In liberalized air transportation markets, governments often adopt subsidy schemes through which they ensure air services along routes that are deemed commercially non-viable but economically and socially essential. The objective of these subsidized air service routes is to ensure a minimum level of services to outlying communities or remote regions that are difficult to access—by other modes of transportation—from the capital, other main cities or a hub airport yet can not be served commercially due to thin demand. Through these subsidy schemes, transportation authorities offer compensation—usually in form of subsidies—to airlines in exchange for air services. Subsidized air services face two main criticisms: their misuse, for example selecting routes that may sufficiently be served by other modes of transportation; and the excessive subsidies spent by transportation authorities. Addressing these criticisms is key for the planning of socially and economically efficient subsidized air service networks. However, decision support models to address these criticisms are scant in both literature and current practice. Furthermore, past studies have naturally focused on models specific to the existing aircraft technology (i.e, conventional aircraft) with no attention towards electric aircraft yet, (1) their uptake appears faster today than predicted, and (2) they are expected to be more environmentally friendly with zero CO2 emissions during operation) and cheaper to operate than conventional aircraft.

This thesis develops decision support models using the conventional aircraft as well as electric aircraft. Specifically, the thesis contributes with optimization models that can be used by transportation authorities to select the routes to subsidize, to set appropriate level of service requirements that should be met by the airlines (while either minimizing the subsidies or total social cost), and to strategically plan for the adoption of electric aircraft on subsidized routes. The usefulness of the models is demonstrated through applications to the subsidized air service network in Sweden, and this gives three main insights. First, transportation authorities can use an optimization model to improve accessibility of outlying regions to given destinations and at lower subsidy cost. Second, having a requirement on the maximum airfare but not the minimum number of flights provides an appropriate set of service requirements that should be met by the airlines. Third, leveraging the many currently under-utilized regional airports during the adoption of electric aircraft has accessibility and infrastructure-investment benefits; however, the isolated adoption of a homogeneous fleet of electric aircraft with limited seat capacity, slow speed and short range capabilities is not sufficient to serve remote regions. In the short run—at least until the the battery technology develops further—a hybrid network consisting of both these electric aircraft and the larger, faster and longer range conventional aircraft can be leveraged to provide a better services to the people.

På liberaliserade marknader för flygtransport, flygtjänster från och till avlägsna samhällen eller regioner anses vanligtvis vara kommersiellt olämpliga och därför ignoreras av flygbolagen eftersom de har otillräcklig efterfrågan på passagerare för att stödja lönsam verksamhet. Dessa regioner är också svåra att komma åt (t.ex. från huvudstaden eller en navflygplats) med andra transportsätt, men de är vanligtvis ekonomiskt och socialt viktiga för sina länder. Som ett resultat antar regeringar, till exempel i Europa, USA, Asien, Australien, Malaysia och Peru, ofta subventionssystem för att garantera tillgängligheten för dessa regioner till och från resten av landet. Genom dessa subventionssystem erbjuder transportmyndigheter kompensation— vanligtvis i form av subventioner—till flygbolag i utbyte mot flygtjänster.

Trots fördelarna med subventionerade flygtjänster för regional sammanhållning möter de två huvudsakliga kritiker: deras missbruk, till exempel att välja rutter som kan trafikeras tillräckligt av andra transportsätt; och de stadigt ökande totala subventionerna som spenderas av transportmyndigheter. Att bemöta denna kritik är nyckeln till planeringen av socialt och ekonomiskt effektiva subventionerade flygtrafiknät. Beslutsstödsmodeller för att bemöta denna kritik är dock knapphändiga i både litteraturen och nuvarande praxis. Dessutom har tidigare studier naturligtvis fokuserat på modeller som är specifika för den befintliga flygplansteknologin (dvs konventionella flygplan) utan uppmärksamhet på elektriska flygplan ännu (1) deras upptag verkar snabbare idag än förutspått, och (2) de förväntas vara mer miljövänliga med noll CO2-utsläpp under drift) och 30 till 70% billigare att använda än konventionella flygplan.

Detta examensarbete utvecklar beslutsstödsmodeller som använder både konventionella flygplan och elektriska flygplan. Specifikt bidrar avhandlingen med optimeringsmodeller som kan användas av transportmyndigheter för att välja de rutter som ska subventioneras, för att fastställa lämpliga servicekrav som bör uppfyllas av flygbolagen (samtidigt som de antingen minimerar subventionerna eller den totala sociala kostnaden), och för att strategiskt plan för adoption av elektriska flygplan på subventionerade rutter. Användbarheten av modellerna demonstreras genom ansökningar till det subventionerade flygtjänstnätverket i Sverige, och det ger tre huvudsakliga insikter. För det första, när det gäller valet av rutter att subventionera, kan transportmyndigheter använda en optimeringsmodell för att förbättra tillgängligheten för avlägsna regioner till givna destinationer (t.ex. huvudstaden och en internationell flygplats) och till lägre subventionskostnader. För det andra, att ha ett krav på högsta flygpris men inte minsta antal flygningar ger en lämplig uppsättning servicekrav som flygbolagen bör uppfylla. För det tredje, att utnyttja de många för närvarande underutnyttjade regionala flygplatserna under införandet av elektriska flygplan har fördelar för tillgänglighet och infrastrukturinvesteringar; Det isolerade antagandet av en homogen flotta av elektriska flygplan med begränsad säteskapacitet, låg hastighet och korta räckvidd är dock inte tillräckligt för att betjäna avlägsna regioner. På kort sikt—åtminstone tills batteritekniken utvecklas ytterligare—kan ett hybridnätverk bestående av både dessa elektriska flygplan och de större, snabbare och längre räckvidden konventionella flygplanen utnyttjas för att ge bättre service till folket.