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第三章
因为低空,科幻方成现实

长久以来,我们生活的城市实际是一个二维空间:纵然各种摩天大楼可以无限拔高的姿态“胀满”天际,但交通出行领域的“扁平化”却是不争的事实,轻轨、高架桥、地铁等看似“上天入地”,仍算不上与地面交通彻底割裂。

得益于科技进步与经济发展,人类对城市物理空间层面的立体化开发与利用越来越多元与成熟,经济活动分层发展趋势明显。

尤其是低空经济的兴起,为人类打开了一扇通往“三维城市”的窗口,人类活动突破传统二维地理平面空间限制,呈现出立体化、多层次发展趋势,经济活动从最初的地面,延伸到地下、低空、高空乃至太空等不同维度,城市的物理边界从平面到立体都在不断拓展。

相比于地面经济、地下经济和高空经济的成熟完备,低空经济仍是尚待开发的处女地,蕴藏巨大发展潜力与战略机遇。

历史上,每次交通方式的变革都可能带来城市空间形态剧变。汽车拓展了城市半径,火车与飞机缩短了城际间距离,低空飞行则将推动城市“向上”发展。

在未来的某一时刻,科幻电影中描绘的“空中之城”场景,将在各类飞行器的低空穿梭中变为现实。

第一节 翅膀技术的魔法

低空经济,核心在于低空飞行。

可以说,低空飞行活动是低空经济的最终落脚点,没有低空飞行,所有的地面基础设施建设运营、空域管理、后勤保障服务等活动都失去了赖以存在的基础。

而低空飞行的主角——低空飞行器,怎样实现上天翱翔?低空飞行技术如何到达今天的成就,未来又将走向何方?

前文提到的热气球、飞艇和滑翔机等飞行器,可以算得上早期低空飞行的主角。但飞行员们时常面临瞬间速度失控、动力不足等一系列问题,飞行表现相对较差,给飞行安全带来了巨大挑战。这些低空飞行器也逐步由强调实用性转为强调娱乐性,逐渐远离聚光灯下。

真正意义上的低空飞行浪潮,源于无人机的兴起。

无人机的研发和应用使得低空飞行的应用范围和领域日益扩大,开始真正服务于社会生产生活。

在技术原理上,无人机依靠空气动力学原理,其螺旋桨或喷气发动机通过旋转产生空气流动,使机身产生向上的升力;同时,通过控制螺旋桨的旋转速度,可以调整升力的大小,进而实现飞行姿态的调整和平稳飞行。

与传统飞机依靠燃油提供动力不同,以无人机为代表的低空飞行器大多采用电力驱动。

现今主流无人机系统构成主要包括电子控制系统、飞控系统和动力系统。

电子控制系统负责实时采集和处理飞行姿态、地面距离、速度等传感器数据,并发送指令控制无人机的动作。这些传感器数据包括高度、速度、温度、气压、北斗定位等,通过传感器系统获取并反馈给飞控系统,使得无人机能够更加准确地获取和响应操作环境的变化,以控制和完成任务目标。

飞控系统是实现其飞行功能的核心部件,包括传感器、机载计算机和伺服作动设备三大部分,通过控制无人机的姿态稳定和控制、无人机任务设备管理和应急控制等功能,实现对无人机飞行过程的全面控制。

动力系统也是无人机飞行的重要组成部分,主要包括电机、电调和螺旋桨等部件,通过电能转化为机械能,驱动无人机进行飞行。其中,电机是将电能转化为机械能的一种转换器,电调则通过调整电压来实现对无刷电机速度的快速调整,而螺旋桨则将发动机转动功率转化为升力,使无人机能够飞行。

近年来,随着AI、5G技术、大数据、云计算和物联网技术的普及与应用,低空飞行器将具备更为强悍的飞行能力,通过搭载先进的传感器和算法,无论是传统无人机还是eVTOL,已逐步实现自主飞行、自动避障、执行任务等功能,为低空飞行带来了更多便利和想象空间。

从这一点上说,低空飞行技术与陆地上的自动驾驶技术“殊途同归”,二者都在电动化的基础上,朝着智能化和网联化的方向稳步前行。

第二节 前沿飞行器集群

低空经济产业的先进飞行器主要以电动垂直起降型飞机(eVTOL)与无人机为载体,按照高度可分为:载人飞行器(1000—6000 米)、行业级无人机(120—1000 米)、消费级无人机(120 米以下)。

其中,应用于载货、载人、城市管理等场景的行业无人机正不断涌现,日渐壮大低空空域主角队伍,带动低空产业升级。

而eVTOL作为低空“新物种”,为低空飞行注入新鲜血液,也极大丰富了低空空域舞台的构成。

当前,我国无人机发展已较为成熟,eVTOL发展刚起步,近两年多家企业已获得特许飞行证,展开试点。

未来,无人机将逐步走向普及,eVTOL的应用场景及市场空间也将实现质的飞跃。

eVTOL飞行器是新型低空飞行器,具有安全、安静、环保、经济、智能、舒适等多重优势,是低空经济的重要载体之一。

随着航空信息化和航空电气化技术的发展,电传飞控技术和分布式电力推进技术解决了早期多旋翼型直升机存在的机械式操纵和机械式动力传动的难题,使得eVTOL飞行器重新回归直升机设计领域,并形成航空器研发热点。

1)直升机理论上最高可飞行至 6000 米高空,实际中主要飞行于 1000—2000 米;

2)直升机以贝尔 407 为例

资料来源:罗兰贝格、东吴证券研究所

主要低空飞行器及其对应参数

目前,全球已有多家企业和机构参与到了eVTOL的研发工作中,相关产品设计已经超过了 700 个。

2023 年 10 月 13 日,亿航智能旗下EH216-S型eVTOL获适航证,成为我国低空经济发展的重要里程碑。

eVTOL代表着全新的出行服务产品,随着高放电与高密度电池、智能驾驶、轻量化等技术的陆续突破,将有更多国内eVTOL飞行器厂商获得试飞资格,进而实现量产,未来国内市场规模将实现进一步的增长。

据清华大学张扬军教授预测,至 2025 年载物eVTOL开始规模化应用,成为城市和城乡低空物流的载运工具,2035 年之后,载人eVTOL开始商业化应用,成为低空智能出行的载运工具。

据摩根斯坦利科研报告预测,到 2050 年中国的eVTOL市场规模将达到 2.1 万亿美元。

同美国相对比,我国未来重点发展产品也聚焦于eVTOL。

从比较优势来看,美国通用航空业发展成熟,我国通航产业起步相对较晚,航空器、机场、飞行员数量均落后于美国。

而eVTOL、民用无人机等产品相较美国差距则相对较小。其中,eVTOL作为新兴产品,2015 年后全球才鲜有公司涉足,当前中美在这一领域接近同一起跑线。

第三节 低空应用的畅想

2024 年 2 月 27 日,eVTOL“盛世龙”从广东深圳蛇口邮轮母港起飞,经过约 20 分钟的飞行,降落在珠海九洲港码头。

这是全球首条跨海跨城电动垂直起降航空器航线的公开首次演示飞行。

此次成功飞行,将深圳至珠海单程 2.5 至 3 小时的地面车程,缩短到 20 分钟。

当我们在大都市的车水马龙中排队堵车时,总是会想“要是能一下飞过去就好了”。

如今,eVTOL的诞生让这一梦想变成现实。电动垂直起降航空器被称为“空中的士”(也就是我们俗称的“打飞的”),可像直升机一样垂直起飞,在空中转换成固定翼飞行模式,使用纯电动力。

“盛世龙”电动垂直起降航空器

这类电动垂直起降航空器的运行成本比直升机低,并以自动驾驶功能加持,对驾驶人员不做过多要求,所以从运营角度来说其单座票价也相对便宜。

尽管目前eVTOL在全球范围内仍处于示范运营阶段,展示性质大于实际应用价值,但随着技术的迭代升级、空域管理的松绑及公众认知的进一步提升,在可预见的时间内,其大规模商业化运营也不再遥不可及。

就像交通领域此前的任何新技术、新产品,只有形成规模,从某种程度上改变人类生活和出行方式,才具有普遍意义。

eVTOL的技术初衷是实现城市内和都市圈城际间的点对点出行。除了交通枢纽和交通枢纽之间,未来还会开发机场接驳、机场到交通枢纽、机场到城市商业枢纽等线路。

在运行 5 年—10 年后,等整个体系和生态环境,包括规管体系都运行成熟后,就会进入下一个阶段。

到那个时候,你打开App点一下,一架电动垂直起降航空器就会从远处飞下来,接你上去自动带你到目的地。

虽然这只是低空飞行应用场景的一个典型代表,但已为我们缓缓打开了未来低空社会的一角。

想象一下,未来的某一天,低空经济彻底融入我们的生活:

早晨,你走出家门去上班,外面一架eVTOL已等候你良久。你坐上这辆自动驾驶的“的士”,在上班路上俯瞰城市风光,同时避开了地面无尽的早高峰拥堵;

午后,一架无人机承载着你刚在外卖平台下单的现磨热咖啡“从天而降”;

晚上,电视里的新闻播放着“某地利用农业无人机精准作业实现丰收、某处森林大火被最新的消防无人机在一小时内扑灭”……

低空飞行,未来已来。 La7BRNA2pfipn2N+sJkQ2Mj+eCwdGzy7+8YO229Rrp5i6/uXNHtfN2n1OzXHARg3

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