邱宸宇

科幻電影中，穿梭于未來城市樓宇間的三維交通往往令人印象深刻。近年來，隨著電氣化、自動化、垂直起降等新技術(shù)的不斷發(fā)展，新型飛行器正在從設(shè)計師的腦海走向現(xiàn)實。

新型飛行器能夠以垂直方式起降，可以以100km/h的速度在城市內(nèi)穿梭，以300km/h的速度在城市間運行。設(shè)想一下，如果你需要從上海陸家嘴到浦東國際機場，兩地間的直線距離為30km，乘坐地鐵需要1小時，駕車需要50分鐘，而使用空中交通則僅需20分鐘。如果此時你需要從上海陸家嘴到杭州市上城區(qū)，直線距離170公里，駕車或者公共交通均需約2.5小時，而使用空中交通則僅需45分鐘。新型飛行器一樣可以應(yīng)用于貨物運輸，例如在不同醫(yī)院、不同城市之間調(diào)配關(guān)鍵儀器、緊急藥品等，能夠大幅減少運輸時間。并且，新型飛行器的起降較少受場地約束，這使得農(nóng)村、偏遠地區(qū)的快速運輸成為可能。

這些基于新型飛行器的應(yīng)用統(tǒng)稱為“未來空中交通”（Advanced Air Mobility， AAM）。未來空中交通不僅包括上述應(yīng)用場景，根據(jù)美國國家航空航天局（NASA）的定義，未來空中交通包括客貨運及其他航空作業(yè)任務(wù)，例如航空巡視、航空搜救，也包括半徑在50km范圍內(nèi)的城市內(nèi)或農(nóng)村內(nèi)航空作業(yè)任務(wù)，遠至幾百公里的不同城市之間、不同農(nóng)村之間，或城市與農(nóng)村之間的航空作業(yè)任務(wù)。新型飛行器可以由鋰電池、氫氧燃料電池或油電混動提供動力，采用垂直、短距或常規(guī)方式進行起降。新型飛行器擁有多旋翼、固定翼+傾轉(zhuǎn)旋翼、固定翼+多旋翼+推進螺旋槳等多種構(gòu)型，能采用有人或無人的駕駛方式。

新型飛行器技術(shù)特點

電氣化是新型飛行器的重要技術(shù)特點。與使用傳統(tǒng)能源（例如航空煤油、航空汽油）的飛行器相比，使用鋰電池的新型飛行器在運行過程中將產(chǎn)生更少的溫室氣體。例如噴氣客機每客公里產(chǎn)生二氧化碳189g，傳統(tǒng)能源汽車產(chǎn)生142g，新能源汽車產(chǎn)生31g，而Lilium的電動垂直起降飛行器只產(chǎn)生13g。電能的使用還使飛行器運行成本大幅下降。例如Lilium的電動垂直起降飛行器的運行成本僅為傳統(tǒng)飛行器的一半。

分布式電推進技術(shù)是新型飛行器的另一重要技術(shù)特點。使用分布式電推進的原因是電動發(fā)動機功率有限，單臺電動發(fā)動機無法提供與傳統(tǒng)燃油航空發(fā)動機一樣的輸出功率，所以新型飛行器需要使用多臺電動發(fā)動機。每臺電動發(fā)動機直接驅(qū)動螺旋槳工作，分布式電推進由此產(chǎn)生。

飛行器運行過程中的噪聲主要來自螺旋槳，一般而言，螺旋槳直徑越大，槳葉葉尖速度越高，噪聲越大。與傳統(tǒng)直升機相比，新型飛行器擁有更多的螺旋槳，每個螺旋槳直徑較小，即使螺旋槳轉(zhuǎn)速相對較高，槳葉葉尖速度依然較低，因而噪聲較小。例如Joby Aviation S4樣機擁有6個螺旋槳，每個槳葉直徑約為2.9米，而傳統(tǒng)直升機R44主螺旋槳直徑達到了約10米;Joby Aviation S4起飛時100米處的噪聲為65分貝，巡航在100米上方時噪聲為40分貝。相比之下，人們?nèi)粘υ挄r的聲音約為50分貝，交通密集的公路上的噪聲約為70分貝，傳統(tǒng)直升機在100米上方運行時的噪聲高達93分貝。也就是說，當新型飛行器飛過頭頂時，人們基本聽不到它的噪聲。此外，擁有更多的發(fā)動機使得飛行更加安全。新型飛行器擁有6至36個電動發(fā)動機，而傳統(tǒng)直升機的發(fā)動機只有1至2個，因此單臺發(fā)動機故障時對新型飛行器的飛行安全影響更小。

未來空中交通生態(tài)體系

單一的新型飛行器不足以使未來空中交通走進現(xiàn)實，只有當未來空中交通的整個生態(tài)體系都完善以后，新型飛行器才可能投入商業(yè)運營。未來空中交通的生態(tài)體系可以分為以下四部分：飛行器制造商、飛行器運營商、空中交通管理部門和垂直起降機場。

對于飛行器制造商而言，雖然新技術(shù)正日益成熟，但依舊有很多技術(shù)難點需要解決。其中之一是提升電池能量密度?，F(xiàn)階段航空用鋰電池的能量密度只有約0.33kWh/Kg，遠遠小于航空燃油的11kWh/Kg，這就決定了目前純電新型飛行器航程有限，一般不超過400千米。使用分布式電推進技術(shù)也需要開發(fā)新的飛行控制程序。此外，確保飛行器的安全性也將是一個很大的考驗。政府的航空主管部門對新型飛行器的安全性提出了嚴格的要求，例如歐洲航空安全局（EASA）提出新型飛行器需要達到與大型商用客機相同的安全性。

對于飛行器運營商而言，雖然新型飛行器運行成本低，但其初始購置費用昂貴，一架新型飛行器的目錄價格可能超過200萬美元。初始階段的人員培訓(xùn)、市場推廣等費用，以及市場的不確定因素等都需要由飛行器運營商承擔。

新型飛行器對空中交通管理部門將會是一個巨大的挑戰(zhàn)。將來，人們可以像打的一樣使用未來空中交通，這就使得未來空中交通的航線與傳統(tǒng)的航線大不相同。對于通用航空而言，傳統(tǒng)的航線計劃一般需要提前一天申報，而未來空中交通的航線計劃可能是臨時產(chǎn)生，且會在飛行途中變更。無人自動駕駛飛行器也是未來空中交通的重要組成部分，因此空中交通管理部門需要考慮地面-無人自動駕駛飛行器、有人-無人自動駕駛飛行器、無人-無人自動駕駛飛行器之間的空中交通管理問題。

機場是未來空中交通生態(tài)體系中重要的因素之一。垂直起降機場的建造是一筆巨大的投資，因而不僅需要考慮機場服務(wù)于未來空中交通生態(tài)體系的功能，還需要考慮其自身的商業(yè)效益。與此同時，垂直起降機場的起降航線需要詳細規(guī)劃，在市中心的垂直起降機場的起降航線需要避開高樓及密集人群，在大型機場周邊的垂直起降機場則需要考慮其起降航線對現(xiàn)有商業(yè)運輸航線的影響。

國內(nèi)外行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

目前，未來空中交通在全球迅速發(fā)展。美國聯(lián)邦航空管理局（FAA）、歐洲航空安全局、中國民航局都為新型飛行器補充了專用的適航審定文件。韓國、日本則制定了國家層面的未來空中交通產(chǎn)業(yè)政策。

空客、波音和巴航工業(yè)等傳統(tǒng)航空巨頭正在使用自有資金參與此領(lǐng)域的競爭，而此領(lǐng)域的初創(chuàng)企業(yè)已超過40家。排名前10的電動垂直起降飛行器制造商，包括Joby Aviation、Lilium、Bell和Volocopter，已獲得超過50億美元的投資，并公布了要在2024年之前完成飛行器適航審定的進度表。國內(nèi)方面，億航、小鵬匯天、峰飛科技均推出了全尺寸樣機，并且中國民航局已經(jīng)開始受理億航和峰飛科技的適航審定申請。

飛行器運營商同樣在準備進入此領(lǐng)域。美國航空宣布訂購至多250架電動垂直起降飛行器，該訂單交易額可達10億美元。美國貨運巨頭UPS正在訂購貨運型號的電動垂直起降飛行器。國內(nèi)貨運巨頭順豐與Pipistrel公司合作研發(fā)無人混動垂直起降飛行器，順豐預(yù)計在未來10年內(nèi)將運營超過1000架無人垂直起降飛行器。

相信在不久的將來，未來空中交通定會走進我們的生活。（本文圖片由作者提供）