炭素繊維の必要性が空飛ぶ車の未来を支えている

アイコン・エアクラフト社はA5で、操縦性が高く、危険なスピンに強く、パイロットと乗客に開放的で風通しの良いコックピットを提供する航空機を開発した。しかし、この小さな会社が生産していないのは、真っ白な2人乗り機の大量生産ではない。2014年以降、約65機が生産され、現在では1機あたり40万ドル近くで販売されている。

アイコン社が当初13万9000ドルで販売すると約束していた航空機の増産に苦戦しているのは、主にカーボンファイバーの多用が原因だ。カーボンファイバーは軽量化と強度向上をもたらす一方で、製造工程の複雑さとコストも増大させる素材だ。カリフォルニア州ヴァカビルに本社を置く同社は軌道修正に大きく貢献してきたが、新型航空機の製造における同社の苦戦は、空を空飛ぶタクシーで埋め尽くそうと競い合う企業群にとって警鐘となるだろう。

これらの電動垂直離着陸機は、ほとんどが複数のローターと揚力発生翼、そして斬新な機体を採用しており、10年以内に屋上から庭先までの通勤や街中を素早く移動できるようになると期待されています。しかし、業界ベテランであるIcon社が、比較的従来型の有翼航空機を製造していながら、同じような期間を経ても足場を固められないのであれば、革新的なサービスのために革新的な航空機を開発している約130社に、果たしてどれほどのチャンスがあるというのでしょうか。

認証、資金調達、物流といったハードルが山積する道のりにおいて、生産の問題は軽視されがちです。しかし、これらの企業のほとんどが自社の航空機を「空飛ぶタクシー」として運用する計画であることを考えると、これは極めて重要な問題です。サービス開始後、比較的早期に数千機のeVTOL機が乗客輸送を開始できる状態になっていなければ、空に向かって「タクシー！」と叫ぶ前に、この取り組みは行き詰まる可能性があります。ポルシェ・コンサルティングによる2018年の調査では、320億ドル規模の旅客市場において、2035年までに2万3000機のeVTOL機の市場需要が見込まれています。

現在、地球上で年間700機以上の航空機を製造している企業は存在しません。これは、複雑さと比較的小規模な市場規模のためです。エアタクシーの企業は自動車並みの機体数と炭素繊維構造を頼りにしていますが、彼らはゼロからのスタートです。

「大量生産される複合材製航空機は、実質的に存在しません」と、ジョージア工科大学で新興航空市場を研究する航空宇宙エンジニアのブライアン・ジャーマン氏は言う。「試すほど大きな市場はこれまで存在したことがなく、この水準を達成するには莫大な投資が必要になるでしょう。」

複合的な課題

カーボンファイバーは軽量で強度に優れた素材ですが、製造には手間がかかります。樹脂を含ませたカーボンファイバーシートを型に並べ、オーブンで何時間もかけて硬化させた後、切り取り、部品を接着するという、非常に時間のかかる工程です。

アイコン社は当初から、自らにさらなる困難をもたらした。A5には370個のカーボンファイバー製部品があり、その総面積は1万平方フィート（約900平方メートル）に及ぶ。それらはすべて手作業で配置され、さらに70個のサブアセンブリに手作業で接着されなければならない。製造性を向上させるためのあらゆる変更は、他の部品の再設計を必要とし、重量、コスト、あるいは性能に悪影響を与える可能性がある。「カーボンファイバーの製造性を考慮して設計されていない部分が多すぎました」と、2015年にアイコン社に入社したトーマス・ウィーナーズ社長は語る。「純粋に飛行特性と美観のみに基づいて設計されました。しかし、製造は非常に複雑であることが判明しました。」

eVTOL関連企業の中には、生産地獄の潜在的な悲惨さを理解している企業もある。その一つがベルで、今月初めのCESでエアタクシーのコンセプト「Nexus」を発表した。同社は80年にわたりヘリコプターや小型飛行機を製造しており、炭素複合材をはじめとする製造の苦労を熟知している。この新プロジェクトでは、ベルのラピッドプロトタイピングおよび製造部門のリーダーシップチームが設計チームと連携して作業する。「製造担当者が立ち会わない設計レビューは絶対にありません」とイノベーション担当副社長のスコット・ドレナン氏は語る。「彼らは部品を見て、『これは製造コストが高すぎるので、別の工程や設計に変更しましょう』などと言うでしょう。私たちは80年以上の経験から、製造拠点の立ち上げコストを過小評価してはならないことを学んできました。」

新興企業のアプローチは明確ではない。エアタクシー計画を発表した企業のほとんどは、まだ製造戦略を公にしていないが、中には開始早々に点と点を結びつけている企業もある。後者の例としては、今月プロトタイプを公開したベータ・テクノロジーズが挙げられる。これはおそらく、これまで飛行した中で最速かつ最大のeVTOL機だろう。

2024年までに商用航空機を生産することを目指し、ベータ社は当初からノースカロライナ州の炭素繊維メーカーであるブルー・フォース・テクノロジーズと提携してきました。「業界には、エンジニアリング、分析、製造まで最初から最後まですべてを自社で行おうとする資金力のあるeVTOL企業がいくつか存在します。最終的には、特定の部品の設計図をメーカーに渡すだけです」とベータ社のCEO、カイル・クラーク氏は言います。「そのような企業は、製造可能性を考慮した設計になっていないため、失敗する運命にあります。」

クラーク氏によると、この提携により、ベータ社の最終製品は実用的で経済的に実現可能となり、カーボンファイバーの利点を最大限に活用できるようになるはずだという。「『可能性の芸術』を理解しないまま、デザインを壁越しに投げ出してしまうと、スペースや重量を無駄にすることなく、デザイン全体を可能な限りシンプルかつエレガントに仕上げる機会を逃してしまいます」とクラーク氏は語る。

ブルー・フォースのCEO、スコット・ブレッドソー氏は、eVTOL事業に参入する既存の航空機メーカーに対し、小規模なスタートアップ企業が優位に立てるのはこの点だと指摘する。「大企業は製品チームと設計チームの統合を口にしますが、なかなか実現しないことが多いのです」と、アイコン社設立初期に同社で働き、課題の発生を目の当たりにしてきたブレッドソー氏は語る。「空力、推進力、スタイリング、構造、製造といった各チームが対等な立場で設計を主導することで、縄張り争いはなくなります。」

ブレッドソー氏は、ベータのデザインにおける贅沢さも抑えることができていると述べ、アイコンの初期の問題の一つはスポーツカーのような内装にこだわったことだったと指摘する。カーボンファイバーで製造するにはコストと時間がかかることが分かったという。さらに、ブルーフォースは常に新しい複合材製造技術の開発や試験を行っている。その一つが熱可塑性複合材で、これは加熱すると軟化する樹脂を使用したカーボンファイバーの一種だ。これにより、加熱時に部品を成形し、冷却すると硬化する。（従来のカーボンファイバー製造では、部品を成形してからオーブンで焼いて固める必要があり、これはより長く、労働集約的なプロセスである。）

修正

Icon社が教訓となるならば、もう一つの新興航空機メーカーがeVTOLのインスピレーションとなる可能性がある。アーカンソー州ベントンビルに拠点を置くGame Composites社は、ウォルマートの後継者スチュアート・ウォルトン氏が創業した企業で、主に炭素繊維生産の効率化を目的として、複合材製の曲技飛行用航空機を開発している。同社社長のフィリップ・スタインバッハ氏の戦略は、慎重に進め、一度に一つずつ課題に取り組み、製造する部品の品質と一貫性に重点を置くことだ。同社はこれまでに、原材料、設備、人件費を含め、試作機と製造工程の完成までに約300万ドルしか費やしていない。

同社が注力している要素の一つは修理容易性であり、現場でのパンク修理において、多くの場合必要となる部品全体の交換をせずに済むという難しさを挙げている。「当社の製品は、部品を取り外すことなく修理でき、翌日には再び飛行できることを証明しました」と彼は言う。ゲームバードは、ウェットレイアップカーボンファイバーと呼ばれる素材を製造に使用しており、レイアップ工程で作業員が手作業でシートに樹脂を追加する必要がある。これは、カーボンファイバーシートに樹脂を注入した、より一般的な「プリプレグ」素材よりもさらに時間がかかるが、スタインバッハ氏によると、より簡単に修理できるという。eVTOL企業が管理しなければならない材料の細部はまさにこれであり、表面的な問題にとどまらない。

アイコン社では、ウィーナーズ氏は航空機工場に自動車グレードの生産戦略を持ち込むことに注力しており、作業員のトリミング工程を加速させるレーザーガイドなどの導入や、従業員に複数のオペレーションのトレーニングを実施している。エアタクシーのスタートアップ企業への彼のアドバイスは、少し疲れたように聞こえるが、的を射ている。「私たちは最初のやり方を二度とやらないでしょう」と彼は言う。「パイを少しずつ分けて、必要な資金について認識してもらうように伝えます。製造には費用がかかるからです。投資家は、パワーポイントでこのような説明を見るのを好みません。なぜなら、すべてが魅力的で人を驚かせる必要があるからです。しかし、実際には建物、ツール、ハイテク、そしてよく訓練された人材が必要なのです。」

アイコンは、苦難に満ちた最初の10年を乗り越えるだけの軌道修正を成し遂げたと言えるだろう。ウィーナーズ氏は、潜在顧客は依然としてA5に期待を寄せており、従業員も最近の変更に意欲的になっていると述べている。そして、これは多くの成功志望者にとって単なる励みになるだけではない。同社は、この業界向けにカーボンファイバー部品の製造も計画しているのだ。

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