邱宸宇

　　

　　

　　科幻电影中，穿梭于未来城市楼宇间的三维交通往往令人印象深刻。近年来，随着电气化、自动化、垂直起降等新技术的不断发展，新型飞行器正在从设计师的脑海走向现实。

　　新型飞行器能够以垂直方式起降，可以以100km/h的速度在城市内穿梭，以300km/h的速度在城市间运行。设想一下，如果你需要从上海陆家嘴到浦东国际机场，两地间的直线距离为30km，乘坐地铁需要1小时，驾车需要50分钟，而使用空中交通则仅需20分钟。如果此时你需要从上海陆家嘴到杭州市上城区，直线距离170公里，驾车或者公共交通均需约2.5小时，而使用空中交通则仅需45分钟。新型飞行器一样可以应用于货物运输，例如在不同医院、不同城市之间调配关键仪器、紧急药品等，能够大幅减少运输时间。并且，新型飞行器的起降较少受场地约束，这使得农村、偏远地区的快速运输成为可能。

　　这些基于新型飞行器的应用统称为“未来空中交通”（Advanced Air Mobility， AAM）。未来空中交通不仅包括上述应用场景，根据美国国家航空航天局（NASA）的定义，未来空中交通包括客货运及其他航空作业任务，例如航空巡视、航空搜救，也包括半径在50km范围内的城市内或农村内航空作业任务，远至几百公里的不同城市之间、不同农村之间，或城市与农村之间的航空作业任务。新型飞行器可以由锂电池、氢氧燃料电池或油电混动提供动力，采用垂直、短距或常规方式进行起降。新型飞行器拥有多旋翼、固定翼+倾转旋翼、固定翼+多旋翼+推进螺旋桨等多种构型，能采用有人或无人的驾驶方式。

　　新型飞行器技术特点

　　电气化是新型飞行器的重要技术特点。与使用传统能源（例如航空煤油、航空汽油）的飞行器相比，使用锂电池的新型飞行器在运行过程中将产生更少的温室气体。例如喷气客机每客公里产生二氧化碳189g，传统能源汽车产生142g，新能源汽车产生31g，而Lilium的电动垂直起降飞行器只产生13g。电能的使用还使飞行器运行成本大幅下降。例如Lilium的电动垂直起降飞行器的运行成本仅为传统飞行器的一半。

　　分布式电推进技术是新型飞行器的另一重要技术特点。使用分布式电推进的原因是电动发动机功率有限，单台电动发动机无法提供与传统燃油航空发动机一样的输出功率，所以新型飞行器需要使用多台电动发动机。每台电动发动机直接驱动螺旋桨工作，分布式电推进由此产生。

　　飞行器运行过程中的噪声主要来自螺旋桨，一般而言，螺旋桨直径越大，桨叶叶尖速度越高，噪声越大。与传统直升机相比，新型飞行器拥有更多的螺旋桨，每个螺旋桨直径较小，即使螺旋桨转速相对较高，桨叶叶尖速度依然较低，因而噪声较小。例如Joby Aviation S4样机拥有6个螺旋桨，每个桨叶直径约为2.9米，而传统直升机R44主螺旋桨直径达到了约10米;Joby Aviation S4起飞时100米处的噪声为65分贝，巡航在100米上方时噪声为40分贝。相比之下，人们日常对话时的声音约为50分贝，交通密集的公路上的噪声约为70分贝，传统直升机在100米上方运行时的噪声高达93分贝。也就是说，当新型飞行器飞过头顶时，人们基本听不到它的噪声。此外，拥有更多的发动机使得飞行更加安全。新型飞行器拥有6至36个电动发动机，而传统直升机的发动机只有1至2个，因此单台发动机故障时对新型飞行器的飞行安全影响更小。

　　未来空中交通生态体系

　　单一的新型飞行器不足以使未来空中交通走进现实，只有当未来空中交通的整个生态体系都完善以后，新型飞行器才可能投入商业运营。未来空中交通的生态体系可以分为以下四部分：飞行器制造商、飞行器运营商、空中交通管理部门和垂直起降机场。

　　对于飞行器制造商而言，虽然新技术正日益成熟，但依旧有很多技术难点需要解决。其中之一是提升电池能量密度。现阶段航空用锂电池的能量密度只有约0.33kWh/Kg，远远小于航空燃油的11kWh/Kg，这就决定了目前纯电新型飞行器航程有限，一般不超过400千米。使用分布式电推进技术也需要开发新的飞行控制程序。此外，确保飞行器的安全性也将是一个很大的考验。政府的航空主管部门对新型飞行器的安全性提出了严格的要求，例如欧洲航空安全局（EASA）提出新型飞行器需要达到与大型商用客机相同的安全性。

　　对于飞行器运营商而言，虽然新型飞行器运行成本低，但其初始购置费用昂贵，一架新型飞行器的目录价格可能超过200万美元。初始阶段的人员培训、市场推广等费用，以及市场的不确定因素等都需要由飞行器运营商承担。

　　新型飞行器对空中交通管理部门将会是一个巨大的挑战。将来，人们可以像打的一样使用未来空中交通，这就使得未来空中交通的航线与传统的航线大不相同。对于通用航空而言，传统的航线计划一般需要提前一天申报，而未来空中交通的航线计划可能是临时产生，且会在飞行途中变更。无人自动驾驶飞行器也是未来空中交通的重要组成部分，因此空中交通管理部门需要考虑地面-无人自动驾驶飞行器、有人-无人自动驾驶飞行器、无人-无人自动驾驶飞行器之间的空中交通管理问题。

　　机场是未来空中交通生态体系中重要的因素之一。垂直起降機场的建造是一笔巨大的投资，因而不仅需要考虑机场服务于未来空中交通生态体系的功能，还需要考虑其自身的商业效益。与此同时，垂直起降机场的起降航线需要详细规划，在市中心的垂直起降机场的起降航线需要避开高楼及密集人群，在大型机场周边的垂直起降机场则需要考虑其起降航线对现有商业运输航线的影响。

　　国内外行业发展现状

　　目前，未来空中交通在全球迅速发展。美国联邦航空管理局（FAA）、欧洲航空安全局、中国民航局都为新型飞行器补充了专用的适航审定文件。韩国、日本则制定了国家层面的未来空中交通产业政策。

　　空客、波音和巴航工业等传统航空巨头正在使用自有资金参与此领域的竞争，而此领域的初创企业已超过40家。排名前10的电动垂直起降飞行器制造商，包括Joby Aviation、Lilium、Bell和Volocopter，已获得超过50亿美元的投资，并公布了要在2024年之前完成飞行器适航审定的进度表。国内方面，亿航、小鹏汇天、峰飞科技均推出了全尺寸样机，并且中国民航局已经开始受理亿航和峰飞科技的适航审定申请。

　　飞行器运营商同样在准备进入此领域。美国航空宣布订购至多250架电动垂直起降飞行器，该订单交易额可达10亿美元。美国货运巨头UPS正在订购货运型号的电动垂直起降飞行器。国内货运巨头顺丰与Pipistrel公司合作研发无人混动垂直起降飞行器，顺丰预计在未来10年内将运营超过1000架无人垂直起降飞行器。

　　相信在不久的将来，未来空中交通定会走进我们的生活。（本文图片由作者提供）