Chapter 1. UAMのコンセプト
2018年6月25日にNASAが発表した研究（Urban Air Mobility Airspace Integration Concepts and Considerations）では、UAM（Urban Air Mobility）を「有人航空機と無人航空機システムのための大都市圏における安全で効率的な航空交通の運用」と定義しています。しかし、既存の技術や規制では、UAMの概念は今は従来のヘリコプターの使用によってしか実施できず、そこまで派手なものではありません。電気自動車（AAV）の使用は、数年先の未来の話のように見えます。
しかし、私たちは、これまでの経験と研究をもとに、画期的なアイデアとしてのUAMは、今すぐにでも、より革新的な方法で実現できると考えています。特に、安全性を重視し、スマートに運用し、中央集権的なプラットフォームの指揮下で接続されていれば、本格的な実装の可能性は高いと考えています。
もちろん、安全性が第一ですから、UAM車両には電源の冗長化やバックアップシステムが必要です。
"私たちにとっての「スマート」UAM車両とは、自律的に操縦されることを意味します。
最後に、地上のコマンド＆コントロールセンターに集約されたクラスター管理技術により、UAMオペレータは多数の車両を同時に整然と安全に制御することが可能になります。この方法では、すべての飛行ルートが事前に登録され、UAM車両が認証された「ベースポイント」間のみを走行できるように事前に決定されます。
提案されたUAMの基本構成
新しい交通手段として、UAMの構造はタクシーシステムというよりはオンデマンドバスシステムのようなものになるでしょう。各基点は、特定のゾーンをカバーするUAMネットワークのセルとなり、他の点とは直線ルートで接続される。より高いルート密度を持つより大きなベースポイントは、ネットワークのノードまたはハブを形成します。ネットワークは、新興の需要を満たすために新しい基点とルートが追加されるにつれて成長していきます。
一言で言えば、UAMシステムは、車両（AAVやeVTOLなど）、指令制御プラットフォーム、ナビゲーション・測位システム、基点（ランディングパッドや充電ポートなどのインフラを含む）、インターフェースという主要な構成要素で構成されます。一般的にUAMの主な機能は、大都市圏における旅客と貨物の輸送である。もちろん、安全性や快適性に対する規制や社会的な基準が高くなることを考えると、旅客サービスの運用はより困難なものとなる。
実際、アクティブなUAM路線は、もはや将来の夢ではない。2019年5月、中国浙江省のEHangが世界初のUAM旅客サービスを開始しました。港と小島のブティックホテルを結ぶこのルートは、40分の道のりを5分の空の旅に大幅に短縮しました。これはUAM産業の発展のための重要なマイルストーンとなりました。
キーコンポーネント
車両
UAM車両は、都市部内の特定のポイント・ツー・ポイント・ルートで乗客や貨物を輸送する空飛ぶ車両です。都市部では建物、工場、道路交通、人ごみなどの制約があるため、理想的な車両モデルは、自律的で、小さく、効率的で、軽快で、機動性があり、垂直方向に離着陸できる（滑走路がある場合とは異なります）ことが求められています。
安全第一 - 最優先事項として、安全性はUAM車両の設計の基盤となるべきものです。簡単に言えば、以下のことが最大の安全性を確保するための重要な要素であると考えています。
1) 複数のモーターとプロペラによるパワーの冗長性（例：分散型電気推進、DEP）。
2) パイロットによるヒューマンエラーを排除するための完全な自律運用
3) 重複した飛行制御、通信、航法システムからのバックアップ。
4) 安全な運航を確保するための中央集権的なコマンドアンドコントロール。
5) インテリジェントな障害物回避機能（ミリレーダー、視覚的測位など）。
6) インテリジェントな自己検知機能で車両を常時自動監視
そのためには、特別なアルゴリズムを開発してハードウェアシステムに「焼き込む」ことで、車両を安全でスマートなものにする必要がある。近年、エアバス（A³ Vahana）、ボーイング（PAV）、リリウム（Lilium Jet）、ヴォロコプター（VC2）、キティホーク（Cora）などの企業によって多くのプロトタイプが作られてきたが、EHangは、自律的な有人飛行用のAAVであるEH216とEH116の連続生産に成功した最初の企業である。
イーハンAAV
AAV（autonomous aerial vehicle）」という言葉は、中国に拠点を置くUAM企業のEHangが初めて作った言葉で、2016年にラスベガスで開催されたCESで世界初のAAVとなる「EHang 184」を発表しました。8個の12kwの電気モーターを搭載し、コンピュータプラットフォームで遠隔制御されたEHang 184は、パイロットを搭載する必要がなく、1人の乗客を乗せて20分間の飛行が可能です。基本的に、このAAVは「安全、スマート、プラットフォーム制御、コネクテッド、環境に優しい」という原則に基づいて作られています。
EHangはその後、さらなるアップグレードを行い、EHang 116とEHang 216の2人乗りモデルを発売しましたが、これらは8つのモーターとプロペラを追加したことにより、より安全でパワフルなものとなりました。
その他のeVTOL
エアバスやボーイングなどの大手企業や、リリウム、ヴォロコパー、キティホークなどの新興企業が、UAM目的のために独自のバージョンのeVTOL車両を構築しています。
エアバスA³ヴァハナ
これは、8つのプロペラを搭載したオール電化のシングルシート、チルトウイングのeVTOLデモンストレーターです。フルスケールモデルのAlphaが完成し、2018年1月31日にオレゴン州ペンドルトンで初飛行を行い、高度5メートル（16フィート）に達しました。2機目のモデル「アルファ2」は2019年初頭に完成した。同社によると、Vahanaはこれまでに80回以上の実物大の試験飛行を行っているという。
A³ Vahanaの一般的な特徴
ボーイングＰＡＶ
ボーイング旅客機（PAV）は、ボーイング社の子会社であるオーロラ・フライト・サイエンス社の支援を受け、ボーイング社のNeXtが開発したプロトタイプです。2019年1月22日、PAVprototypeは、バージニア州マナサスで行われた初の飛行試験において、制御された離陸、ホバリング、着陸を完了しました。
ボーイングPAVの一般的な特徴
リリウムジェット
このモデルは、ドイツのLilium GmbHが設計したeVTOLの提案モデルです。ハーフスケールのデモンストレーター「ファルコン」（2015年）、フルサイズの2人乗りイーグルのプロトタイプ（2017年）など、さまざまなサブスケールモデルがテストされました。また、36個の電動モーターを搭載した5人乗りの実物大モデルは、2019年5月4日に初飛行を行いました。
リリウムジェットの一般的な特徴
キティホークコーラ
米航空機メーカーのキティホークは、ニュージーランドで自律型電動エアタクシーの試作機のテストを確認した。車両名はCora（コードネームは「Zee.Aero」）。
Coraの一般的な特徴
ボロコプターVC2X
ドイツのブルッフザールを拠点とするVolocopter GmbHは、「エアタクシー」用の電動マルチローターヘリコプターの設計を専門としています。Volocopter 2Xは、2011年に飛行したシングルシートのVC2プロトタイプを進化させた2人乗りバージョンです。しかし、これは自律型ではなく、車載パイロットを必要とします。
VC2Xの一般的な特性
オープナーのブラックフライ
Opener BlackFlyは、カリフォルニア州パロアルトのOpener, Inc.が2018年7月12日に公開した電動VTOLで、そのデザインは世界初の超軽量固定翼、全電動、垂直離着陸機であると主張しています。しかし、これは一人乗りの航空機であり、乗客には操縦技術が要求される。
オープナー・ブラックフライの一般的な特徴
コマンドアンドコントロールプラットフォーム
これまでの様々なUAM車両の設計コンセプトに基づいて、EHang AAVだけが中央集権型のプラットフォームで制御されるように設計されており、将来のUAM運用・開発のための最も有望なモデルであると考えています。自律型UAMシステムの安全性を確保するためには、都市部を自由に飛行させることは考えにくいと思います。
UAMシステムは、自動車や航空機のような従来の交通手段とは異なり、複数のタスクを自律的に実行するためには、遠隔地に集中した指揮・制御プラットフォームが必要となります。コンピュータプログラムとクラスタ管理技術の助けを借りて、プラットフォームは、何千ものUAM車両の飛行を制御することができます同時に.Specific flight tasksはコード化され、登録され、実行され、安全性、効率性、品質を確保するために監視されています。従って、複雑な交通状況は管理可能になります。
また、大都市圏に1つのプラットフォームを設置することで、事故や交通渋滞の防止はもちろん、警察、救急、医療、消防、林業、漁業、観光など、様々な自治体の機能を統合して都市運営を改善することが可能となり、「スマートシティ」と呼ばれる都市計画システムの一翼を担うことになります。
なお、指揮管制センターのコンセプトは、FAAのUTM(Unmanned Aircraft System Traffic Management)システムとは異なり、無秩序な運用のための「交通管理」のエコシステムである。FAAによると、「UTMの開発では、低空での無制御ドローン運用の管理を可能にするためのサービス、役割と責任、情報アーキテクチャ、データ交換プロトコル、ソフトウェア機能、インフラ、性能要件を最終的に特定する」としている。"これとは対照的に、中央集権的なコマンドアンドコントロールプラットフォームは、すべての航空車両がコンピュータによって設定された特定のルートを飛行するように登録され、制御されていることを保証します。
ナビゲーションと測位システム
GPS、Galileo、BDS、GLONASSを含む通常のGNSSは、UAMシステムに必要なナビゲーションサービスを提供するために利用可能です。より複雑な状況（例：オフィスビルへの物流配送、混雑した場所への着陸など）でのより正確なナビゲーションの必要性のために、衛星システムの機能を強化するために地上設備が追加されています。さらに、GPSの信号が不足している場合や失われた場合に、UAM車両を支援するために、視覚測位システム（VPS）を追加することができます。これまでは、UAM車両とコマンドアンドコントロールプラットフォーム間の通信は4Gネットワークを介して行われていましたが、5G技術の採用により、今後のUAMシステムの機能・性能は飛躍的に向上します。
ベースポイント
我々は、UAMベースポイントをUAM車両が着陸・離陸するための地上サイトとして定義する。各ベースポイントを識別し、UAMシステムに登録する必要があるため、UAM車両は、乗客が乗り降りするための唯一の有効な場所であるベースポイント間のみを移動することができます。旅行需要に基づいて、新しいベースポイントを作成し、UAMシステムに継続的に追加することができるので、全体的なUAMサービスネットワークは拡大し続けています。
各拠点の規模と重要性は、航空路の密度と交通量によって決定されます。また、単一のピックアップ／ランディングポイントであっても、複数のランディングパッド、充電ドック、待合室などの施設を備えたハブステーションであっても構いません。UAMの路線はポイント・ツー・ポイントで結ばれていますが、ネットワークのさらなる拡大により、より便利なサービス拠点の需要に対応することが可能となります。
インターフェース
コンピュータソフトウェアとプログラムに基づいて、UAMインターフェイスは、ユーザーが乗り合いアプリから使用されているものに似たモバイルアプリの形を取り、顧客が注文をtoplaceし、オンラインでサービスのために支払うことができます。UAMアプリは、フロントエンドのプラットフォームをバックエンドのコマンドアンドコントロールシステムに接続するリアルタイムの情報システムである。乗客と車両に関するリアルタイム情報を共有することで、UAMオペレータと顧客の両方が特定のゾーンで利用可能な車両と最寄りのベースポイントを見つけて、旅行の注文を派遣することができるようになります。
主なUAMの特徴
全体として、現代のUAMシステムは以下のような特徴を持つべきだと考えている。
1.自律的なサービス - 完全自動化されたフライトは、パイロットを必要としないことを意味します。搭乗者はパイロットのスキルや資格を必要としません。サービスの注文や支払いは、すべてモバイルアプリを介してオンラインで行われます。さらに重要なのは、現在のpilotedaircraftのヒューマンエラーによって主に引き起こされる事故のリスクを除去するithelps。
2.迅速かつ手間のかからない - 従来の地上輸送と比較して、UAMwouldは、それが直線的な航空路で個人や貨物をmoveabout都市を可能にすることを考えると、より速く、より効率的であることを与えられた。
3.プラットフォームの一元化 - 現在の自動車は、自律走行型のものであっても、個々に独立して走行しているため、事故や渋滞が発生しています。これに対し、自動操縦を利用した指令制御プラットフォームに支えられたUAMシステムは、昼夜を問わず、事故をなくし、スムーズで秩序のある交通を確保することができます。
4.シェアードエコノミー - 集中管理されたUAMプラットフォームが便利なネットワークを提供するため、個人がUAM車両を所有する必要がありません。これにより、より高いassetutilizationとより低い資源の浪費を可能にします。また、今日の都市生活の多くを占める駐車場の問題も解消されます。既存の自動車のシェアードエコノミーの実現が難しいのは、自動車を自動的に制御できる集中制御プラットフォームがないからだと考えています。
5.グリーンエネルギー - 電気駆動のUAM車は、化石燃料を使用している現在の陸・空の自動車の大半に比べて、ゼロエミッションという環境に優しい自動車です。
UAMを実行可能な新しい輸送モードにするものは何か？
UAMは、輸送業界全体の既存の風景とダイナミクスを劇的に変えるでしょう。以下では、既存の輸送モデルとUAMを比較対照しています。
UAMと現在の航空会社モデルとの主な違い
航続距離 - UAMは、都市住民向けの短～中距離（3km～100km）の航空サービスを提供しており、現在の航空会社では実現できない「ラスト50km」の問題を解決しています。
飛行高度-UAMの飛行距離が短いため、車両は800m以下にとどまります。そのため、従来の航空会社が高度8,000～12,000メートルの空域を航行する際にも支障をきたすことはありません。
コマンド・アンド・コントロール・システム - 中央集中型のコマンド・アンド・コントロール・プラットフォームにより、UAMの旅行は完全に自律的なものとなります。自動操縦技術は航空会社のために開発されていますが、従来の航空機が完全に自律的になるにはまだ時間がかかるかもしれません。
パワーシステム - 完全電動モーターを採用し、ゼロエミッションを実現したことで、ジェット燃料を使用する従来の航空機よりも環境に優しい車両となっています。
容量 - 1人乗り、2人乗りのUAM車は、一度に最大500人の乗客を乗せる通常のフライトよりも、乗客のプライバシーと静粛性を高めることができます。
AAVとUAVの主な違い
UAVとは無人航空機のことで、通常は旅客便を除いたものを指します。しかし、AAVには乗客も含まれています。
AAV vs UAV
AAVとヘリコプターの主な違い
ヘリコプターに比べて、コスト、安全性、効率性の面で絶対的な優位性があり、UAM目的には理想的な選択です。
AAVとヘリコプター
既存のライドシェアと比較したUAMの主なメリット
ネットワーク技術の登場により、ライドシェアリングプラットフォーム（例：Uber、Lyft、Didiなど）は、ドライバーと専用車両の両方の面で何百万もの遊休資源を活用して急速に発展してきました。しかし、個々のドライバーをプラットフォームに疎かに接続して管理することの難しさから、安全性やサービスの質の問題が大きな課題として残っています。
これに対して、集中型UAMプラットフォームでは、人間のパイロットによる安全性のリスクはありません。さらに重要なことは、UAMの収益性の高いビジネスモデルは、投資家や期待していたライドシェアのリターンを見ていない他の参加者にとって魅力的で持続可能なものでなければならないということです。
AAVs vs Net cars
既存のライドシェア・プラットフォームの競合リスクは？
既存のライドシェア・プラットフォームが従来のタクシー市場に参入したのは、便利なモバイル・アプリを利用して乗客に瞬時にサービスを提供し、何百万人ものドライバーを活用したより高度で中央集権的な配車システムに支えられていたからだと考えています。
ヘリコプターやパイロットのアイドラーリソースを活用することで、この地上モデルを空中で再現することは可能ですが、完全自律型UAMモデルは、より高い安全性、効率性、スマートな制御による低コストのため、さらに優れた選択肢となります。自律型UAMシステムは、製造と運用をシームレスに統合することで、より強固で自給自足なシステムになると考えています。