低空新赛道 |推动引领未来赛道 中国 eVTOL 面临的机遇与挑战

文摘   科技   2024-03-13 17:03   北京  


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从2023年底中央工作会提出打造低空经济在内的诺干战略新兴产业,到今年全国两会“低空经济”首次写入政府工作报告,作为新质生产力,“低空经济”彻底火了。顶层设计加持领航、地方红利接连释放、相关产业破浪前行,如何发展低空经济,如何让低空经济发挥新动能,成为当下最热议的话题之一。


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推动引领未来赛道

中国 eVTOL 面临的机遇与挑战


撰文:许东松  于 一


近年来,我国eVTOL市场呈现机型研发快速推进、应用场景不断拓展、行业管理不断完善等特点。eVTOL作为新兴的产业领域,不断获得资本的投资兴趣,已成为多个地方政府支持培育低空经济的切入点。


当下eVTOL的概念和类型   


eVTOL全称“电动垂直起降航空器”,一般指使用储能电池、电机和螺旋桨推进,同时具备垂直起降能力的新颖独特设计航空器。狭义的eVTOL特指载人自动驾驶航空器,广义的eVTOL则包含了所有具备“电动”和“垂直起降”功能的航空器,既包括广泛用于消费娱乐的多旋翼和工业作业的无人机,也包括载货和载人类航空器。


从运行模式看,eVTOL既包括有人驾驶航空器,也包括无人驾驶航空器,目前国内在研的数款eVTOL均为有人驾驶类型。从动力产生方式看,可分为多旋翼、复合翼(或称“垂直起降固定翼”)、倾转旋翼、倾转涵道等类型。其中,多旋翼eVTOL以旋翼作为动力方式,但存在巡航速度较慢、航程和商载较小的缺点,巡航速度一般在100km/h以内、航时在30分钟以内,其结构相对简单,是消费类无人机、城市物流配送和短途载人的主要选择。复合翼eVTOL以多旋翼作为起降动力,进入巡航阶段后依托固定翼产生升力,多旋翼一般处于顺桨状态。复合翼eVTOL巡航速度多在200km/h以上,航时可达2小时,商载相对较大,主要用于工业作业、海岛物流和中远途载人等场景。倾转旋翼具有复合翼的优点,机身相对小巧、解决了旋翼顺桨的“死重”问题,但其结构相对复杂、成本较高,目前大部分机型仍处于技术验证阶段。


我国eVTOL的重点应用场景    


从本质上看,虽然eVTOL功能构型多种多样,但并未改变其交通工具属性,目前传统通用航空几乎所有场景都可以使用eVTOL,同时eVTOL还可用于物流运输、城市配送和城市人员通勤等运输场景,理论市场需求非常广阔。


根据eVTOL在不同领域的应用情况,其应用场景大体可以分为三类:


一是相对较为成熟的场景,以多旋翼构型的轻小型无人机、农业植保无人机为主,机型结构简单,依托成熟产业作为配套,飞控、电池等核心技术和供应链自主可控。这类机型主要使用120米以下适飞空域、视距内运行、按预定轨迹自动飞行,无需专用通导监设施和起降场地,无需适航,参照消费品管理办法。在航拍、农业植保等代表性场景中,作为生产工具的eVTOL具有显著的成本、效率优势,已基本实现普及应用。根据中央网信办《中国数字乡村发展报告(2022年)》,全国无人机植保已达14亿亩次,相当于耕地总面积的70%。



二是正处于成长期的应用,以复合翼构型的中大型无人驾驶eVTOL为主、轻小型多旋翼无人机为辅,包括无人机的各类工业作业、城市物流配送等。复合翼机型有更大的全尺寸和起飞全重,提升了商载、航程和续航时间,但机型本身的技术特征、产业链、供应链与轻小型多旋翼差异不大。由于作业需要,复合翼中大型无人eVTOL飞行高度多在300米以上、超视距、按预定轨迹自动飞行,需要在航路下方建立专用通导监设施,使用专用起降场地。同时由于对空中、地面第三方的潜在风险,需要进行适航管理。相比传统作业工具,eVTOL能够显著提升效率,但由于空域管理与使用、专用基础设施建设、购机与运行成本、操控便捷性、运行风险等因素限制,成本优势不明显甚至更高,因此尚未实现大规模普遍应用。


三是仍处于创新探索阶段的应用,以面向城市载人交通运输(UAM)的大型eVTOL为主,多旋翼、复合翼和倾转旋翼等构型均有。这类机型多具有吨级起飞全重(主流机型一般为2吨左右),主流产品能够提供5个左右座位,飞行高度约为1000米、超视距、具备可选自动驾驶和自主飞行能力,需要建立专用通导监设施,使用专用起降场地。同时由于对空中、地面第三方的潜在风险,需要进行适航管理。但由于电动航空市场规模有限,尚难以吸引主流新能源部件企业大规模投入。由于需要革命性技术跨越和数字绿色全新生态系统支撑,同时要解决安全性、经济性问题,短期内尚难有成熟的产品进入实质性商业化运营。


当前eVTOL市场面临的挑战   


当前,国内eVTOL市场在技术、管理、应用、基础设施建设等方面仍然面临一定挑战。



技术方面,从机型技术看,对成熟类和成长类eVTOL产品,大量作业中不需达到传统航空级安全性、可靠性要求,目前国内头部主机厂能够掌握核心技术,同时依托智能产品、新能源等产业链,基本实现供应链自主可控。但对于探索类UAM产品,由于需要载人并在城市内运行,仍需遵循航空器适航要求,从而大量依靠国际成熟航空部件供应商,对新颖独特的设计构型提出了可靠性挑战。同时,目前国内制造企业的专业技术人员主要来自航空工业体系,数量、能力还难以完全满足需要。


管理方面,需要根据不同eVTOL产品和场景的差异化特点,建立协同管理的分工体系。对成熟类的娱乐、航拍、植保和对成长类的巡查、物流、表演等应用,要遵循其消费品、生产工具特点,赋予地方政府更多的管理权,民航行业管理部门提供技术指导,形成社会化管理的新局面。对探索类的载人eVTOL,民航要肩负对航空器安全性管理职责,面向未来航空运输的绿色智慧升级,先行先试,探索中国经验和路径。

市场应用层面,需要根据不同eVTOL产品和场景的差异化特点,建立结构性管理框架。对成熟类的娱乐、航拍、植保应用,目前的主要问题是普及性应用的规范,即在不影响使用便利性前提下,减少其对空域传统用户、地面第三人的影响,控制相关风险。对成长类的巡查、物流、表演等应用,需要解决标准化问题,统一不同企业之间的差异。对探索类的载人eVTOL,需要监管部门与主机厂联合建立面向数字、绿色、网联等新技术的安全管理架构,率先争取国际话语权,同时为新技术在民航运输应用探索路径。


基础设施方面,各类eVTOL产品,无论构型和大小,本质上都具有绿色、数字、智慧特征,通过发挥算法对人工的替代的作用,改变了现有的运行流程和岗位分工,因此需要建立全新的生态体系,包括物理基础设施和新型基础设施两类。其中物理基础设施以新型起降场为代表,包含起降、充换电、上下客/货、停放、维修、仓储等,可与城市大型商超、写字楼、停车楼一体化建设。新型基础设施以通信、导航、监视、气象等设施为主。


对我国eVTOL市场发展的建议 


一、分类推动eVTOL产业发展

针对eVTOL应用场景多、不同业态的技术和市场成熟度差别较大的现状,建议分类别推动eVTOL产业发展。对于“成熟类”eVTOL业态,如轻小型消费类eVTOL、植保无人机等,建议以市场化发展为主,民航行业管理部门视情制定运行规则和标准,引导eVTOL安全运行;对于“成长类”eVTOL业态,如无人机物流、工业级无人机等,建议积极支持骨干运营企业继续积累运行经验,拓展应用场景,创新运营模式,并适时转化为行业标准,同时局方做好安全运行引导和监管;对于“探索类”eVTOL业态,如载人飞行,建议采用“审慎包容”的原则,在试验基地(试验区)为其提供测试和验证飞行的场地,支持企业继续开展技术创新研发和商业运营探索,为未来成熟运营巩固基础。




二、进一步深化创新局地共治的监管模式

近年来,民航局在传统通用航空领域加大局省共治力度,但地方政府主要侧重对通航产业的支持促进政策,通航运行管理的主体仍然为民航局(包括地区管理局和监管局)。对于eVTOL业态而言,其运行的空间范围一般为城市层面,在运行保障方面,如气象信息、起降平台布局建设、城市通导监设施、低空空域和运行航线等,均需要更加精细的城市级、中微观保障服务,因此,未来针对eVTOL的服务保障和运行监管,需要进一步深化局地协同共治监管模式,建议将部分行业监管职责授权给地方政府,如运营信息采集、运行服务保障、实时动态监管等,以地方为主建立面向eVTOL城市级应用的运行管控模式,并通过管理平台等技术手段与民航行业监管系统实现联通,从而实现对eVTOL运行的高效、科学监管。


三、转变行业监管思路,建立基于数字化的监管理念

从运行特征及技术趋势看,eVTOL正逐步从传统航空器的运行模式向“数字智能终端”特征转变,未来对eVTOL数字化运行的监管需求将不断凸显,如对数据信息的安全性防护、对消费者隐私保护、算法公平性、算力等。从运行规模看,未来eVTOL业态将是“超广范围、超多场景、超大规模、超复杂网络”的运行模式,依靠传统的监管方式和人力资源显然已无法满足eVTOL运行需求,需要建立基于数字化、智慧化、网络化的监管理念。建议总结借鉴此前对互联网及数字经济的监管经验,同时充分考虑民航行业的运行特点,建立与我国eVTOL及无人机发展路线图相匹配的监管路线图,构建适应eVTOL运行特点的监管理念、方法、模式和工具。


四、加快推动我国eVTOL领域的标准国际化

我国已在eVTOL领域开展了大量技术、运行、管理、市场等领域的创新探索并积累了丰富的实践经验,在全球无人机领域处于第一方阵,建议加快总结凝练我国eVTOL的发展经验,在运行概念、标准场景、监管方法、运行标准、适航标准及符合性验证方法、起降场建设和管理等领域推动一批行业标准国际化,提升我国eVTOL领域的国际竞争力和话语权。




五、 支持鼓励eVTOL领域的创新研发

当前,eVTOL领域的部分核心技术仍然存在短板,建议进一步优化创新发展环境,探索联合地方政府设立创新基金,支持鼓励在eVTOL电池电机、飞控系统、载荷研发、通导监设备、自动机场等核心技术领域开展研发,加快实现eVTOL产业链、供应链、技术链自主可控。


六、进一步优化eVTOL发展环境

针对eVTOL运行过程中仍然面临的制约因素和短板,进一步加强协同支持力度,完善规章标准体系,优化产业发展环境。首先是完善规章标准体系。目前国内在研多款eVTOL产品均为驾驶员在环构型,但其性能特征与传统航空器又存在较大差别,现有的CCAR-91、CCAR-92、CCAR-135等规章均不能较好适应eVTOL运行特点,在驾驶员培训等方面也缺乏相应标准,建议进一步完善eVTOL运行规章要求,建立eVTOL驾驶员执照培训标准,并打通与现有执照培训体系的衔接和升级渠道。其次是完善城市运行环境。建议协同空域管理部门、地方政府加快完善城市级低空空域数字化管理、无人机计划申报等机制,改善eVTOL在城市运行面临的电磁环境、视觉光学环境、通导监服务、精细微观气象服务等,为eVTOL提供更加良好的城市运行环境。最后是丰富产业生态。推动eVTOL研发制造和商业运营协同融合发展,推动城市起降场布局建设,完善eVTOL产业发展的保险和融资服务,打造场景丰富、保障完善、效益突出的产业生态。

(作者单位:中国民航管理干部学院通航系)


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