機器（モーターインバーター、電源、安全スイッチなど）は
簡単な部分ですが、バッテリーは想像していたよりもはるかに困難でした。
バッテリー容量は計画や期待通りには発展していません。2017 年頃にはバッテリー システム
の容量は 400Wh/kg に達し、年間 5% 程度の割合で増加するだろうと (私も含め) 考えて
いました。しかし、現実には、2025 年または 2026 年の認証取得に向けて、システム レベル
では現在 200Wh/kg となっています。
10 年後には、おそらく、手頃な価格の航空機用バッテリーのシステム レベルが
250kWh/kgに達するでしょう。
2017 年から 7 年経ってバッテリー容量が半分になったのはなぜでしょうか?
理由はいくつかあります:
- 熱心なファンは、セル、パック、システムの容量を混同していました。現在設計されているシステムでは、各ステップで容量が 20% 失われます (2017 年ではさらに悪化しました)。つまり、最良の場合でも、航空機のシステム レベルでセル kWh/kg の 70% になります。つまり、300kWh/kg のセルでは、210kWh/kg のシステムになります。
- 航空機用バッテリー システムの安全性の問題は過小評価されていました。空中では、電気自動車のバッテリー暴走のように、熱暴走は致命的な災害です。その結果、航空機用推進力レベル バッテリーの設計と認証に関する規則は、欠落または不十分なものから、包括的で厳格なものへと変化しました。致命的な航空事故が 1 件発生し、航空機/VTOL プロトタイプが地上で数機焼失したことで、事態は明らかとなり、当局は対応しました。
- バッテリーは燃料ではありません。
この記事シリーズは内容が膨大です。簡単にまとめると次のようになります。
バッテリーは、負荷がかかればかかるほど消耗します。バッテリーの容量が 80% に達するの
が早くなり、新しいバッテリー パックが必要になります。私は新しいパックを 1 kWh あたり
400 ドルと見積もっていました。今日では、経験豊富な航空バッテリー サプライヤーと何度
か話し合った結果、1 kWh あたり 700 ドルと見積もっています。2 度目の利用シナリオでは
この金額を 20% 削減できます。
バッテリーは、C レートの充電および放電レベルに合わせて設計されています。1C 100 %
充電または放電は、1 時間かかったことを意味します。これを、航空機の地上停止時の一般的
な充電時間である 30 分に短縮すると、2C になります。C レートを上げるとバッテリーの消
耗が早くなり、下げると長持ちします。航空機での使用は 2C スペクトルで、VTOL は 3-5C
スペクトルで使用されます。一般的な 2C 使用スペクトルでは、バッテリーを航空機に
2,000 ～ 3,000 サイクル装着できますが、充電時間が設計 C レートのままである場合に限
ります。
バッテリーは空になることを好みません。バッテリーを前述のサイクルで持続させるには、
容量の約 25% をそのまま残しておく必要があります。そうしないと、消耗が速まります。
航空機用セルの生産は 、自動車や電動工具の用途に比べれば、現在もこれからも取るに足らな
いものです。だからこそ、航空機用の特殊セルの開発に着手した企業は、ここ数年、次々と倒
産したり、吸収されたりしてきました。新しい化学物質は、まず自動車や電動工具の市場に登
場します。これにより、セルは超小型航空機市場で経済的に実現可能になります。現在、航空
機市場全体では、年間数個の ピピストルビリーズ用バッテリー パックが生産されています。
ハイブリッド車でもバッテリーが原因となります。
自動車のハイブリッドは、信号待ちやその他の理由でブレーキをかけるたびにエネルギーを回
収するため、非常にうまく機能します。ただし、航空輸送ミッションには回収セグメントが
ないため (降下中にエネルギーを回収することはできません)、空中ハイブリッドは最大の利点
を失います。
航空ハイブリッド問題に取り組んだことのない人々は、ハイブリッド航空機が達成するであろ
う利益を自慢しています。現在まで、ハイブリッド システムの飛行テストで検証可能な利益を
実証した人は誰もいません。理由は簡単です。ミッション中に作動する推進力ハイブリッドに
必要なバッテリーは重すぎて、性能とコストの両方の点で理論上の利益を台無しにしてしまう
からです。
生産されるハイブリッド機はマイルドハイブリッド機のみのようで、これはガスタービンの内
部プロセスや地上走行、離着陸時に今日の推進システムを補助するために小型バッテリーを搭
載して設計されていることを意味します。こうして、空港周辺の騒音や汚染が軽減されるので
す。バッテリーの性能が向上するにつれて、この効果は徐々にミッションの他の部分にも拡大
されるでしょう。
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