引言
从《山海经》羽人图腾到敦煌飞天壁画,从达芬奇扑翼机手稿再到近代莱特兄弟的木质双翼机叩开了机械飞行时代,阿波罗计划的土星五号火箭突破了大气层束缚,飞行,或许是不同时代人类共有的梦想。1886 年卡尔·本茨获得汽油三轮车专利,1903 年莱特兄弟"飞行者一号"在基蒂霍克沙丘离地,地面与空中的机械化移动工具相隔仅十七年。当亨利·福特在二战前夕预言"飞行与陆行的结合体"时,这一句话就是近百年后的今天,随着高效电池、人工智能和先进制造工艺的突破,这一设想正在接近成为现实。2024 年 4 月,中国民航局正式向亿航智能(以下简称亿航)颁发了全球第一张无人驾驶载人航空器生产许可证。「空中的士」「飞行汽车」时代或许正来临,正将陆空载具的百年构想推向产业化临界点——飞行汽车已从科幻概念演化为适航目录上的注册机型。未来我们大概率可以看到:之前开车需要 2-3 小时的路程(珠海到深圳、杭州到上海浦东)乘坐 eVTOL 只需 20 分钟即可,这场由工程创新驱动的交通革命,或将比 20 世纪高速公路网络的建设更具颠覆性。
提及低 空经济,大家容易想到科幻电影中的场景,雷德利·斯科特在《银翼杀手》(1982)中构建 2019 年洛杉矶天际线,飞行汽车成为了一个构建科幻感的重要元素:
在吕克·贝松导演《第五元素》电影中,空中出租车是主要的交通工具之一,男主是一名空中出租车司机,未来的城市充满了飞行汽车和错综复杂的空中交通系统,将 100-300 米低空空域划分为 0.1 秒级的动态网格,类似于路面上的多层立交桥,将城市空间在垂直维度上分成了若干层。
01 空域层级:从地表到太空的工程梯度
现代航空体系将大气层垂直剖分为多个功能区间,每一层级都对应特定的技术参数与管制规范:
- 低空活动区(0-6000米):这是eVTOL与城市空中交通(UAM)的主要运行空域。在这一高度,空气密度变化相对温和,有利于电动推进系统的效率发挥
- 民航巡航层(8000-12000米):商用客机的黄金飞行高度。在这一层级,大气稀薄度与发动机推力达到最佳平衡点
- 军用战术空域(12000-20000米):高性能战斗机的主要活动区间
- 平流层驻留带(20000-50000米):高空气球与成层飞艇的运行高度。这一高度的大气湍流较小,有利于开展大气科学研究与通信中继任务
- 亚轨道飞行区(100-300公里):亚轨道飞行器与运载火箭的过渡区域。SpaceX 星舰等新一代航天器可在此高度实现可重复使用的轨道转移
02 低空经济本质上是离开地面的高空以下所有经济
活动低空的高度通常理解为民航线以下高度,即 6000 米以下。低空 经济的细分高度和领域分类可以看地球知识局绘制的下面这张图:
03 eVTOL行业发展的核心逻辑
全球出行市场规模占全球 GDP 的 15%-20%。整个社会对于更低成本的载具有持续的需求。汽车、轮船、火车、飞机,整体都在走向更高效率、更低成本。和泛出行相关的赛道始终是非常大非常有想象力的赛道(无人机,悬浮,FPV,eVTOL)
eVTOL 是纯电动垂直起降飞机,E for 电驱动,V for 垂直起降,是低空经济的重要载体
- eVTOL 的核心是电动化,相比传统燃油动力,更加绿色和便宜,每座公里运营成本有机会降至传统直升机 1/5
- 相较于传统飞机的复杂机械结构,电推进架构取代了复杂的机械传动系统,显著减少了部件数量
- 电动马达相比传统的内燃机更安静,更适合在居民区附近使用,飞行器在 150 米高度通过居民区时声压级稳定在 60dB 以下,巡航噪音甚至可以低于汽车
- 这也直接增加了安全性:现今直升机事故的第一大原因是发动机故障。但 eVTOL 有多个旋翼,每个旋翼都有各自的小电机,而不是一个大的电机。多旋翼冗余设计即使 30% 推进单元失效,仍可保持可控飞行状态。大幅超越传统直升机的应急响应能力,比今天的直升机安全很多
- 能像直升机一样着陆和起飞,像固定翼飞机一样巡航,不需要一个超长的机场跑道,这是 eVTOL 的核心优点之一,可以直接使用直升机场或任何垂直起降场
- 借助电动化能够实现智能化数字化,拥有先进的自动驾驶系统和导航系统,按照自动规划航线飞行的,可以主动避障;能让未来的飞行和低 空领域实现集群化调度和规模化应用
eVTOL不仅仅是动力系统的革新,与汽车电动化的逻辑一样,高密度电力系统为机载计算平台提供了充沛能源,可以供应给软件,是航空器智能化的催化剂,使得复杂的飞行控制算法和实时数据处理成为可能。科幻电影中出现的错综复杂但井然有序的空中交通网络,eVTOL 是实现它的潜在基础
另一个维度,eVTOL 极大缩短了国内外航空器技术发展的差距,非常有希望复制新能源汽车的路径,实现中国航空领域的超车:传统涡轮发动机被高效电机取代,轻量化复合材料替代金属结构,为产业要素带来十倍级的变化,重新定义了航空制造的竞争规则
- 电动汽车的发展拉动「三电」供应链的成熟:得益于电动汽车产业的蓬勃发展,中国在动力电池、驱动电机和电控系统领域已建立全球领先地位,这一优势正在向航空航天领域延伸
- 智能手机产业推动了低成本、小型化智能控制技术的快速进步,为 eVTOL 的飞控系统打下基础
- 无人机产业培育了大量航空电子和自主控制人才,拉动生态的繁荣
为什么我们突然要发展低空经济?而且上升到了国家高度?既是产业升级的战略选择,也是全球科技竞争格局下的主动应对
全球 86% 的消费级无人机产能集中在中国,大疆行业级无人机在农业植保、电力巡检等场景市占率达 91%。大力发展 eVTOL 可以进一步巩固我们在无人机产业链的优势地位,进而控制住整个产业
无人机产业有可能成为当前发展遇到瓶颈的电动汽车、锂电池、光伏“新三样”的有力补充(2023 年新能源汽车出口增速放缓至 58%)这几年动荡的国际局势也证明了,无人机受到了出口管制,战略地位毋庸置疑