央地政策力推,空域改革不断推进,新兴产品涌现,战略新兴产业助推内需新动能。自中央经济工作会议首提低空经济之后,市场对于低空经济的关注度大幅提高。事 实上政策出台不是一蹴而就,从中央到地方,无论是相关的产业促进政策,还是低空空域的管理、无人驾驶航空器管理政策的制定和落实近年来一直在持续推进。而产业端以 eVTOL、无人机为代表的新兴行业处在加速渗透阶段。低空经济作为潜在 万亿级别空间的产业,当前产业帷幕正徐徐展开,将成为推动产业创新、发展新质 生产力、扩大内需消费的又一潜在抓手。我们认为低空经济产业处于“政策+新产品 商业化进程加速”双共振期,行业蓄势待发,值得重视。
1.1. 央地政策频出台,旨在从产业促进和规则完善两条主线推动行业前进
1.1.1. 产业促进:着重推动基础设施建设、鼓励产业主体创新及创造需求场景
中央层面定调低空经济为战略新兴产业:2023 年 12 月中央经济工作会议提出:“打造生物制造、商业航天、低空经济等若干战略性新兴产业,开辟未来产业新赛道”。我们认为,此次中央经济工作会议将低空经济列入战略新兴产业,体现顶层对低空 经济产业发展的重视,为低空经济的发展提供广阔空间。在中央经济工作会议之前, 各项政策已在陆续出台,如2021年2月颁布的《国家综合立体交通网规划纲要》中 提出“加强交通运输与现代农业、生产制造、商贸金融等跨行业合作,发展交通运 输平台经济、枢纽经济、通道经济、低空经济”;2023 年 10 月发布的《绿色航空制 造业的发展纲要》中指出“加快将 eVTOL 融入综合立体交通网络”、“2025 年电动 垂直起降航空器(eVTOL)实现试点运行”。
地方层面:以深圳、合肥、广州等为代表的地方政府密集出台政策支持低空经济发 展和生态打造,抢抓低空经济发展的机遇期。1、深圳市颁布《深圳市低空经济产业创新发展实施方案(2022-2025 年)、《深圳市支持低空经济高质量发展的若干措施》,《深圳经济特区低空经济产业促进条例》从基础设施、飞行服务、产业应用、技术创新、安全管理等方面助力低空经济产业“高 飞”;2、合肥发布的《合肥市低空经济发展行动计划(2023-2025)》,提出打造低空经济 总部集聚区、建设检验检测及适航审定基地、建成飞服和管控平台、开通商业化空 中游览航线和无人机物流配送航线等;3、广州发布《广州开发区(黄埔区)促进低空经济高质量发展的若干措施实施细则》, 提出“对符合条件的低空产业项目奖补最高达 3000 万元,加快打造未来千亿级产业 集群”。
1.1.2. 规则完善:空域管理改革持续推进,无人驾驶航空器暂行管理条例正式实施
低空空域管理改革持续推进。中央层面,2010 年便印发专门意见推进低空空域管理改革。2023 年11月空管委起草《中华人民共和国空域管理条例(征求意见稿)》, 对空域管理模式进行顶层设计,实现空域资源科学精细配置、分级分类管理、动态 灵活使用。2023 年12月,《国家空域基础分类方法》发布,依据航空器飞行规则和 性能要求、空域环境、空管服务内容等要素,将空域划分为 A、B、C、D、E、G、 W 等 7 类,其中,A、B、C、D、E 类为管制空域,G、W 类为非管制空域。管理政策的出台有助于低空经济走向有章可循的规范化发展阶段。
《无人驾驶航空器飞行管理暂行条例》正式施行,完善无人驾驶航空器监管规则, 对无人驾驶航空器从设计生产到运行使用进行全链条管理。由中央军委、国务院公 布的《无人驾驶航空器飞行管理暂行条例》自 2024 年 1 月 1 日起正式施行,从 2018 年发布征求意见稿至正式实施历经五年时间,标志着作为低空经济主导产业的无人 机产业迈入“有法可依”的规范化发展新阶段。条例着力构建科学、规范、高效的无 人驾驶航空器飞行及相关活动管理制度体系,为防范化解无人驾驶航空器安全风险、 助推相关产业持续健康发展提供有力法治保障。
地方空域改革成效显著。2018 年起,四川、湖南、江西、安徽等地开展低空空域管 理改革试点,并取得了许多突破性进展,如湖南实施了全国第一个由军地民三方共同签订的部分区域低空空域空管协调试运行保障协议、建成全国第一个覆盖全省的 监视通信系统、建成全国第一个可服务全省的 A 类飞行服务站、建设全国第一个联 接军地民空管信息系统,缩短空域飞行计划审批时间,逐步向实现通航飞行“一窗受 理、一网通办、全域服务”迈进。四川在全国率先成立了由省政府牵头、军民航空管 系统和地方公安部门共同参加的“四川省低空空域协同管理委员会”,将原低空空域由军民航分块管理转变为军地民三方协同管理,将低空飞行由管制指挥模式转变为 目视自主飞行模式,将任务、空域、飞行计划 3 个申请环节简化为飞行计划报备 1 个环节,盘活了低空空域资源,简化了审批流程。
1.2. 产业端,新产品商业化进程渐近、新场景涌现
国内颁发首张 eVTOL 型号合格证(TC),eVTOL 迈入商业运营起点。eVTOL 是 指电动垂直起降飞行器,具有垂直起降、智能操作、快捷机动、低成本、低噪音、 零排放、易维护、高安全等特点,可使人和货物以无缝、经济的方式在城市低空快 速流动与灵活作业,能高效开发城市低空空域资源,有效缓解日益严重的城市地面 交通拥堵问题,并解决空中物资运输和交通出行的迫切需求。2023年 10 月,中国民用航空局向亿航智能颁发了 EH216-S 型载人无人驾驶航空器系统型号合格证(简 称 TC ),这是全球首个获得该类合格证的航空器。对于整个 eVTOL 行业而言,不论是审查标准,还是商业化之路上都是极具有借鉴意义的一次突破。海外来看,美 国 eVTOL 龙头 JOBY 预计 2025 年开启商业化运营,行业拐点愈发临近。
2. 什么是低空经济?
低空经济以各类有人与无人驾驶航空器的低空飞行活动为牵引,涵盖空中交通、无 人机物流、应急救援、旅游观光等多种场景。一般来讲,“低空”是指“垂直范围原则 为真高 1000 米以下,可根据不同地区特点和实际需要,具体划设高度范围”的空域。随着低空应用的深入发展,管理部门和业内普遍将高度上升至 3000 米。eVTOL、 直升机、小型飞机和各式各样的无人机是低空经济重要载体。
从产业构成来看,低空经济主要包括低空基础设施、低空飞行器制造、低空运营服 务和低空飞行保障等产业,IDEA 发布的低空经济白皮书显示,到 2025 年,低空经济 对我国国民经济的贡献值将达 3 万亿元至 5 万亿元,市场空间广阔。低空基础设施主 要为低空飞行活动提供基本保障,包含通用机场、起降平台、监管设施等多个方面, 低空飞行器制造主要是为低空飞行活动提供航空器产品,包含整机制造及材料零部 件等,低空运营服务对整个低空经济发展起着牵引和带动作用;低空飞行保障包括 地面保障服务、空中保障服务、检验检测服务等。
低空基础设施建设是低空经济的先行根基,低空基础设施的“四张网”,包括“设施 网”、“空联网”、“航路网”和“服务网”。其中,设施网指支撑低空飞行业务的各种 物理基础设施,如起降站,能源站等;空联网指通信、导航和感知等信息基础设施, 是将低空数字化成可计算空域的关键;航路网指提供空域和飞行数字化管理和服务 能力的核心平台(操作系统);服务网指组合数字化管理和服务能力而构建的赋能各 低空经济管理和业务主体(如政府方、空管方、管理方、运营方、业务方等)的应 用。
3. eVTOL:未来城市空中交通与低空经济的主力军
eVTOL 全称为 Electric Vertical Takeoff and Landing,即电动垂直起降飞行器,具 有不依赖跑道垂直起降、智能操作、低碳环保、低噪音、高安全性等特点。相对直 升机、通航飞机在内的传统飞行器而言,eVTOL 在安全性、智能性、经济性和环保 性方面具有显著优势,是一种适用于未来城市空中交通场景(UAM),更符合未来 城市综合立体交通系统的新飞行器形态。
城市空中交通(UAM,Urban Air Mobility)通常指城市内适用于载人飞行器和无 人驾驶航空器系统的安全高效交通运作方式。作为现有地面交通的补充选项,城市 空中交通的目标是通过立体交通来解决地面交通衍生的交通拥堵、空气污染等问题。从当前正在研发和演示验证的航空器来看,eVTOL 是未来城市空中交通的主要载 体之一。
目前全球范围内涌现出多种种类和形式的 eVTOL,可以根据运行模式、整机构型、 动力能源、设计载荷、目标客户、适航认证等方面进行分类。目前分类的重点在于 构型上。
按照整机构型来看,evtol 主要分为多旋翼、复合翼(升力巡航复合)以及矢量推进 型(倾转旋翼/机翼、倾转涵道)。
(1)多旋翼型 evtol 采用分布式旋翼设计,多个旋翼同时工作,没有机翼或有短机 翼。起飞和着陆依靠旋翼提供升力,并无巡航用螺旋桨,完全通过改变各旋翼的升 力大小实现飞行。多旋翼型设计较为简单,因此技术风险和研制难度较低,但限于 其较低能效、较慢速度和有限航程,应用场景较为局限。
(2)复合翼型(升力巡航复合)evtol 有机翼,有独立的螺旋桨分别提供升力和巡 航推力。垂直起降阶段由某特定螺旋桨提供升力,巡航阶段由其他独立的螺旋桨提 供推力,同时机翼提供升力。复合翼型研制速度较快、研制风险和成本较低、生产 和维护较简单,同时更符合监管部门熟悉的适航路径以及审定方法。但复合翼在巡 航时使用机翼而非起降阶段的旋翼提供升力,垂直升力系统在平飞阶段属于死重并 产生额外阻力,会导致能源使用效率和飞行效率降低。
(3)矢量推进型(倾转构型)eVTOL 有机翼,矢量推进器既提供垂直升力也提供 水平巡航推力。在不同的飞行阶段,矢量推进器通过改变推力方向以实现垂直起降 和巡航。矢量推进型主要包括两大类型,1)倾转旋翼/机翼型,通过倾转不同螺旋 桨或机翼方向实现飞行姿态控制和起降。以倾转旋翼为例,在垂直起降阶段,旋翼 处于水平状态,提供起降的升力;在平飞巡航阶段,旋翼可向前倾转,为飞行提供 推力,而固定机翼提供升力;2)倾转涵道型,通过改变涵道推力方向,实现垂直起 降和巡航。矢量推进型 eVTOL 具备较高的效率,同时在航程、速度和载重方面均有 优势,但其复杂的设计和飞控系统导致了研发和试飞的高难度、高风险、高成本, 以及较长的研制周期和适航审定过程。
截至 2023 年 10 月 10 日,VFS(垂直飞行协会)目录统计的 evtol 概念设计已达 900 个,包括 320 个矢量推进型、149 个升力巡航复合型、263 个多旋翼型。
多旋翼在短航程具备优势,复合翼、矢量推进型在中长航程、载重和时速方面的优 势明显,中远期增长潜力大,也是整机厂商目前重点研发方向。据《eVTOL飞行器的发展态势与应用场景综述》,目前的多旋翼 eVTOL 载重较小、速度较低、航程较 低,很难适应复杂应用要求。复合翼(升力巡航复合)具备优良技术性能,保留了 固定翼特征,可以有效地提升巡航效率、航程和安全性,但垂直升力系统在平飞时 是死重,降低了载重限度,此系统产生的额外阻力也降低了能源使用效率和飞行效 率。相比之下,矢量推进型 eVTOL 在载重、航程、时速等方面具有更大优势,但劣 势在于设计和飞控系统复杂,研制风险和成本高,研制周期和适航认证过程长。目 前,很难判断何种技术路线最佳,行业各参与方也尚未达成共识,多旋翼结构简单, 成本相对低,体积小,复合翼方向兼顾实现可行性及先进性,倾旋翼方向更为先进, 但实现的技术难度更大,今后也可能出现具有多种方案优点的新技术路线。近几年各国推出的 eVTOL 项目多为倾转构型或复合翼构型。Joby、Archer、Lilium 和 Vertical 等公司都采用倾转涵道或倾转旋翼的整体构型。据《eVTOL 飞行器的发 展态势与应用场景综述》,目前收到较多意向订单的 Vertical Aerospace 等公司也均采用了倾转构型技术路线。许多专注于多旋翼的厂商也开始纷纷转向复合翼或倾转 构型的研发。例如之前主打多旋翼构型的 Volocopter 在深入研究开发多旋翼的 VoloCity 后,在 2021 年推出了复合翼的 VoloConnect。研发多旋翼 EH216 的亿航智 能也开始开发复合翼(升力巡航复合)的 VT30。
3.3. 相比传统的飞行器,eVTOL 有什么优势?
eVTOL 具备便捷机动、绿色环保、安全可靠、低成本等优势。(1)相比固定翼飞机, evtol 不需要超长机场跑道,使用垂直起降场即可起飞,实现灵活起降。相较于城市 地面交通出行时间更短。(2)eVTOL 使用电能,与使用燃料的其他出行方式相比, 更符合低碳可持续发展要求。(3)相比直升机噪音更低:直升机的应用受限于其过 大的噪音,相比之下 evtol 的起降噪音约为 65db,远低于直升机起降噪音(120db), eVTOL 噪音小的优点将使其尽可能地飞到社区中心,延长 eVTOL 在城市内的运行 时间。(4)eVTOL 具有高安全可靠性的优势:eVTOL 用电池、电机、旋翼取代燃 油箱、发动机、螺旋桨,同时采用具备了安全冗余的分布式动力系统、自动避障、 自主驾驶、应急恢复等技术,或配备征集降落伞,电气化的 eVTOL 简化了传统动力 及传动复杂的机械结构,具备较高的安全可靠性和稳定性。eVTOL 具有低成本的优势:eVTOL 使用远低于燃油价格的电力为主要驱动力且不 受起降场所限制,运营成本大幅降低,同时 eVTOL 轻量化、模块化和分布式电驱架 构的特征赋予其相较于直升机和飞机更低的设计、生产、维护、操作成本和复杂度。据麦肯锡预计,若 eVTOL 大规模采用,每可用座英里的运营成本可降低至 0.5-2.5 美金,远低于目前直升机每可用座英里 6-8 美元的运营成本。《客运 eVTOL 应用与 市场》计算从上海临港到虹桥交通枢纽,eVTOL 约 20 分钟,时间效率优势非常突 出,分别是出租车的 4.7 倍,地铁的 7.1 倍。eVTOL 单程总收费为 1188 元,每座 售价约为 297 元,总收费为专车的 2.3 倍,豪华车 1.3 倍。价格亦相对具备性价比。
根据 eVTOL 航速及航程特点,将来可重点覆盖 300 公里以下的出行场景。典型场景包括载人客运、载物货运、警务安防、公共服务、国防军事以及私人飞行。从当前国内企业及政策支持来看,产品重点方向聚焦在旅游观光、物流运输、医疗急救及载人客运等场景。旅游观光方面,亿航智能于 2023 年 10 月与合肥市政府签 署战略合作协议,拟在合肥的骆岗中央公园开启无人驾驶航空器的常态化运营。同 时亿航计划与深圳市宝安区政府、鹏城之翼合作开通全国首条 eVTOL 短途观光航 线。峰飞及御风未来的载物 eVTOL 项目已获民航申请受理。
考虑到当前 eVTOL 载荷和航程有限及适航审定与运营许可的复杂性和难度,我们 认为:(1) 短期内 eVTOL 应用场景以旅游观光、物流及应急救援等场景为主 (2) 中长期,随着 eVTOL 的量产、成本下降、各类法律法规及空中管理、导航 通信等基础设施完善,其应用场景将大幅拓展,覆盖城际通勤及城市空中交 通场景。
据 Morgan Stanley 预测。到 2040 年全球 UAM 市场规模为 1 万亿美元,到 2050 年 将增加到 9 万亿美元。客运和货运公共交通将占总市场的 52%,私人或共享飞行器 占 46%,剩下的 2%和 1%分别为民航线路和国防/政府。预计 2040 年中国 UAM 总 体潜在市场规模超过 2500 亿美元,2050 年达到 2.1 万亿美元。
全球市场调研机构 Markets and markets 在 2022 年的报告中指出,全球 evtol 市场规模预计将以 52%的 CAGR 从 2023 年的 12 亿美元扩大至 2030 年的 234 亿美元。根据罗兰贝格的预测,到 2030 全球投入商业运营的 eVTOL 数量将达 5 千架,2040 年达 4.5 万架,2050 年达 16 万架,其中 36%用于城市出租车,35%用于机场摆渡, 29%用于城际服务。2030 年运营商收入将达 10 亿美元,到 2050 年,增至 900 亿美 元,其中 90%来自机场摆渡和城际服务。
eVTOL 投入商业化运营需要经过适航审定程序和运营审定程序。目前中国并未制 定专门针对 eVTOL 的适航审定程序,但可以以其他航空器的认证作为参考。根据 《中华人民共和国民用航空法》和《中华人民共和国适航管理条例》,任何单位或者个人设计民用飞行器,应当向民航局申请并获得型号合格证(TC);制造民用飞行器,需要经生产许可审定并获得生产许可证(PC);使用民用飞行器,需要经单机适 航检查并获得单机适航证(AC)。此外,只有获得运营合格审定后,特定型号的飞 机才能够正式投入商业运营。
现有 eVTOL 审定实践中每个项目按一事一议型处理,每个项目单独制定专用条件。中国民用航空华东地区管理局针对有人驾驶 eVTOL 航空器的审定政策进行了说明:参考 SC-VTOL,CCAR-23,CCAR-27 等要求,每个 eVTOL 项目单独制定专用条件,并按一事一议型处理。根据一事一议的处理原则,适航司对广州亿航 EH216-S 单独制定了专用条件。根据 EH216-S 型无人驾驶航空器系统的具体设计和预期用途,适航司以基于风险和审定目标的原则,结合工业实践,组织编写了该型号的专用条件,内容包括总则、飞行及性能、结构、设计和构造、动力装置、系统和设备、远程机组界面和其他信息、 数据链路、地面控制站、持续适航文件编制要求等。
亿航 EH216-S 是目前全球唯一取得 TC 的 eVTOL 航空器。亿航于 2020 年 12 月提交 EH216-S 载人无人驾驶航空器系统型号合格证申请书;2022 年 2 月, 民航局针对该项目发布《亿航 EH216-S 型无人驾驶航空器系统专用条件》。该航空器自提交申请至取得 TC 历时近三年,于 2023 年 10 月获得全球首项 TC 认定;2023 年 12 月 21 日,EH216-S 无人驾驶载人航空器系统获得中国民航局颁发的标准适航证,并交付客户。
国内多家企业已开启 TC 申请,预计 25-27 年可看到国内外整机企业陆续 TC 取证, 商业化渐近。目前国内载人 eVTOL 项目中亿航 EH216-S 已经获得型号合格证(TC), 沃飞长空 AE200、时的科技 E20、沃兰特 VE25-100 申请受理;载物 eVTOL 项目中 御风未来 M1B、峰飞 V2000CG(载物)申请受理。
目前全球范围内的航空航天企业、传统车企、初创科技公司和机构都纷纷投入 eVTOL 研发。截至 2023 年,全球已有超过 800 家企业或机构正在研发 eVTOL 产 品。国外 eVTOL 行业龙头为 Joby、Vertical、Lilium、Archer、Wisk等,国内主要企业为亿航智能、峰飞航空、小鹏汇天、沃飞长空、沃兰特航空、磐拓航空、时的科技、零重力飞机等。目前已上市的公司为亿航智能、Archer、Vertical、Joby、Lilium 等。低空经济市场呈现快速蓬勃发展态势。
4. eVTOL 产业链:整机企业百花齐放,核心技术逐步突破
eVTOL 产业基础较好,整机供应链可与航空及电动车产业链复用。上游为核心子 系统供应商,包括能源系统、动力系统、飞控系统、通讯系统、导航系统以及机体 等;中游为众多的 eVTOL 整机制造企业;而产业链下游则由地面基础设施、运营基 础设施、低空公共航路、UAM 空管系统以及相应的运营企业构成。
eVTOL 整机由能源系统、动力系统、飞控系统、航电及机体等构成。供应链可以与 航空及电动车产业链复用。新能源车供应链企业切入 eVTOL 产业中核心需解决适 航问题,满足适航要求。
价值量的角度,以 Lilium 整机制造企业为例,能源系统、动力系统、航空电子设备和飞控系统、机体分别为 10%、40%、20%、25%。其上游核心供应商有三家。西班牙航空巨头 ACITURRI 向 Lilium 提供机身、机翼和相应结构;霍尼韦尔公司提供航空电子设备和飞控系统;东丽公司提供复合材料。
(1)能源系统:eVTOL 电池需具备高能量密度、高比功率及安全性,同时满足轻量化需求。近年来我国电动汽车行业高速发展,电池技术有很大突破。但航空工业对于电池的要求高于电动车产业,其电池需具备轻量(避免增加飞行需要克服的重力)、高能量密度(轻量的同时需供给充足的电力)、高可靠性(飞机不像汽车一样可以随时制动,即使发生故障也必须支撑飞机安全降落)、高瞬间充放电倍率、长使用寿命等特征,因此飞机电池具有很大的发展空间。电池巨头布局电动航空领域。宁德时代2023年4 月宣布公司的凝聚态电池单体能量密度高达 500Wh/kg,正在进行民用电动载人飞机项目的合作开发。2023 年 11 月 国轩高科与亿航智能签订战略合作协议,双方致力于共同开发基于亿航智能无人驾 驶电动垂直起降航空器(eVTOL)产品的动力电芯、电池包、储能系统和充电基础 设施。孚能亦有相关电动航空电池产品。主流动力电池厂商进入电动航空领域,有 利于推动行业打破技术瓶颈,降低成本。
(2)动力系统:eVTOL 多采用分布式推进系统(DEP),小尺寸电机不但可以规避大动力系统的复 杂性,大大简化动力系统机械结构,其高耐用性还降低了操作要求及维护成本。同时,eVTOL 动力系统具有冗余性特征,使得单个电机的失效也不会带来灾难性后果, 大幅增加安全性。市面动力系统产品性能稳定、技术成熟,基本可以支持大规模运行。PIPISTREL 公司已有产品完成适航认证,霍尼韦尔、赛峰、罗罗、MAGNIX 等 巨头的相应产品在适航认证进程中。
(3)飞控系统:整机企业的核心竞争力飞控系统是最核心的子系统,eVTOL 的“大脑”,为 eVTOL 提供飞行器的感知、控制和决策。包括模型算法、软件、硬件、机电等,广义也包括通讯、导航系统等。由于 eVTOL 涉及到城市低空使用场景,意味着其无法直接使用小型无人机、民航 飞机的成熟飞控系统方案,需要对飞控系统的自主性做有针对优化设计。eVTOL 的飞行控制需要解决两方面的技术难题:基于多旋翼的垂直起降、基于传统固定翼 的水平飞行以及垂直-水平两种飞行模式的平稳切换。目前主要的飞控供应商可划分为两类。(1)以军工单位、研究所和高校为主的传统 供应商,技术实力雄厚,但价格较高。如中航工业 618 所、北航、南航等;(2)新兴民营公司,在军用项目和 eVTOL 领域积累了丰富经验,产品性价比较高。如边界 智控、安胜等。
(4)通讯导航系统 军用产品主要利用数据链和卫星通信进行通讯,5G 及卫星技术可能是 eVTOL 未来 主要通信方式。高精度惯导价格较高,随着汽车工业的发展,也涌现出大量 MEMS 传感器的供应商,其产品技术成熟、成本低、可靠性好。目前 eVTOL 主流导航方式 是采用 MEMS 传感器、GNSS 等。
(5)机体结构及材料 eVTOL 机体需满足轻量化要求,碳纤维材料起关键作用。X2 全机身采用碳纤维结 构,空机含电池重量 560 公斤,最显著的优势是轻量化。碳纤维通常应用于飞行器 的框架、翼面和螺旋桨等关键部件。碳纤维的轻量化设计不仅提高了 eVTOL 的搭 载能力,还改善了能量消耗和续航里程。
我们认为,低空产业发展初期,低空基础设施建设十分重要,是行业规范化发展的 前提。低空基础设施包括地面基础设施、低空公共航路、运行基础设施和 UAM 管 控系统。
(1)地面基础设施:包括垂直起降机场、eVTOL 机库、应急服务站和物流集散地, 还包括防护栏和随导悬索等装置。垂直起降机场是城市空中运输网络的关键节点, 包括起飞降落区、停车场和航站楼,设置机场信标台、通信导航等设施以及机场气 象站等设施,为 eVTOL 运行提供起降场地、充电及维修、管理控制终端、空地交通 接驳等功能。
(2)低空公共航路:基于精准地理信息、动态地理围栏以及高速路网、移动公网等 基础设施,为多航路预先规划的结构化航路。低空公共航路网需能满足各种类型的 eVTOL 航空器的需求,比如固定翼在航路中运行要求更大的尾流安全间隔。
(3)运行基础设施:包括通信、导航和监视等基础设施,支持城市空中交通的安全 运行和管控。为了保障 eVTOL 航空器在复杂城市低空环境下的安全运行,需要具 备低时延、高稳定性的通讯链路和导航系统。现有的 5G 通讯基站无法满足低空通 信覆盖的需求,因此需要在地面通讯基站的布局上进行基础布局,并加强针对低空 航路运行的布局。导航系统可以帮助 eVTOL 航空器根据周围环境,包括位置、速 度、航向和目标位置等信息,引导航空器安全、快速地完成任务。
(4)UAM 管控系统:监控、协调和管理城市空中交通网络中的飞行器,确保飞行 器安全高效飞行。UAM 使用的空域为 B、C、D 类无管制空域或程序管制空域,与 城市地形空间耦合程度高,可能采用无人驾驶或远程遥控驾驶。未来的流量密度将 远超现有运输航空的仪表飞行规则的空域容量。传统的管制员提供间隔管制服务可 能无法满足需求,因此需要转向精细的自动管理与路径规划,实现空地协同式监视 与控制。研发可靠的 UAM 管控系统至关重要。
深圳推进低空智能基础融合设施建设,推动构建支撑低空经济的设施网、空联网、 航路网、服务网“四张网”。《深圳市支持低空经济高质量发展若干措施》、《深圳经 济特区低空经济产业促进条例》鼓励推进低空基础设施建设,支持有条件的区建设 通用航空运行保障基地,建设无人驾驶航空器公共测试场和 eVTOL 及大中型无人 驾驶航空器枢纽起降场。对社会投资的公共无人机测试场、起降场、通信、导航、 监视等公共基础设施建成并实际运营的给予一次性资助。
5. eVTOL 产业面临哪些挑战?
当前 eVTOL 产业处于发展初期,在进入大规模化商业化市场之前,仍然面临着较 多挑战,包括技术因素、地面基础设施、城市低空交通管理等各方面。
(1)技术因素:其中包括电池技术、态势感知与避障技术、智能驾驶技术等。1) 电池技术:eVTOL 在电池能量密度、功率密度、充放电率、使用寿命、安全可靠性 等方面均有高要求,否则将面临航程短、载荷低、续航时间短等问题,但目前动力 电池水平不能同时完全满足这些要求。2)感知与避障:需具备实时机动避障决策功能,涉及多个技术和领域,复杂度高,需要高敏度的实现。eVTOL 感知和避障技术 主要包括多障碍物探测和分类、障碍物定位与路径预测等技术。城市低空空域复杂, 需要考虑地形、建筑物、电磁环境、鸟群等因素。针对避障决策,需要攻克几何空 间相对运动矢量、无碰撞路径规划等技术路线。此外,快速监测潜在障碍物、及时 调整航向避开障碍物等技术也需要进一步发展;3)智能驾驶:eVTOL 智能驾驶技 术应能借助视觉、红外、激光雷达和毫米波雷达等新型传感器,采取极简操控方式, 融合多种传感器增强飞机的环境感知能力,并利用电传操纵系统建立的良好控制基 础,最终让整套飞行操控系统具备无人驾驶的自主飞行能力。eVTOL 自动飞行(包 括自动导航、自动位置报告、自动应急等)性能,可在空中不确定的复杂气象环境 条件下实现自动驾驶、安全操作的智能驾驶技术还需逐渐演变进阶。
(2)地面基础设施:是 eVTOL 应用的基础,但目前缺乏成熟的系统化整体解决方 案。垂直起降机场包括起降区、停车场、航站楼等设施,为 eVTOL 提供起降、充 电、维修、管控和交通摆渡服务。全球范围内已有多种新概念,如 Uber 的空港概念、 volocopter 和 skyports 的 volo-port 方案、Joby 的多层停车场楼顶的垂直起降场方案 等。各地航空局陆续发布了起降场设计标准,但尚未有成熟落地的系统化整体解决 方案。国内虽然没有官方指南,但政策和法规的支持下,未来有望出台统一准则。
(3)城市低空交通管理:是 eVTOL 发展的瓶颈之一,面对数量庞大的 eVTOL 飞 行器如何建立高效、安全、统一的空中交通管理体系,包括空域分配、航线管理等。城市空域资源边界模糊,城市建筑物、地形等因素的差异导致低空交通管理的复杂 性增加。为管理 eVTOL 的规模化、常态化运行,需要使用 5G 通讯、北斗星基导航 等技术,并考虑城市低空空域运行模式、航空器自动化智能化程序、空中交通流量 规模等因素,提供空域分配、容量和流量管理等服务,建立目视飞行导航与无人驾 驶飞控兼容、民航空域管理系统与低空交通管理系统协同交互的城市低空运行系统。
(4)相关适航认证及监管的法规标准:城市空中交通属于强监管的航空业,eVTOL 的发展必须以政策和法律监管体系完善来牵引。航空主管部门的初始适航与持续适 航管理必须贯穿 eVTOL 从设计、制造、试验、试飞、使用、维修和报废的全生命周 期。eVTOL 的研制与运营必须置于法律规范的监管之下,但目前与之相关的产品、 人员、运行、责任、权利、登记、环境、安保、保险等方面的法律规范及民航规章 还是欠缺。
声 明:来源:未来智库,报告出品方/作者:东北证券,王凤华、刘丹阳。
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