低空经济迎来重大发展机遇,先进空中交通该如何发展?

|业界动态 作者:腾讯研究院 2023-10-16
2023年10月13日,我国民航局为亿航智能EH216-S型号载人无人驾驶航空器颁发型号合格证(TC),成为我国低空经济发展的重要里程碑。近期工信部等四部门联合发布的《绿色航空制造业发展纲要(2023-2035年)》提出了明确的时间表,2025年电动通航飞机投入商业应用,电动垂直起降航空器(eVTOL)实现试点运行,氢能源飞机关键技术完成可行性验证。
利用电动垂直起降飞行器(electric vertical take-off and landing,eVTOL)运送人员和货物的先进空中交通(advanced air mobility, AAM)在全球被视为新兴的的战略赛道,尤其是对于以湾区为代表的城市群而言,城际和城市空中交通可能会成为未来出行的重要形态。随着eVTOL的经济价值和社会价值愈发凸显,以各种有人驾驶和无人驾驶航空器的低空飞行活动为牵引的低空经济蓄势待发。
本文从产业概况和进展、城市群的应用和布局方面做出梳理,并简要分析积极推动低空经济发展的粤港澳大湾区的优势和面临的挑战。

 

eVTOL引领的低空空中交通革命

(一)长期经济性和环保价值推动eVTOL成为低空飞行的主流方案
eVTOL是指采用分布式电推进并且具备垂直起降能力的飞行器。eVTOL使用电池作为能源,飞行噪音小,操作系统更加安全可靠,可垂直起降不需要跑道,加之体积较小,且兼具优秀的悬停能力和适合中短距的巡航速度与航程,是未来城市和城际出行的新型交通工具。
从产业和市场前景来看,新能源飞行器仍有很大的增长空间。eVTOL现阶段最主要的应用是替代直升机,在测绘、消防救援、电力巡线、警用巡查、安防、医疗救护、搜救、海上石油钻井等领域广泛应用。参考新能源汽车对燃油车的替代,使用eVTOL开展城市客运(UAM,Urban Air Mobility)、区域客运(RAM,Regional Air Mobility)能够有效降低长期运营成本。欧洲民航监管机构认为,与公路运输相比,乘坐空中出租车发生致命事故的风险更低,通行时间平均节省15-40分钟,紧急/医疗运送时间节省70%以上,并且可以降低二氧化碳排放量。由于使用电机驱动,eVTOL在起降和飞行过程中形成的噪音远低于直升机,对周边社区和居民的负面影响大大降低。
eVTOL属于先进航空科技,是衡量国家空域现代化、航空产业竞争力的指标之一。2023年3月17日,美国白宫科技政策办公室发布了《国家航空科技优先事项》,文件将优先发展的新航空技术包括小型无人机和先进空中交通飞行器,如电动垂直起降飞行(eVTOL)、电动短距起降飞机(eSTOL)和其他高度自动化的电动客货运飞机。美国空军通过“敏捷至上”项目极力推进eVTOL无人机军事化应用,向美国企业Joby采购了价值1.31亿美元的eVTOL订单。
(二)eVTOL引领的空中交通革命吸引多方入局、参与跨界竞合
美国投行Morgan Stanley曾预测,先进空中交通(以下简称AAM)的潜在市场规模到2040年将突破1万亿美元,预计中国市场占到全球的20%-25%。当前的AAM行业有以下特点:
eVTOL制造生态头部效应初步形成。全球近350家企业的eVTOL飞行器设计数量已经达到700种,其中头部开发商包括美国的Joby、Archer,德国的Lilium、Volocopter,英国的Vertical,我国的亿航智能、沃飞长空、峰飞、沃兰特、时的科技、小鹏汇天等。
航空巨头和汽车厂商纷纷布局。波音收购eVTOL开发商Wisk,空中客车也公布过自研电动飞机CityAirbus NextGen。日本的丰田和本田、中国的吉利和广汽、韩国的现代等汽车厂商纷纷加入“飞行汽车”研发大战,一方面希望抢占赛道、另一方面企图通过eVTOL建立与汽车协调融合的立体出行生态。丰田对总部位于加州的Joby投资了4亿美元并与其合作生产,本田、吉利、广汽则选择自研,吉利同时也投资了德国制造商Volocopter、收购了美国的飞行汽车公司Terrafugia。
全球投资者持续关注和涌入赛道。麦肯锡研究显示eVTOL行业的投资金额和交易数在疫情期间2021年达到新高,Joby、Archer、Lilium、Vertical通过特殊目的收购公司上市筹集了28亿美元。未上市的eVTOL企业主要通过传统的风险投资来融资,活跃投资者包括霍尼韦尔、英特尔等企业战投以及红杉中国、GGV纪源资本、IDG、蓝驰等VC/PE基金。
(三)政策、技术和应用多点突破推动加速低空经济发展
随着全球共同探索监管框架和适航认证政策、eVTOL飞行和电池技术演进、“空中出租车”的展示里程碑设定,eVTOL的商业化指日可待。在有利的因素驱动下,头部厂商均提出2024至2025年取得适航认证、最早2025年实现商业化运行的时间表。
低空飞行器涉及公共安全,适航认证是开展商业运营的先决条件。欧洲航空安全局最早启动了eVTOL适航认证,颁布适航审定专用条件(SC-VTOL),将载人eVTOL的最高安全标准设置为与民航客机同等水平,即发生事故概率在十亿分之一。德国Lilium快速推进涵道式eVTOL在欧洲和美国的适航认证。美国联邦航空管理局在适航认证上倾向于设置与直升飞机相同的安全标准。美国龙头Joby的首架量产eVTOL在今年6月获得FAA颁发特殊适航证。我国民航局制定了“先行先试、审运结合”的适航审定工作方针,出台了特殊运行审定风险评估体系、“专用条件”等特殊申请办法,2023年eVTOL颁发第一张TC适航证,成为全球首例。
飞行器适航取证后的下一步就是商业化运行,当前“空中出租车”的展示和试点推广日趋火热。我国今年10月开通全球首条eVTOL航线,从深圳至珠海单程航时15分钟、总航时30分钟,飞行往返距离超过80公里。法国和日本分别提出在2024巴黎奥运会和2025大阪世博会期间推出“空中出租车”用于接送参会人员,目前正在建设垂直起降点和飞行线路网。美国的航空管理局各级官员、洛杉矶市政府和多家eVTOL主机厂也积极推进2028年洛杉矶夏季奥运会期间展示AAM。
高能量密度电池技术的进步和突破,为解决飞行器的“里程焦虑”提供重要技术基础。电池性能是决定飞行器续航里程的一个关键关口。据头部厂商的公开资料,目前eVTOL使用的电池能量密度大致在280至320Wh/kg,而宁德时代今年发布了单体能量密度高达500Wh/kg的凝聚态电池,可用于民用电动载人飞机研发,并且与中国商飞等企业共同合资成立商飞时代(上海)航空有限公司来切入新能源飞机领域。新能源技术的持续发展,能够延长飞行器的续航里程,极大扩展eVTOL在我国的应用范围和场景,有望缩短长途运输飞行器的商业化时间表。

 

全球湾区城市群

如何布局和发展先进空中交通

城市内短途或城际中途的空中交通运输,长远来看是一种安全、便捷、智能、环保的出行方式,有利于提升城市群内部的可达性和流动性。清华大学的研究提出,中国大城市发展AAM可以减少30%-40%的通勤时间。湾区城市群人口密集、经济发达,且城市密集分布互相串联,拥有推广先进空中交通的最佳场景。世界主要城市群在先进空中交通的布局和发展现状如下:

(一)硅谷湾区:加速成为全球eVTOL产业的“创新之都”

硅谷湾区正在成为全球先进空中交通的“创新之都”,已经集聚了美国实力最强的一批eVTOL制造商:Joby、Archer、Wisk、Elroy、Kitty Hawk、Alef Aeronautics、Cora、Hoversurf、Vimana Global、Opener、Vahana,也吸引了来自华盛顿的Supernal设立研发中心、韩国的Plana Aero设立总部。Uber是最早提出空中出租车计划的共享汽车公司,而这个远景逐步变成现实——美国联合航空公司计划从2026年开始在旧金山国际机场为往返机场的乘客提供电动飞机出租服务。此外,硅谷在航空航天研发的实力雄厚,美国宇航局(NASA)在硅谷设立的Ames Research Center创立于1939年,持续推进未来交通系统、新型交通工具的研究和开发。加州伯克利大学的航空未来实验室(Aviation Futures Lab)、斯坦福大学的智能系统实验室(Intelligent Systems Laboratory)也在研究基于eVTOL的未来交通系统和可持续交通解决方案。马斯克的火箭发射公司SpaceX也关注到这个行业,投资了飞行汽车公司Alef Automotive,旗下的飞行汽车Model A获得了FAA颁发的特殊适航证,用于展览、研究和开发等有限用途。

(二)纽约湾区:通航基础雄厚为eVTOL先发应用铺平道路

eVTOL最先取代通航直升机已经成为业界共识,纽约湾区也成为众多eVTOL制造商的必争之地和AAM推广的先发城市。纽约湾区的通航基础设施和网络发达,拥有7座运输机场和20余座通用机场,应用场景主要是公务机和直升机客运。纽约都市区还有许多直升机场,其中最繁忙的三个位于曼哈顿,纽约3个大型枢纽机场和曼哈顿之间开通了直升机客运服务,实现了曼哈顿和3个纽约机场之间的8分钟通达。通航业发展历史长使得公众对空中交通的接受度高。纽约湾区是全美高净值人群和高端商务人士的集聚区,具有全美甚至全球最发达的通航产业,通航在许多城市群尚未推广,而在纽约湾区已经成为典型的商务接驳方式之一。

(三)东京湾区:以综合性规划为牵引发展先进空中交通

东京湾区集聚了全日本实力最强的eVTOL企业SkyDrive以及积极投入到空中交通领域的本田、丰田汽车企业,且有日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)联合企业共同推进eVTOL的研发。以东京湾区为起点,日本正在大力发展AAM。日本很早制定AAM的发展路线图——《日本的先进空中交通:我们的发展和超越》,路线图提出了日本2025年在大阪世博会上启动先进空中交通服务、2030年实现eVTOL空中出租车及重型货运无人机业务全面商业化的目标。东京湾区有多家通航公司,提供包括私人飞机、直升机旅游观光、医疗救援、警务支援等服务,城市服务保障方面东京仅用5年时间构建了通用航空救援救护体系,这一过程在欧美国家历经20年。

 

粤港澳大湾区

低空经济发展进展与挑战

我国各地积极发展低空经济,粤港澳大湾区的进展最为迅速。大湾区具备应用先行、政策护航的优势,通过培育产业链、基础设施和创新平台,有望成为全球低空经济的引领者。当前粤港澳大湾区的进展如下:

政策推动有力,吸引全球企业加速集聚。深圳正在着力打造“低空经济”和“先进制造”中心,低空经济已确定为深圳未来的重要产业方向,并密集出台行业支持政策。《深圳经济特区低空经济产业促进条例》正在公开征求意见,其制定将为参与低空经济的各类市场主体提供法制保障。深圳还启动了建设数字化的低空融合低空系统,这是推动低空经济发展的有力举措。当前,粤港澳大湾区在发展低空经济方面具有较强的基础和吸引力,一方面培育了大疆、顺丰、极飞等无人机头部厂商,另一方面也涌现出亿航智能、小鹏汇天、广汽等行业参与者,且通过政策和场景先行先试吸引了德国Lilium落地。

应用场景多元、市场需求旺盛和可持续。随着大湾区建设持续深入推进,人口聚集效应显著和经济联系日益加强,低空市场需求日趋加大:(1)产业类需求:大湾区目前的通航需求主要集中在石油海上平台飞行和港口直升机引航,占据全国90%的业务量。(2)商业需求:观光娱乐、跨境飞行、城际飞行、空中通勤、空中摆渡等新业态模式快速增长。Sky Shuttle和Heliservices等直升机公司在香港、澳门、深圳长期开展直升机高端摆渡。(3)公共服务需求:无人机、载人级eVTOL在医疗救护、山区搜救、水下救援、火灾救援等应急领域存在巨大的潜力。国外研究显示eVTOL可以将救护车的响应时间从11分钟缩短到5分钟。(4)区域发展需求:大湾区内部经济发展水平不一,通过空中交通走廊或网络强化核心城市和县域乡村的连接,结合旅游观光等商业模式为县域乡村发展提供新的产业和就业机会,促进低空发展与乡村振兴结合。

低空产业技术底座相对成熟,核心环节具有比较优势。粤港澳大湾区数字经济研究院创院理事长沈向洋院士将低空经济的技术底座分为三类:低空飞行技术(电机、电池、飞控、避障)、感知和通信技术(远距通信、通信安全、卫星导航、雷达)、数字技术(大数据、AI、数字孪生、模拟仿真)。在大湾区,比亚迪等头部动力电池供应商在高能量密度的电池技术方面进步较快,腾讯在数字孪生、AI、时空计算领域的数字技术储备可以支持城市级大规模空域实时建模,华为、中兴在通信方面也有强大的技术积累,有利于实现低空空域管理数字化、智能化。

与此同时,大湾区以及我国发展低空经济也面临一些挑战。第一,城际和跨境飞行的监管体系较为复杂。空中交通的发展和商业化进程取决于监管政策的完善和具体方式,而大湾区内地城市与港澳对无人驾驶飞行器的监管框架仍不一致。除了无人机以外,当前载人eVTOL正从有人驾驶朝无人驾驶方向演进,无人驾驶航空器的飞行活动目前已经有今年出台的《无人驾驶航空器飞行管理暂行条例》进行规范,然而香港、澳门暂时还没制定有关无人驾驶航空器的法律,eVTOL等载人飞行器适用现有直升机飞行的监管框架。未来跨境空中“的士”服务需要考虑港澳与内地的管理规范如何对接。

第二,航空产业链和供应链培育有待提速。全球来看,中短期内eVTOL供应链仍将以传统航空航天供应商为主,主要是民航监管机构要求载人级eVTOL的零部件和材料安全性对标民航客机。以德国Lilium的eVTOL为例,为了满足欧盟适航认证的安全标准,75%以上的零部件、配件和复材来自全球一级航空航天供应商,包括美国霍尼韦尔、德国代傲、日本东丽、法国Expliseat。当前以C919大飞机项目为契机发展航空航天产业链,也有利于加速我国低空飞行器产业链的培育。

本文作者:陈楚仪 腾讯研究院高级研究员

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