高遠(yuǎn)洋：UAM 將給城市交通帶來一場深刻革命

文/本刊記者 祁娟

高遠(yuǎn)洋

人類自古就有飛天的夢想，由于沒有鳥兒一樣的翅膀，亦無飛天之力，只能將夢想寄托于神話傳說，于是便有了古希臘神話中的太陽神，乘著車子在天空馳騁；有了《西游記》里的孫悟空，翻一個筋斗就是十萬八千里。

“人類從未放棄過對天空的追求和想象?！?022年11月上旬，第六屆“一帶一路”青少年創(chuàng)客營與教師研討活動在廣西召開，其中在“可持續(xù)交通”主題創(chuàng)客營組織開展的科學(xué)家系列講座上，著名通用航空產(chǎn)業(yè)專家、北京航空航天大學(xué)通用航空產(chǎn)研究中心主任、中國交通運輸協(xié)會路空協(xié)同立體交通分會副會長高遠(yuǎn)洋介紹說，“一提起航空先驅(qū)，大家首先想到的是萊特兄弟。1903年，萊特兄弟用自制飛機(jī)，在美國加州的一個小山坡上試飛，飛機(jī)成功地飛了起來，這是人類的第一次飛行，后來萊特兄弟被稱為‘飛行之父’。實際上，早在500 多年前，達(dá)·芬奇便研究了飛行理論，還繪制了第一張飛機(jī)飛行原理圖?！?/p>

如今，伴隨科技日新月異的高速發(fā)展，飛天的夢想正逐漸照進(jìn)現(xiàn)實。尤其是近年來城市空中交通（Urban Air Mobility，簡稱：UAM）概念的興起，有望通過采用eVTOL(電動垂直起降航空器)這樣的創(chuàng)新性飛行器，利用低空資源，實現(xiàn)城市空中交通出行，這不僅可以緩解大氣污染和城市地面交通擁堵等問題，還能創(chuàng)新性地縮短人們的移動時間。當(dāng)下，UAM 的實現(xiàn)還需要具備哪些條件，面臨哪些挑戰(zhàn)？在這場以“仰望星空 放飛航空夢想”為主題的微型科普講座上，高遠(yuǎn)洋分別從人類飛行歷史、航空航天飛行器技術(shù)與產(chǎn)品發(fā)展趨勢、航空航天現(xiàn)實用途與應(yīng)用場景等方面為與會者帶來了精彩的專業(yè)分享。

航空既是一門科學(xué)也是藝術(shù)

“當(dāng)我們提到航天時，經(jīng)常被并列提及的還有航空。航天和航空有什么區(qū)別呢？”高遠(yuǎn)洋解釋道，“仰望天空，我們可以將其分為三個區(qū)域，分別是航空區(qū)、臨近空間和太空區(qū)。航空區(qū)一般是指從地面到20 公里的高度，臨近空間是從20 公里至100 公里的高度，100公里以上就是太空區(qū)?！?/p>

高遠(yuǎn)洋著重提出了“卡門線”?？ㄩT線是在距離地球表面100 公里的高度一條隱形的線。這是由匈牙利裔美國工程師、物理學(xué)家西奧多·馮·卡門提出的概念，他首次計算出從100 公里的高度開始，由于大氣過于稀薄，難以產(chǎn)生足夠的飛行升力，所以在這個高度以上普通飛機(jī)是無法飛行的。

由此，高遠(yuǎn)洋進(jìn)一步解釋了航天與航空的區(qū)別：航天是指進(jìn)入、探索、開發(fā)和利用太空（即地球大氣層以外的宇宙空間）以及地球以外天體各種活動的總稱；航空是指飛行器在地球大氣層中的航行活動。正因如此，空間運載火箭、飛船、空間站被稱為“航天飛行器”，而軍用飛機(jī)、民航客機(jī)、通用航空飛機(jī)等則被稱作“航空飛行器”。

“航空業(yè)是最具全球化色彩的行業(yè)?！备哌h(yuǎn)洋表示。他舉例說，一架波音飛機(jī)需要400 萬余個零部件，然而這些零部件絕大部分不是由波音公司自己生產(chǎn)的，而是由65 個國家中約1500 個大企業(yè)和15000 個中小企業(yè)提供的。因此，“航空推動了全球化，全球化也成就了航空業(yè)”。

在高遠(yuǎn)洋眼中，航空不僅是一門嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)，也是一門藝術(shù)。航空飛行器設(shè)計體現(xiàn)機(jī)械美學(xué)，航空文化藝術(shù)衍生品傳遞妙趣，航展飛行表演壯美……這些是對“航空是靈動的藝術(shù)”的最佳注腳。

通用航空是人類“第四次”交通革命

“通用航空是人類交通方式正在進(jìn)行的‘第四次革命’?！备哌h(yuǎn)洋在講座中指出，“這必將帶來通用飛機(jī)、發(fā)動機(jī)、機(jī)載、空管、運營、服務(wù)的技術(shù)大變革。”

如何理解通用航空？高遠(yuǎn)洋認(rèn)為，通用航空是一個排除法，除了軍事航空以外的航空活動，都屬于通用航空，比如說公務(wù)機(jī)與私人飛機(jī)飛行、工農(nóng)林業(yè)航空作業(yè)飛行、熱氣球、無人機(jī)、低空旅游、航空運動、航空應(yīng)急救援等。

從我國通航產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢看，“十四五”開局之后，多項政策聚焦通航，從國家到地方紛紛將通用航空納入“十四五”發(fā)展規(guī)劃，越來越多的地方政府承擔(dān)起發(fā)展主體責(zé)任，加入通航發(fā)展推動者行列，這使得我國通用航空發(fā)展呈現(xiàn)出新格局。

正如高遠(yuǎn)洋在對2021 中國通用航空大盤點中所指出的，2021年我國低空空域管理改革由點到面逐步推進(jìn)，發(fā)展環(huán)境從天到地不斷改善，市場活力逐步激發(fā)，通航消費逆勢而起，通航飛行量創(chuàng)歷史新高，通航企業(yè)數(shù)持續(xù)增長，產(chǎn)業(yè)規(guī)模穩(wěn)步擴(kuò)大，通航創(chuàng)新eVTOL 受到了資本追捧。

對于eVTOL 的興起，高遠(yuǎn)洋認(rèn)為，利用低空資源，發(fā)展通用航空，使小飛機(jī)運輸成為主流的交通運輸解決方案。實際上，早在20 世紀(jì)中后期，一些航空公司就開始嘗試?yán)脗鹘y(tǒng)直升機(jī)實現(xiàn)城市空中交通，但受限于飛行載具的運行成本、安全性和噪聲等問題，而未能廣泛普及。大約從2015年起，電動垂直起降（eVTOL）飛機(jī)快速發(fā)展，為實現(xiàn)城市空中交通創(chuàng)造了新的可能性，引起世界范圍交通業(yè)和航空業(yè)的廣泛關(guān)注。

高遠(yuǎn)洋表示，目前全球都聚焦在eVTOL 之上，相較于傳統(tǒng)飛機(jī)，eVTOL 更環(huán)保、更經(jīng)濟(jì)，飛行也更為自由便利，這得益于現(xiàn)代航空科技、清潔能源和人工智能技術(shù)的發(fā)展。它也將是未來 UAM 運營的“關(guān)鍵角色”。

UAM 是城市交通發(fā)展的未來

在講座中，高遠(yuǎn)洋對SATS、UAM、AAM 三個概念分別進(jìn)行了解析：

SATS（Small Aircraft Transportation System，小型飛機(jī)運輸系統(tǒng)，簡稱：SATS）是2000年時提出，主要指使用小型飛機(jī)進(jìn)行商務(wù)和個人運輸，在小型起降場和其他著陸點（包括直升機(jī)場）之間的點對點運輸。隨著技術(shù)的迭代，城市交通運輸從SATS 的先進(jìn)理念中充分吸收經(jīng)驗，逐步發(fā)展形成了針對城市的城市空中交通（UAM），指在人口稠密的城市區(qū)域建立一個安全高效的空中運輸系統(tǒng)，用載貨無人機(jī)進(jìn)行小包裹和快遞運送，通過載客航空器（未來主要是無人駕駛航空器）以空中巴士、空中出租車等方式實現(xiàn)城市空中交通出行。

“2020年，AAM（Advanced Air Mobility，先進(jìn)城市空中交通，簡稱：AAM）概念被提出，它指的是使用小型飛行器解決城市-城市/城市-社區(qū)/社區(qū)-社區(qū)之間的交通問題?！备哌h(yuǎn)洋說，“從某種程度上，AAM 可以說是UAM 的一種擴(kuò)展?！?/p>

他還為與會者展示了UAM 未來應(yīng)用的三種場景——

場景1：末端配送——即時配送5磅以下的包裹，由集中的分發(fā)中心到接收站，平均20 分鐘的配送，10 英里的飛行里程；

場景2：空中巴士——類似地鐵和巴士的固定路線，每次搭載3 名乘客，平均20 分鐘飛行，10 ～70 英里的飛行里程；

場景3：空中出租車——按需即時的門到門飛行服務(wù)，每次搭載1 名乘客，平均10 分鐘飛行，10 ～70 英里的飛行里程。

同樣是載人空中飛行，高遠(yuǎn)洋分析表示，相比空中巴士按照既定航線進(jìn)行載客飛行，在固定站點起降，以解決大眾化乘客的空中出行需求，空中出租車類似于地面打車軟件APP，可以基于個人需求召喚 eVTOL，這是更為靈活的空中交通出行。

對于UAM 未來的發(fā)展路徑，高遠(yuǎn)洋認(rèn)為一定是先物后人。先開展UAM空中物流與包裹快遞運送，通過載物飛行進(jìn)行安全驗證及經(jīng)驗數(shù)據(jù)積累，在確保安全或者對其安全性有足夠信心后再開展載人飛行。

“UAM 將給城市交通帶來一場深刻的革命，”高遠(yuǎn)洋認(rèn)為，“像汽車行業(yè)一樣，電動化、智能化和無人化是城市空中交通系統(tǒng)的重要特征，而電動垂直起降飛機(jī)、全自動駕駛和機(jī)群管理的發(fā)展有望徹底改變城際和城內(nèi)的交通方式?！?/p>

仍面臨的一些挑戰(zhàn)

在高遠(yuǎn)洋看來，UAM 三種應(yīng)用場景的實現(xiàn)，關(guān)鍵在于核心技術(shù)是否能實現(xiàn)突破。這些技術(shù)包括電池技術(shù)、自主飛行技術(shù)、感知和避障技術(shù)、電機(jī)和推進(jìn)技術(shù)、定位和導(dǎo)航、噪音、機(jī)群路徑規(guī)劃和管理、網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)等。

同時，完備的規(guī)章和完善的地面保障體系是實現(xiàn)UAM 的前提。近年來中國民用航天局相繼發(fā)布無人駕駛航空指導(dǎo)性、規(guī)范性文件及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，建立了無人機(jī)適航管理系統(tǒng)，并開展試驗區(qū)先試先行。從行業(yè)整體來看，還應(yīng)加強(qiáng)國際交流合作，統(tǒng)一認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)與監(jiān)管方案，建立全球通用的UAM全新監(jiān)管體系。

地面基礎(chǔ)設(shè)施的支撐對于UAM 的發(fā)展也尤為重要。高遠(yuǎn)洋表示，UAM是一個路空協(xié)同體系，除了飛行器本身，還需要有地面基礎(chǔ)設(shè)施的支撐。以其三種應(yīng)用場景舉例，末端配送需要集中的分撥中心，中心可從目前電商和快遞的基礎(chǔ)設(shè)施改造而來，而接收站可建造在高樓的屋頂；空中巴士和空中出租車都需要固定的起降點用來滿足上下客、充電、維護(hù)以及停放等多種需求，城區(qū)內(nèi)早期應(yīng)是改造高樓的直升機(jī)停機(jī)坪，未來則可能出現(xiàn)專門的起降場地，更好地對接無人車等地面交通設(shè)施。

高遠(yuǎn)洋帶領(lǐng)團(tuán)隊進(jìn)行行業(yè)分析討論

當(dāng)然，社會認(rèn)知和公眾接受度也不能忽視。畢竟，讓公眾搭乘無人駕駛的飛行器在空中飛行需要克服的不僅僅是心理障礙，新型航空飛行器的安全性、便捷性以及經(jīng)濟(jì)性還需要更長時間的驗證。

2022年初，交通運輸部、科技部印發(fā)《交通領(lǐng)域科技創(chuàng)新中長期發(fā)展規(guī)劃綱要（2021—2035年）》，部署飛行汽車研發(fā)，突破飛行器與汽車融合、飛行與地面行駛自由切換等技術(shù)；當(dāng)年6月，中國民用航空局發(fā)布《“十四五”通用航空發(fā)展專項規(guī)劃》，要大力發(fā)展新型智能無人駕駛航空驅(qū)動的低空新經(jīng)濟(jì)。鼓勵載人無人駕駛等新型航空器的發(fā)展，帶動城市空中交通快速發(fā)展。政策的開放與支持，無疑為城市空中交通的快速發(fā)展鋪平了道路。

隨著《城市場景輕小型無人駕駛航空器物流航線劃設(shè)規(guī)范》的發(fā)布，其明確了城市場景無人機(jī)航線規(guī)劃與實施的全流程標(biāo)準(zhǔn)，這也意味著城市空中物流已進(jìn)入標(biāo)準(zhǔn)化時代，城市低空綜合應(yīng)用成為大勢所趨。

“利用閑置的低空空域資源，采用電動垂直起降飛行器（eVTOL）和飛行汽車等創(chuàng)新型航空器，從空中滿足城市交通出行及物流快遞需求，以解決地面交通擁堵不堪及交通污染等城市問題，概念很應(yīng)景，設(shè)想很完美，場景很科幻。但我相信這會成為現(xiàn)實，也將是我國通用航空突破性發(fā)展的一個重要方向。”高遠(yuǎn)洋充滿信心。