NASAの実験用電気飛行機が今年中に飛行する可能性

今年後半には、電気のみで動く小型実験機 X-57 マクスウェルが空を飛ぶ予定だ。NASA の X プレーン、つまり実験機の長い歴史の中で最新の機体である X-57 のデモは、この機体のユニークな設計が機能することを証明するために使われる。

19世紀の物理学者ジェームズ・クラーク・マクスウェルにちなんで「マクスウェル」と名付けられたこの飛行機は、通常4人乗りの小型汎用飛行機であるイタリアのガス動力式テクナムP2006Tを改造して作られた。

「電気推進技術の本当に素晴らしい点は、航空機の設計者に、航空機に興味深いことをより効率的に実行させるために使用できる非常に多くの新しく興味深いツールを提供することです」と、NASA アームストロング飛行研究センターでこのプロジェクトの主任研究員を務めるショーン・クラーク氏は言う。

この航空機が実際に生産されることはないが、業界の専門家たちはこの航空機の技術がどのような成果を生み出すのかを熱心に見守っている。X-57の仕組みと、NASAが今年の初夏を目標にしている初飛行が航空業界にどのような利益をもたらすかについて、わかっていることを以下に紹介する。

どのように機能しますか?

一般的な民間航空機とは異なり、NASA の小型 2 人乗りモデルは石油製品を貯蔵する燃料タンクに依存しません。その代わりに、X-57 は充電式リチウムイオン電池を使用して、機体を空中で牽引するモーターとプロペラに電力を供給します。重量は約 3,000 ポンドで、この飛行機の最も注目すべき特徴の 1 つは、以前の機体よりも小さく、より洗練された翼です。翼幅は通常の Tecnam と基本的に同じですが、機体の前後の長さは大幅に短く、面積はオリジナルより約 40 パーセント小さくなっています。

また、オリジナルモデルで使用されていた従来の 2 つのエンジンの代わりに、X-57 の翼には 14 個の電気モーターが装備されています。翼全体に取り付けられた 12 個の小型プロペラは飛行機の揚力を得るのに役立ち、各翼の端にある大型のプロペラは前方への推進力を与え、機体の巡航を助けます。これは、この飛行機が高速飛行に優れている理由の 1 つです。

「翼端に 2 つのモーターを配置し、翼に沿って 12 個の小型モーターを配置することで、翼効果を最大限に高めることと、はるかに複雑な配電システムとのバランスをうまくとることができました」とクラーク氏は言います。

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これらのモーターは簡単に作れますが、ガソリンエンジンとは異なり、複雑なソフトウェア、つまり高度なモーター コントローラーを使用して駆動します。また、この航空機に必要な電力は、eVTOL (電動垂直離着陸機) の操縦に必要な電力とほぼ同じです。

しかし、2015年からこのプロジェクトに関わってきたクラーク氏は、NASAは現在、新しい離陸機能よりも航空機の効率性の向上に重点を置いていると語る。X-57は、一般的な小型航空機と同じように滑走路から離着陸する。

将来的には、電気航空分野の人にとって最もエキサイティングな応用例の 1 つは、それが地域的な航空交通をどのように発展させるかということだとクラーク氏は言う。主流の電気自動車があれば、高速道路で数時間かかる乗客や貨物の移動が半分になる可能性がある。また、輸送費やメンテナンス費用が削減されるだけでなく、新興の航空タクシー サービスに巨大な市場をもたらす可能性がある。

「これらの技術は、特に都市部で交通手段の利用可能性を大幅に高める可能性があります」とクラーク氏は言う。「航空機設計者がこれらの技術に基づいて商用航空機を製造できるほど信頼性が高いことを証明できれば、一般の人々が航空を利用できる可能性に大きな影響を与える可能性があります。」

離陸

カリフォルニア州エドワーズにあるアームストロング飛行研究センターでは、NASA のテストパイロットとエンジニアが何年も協力して、パイロットが X-57 を操縦できるようにするためのフル機能のコックピットシミュレーターを開発してきました。クラーク氏によると、彼らのパフォーマンスはプロジェクトの次のステップを左右することが多いそうです。

「パイロットはシミュレーターで多くの作業を行っており、飛行中に必要なデータがすべて揃っているかどうかを把握するだけでなく、フィードバックも得ています。そのフィードバックによって、パイロットがこれらのシステムを操作するために必要なものに合わせて設計を変更することもできます。」と彼は言います。

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航続距離が約 100 マイルの X-57 マクスウェルは、臨界離陸速度 58 ノット (時速 67 マイル) に達し、最大高度 14,000 フィートで飛行できるはずです。離陸時には、この機体は 250 キロワットの電力を使用します。巡航中は、この数値は徐々に減少し、約 80 キロワットで安定します。

環境への影響

X-57 は電気と再生可能エネルギーで動くため、飛行中の二酸化炭素排出量をゼロにするとともに、上空の飛行騒音も低減するという目標を達成できます。一般的な航空機と比較すると、再生可能エネルギーはよりクリーンで安価であり、全体的に環境にも優しいものです。

南カリフォルニア大学ビタビ校の航空宇宙工学教授マーティ・ブラッドリー氏は、電気航空機の進歩は、環境への影響をより適切に把握するための長期的な解決策を見つけることにもプレッシャーをかけている、と語る。X-57のような電気自動車は普及しつつあるが、内燃機関と電気モーターの両方で動くハイブリッド車と同じように、ハイブリッド飛行機の登場もそう遠くないとブラッドリー氏は予測している。

「航空業界にとって、持続可能性がますます重要になってきています」と彼は言う。「環境への影響を最小限に抑えながら、世界中で人や貨物を迅速に輸送できるという利点を維持することが求められています。」