…מי שעובר מעלי, מתחתי ומצדדי

מהנדסים ממגוון דיסציפלינות מחפשים דרכים חדשניות לנצל את השטח הפנוי מעל ומתחת לערים כדי לספק פתרונות תחבורה חדשים. בין אם אלו השמיים שמעל מטרופולין סואן או מנהרות מתחתיו, עתיד התחבורה חייב לספק פתרונות מהירים, יעילים, בטוחים ותומכים לסביבה. פתרונות שלא יהיו ברי קיום ללא מחברים חשמליים קשיחים ואמינים.

כבישים תת קרקעיים

החזון של אילון מאסק עבור כבישי העתיד הוא פשוט בתיאוריה: מערכות תת-קרקעיות המשתמשות במנהרות לערים סואנות כמו לוס אנג’לס ולאס וגאס. מערכת כזו כבר ייושמה בלאס וגאס, והיא מכונה ‘לולאת מרכז הכנסים של לאס וגאס’ (או LVCC). החברה מאחורי LVCC היא The Boring Company, בבעלות אילון מאסק.
ל-LVCC יש “מעלית” המורידה רכבים חשמליים למנהרות מתחת לאדמה בכדי להעביר אותם ישירות ליעדם במהירויות גבוהות של עד 155 קמ”ש. נסיעה שתארך בדרך כלל 30 דקות יכולה לקחת רק 3 דקות. כלי הרכב מועברים באופן אוטומטי למניעת תאונות, ומכיוון שהמערכת הינה חשמלית באופן מלא, לא נוצרים גזים מסוכנים.
בעוד שכרגע אורכה 1.5 מייל עם שלוש עצירות, ה-LVCC מתוכננת להתרחב לאורך של כ-29 מייל ועם 51 תחנות, התרחבות המייצרת פוטנציאל של כ- 57,000 נוסעים בשעה. מטרתה לחבר בין מלונות מרכזיים, שדות תעופה ומרכז הכנסים של לאס וגאס.
מנהרות כגון אלו הן חסכוניות ומספקות חלופה ירוקה יותר למערכות רכבת מסורתיות. יתר על כן, המנהרות עמידות בפני מזג אוויר ומתוכננות להיות בטוחות מאוד. לדוגמה, אם מתרחשת שריפה, למנהרה יש מערכת אוורור דו-כיוונית שתסיר את העשן כדי לאפשר לאנשים להתפנות בבטחה.
מערכת LVCC כוללת כיסוי מצלמות, מערכות גילוי אש, יציאות חירום, מערכות תקשורת חירום ותקשורת ישירה למרכז בקרה תפעולי עם עמדות BT, שירותי סלולר LTE ו-WiFi. מנהרות כגון זו הן מקום בטוח להיות בו במקרה של רעידת אדמה, שיכולה להיות מטרידה במיוחד בלוס אנג’לס, קליפורניה.

מוניות אוויר
ככל שהערים ממשיכות לצמוח בקצב מהיר יותר מהתשתית התומכת בתחבורה, מהנדסים מחפשים דרכים להסיע אנשים מהר יותר, ובמקביל לצמצם את התנועה . התפתחות תחבורתית נוספת היא השימוש במוניות אוויריות ושעל פי סוכנות הבטיחות האווירית של האיחוד האירופי כבר צפויות להיות מושקות באירופה עד 2024.
אחד הפתרונות הוא להשתמש במרחב האווירי שמעל הערים, שהינו בטוח יותר מתחבורה יבשתית והרבה פחות צפוף. נסיעה שתארך כ- 40 דקות ברכב תקטן ל- 15 דקות ואף פחות בטיסה. חברת Airbus Urban Air Mobility מובילה את פיתוח המוניות האוויריות ומשתמשת בדגם המטוס eVTOL המונע חשמלי. גישה זו לטיסה עירונית מסתמכת על סוללות נטענות במקום דלק כדי לספק כוח. פתרון זה מפותח באופן פעיל גם על ידי חברות כמו בואינג, וחברות נוספות כמו הונדה, טויוטה ויונדאי.

השפעה על תעשיית המחברים
מחברים חשמליים נחוצים ליצירת התקדמות טכנולוגית. המחברים נדרשים עבור כלי הרכב החשמליים המשמשים להובלת אנשים ותומכים גם במערכות בטיחות קריטיות כגון גילוי אש, תקשורת ומצלמות עבור התשתית באותן מנהרות תת קרקעיות. מחברים חשמליים הם גם חלק בלתי נפרד מהמגלש האוטונומי (המשטחים החשמליים האוטונומיים שמעבירים על גביהם את כלי הרכב החשמליים והמעליות שמורידות את המכוניות לאותן מנהרות תת-קרקעיות).
מוניות אוויר ידרשו גם פתרונות חיבור אמינים וקשיחים ביותר עבור חיישנים, מנועים, מערכות אווירוניות ובקרות סיפון הטיסה. הפתרונות למוניות אוויר eVTOL חייבים להיות קלים, מסוגלים להתמודד עם מתחים גבוהים ועמידים בפני ההשפעות של עומסי רטט והלם גבוהים. בנוסף, עליהם לעמוד בתנאי מזג אוויר קשים, כולל ברקים וסופות גשמים. מחברים אלו מבודדים מפני הפרעות אלקטרומגנטיות והפרעות בתדר רדיו, העלולות להיות הרסניות וקטלניות.
שוק מטוסי המראה ונחיתה אנכיים חשמליים ( eVTOL) הוא שוק חדש ומתפתח שצפוי לחוות צמיחה משמעותית הן במרחבים מסחריים והן במרחבים צבאיים במהלך עשר השנים הבאות. זאת בשל רשימת היישומים הנרחבת שלהם. מדובר למעשה במטוסי מזל”ט ורסטיליים בקנה מידה קטן שיכולים להמריא ולנחות אנכית – תכונה שיכולה לשנות את התחבורה הציבורית כפי שאנו מכירים אותה. מטוסים אלו צפויים למלא תפקיד כפלטפורמה תחבורתית כוללת מוכוונת עתיד (מוניות אוויריות ורכבי משלוח). שוק צומח זה והטכנולוגיה שמאחורי מטוסי eVTOL משפיעים על תעשיית המחברים המתפתחת, ומציגים אתגרים והזדמנויות חדשות למהנדסים המעוניינים לתכנן מטוסים אוטונומיים וידידותיים לסביבה.

טכנולוגיית eVTOL
מטוסי eVTOL מכילים מספר רכיבים עיקריים, כולל בקרים, תאי דלק וגנרטורים, ומשתמשים באחד משלושה סוגי סוללות: סוללות תאי דלק מימן, סוללות מצב מוצק או סוללות ליתיום-יון. מבחינת הספק להנעה, מטוסי הרחפן הללו הם חשמליים לחלוטין, היברידיים או מונעים על ידי מימן חשמלי.
טכנולוגיית eVTOL מספקת יתרונות שונים על פני מטוסי מנוע מסורתיים, כולל אפס פליטה מקומית, דבר שהופך אותם לבחירה ידידותית לסביבה. בנוסף, מטוסי eVTOL הם גם שקטים יותר וגם זולים יותר מנסיעות במסוקים רגילים. כמה מודלים פיננסיים מעריכים שעלות הנסיעה באמצעות eVTOL תהיה באותה רמת עלות לכל ק”מ כמו שירותי שיתוף נסיעה כגון Uber .
מספר גורמים מרכזיים מניעים את שוק ה-eVTOL וכוללים את הגידול בעומסי התנועה בכבישים באזורים עירוניים והצורך בתחבורה מהירה. הובלה מהירה יכולה לכלול כל דבר, החל מהסעה ציבורית, אישית ורפואת חירום ועד הובלה צבאית של נוסעים ומטענים. ישנו גם העניין הגובר במזעור ההתערבות האנושית בנסיעות, הנוטה לכיוון פתרונות תחבורה אוטונומיים עם דגש על מטוסים. לפי מומחי Market Research Future ( (MRFR שוק המטוסים eVTOL העולמי צפוי להגיע לשווי של 4,063.3 מיליון דולר תוך התרחבות מהירה ב-C AGR (שיעור צמיחה שנתי מורכב) של 30.30% עד שנת 2030. למרות שזה אולי נראה מבטיח, השקעות ראשוניות גבוהות בתשתיות והיעדר תשתית 5Gבמדינות שונות, עשויות לבלום את הצמיחה הזו.
האתגר במציאת פתרונות Interconnect עבור מטוסי eVTOL מניע מהנדסי תכנון לחקור פתרונות מחברים שיכולים לייעל את הגודל, המשקל וההספק (SWaP) עבור יחידות להחלפה קו ( (LRUs . מטוסי eVTOL נדרשים לכמויות גבוהות של כוח חשמלי על מנת לאפשר המראה של הרכב ולשמור על טיסה. מהנדסי התכנון עומדים בפני אתגר איתור והגדרה של מחבר היכול להתמודד עם מתחים גבוהים ותפוקת שיא קילוואט גבוהה עבור מנועי הנעה חשמליים, בקרים, סוללות, ממירים, חיישנים ומערכות מידע ובידור. לא פחות חשוב, הבטיחות מהווה מרכיב קריטי לצמיחה והצלחת התעשייה כולה, ודרישות שיא ברמת הזרם במהלך נחיתות מתוכננות או לא מתוכננות מאתגרות את היכולות של המחברים הנמצאים כיום בשוק. על החיבורים להתמודד גם עם רטט וזעזועים מבלי לפגוע בשלמות החיבור . בעת הנדסת מטוס eVTOL יהא זה חשוב וקריטי שמשקל ההמראה הגולמי ימוזער, כולל משקל האווויוניקה והחיבורים והכבלים הקשורים אליה. גם פתרונות חיבור וכבלים נחוצים עבור מכלולים רבים במטוסי eVTOL וכוללים מערכות הספק, חלוקת כוח, מידע ובידור, פנים התא, אוויוניקה, בקרת טיסה וניווט. כל אחת מהמערכות הללו מתמודדת עם מערך האתגרים שלה. לדוגמה, בידור בטיסה (IFE) המשמש במטוסי eVTOL , חייב להיות בעל מחברים המסוגלים להתמודד עם מתח נמוך ורוחב פס גבוה בו-זמנית, בעוד שבקרת טיסה וניווט הם יישומים קריטיים למשימה הדורשים מחברים בעלי אמינות גבוהה.

בחזרה לקרקע

השימוש בכלי רכב חשמליים (EVs) הולך ומתרחב. חברת סטטיסטה מדווחת כי המכירות הוכפלו בשנת 2021 וכי כ-386,000 עמדות טעינה זמינות כעת לציבור ברחבי העולם. עד כמה שמכוניות חשמליות פופולריות, ישנן גם יתרונות וגם חסרונות לאימוץ שלהם, ובעיקר לבעיות הקשורות בטעינת הרכב.

היתרונות של כלי רכב חשמליים

אחד היתרונות הנחשקים ביותר של רכבי EV הוא היעילות האנרגטית שלהם. רכבי EV ממירים חלק משמעותי יותר מהאנרגיה משימוש בכוח חשמלי מאשר כלי רכב מסורתיים, הממירים חלק קטן יותר של דלקים מאובנים להנעת רכבי בעירה פנימית. היתרון עם רכבי EV הוא ניצול של 70% של האנרגיה המופקת, מייצור החשמל ועד לגלגלים, בעוד שלרכבי בעירה פנימית יש שיעור ניצול זעום של 12 עד 30%, מזיקוק הבנזין ועד להשפעת תמסורת המנוע על גלגלי הרכב.

רכבי EV הם גם הרבה יותר ידידותיים לסביבה מרכבים המונעים בבנזין מכיוון שהם מייצרים הרבה פחות גזי חממה ופליטת CO2, מה שמפחית משמעותית את הזיהום.

מזהמים מכלי רכב מסורתיים המונעים בבנזין עלולים להזיק לאלה המתגוררים בסמוך לכבישים. לדוגמה, במנהטן חיים בממוצע 1,400 איש בכל בלוק מגורים, כלומר למעלה מ-1,000 אנשים נחשפים למזהמי גז מדי יום בבלוק בודד. מלבד גזי הפליטה המגיעים מכלי רכב מסורתיים, השגת הנפט, עיבודו והובלתו לתחנות דלק היא גורם משמעותי נוסף בזיהום האוויר.

לבסוף, רכבי רכב חשמליים דורשים פחות תחזוקה מכיוון שהם חסרים את החלקים הנעים הקשורים למערכת מנוע בנזין, מה שמשפיע באופן משמעותי על אורך חיי הרכב. רכבים המונעים בבנזין דורשים החלפות שמן תכופות ותחזוקה מתמדת כדי לפעול בצורה חלקה. בין אם זה החלפת שמן, מסנני מנוע או מצתים, יש צורך בתחזוקה וחלקים חדשים. כאשר חלקים אלה מחליפים חדשים, החלקים הישנים והפגומים נזרקים לפח, ותורמים לזיהום הכולל.

חסרונות כלי הרכב החשמליים

ראשית ואולי בראש ובראשונה לצרכנים, על אף האמור לעיל, עמדות הטעינה אינן בשכיחות כמו תחנות דלק, דבר אשר מספיע על תכנון הנסיעה ועל נסיעות למרחקים ארוכים. למרות שכיום טווח הנסיעה של רכב חשמלי כמעט שווה ערך למכונית מנוע בעירה פנימית, טעינת הרכב יכולה לארוך שעות בהתאם למהירויות הטעינה.
עם זאת, הספק העמדה וכפועל יוצא מהירות הטעינה היא נושא חם אשר מטופל על ידי המהנדסים בחברות השונות. לדוגמא, בחלק מתחנות הטעינה הראשונות של טסלה יש עמדות הפועלות בהספק של 150 קילוואט בעוד שהחדישות יותר מגיעות ל-300 קילוואט. הבעיה נעוצה בכך שנפוץ יותר למצוא מטענים שפועלים במהירויות איטיות יותר. לעיתים בפועל, העמדה תוכל לספק רק עד 72 קילוואט ומהירות הטעינה תהיה איטית אף יותר. מה שעלול לקחת המתנה של שעות עבור טעינה מלאה.

לסיכום, פיתוח הרכבים החשמליים והתשתיות הנלוות מתקדמים בקצב מהיר. עד שנת 2025, צפוי להיות לנו מבחר גדול אף יותר של כלי רכב חשמליים, יחד עם פתרונות תחבורה ציבורית חשמלית, בדמות רכבים קרקעיים, כלים אוויריים ואף מערכות תת קרקעיות גדולות לשינוע אוטונומי, כפי שהזכרנו מעלה.
חברות ומדינות רבות מבטיחות להגיע לרמה של אפס פליטה כבר בעשור הקרוב. אנו ב PEI Genesis מצפים לעזור לכלל הלקוחות למצוא את פתרונות המחברים הנכונים עבור הצרכים שלהם ועל מנת שנוכל להגיע יחדיו ליעדים אלו.

---