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2020年07月27日

空飛ぶクルマ最新事情:コロナ禍を乗り越えて進む「空飛ぶクルマ」の開発競争
~北米ドローン・コンサルタント 小池良次~

 世界の航空業界がコロナウイルスで大低迷しているにもかかわらず、空飛ぶクルマ(eVTOL、電動垂直離着陸機)の開発競争はますます過熱している。米国では、スティルス・モードで開発を続けてきたArcher Aviation社が表舞台に登場したほか、Beta Technologies社が最新機体Aliaを発表した。また、中国Terrafugia社がTF-2Aプロトタイプの飛行に成功した。

 一方、NASA(連邦航空宇宙局)が空飛ぶクルマの将来を展望するコノップス(ConOps※1)V1を発表したほか、米空軍はeVTOL開発企業への大型支援プロジェクトAgility Primeを立ち上げた。FAA(連邦航空局)では10社を超えるVTOL型式証明審査に追われている。

※1:ConOpsはConcept of Operationの略称。さまざまなプロジェクトのオペレーション(運用)に関する基本概念と取り扱う範囲をまとめた書類。オペレーションは小さな飛行計画から新事業や新産業まで、大小様々。

ソフトローンチしたArcher Aviation社

 まず、空飛ぶクルマの機体開発について最近のトピックをまとめてみよう。

 2020年5月、シリコンバレーを拠点とするArcher Aviation社が「Archer(アーチャー)」を正式にローンチした。最高時速250キロ、最大航続距離60マイル(約100キロメートル)、最大離陸重量は7000ポンド(3,175キログラム)で、乗客4名としている。

Archer Aviation社の機体コンセプト
Archer Aviation社の機体コンセプト(出典:同社ホームページ)

 7000ポンド級の大型機になると、既存のリチウム・バッテリーで商業レベルの性能にするのは至難の業だが、同社は現在入手可能なバッテリーを使用するとしている。同社のホームページによれば、搭載バッテリー重量は約1トン。使用可能容量は143kWhとなっている。このうち80kWhは水平飛行に、26kWhは離発着のホバリングに消費される。緊急時のリザーブ容量は残りの37kWh。これは高いエネルギー効率を想像させる。

 唯一公開されているコンピュータ・グラッフィック画像には、主翼に5枚ブレードのロータが6機配置されている。固定翼と同社は説明しているので、離発着時ロータを上に向けるためのチルト機構(傾きを調整する仕組み)を備えているだろう。ただ、同社は設立して間もなく、公開した映像はコンセプト。試験飛行用のプロトタイプは、違うデザインになるかもしれない。

 Archer社の共同設立者はBrett Adcock氏とAdam Goldstein氏。2人は最近、就職斡旋サイトVettery社をAdecco Group社に1億ドルで売却した起業家コンビだ。20年初めに設立されたArcher社には、Walmart eCommerceのCEOで、同じく起業家のMarc Lore氏が資金的にバックアップしている。

 同社は設立後Joby Aviation社(ジョビー・アビエーション)やWisk Aero社(ウィスク・アエロ)、Airbus社のVahana(バハナ)プロジェクトなどからリード・エンジニアを引き抜いて業界で注目を浴びていた。

 例えば、オーストラリアで本格的な飛行実験を繰り返すWisk 社からTom Muniz氏(VP of Engineering)がArcher社に移ったほか、トヨタが400億円の大型投資をしたJoby社からはBen Goldman氏(Acoustics Lead)が転職した。また、最近実証プロジェクトを終了したAirbus社のVahanaチームからはGeoff Bower氏(Chief Engineers)を獲得している。同社の開発チームは約40名で、金に糸目をつけずエンジニアを集め、先行する他社を猛追する姿勢を示している。しかし、創業者は航空業界での経験がなく同社に対して懐疑的なエンジニアの意見も耳にする。

麗美なシェープを見せるBeta社のAlia

 バーモント州のBeta Technologies社(ベータ・テクノロジイズ)は20年6月、最新モデル「Alia(アリア)」を発表した。同機は垂直リフト用4ロータ(回転翼)と、巡航用に機体後部に1プロペラを配置したリフト・クルーズ型。機体シェープは先端が細く絞られ「空を飛ぶ鳥」をイメージさせて、美しい。

Beta Technologies社の華麗な機体Alia
Beta Technologies社の華麗な機体Alia(出典:同社ホームページ)

 巡航時の効率を大幅に向上させるため、翼幅は50フィート(15m)と長い。航続距離250マイル(400km)、充電時間はクイックチャージで1時間を目指している。総離陸重量は6,000ポンド(2,720キログラム)、乗員は2名で貨物スペースもある。

 同社は18年5月、補助翼に8個のロータを搭載したデモ機Ava XC(アバXC)を発表している。同デモ機では、補助翼を90度回転させるチルト・ロータ形式のデザインだったが、今回発表されたAliaは離発着用と水平飛行用に別の推進システムを使うリフト・クルーズ方式へと大きなデザイン変更をおこなっている。

 Aliaが乗員2名と貨物を積む仕様になっているのは、移植用臓器の配送を主目的に開発されているためだ。これは同社の出資者バイオベンチャーのUnited Therapeutics社(ユナイテッド・セラピュティック)の要望と言われている。Beta社を支援しているのはUT社の会長Martine Rothbiatt氏で、彼女は衛星ラジオのSirius XMを創設したあと、娘が難病にかかったことを機にUT社を設立し大成功した著名起業家だ。

英国からeVTOL「Seraph」がおめみえ

 米国以外では、英国のVertical Aerospace社が興味深い。

 2016年英国のBristol市で設立されたVertical Aerospace社は、19年11月にプロトタイプ「Seraph(セラフ)」の飛行実験ビデオを公開した。同社の開発チームは約70名で、そのうち20名はAirbus社やBoeing社、Rolls-Royce※2社やGE Aviation社などから垂直離着陸関連のエンジニアを集めている。

 18年9月のデモンストレーションでは亀の甲羅(こうら)のようなシェープにダクト型ロータを4つ付けたPoC(概念証明実験)モデルを飛ばした。今回発表したSeraphは機体上部に6軸12個のモータを配置したマルチコプター・タイプにデザインを刷新した。Seraphは、欧州Airbus社のCityAribusや独Volocopter社のVoloCityなどと同じ、水平飛行用の翼を持たないデザインだ。

 Seraphはパイロット1名、乗客2名で、最高速度は時速50マイル(時速80キロ)。サイズは前後8メーター、左右6メーター、高さ3メーターで最大積載重量は550ポンド(250キログラム)となっている。

 現在、遠隔操縦で飛行デモを行なっているが、Vertical Aerospace社は20年6月に英国Boeing社から試験飛行技術のエキスパートDean Moore氏を獲得しており、今後はパイロットを載せた試験飛行を目指してゆく。Moore氏はEASA(欧州航空安全機関)から型式認証を取るための試験飛行マニュアルや戦略に精通している。

 すでに同社はEASAと密接な交渉を進めているが、型式認証を目指す新しいデザインの機体を今年発表すると予想されている。このように次々とデザインを変更できるのは、同社が工業用強化プラスチック材料に強い地元のラピッド・プロトタイプ工房を駆使しているためだと言われている。

英国Boeing社からVertical Aerospace社に移ったDean Moore氏
英国Boeing社からVertical Aerospace社に移ったDean Moore氏(出典:同社プレスリリース)

※2:日本では自動車メーカーとしてRolls-Royce社が有名だが、航空業界ではGE Aviation社、Pratt & Whitney社に次ぐ3大航空エンジンのメーカーとして知られている。

Terrafugia社がTF-2Aのプロトタイプに到達

 19年末、中国Geely Technology Groupの子会社Terrafugia社(テラフジア)は、TF-2Aモデル(サブスケール版)の初飛行に成功している。Terrafugiaと言えば、空飛ぶクルマの代名詞ともいえるTerrafugia Transition(トランジション)を思い出す専門家も多いはずだ。

 2006年に5名のMIT(マサチューセッツ工科大学)卒業生が設立したTerrafugia社が2009年に発表したTransitionは、まさにクルマに固定翼を取り付けたデザインだった。米国には多くのコミューター空港があり、自家用機で街々を移動する人は多い。Transitionは、空港の格納庫を利用することなく、自宅からクルマのように空港まで走り、その後、滑走路から飛び立つ「空飛ぶクルマ」だった。

空飛ぶクルマの代名詞ともいえるTerrafugia Transition
空飛ぶクルマの代名詞ともいえるTerrafugia Transition(出典:同社ホームページ)

 2013年、同社はTransitionの後継機TF-X構想を発表し、Hybrid eVTOL※3市場への参入を目指した。当時、同社の社員は200名に達していた。2017年、中国のGeely Technology Groupは、eVTOL市場に参入するため米Terrafugia社を買収し、開発拠点も中国に移した。

 その後、中国企業となったTerrafugia社は、事業再編やさまざまな新しい機体モデルの試作など紆余曲折の末に、今回のTF-2Aモデルを発表した。ちなみに、米Terrafugia時代のコア・メンバーは、現在ほとんど残っていない。また、TF-Xなどのコンセプトは継承されず、TF-2Aは全く新しいeVTOLと言えるだろう。

買収後Terrafugiaはさまざまなコンセプト・モデルを紹介している
買収後Terrafugiaはさまざまなコンセプト・モデルを紹介している

 サブスケールTF-2Aは、翼長14.8フィート(4.5メートル)、最大離陸重量132ポンド(60キログラム)、巡航速度62マイル(時速100キロ)。主翼下に垂直リフト用8ロータを配置し、機体後部に水平推進用のプロペラを1基搭載するオーソドックスなリフト・クルーズ方式になっている。フル・スケールでは乗員2名と貨物をのせる。総積載重量は440ポンド(200キログラム)、最大飛行距離は62マイル(100キロメートル)で、巡航速度は112マイル(時速180キロ)を目指している。

 なお、中国のeVTOLメーカーと言えばEHang社(イーハング)が有名だ。2016年にラスベガスで開催されたCES(国際家電見本市)で、E184モデルを展示して以来注目を集めてきた。同社は19年末、米NASDAQ市場で株式上場※4に成功した。同社のIPOは資金調達というより、国際的なプレゼンスを高めることを狙っており、評価額は6億6200万ドルとなっている。その後、ノルウェーやスペインで無人飛行実験の認証を受けたほか、専用離発着場の建設を発表するなど、非常に活発な動きを続けている。

EHang E216による編隊飛行デモンストレーション
EHang E216による編隊飛行デモンストレーション(2020年4月出典:同社プレスリリース)

 このように次々と新たな機体プレーヤーが登場するにつれ、米国は次世代航空ビジネスの育成に本腰を入れている。その中心的な役割を担っているのがNASA(米連邦航空宇宙局)だ。

※3:eVTOL(電動垂直離着陸機)は、バッテリーだけを使うPure eVTOLと燃料電池あるいは、エンジンやターボシャフトで発電しながらモータを回すHybrid eVTOLに分かれる。

※4:eHangのIPO条件は1株12.5ドルで320万株を発行している。

NASAの空飛ぶクルマ3本柱

 空飛ぶクルマ分野では、これまでUAMという用語が利用されてきたが、最近NASAはAAMという用語も使い始めている。

 UAMはUrban Air Mobilityの略称で、人口が密集する都市上空を対象とする航空交通システムを指す。典型的な例は、米Uber Technologies社がロサンゼルス市やダラス市で開業を狙う空飛ぶタクシー構想だ。UAM用のeVTOLは短距離を頻繁に往復する。イメージとしては、ちょっとした移動に使う電動軽飛行機だ。

 一方、AAMとはAdvanced Air Mobility(先端航空交通システム)の略で、より広い先端航空機利用を想定している。その対象は非常に広く、150メートル以下を飛ぶ商業ドローンや中距離移動(たとえば、地方空港間を直接結ぶ運行など)を狙うHybrid eVTOLなども含む。つまり、UAMはAAMの一部分にすぎない。

NASA AAMコンセプト
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NASA AAMコンセプト(出典:NASAホームページ)

 このNASA-AAMには「NASA AAM National Campaign」「NASA AAM Ecosystem」「NASA ARMD」という3つの柱がある。

 第1の柱AAM National Campaignは、前回のレポートで紹介したUAM Grand Challengeを名前だけ変更したものだ。同プロジェクトは、主にeVTOLの機体開発とUTM(UAS Traffic Management:無人機を対象とした航空管制システム)をサポートする。20年3月に発表された参加メンバーには、先行企業が顔をそろえており、FAAが検討している型式認証プログラムなどへ実証データ支援という役割も担う。

 第2の柱AAM Ecosystemは、商業モデルや運用システム、地上設備、社会受容性などeVTOL産業を考える上で重要な要素を広く取り扱うプロジェクトだ。同プロジェクトには、航空業界だけでなく、産官学のさまざまな団体が参加しており、メンバーは200名を超えている。現在、複数の作業部会に分かれて活動を続けている。

 最後の柱NASA ARMD(Aeronautics Research Mission Directorate)とは、NASAが従来から続けている先端航空宇宙分野の研究活動を指す。AAVP(Advanced Ari Vehicles Program)、AOSP(Airspace Operations and Safety Program)、IASP(Integrated Aviation Systems Program)、TACP(Transformative Aeronautics Concepts Program)の4分野に別れ、空飛ぶクルマはAAMとしてAAVPの一部で研究される。

 NASAはUAMコノップスV1を20年6月26日に発表しているが、その内容にはAAM EcosystemやNational Campaignでのディスカッションが反映されている。同コノップスでは、UAMが最初は2点間の限定運行から始まり、徐々に路線を広げてゆくことやFAA、UTM、離発着設備などについての展望をまとめている。NASAは適時、改訂版を発行する予定だ。

NASA ConOpus:空のハイウェイ
NASAが提唱する空のハイウェイ構想(出典:NASA ConOps V1)

国防総省が空飛ぶクルマ開発競争を支援

 20年4月、U.S. Air Force(米連邦空軍)は、eVTOL(電動垂直離着陸機)の産業育成を目的とする「Agility Prime Initiative」(アジリティー・プライム・イニシアティブ)を開始した。前述のNASA-AAMは技術開発を中心に支援するが、空軍のプログラムは資金面を主に支援する。

 米空軍はプレスリリースで「3年以内に革新的な垂直離着陸機を調達するための迅速な契約メカニズムを確立する。23年までに実戦投入を狙う」と述べている。空軍はSBIR(Small Business Innovation Research)という研究開発プログラムをすでに持っており、例えば無人貨物開発ベンチャーのSaberwing(セーバーウィング)社に325万ドルの助成金を提供している。一方、Agilityは、資金だけでなく、空軍のエキスパートが助言を与え、各種実証試験をサポートすることで、FAAから早期に型式認証を取得することが目標になる。

 AgilityはAOI(Area of Interest)-1からAOI-3の3部門に別れている。AOI-1は3名から8名乗りで時速100マイル以上、航続距離100マイルを目指す機体が対象。AOI-2は1名から2名乗りで、時速と航続距離はAOI-1と同じ。AOI-3は中/大型貨物ドローンを対象としている。Joby Aviation社とBeta Technologies社が最終選考段階まで来ている。

 過去を振り返ると、小型ドローンの開発競争では、連邦政府が十分に支援しなかったため中国との開発競争に米国企業は負けた。米連邦政府は「(米国内で飛ぶ中国製ドローンにより)国家安全保障において大きな禍根を残した」と考えている。また、Terrafugia社の例では、米国政府が支援していたにもかかわらず、中国企業に買収された。こうした技術流出の懸念もある。

 そうした反省から、eVTOLなどの次世代航空機開発では、連邦政府が積極的な支援プログラムを展開している。このAgility Primeは連邦支援プログラムの中でも最大規模になると予想される。

Agility Primeは空飛ぶクルマの商業化支援を狙う
Agility Primeは空飛ぶクルマの商業化支援を狙う(出典:Agility Primeホームページ)

欧米は型式認証審査に注力

 米国FAAも欧州EASAもeVTOLという新しい型式認定の対応に追われている。ただ、FAAとEASAでは、方針が大きく異なる。

 FAAは、乗員9名以下、12,500ポンド(約5.7トン)以下の小型機を規制する米航空法Part 23により型式認証審査をおこなう。このPart23は最近大きな法改正がおこなわれた。改正前のPart23は既存航空機の安全設計思想をベースに「重量と推進方式」で分類するやり方だった。このアプローチでは、新しい機体構造や推進方式に十分対応できなかった。そこで安全基準を満たす性能に焦点を当てて、その性能を満たすものであれば構造や推進方式を認めるパフォーマンス・ベースに改定した。

 この法改正作業では、民間標準化団体ASTM InternationalのF44部会(General Aviation Aircraft)と協力し、17年8月にパフォーマンス・ベース(Part 23 Amendment 23-64)※5に移行させた。そのためFAAは、eVTOL用に新しい型式認証を作ることなく、改訂版Part 23を使って認証を進めている。

 一方、EASAは新しいeVTOLの型式認定ルール(法律)を作ろうとしている。まず、EASAは2019年7月に耐空証明ガイダンス「Proposed Means of Compliance with the Special Condition VTOL」※6 を発表している。続いて、20年1月に「Proposed Special Condition: Electric/Hybrid Propulsion System」というルール案を発表し、一般からの意見募集(同6月3日まで)をおこなった。並行して同5月25日と7月20日、ガイダンスを更新している。

Lift/Thrustユニットにおけるリスク分析フローチャート
Lift/Thrustユニットにおけるリスク分析フローチャート(出典:Proposed Means of Compliance with the Special Condition VTOL by EASA)

 昨年のガイダンスでは、プロトタイピング標準、電動およびハイブリッド推進システムの認定要件などが示され、5月のガイダンスでは構造設計、飛行負荷条件、耐衝撃性、鳥の衝突、フライ・バイ・ワイヤー・システム設計、安全性評価プロセス、落雷保護および最低品質評価(minimum handling qualities rating)に焦点を当てている。

 同ガイダンスは最初のバージョンが19年7月に発表され、その後関係者からの意見を求めながら改定を進めている。同ガイドラインは、汎用量産機を対象とする標準的な耐空証明ではなく、現在欧州で開発が進んでいるeVTOL開発機体(Vertical Aerospace Seraph、The Lilium Jet、Volocopter Velocityなど)を対象にした特別の耐空証明(Special Condition VTOL)となる。

 こうしてみると、FAAの対応は非常に柔軟性に富み、新技術や新機体の迅速な商業化を優先させるアプローチといえる。一方、EASAのアプローチはルールの確立に時間がかかり、短期間にマーケットにアクセスするには不向きだ。また、EASAのガイダンス規定は、FAAPart23よりも要求仕様が厳しく、開発が難しいとの批判もあるが、FAAのアプローチに比べ透明性や公平性がより高いと言えそうだ。

 航空業界を襲ったコロナ禍は、空飛ぶクルマにも影響を与えた。たとえば、外出自粛により出社できず、機体開発や試験飛行が中断した。また、Airbus社はUAM事業開発の一環として進めてきたVoomサービス(ヘリによる空港送迎)を20年3月23日に終了した。同社グループは一時4本のUAM開発プロジェクトを動かしていたが、現在はCityAribusに絞り込んでいる。また、Pipistrel(ピピストレル)社は、20年5月に「貨物ドローン開発を優先させ、Uber Elevate向け801機体は開発ペースを落とす」と発表した。

 しかし、FAAが受け付けているUAM関連機体の型式認証申請は、20年1月の6機から同5月には15機へと急増するなど、現在のところ「空飛ぶクルマの開発競争」に大きな陰りは見られない。

※5:Part 23 Amendment 23-64は、民間標準化団体ASTM InternationalのF44部会がまとめたコンセンサス標準にもとづく64のMOC(Mean of Compliance:遵守すべき定義内容)を指す。MOC46本はASTM単独の標準としてパブリッシュされた。残りはFAA規制変更とASTM標準の組み合わせとなる。

※6:同ガイドラインは、汎用量産機を対象とする標準的な耐空証明ではなく、現在欧州で開発が進んでいるeVTOL試験機(Vertical Aerospace Seraph、The Lilium Jet、Volocopter Velocityなど)を対象にした特別の耐空証明(Special Condition VTOL)となる。

小池 良次(こいけ りょうじ)氏

商業無人飛行機システム/情報通信システムを専門とするリサーチャーおよびコンサルタント。在米約30年、現在サンフランシスコ郊外在住。情報通信ネットワーク産業協会にて米国情報通信に関する研究会を主催。
・商業無人飛行機システムのコンサルティング会社Aerial Innovation LLC最高経営責任者
・国際大学グローコム・シニアーフェロー
・情報通信総合研究所上席リサーチャー

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