120年前、オービル・ライトとウィルバー・ライトはガソリン駆動の複葉機を操縦し、12秒間の飛行という記録破りの飛行を成し遂げました。これは、パイロットを乗せた初の動力飛行の成功例です。NASAは今年後半、航空界における新たな偉業に挑戦します。それは、NASA初の完全電気航空機による有人飛行です。
この飛行機は、NASAの風変わりな実験用Xプレーンシリーズの一つであるX-57マクスウェルです。パイロットのティム・ウィリアムズ氏によると、計画通りに進めば、初飛行は約20分間の飛行となる予定です。X-57チームは、この飛行機の離陸に向けた8年間の研究により、2023年のギズモード・サイエンスフェアで優勝しました。
現代の航空機の多くと同様に、X-57はライトフライヤーとは全く異なる外観をしています。しかし、それでも同時代の航空機と比べると独特の外観をしています。この機体はテクナムP2006Tを再利用したもので、従来の双発エンジンの代わりに14枚のプロペラが搭載されています。これらのプロペラは、操縦席の後ろのキャビンに収納された2つのリチウムイオンバッテリーパックから電力を供給されます。
このバッテリーとプロペラシステムは、全米各地のNASA飛行研究センターにおける約10年にわたる研究と民間企業との協力の成果です。もしこの機体が今年中に離陸すれば、NASAにとって20年ぶりの有人Xプレーン飛行となります。
当初、電気飛行機は計画にさえありませんでした。チームは2014年当時、新しいタイプの翼を研究していました。
「『このプロジェクトでは高揚力翼を研究する』と書きました」と、X-57プロジェクトの主任研究者であるショーン・クラーク氏は述べた。「それがこのプロジェクトのポイントです。翼に電気モーターを斬新な方法で取り付けることで、巡航時の効率を非常に高くしつつ、離着陸時にも大きな揚力を発生させ、電気技術を組み込むことで航空機の性能を向上させるのです。」
2015年、主翼とプロペラは改造された大型トラックに積み上げられ、カリフォルニア州エドワーズ空軍基地の乾燥した湖底を、まるでマッドマックスのコスプレをしたかのように疾走した。これがハイブリッド・エレクトリック・インテグレーテッド・システムズ・テストベッド（HEIST）と呼ばれるプロジェクトであり、X-57マクスウェルへの道を開いた。
この大型トラックは、大型の翼に固定された18個の電動モーターとプロペラからなるシステムの試験のために運転されました。試験の結果、プロペラシステムは十分な揚力を生み出し、プロジェクトの主要な課題の一つをクリアすることが判明しました。
「数年後、プロジェクトの正式な目標と目的を変更しました。なぜなら、それが本来の目的ではないことに気づいたからです。NASAから特定の翼を購入し、それをベースに航空機を次々と開発する人はいないでしょう」とクラーク氏は述べた。「このプロジェクトの目的は、私たちが翼の設計プロセスを通して多くの教訓を学び、それを業界に伝えることなのです。」
電気飛行の歴史は長い。1884年、2人のフランス軍技術者が8馬力の電気モーターで駆動する水素飛行船「ラ・フランス」を打ち上げた。ラ・フランスは、亜鉛塩素電池を動力源とする航空機による初の往復飛行を成し遂げた。
1918年、ハンガリーとチェコの合同チームが4人の乗客を乗せた係留回転翼航空機の飛行に成功したが、4回目の飛行中にエンジンが故障した。
1970 年代と 1980 年代のデモ機では、飛行機がバッテリー電源と太陽エネルギーを使用して飛行できることも披露されましたが、これらの飛行機のいずれも、その技術が商業的に拡大されたり、市場に投入されたりすることはありませんでした。
電気推進飛行はジェット燃料を使用する飛行よりもはるかに環境に優しいものの、ジェット燃料と同等の距離を飛行することはできません。そのような飛行に十分な電力を供給し、かつ十分にコンパクトなバッテリーは、まだ存在していません。
X-57マクスウェルの開発において、NASAのエンジニアたちは大型リチウムイオン電池を含む新技術の開発に成功しました。より長距離の飛行や大型機への電力供給に対応できる電池の開発には、さらなる研究が必要です。
この壮大な夢は、技術的に実現不可能、あるいは経済的に不可能なままかもしれません。しかし、X-57に搭載されているバッテリーとプロペラの技術は、プライベートジェットのような小型航空機における完全電動飛行の実現可能性を決定づける可能性を秘めています。
最初の電動水上飛行機「eBeaver」は2019年に初飛行しました。9月には、電動通勤飛行機「Alice」がワシントン州モーゼスレイクから8分間の飛行を初飛行しました。どちらの飛行機も、ワシントン州に拠点を置くメーカーであるMagniX社製の電動モーターを搭載しています。どちらの飛行機も、連邦航空局（FAA）による旅客輸送の認可を受けていません。MagniX社は電動飛行機に液体冷却システムも採用していますが、X-57チームはその問題を解決しました。プロペラは空気冷却であるため、追加の冷却システムは必要ありません。
X-57は、4つの異なる改良（モッド）を経て開発されています。各モッドを個別に開発する理由については、こちらをご覧ください。各モッドは以前のモッドをベースに改良を重ね、新たな技術を開発・統合することで、機体はテクナムP2006Tから、NASAが目指す最終的な14プロペラ機へと徐々に近づいていきます。
巡航モーターを胴体近くから翼端へ移動するといったわずかな変更により、本来失われるはずだったエネルギーを回収できるようになり、エネルギー効率が向上します。バッテリーは機体に収まるほど小型でありながら、機体を空中に浮かせるのに十分な強度を確保することが重要であるため、エネルギー効率は極めて重要です。
X-57 Mod IIは、今年後半に予定されている最初の試験飛行に投入される機体です。今後の動向に注目です。
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