大型民用無(wú)人機(jī)將改變未來(lái)世界

張紅洛

盡管當(dāng)前無(wú)人機(jī)在民用領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，但在某些領(lǐng)域中小型無(wú)人機(jī)似乎已不能滿足社會(huì)發(fā)展的需求。未來(lái)，大型民用無(wú)人機(jī)將有很好的發(fā)展前景和廣闊的市場(chǎng)空間。為了促進(jìn)大型民用無(wú)人機(jī)產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展，我們需要提前布局，重視大型民用無(wú)人機(jī)發(fā)展帶來(lái)的法律法規(guī)、技術(shù)發(fā)展以及基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)等問(wèn)題。

目前，中小型無(wú)人機(jī)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于影視航拍、消費(fèi)娛樂(lè)、搜索營(yíng)救、交通監(jiān)管、資源勘探、邊防巡邏、森林防火、氣象探測(cè)、農(nóng)作物估產(chǎn)、管道巡檢等多個(gè)領(lǐng)域，特別是在面臨洪水、旱情、地震、森林大火等自然災(zāi)害時(shí)監(jiān)測(cè)和評(píng)估方面具備獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。但對(duì)于很多應(yīng)用來(lái)說(shuō)，中小型無(wú)人機(jī)由于其尺寸、載荷、航程和留空時(shí)間等方面的原因存在著巨大的使用限制。隨著無(wú)人機(jī)的使用滲透到國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的方方面面，對(duì)大尺寸、大載重量、航程遠(yuǎn)、留空時(shí)間長(zhǎng)的無(wú)人機(jī)需求日益迫切，為大型民用無(wú)人機(jī)的發(fā)展留下了巨大的需求空間。根據(jù)美國(guó)航空航天工業(yè)協(xié)會(huì)的分類，起飛重量大于25kg的民用無(wú)人機(jī)稱為大型民用無(wú)人機(jī)。按照起飛重量，大型無(wú)人機(jī)又分為幾個(gè)等級(jí)，具體情況見(jiàn)表1。

未來(lái)，隨著大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等信息技術(shù)與無(wú)人機(jī)技術(shù)的相互融合，大型民用無(wú)人飛機(jī)將是全球新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)革命的熱點(diǎn)，它的興起將推動(dòng)社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展變革，改變我們認(rèn)知的世界。今天的無(wú)人飛行器更多的是中小型無(wú)人機(jī)，只能攜帶著照相機(jī)等輕型載荷在低空飛行；明天更大的無(wú)人機(jī)將遍布天空，攜帶著人們飛向世界。

未來(lái)大型民用無(wú)人機(jī)產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展

未來(lái)，大型民用無(wú)人機(jī)將隨著無(wú)人機(jī)技術(shù)的研究與開(kāi)發(fā)應(yīng)用、無(wú)人機(jī)產(chǎn)品的推陳出新以及無(wú)人機(jī)運(yùn)營(yíng)商業(yè)模式的創(chuàng)新而發(fā)展變化，發(fā)展的每個(gè)階段都具有各自獨(dú)特的特征。美國(guó)航空航天工業(yè)協(xié)會(huì)和著名戰(zhàn)略管理咨詢公司Avascent對(duì)未來(lái)20年民用無(wú)人機(jī)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展做出了如下預(yù)測(cè)。

早期階段（2018-2024年）。在這一階段，用戶會(huì)利用大型無(wú)人機(jī)執(zhí)行低風(fēng)險(xiǎn)、以傳感器為核心的監(jiān)視角色，如地面監(jiān)視巡查等。主要用戶包括能源公司、森林防火、消防部門(mén)、農(nóng)場(chǎng)、建筑公司和保險(xiǎn)檢查員等。雖然其中有些用戶會(huì)使用小型無(wú)人機(jī)系統(tǒng)，但大型無(wú)人機(jī)可大幅提升任務(wù)續(xù)航能力，能夠搭載更先進(jìn)的傳感器等有效載荷，并具備機(jī)載數(shù)據(jù)處理能力。早期階段的大型無(wú)人機(jī)為今天的無(wú)人駕駛飛機(jī)操作員所熟悉，一般都是遙控的，但到2020年以后，飛機(jī)的自主性將穩(wěn)步提升。同時(shí)，對(duì)貨運(yùn)和客運(yùn)飛機(jī)的研究和開(kāi)發(fā)持續(xù)進(jìn)行，貨運(yùn)和客運(yùn)飛機(jī)早期原型機(jī)將被設(shè)計(jì)為中等飛行高度、中等航程的飛行器。

第二階段（2025-2031年）。通過(guò)上一階段的研究和開(kāi)發(fā)活動(dòng)，在這一階段將推出中低空飛行的短途貨運(yùn)無(wú)人機(jī)，這些飛機(jī)可飛越農(nóng)村或人口稀少的地區(qū)。同時(shí)，在城市中使用的載客無(wú)人機(jī)在低高度飛行，提供空中出租車或擺渡接送服務(wù)。雖然這些載客無(wú)人機(jī)可以在沒(méi)有機(jī)上操作員的情況下飛行，但早期通常在機(jī)上有一名飛行操作員，作為自動(dòng)化系統(tǒng)的備份，并安撫尚未完全適應(yīng)這種新體驗(yàn)的乘客。到這一階段結(jié)束時(shí)，這一領(lǐng)域的研究將轉(zhuǎn)向提供農(nóng)村電信服務(wù)的高高空無(wú)人機(jī)。此外，這個(gè)階段的研發(fā)投資將專注于提升自主能力的遠(yuǎn)程客運(yùn)和貨運(yùn)無(wú)人機(jī)（最大起飛重量15875kg以上）的研究和開(kāi)發(fā)活動(dòng)。

第三階段（2032年及以后）。在這一階段的初期，遠(yuǎn)程客運(yùn)和貨運(yùn)大型無(wú)人機(jī)的早期原型機(jī)將推出，并在2036年后大幅提升產(chǎn)量。更多大型無(wú)人貨機(jī)將在國(guó)內(nèi)和遠(yuǎn)程國(guó)際航班上得到使用。與早期的載客無(wú)人機(jī)一樣，這些大型無(wú)人貨機(jī)上仍將有一名操作員作為備份。無(wú)人駕駛客機(jī)和貨機(jī)產(chǎn)量占比將越來(lái)越大，預(yù)計(jì)到2040年以后產(chǎn)量將強(qiáng)勢(shì)上漲。

大型民用無(wú)人機(jī)具有廣闊的市場(chǎng)空間

隨著無(wú)人機(jī)技術(shù)的發(fā)展，大型民用無(wú)人機(jī)對(duì)社會(huì)與世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展的貢獻(xiàn)將會(huì)越來(lái)越大，很容易超越當(dāng)今較小的無(wú)人機(jī)系統(tǒng)對(duì)社會(huì)的貢獻(xiàn)。社會(huì)各種部門(mén)和企業(yè)都受益于大型無(wú)人飛機(jī)，從農(nóng)業(yè)、消防到電信和客貨運(yùn)輸。目前小型無(wú)人系統(tǒng)的使用者未來(lái)將更多地依賴大型無(wú)人機(jī)。得益于經(jīng)濟(jì)效益、安全優(yōu)勢(shì)和消費(fèi)者需求，未來(lái)具有高度自主性的大型無(wú)人機(jī)將成為世界的主導(dǎo)飛機(jī)。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，當(dāng)前全球?qū)Υ笮兔裼脽o(wú)人機(jī)的投入每年有數(shù)百萬(wàn)美元，其中研發(fā)投入占較大比例，而且目標(biāo)應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)楣I(yè)與公共安全服務(wù)。據(jù)美國(guó)航空航天工業(yè)協(xié)會(huì)和Avascen十公司預(yù)測(cè)，未來(lái)十年內(nèi)，這一數(shù)字有望實(shí)現(xiàn)突破性增長(zhǎng)，到2028年預(yù)計(jì)支出將達(dá)到40億美元，而且隨著遠(yuǎn)程貨運(yùn)和客運(yùn)無(wú)人機(jī)的逐步使用和加大量產(chǎn)，到2036年，這一領(lǐng)域的投入還將增至近300億美元。從2018年到2036年，大型無(wú)人駕駛飛機(jī)預(yù)計(jì)將帶動(dòng)近1500億美元的投資，并每年維持60000個(gè)研發(fā)、制造和服務(wù)工作崗位。預(yù)計(jì)，未來(lái)隨著技術(shù)進(jìn)步和日益增長(zhǎng)的消費(fèi)者需求（通過(guò)健全的政策和支撐的監(jiān)管環(huán)境），大型民用無(wú)人機(jī)的市場(chǎng)空間更為廣闊。

大型無(wú)人機(jī)在推動(dòng)航空產(chǎn)業(yè)全面增長(zhǎng)的同時(shí)，將顯著降低成本，提升效率。在公眾看來(lái)，大型無(wú)人機(jī)的使用可能會(huì)減少飛行員的需求，效率的提升會(huì)減少相關(guān)從業(yè)人員，但實(shí)際上并非如此，應(yīng)該是從業(yè)人員從一類崗位轉(zhuǎn)到了另一類崗位；而且隨著大型無(wú)人機(jī)使用的增長(zhǎng)，對(duì)飛行員需求的減少會(huì)因?yàn)閷?duì)空中交通管理人員需求的增長(zhǎng)而抵消。此外，大型無(wú)人機(jī)還將提供許多增值服務(wù)，如監(jiān)視飛機(jī)的數(shù)據(jù)分析、優(yōu)質(zhì)貨物/人員運(yùn)輸、航空運(yùn)輸或電信連接服務(wù)等。分析表明，大型無(wú)人機(jī)的生產(chǎn)和運(yùn)營(yíng)等相關(guān)服務(wù)將需要數(shù)以萬(wàn)計(jì)的高薪員工；創(chuàng)造更多的就業(yè)機(jī)會(huì)，很可能是大型無(wú)人機(jī)行業(yè)本身從業(yè)人員的數(shù)倍。

提升飛機(jī)自主性是大型無(wú)人機(jī)發(fā)展的關(guān)鍵

自主性是飛機(jī)獨(dú)立操控自身的能力。今天所有無(wú)人駕駛飛機(jī)都可以遙控或執(zhí)行預(yù)先編程的任務(wù)；而隨著時(shí)間的推移，民用無(wú)人機(jī)的自主性水平將持續(xù)提升，最終誕生完全獨(dú)立自主的無(wú)人駕駛系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以在飛行環(huán)境發(fā)生改變而沒(méi)有提前人工輸入或預(yù)先編程指令的條件下，自主對(duì)飛行狀態(tài)進(jìn)行改變，以適應(yīng)新的飛行環(huán)境。其中，機(jī)器學(xué)習(xí)算法領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步對(duì)提升自主能力非常重要，此外通信、網(wǎng)絡(luò)、安全、航空電子和傳感器等領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展也很關(guān)鍵。

高度自主性可以使飛機(jī)能夠獨(dú)立操控飛行，這是廣泛使用大型民用無(wú)人機(jī)的一個(gè)關(guān)鍵推動(dòng)因素。在擁擠的空域和不斷變化的條件下，具備高度自主性的飛機(jī)能夠快速感應(yīng)并避免潛在的危險(xiǎn)，規(guī)避惡劣的氣象條件，靈巧地引導(dǎo)飛機(jī)進(jìn)入機(jī)場(chǎng)滑行道。在空中做出正確決策的能力將不再基于飛行人員的本能和經(jīng)驗(yàn)。

同時(shí)，通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，自主飛行系統(tǒng)可以借鑒全世界數(shù)百萬(wàn)飛行小時(shí)的飛機(jī)及其機(jī)組人員的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)。而且隨著時(shí)間的推移，這種模式的轉(zhuǎn)變將使空中交通管制員、航空公司和公眾對(duì)大型民用無(wú)人機(jī)的發(fā)展和使用建立信心，通過(guò)信心和性能的提升，大型民用無(wú)人機(jī)的市場(chǎng)規(guī)模將持續(xù)擴(kuò)張。

大型民用無(wú)人機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域逐步拓展

隨著對(duì)大型無(wú)人機(jī)投入的持續(xù)增長(zhǎng)和相關(guān)技術(shù)與產(chǎn)品的逐步成熟，大型無(wú)人機(jī)應(yīng)用范圍將逐步擴(kuò)大，并在部分應(yīng)用領(lǐng)域出現(xiàn)需求高峰，具體應(yīng)用分為替代使用、增量增長(zhǎng)使用和新應(yīng)用三類。

（1）替代使用。大型自主無(wú)人機(jī)將在成熟的應(yīng)用領(lǐng)域如農(nóng)業(yè)、貨物和乘客旅行方面取代有人駕駛飛機(jī)。目前有人駕駛飛機(jī)在這些細(xì)分市場(chǎng)領(lǐng)域廣泛使用，飛機(jī)制造商、航空公司和維修服務(wù)公司以及企業(yè)和消費(fèi)者都在享受航空帶來(lái)的便利和快捷。大型民用無(wú)人機(jī)替代有人駕駛飛機(jī)將主要得益于三個(gè)方面：一是有人駕駛飛機(jī)已在這一細(xì)分市場(chǎng)服務(wù)幾十年的經(jīng)驗(yàn)積累（從中低端的農(nóng)業(yè)飛機(jī)到最先進(jìn)的寬體客機(jī)），而且未來(lái)大型無(wú)人機(jī)的安全性和舒適性將有更大的提升，從而為大型無(wú)人機(jī)的使用奠定了基礎(chǔ)；二是自主飛行技術(shù)將推動(dòng)大型無(wú)人機(jī)發(fā)展（例如從完全無(wú)人駕駛飛機(jī)上取消駕駛艙及其生命保障系統(tǒng)，或僅為單個(gè)操作員提供基本的緊急控制）；三是技術(shù)創(chuàng)新將使大型無(wú)人機(jī)更具效率和更具成本效益，對(duì)有人駕駛飛機(jī)的沖擊效應(yīng)強(qiáng)大，可將節(jié)省的資金再投資于相關(guān)領(lǐng)域如推進(jìn)技術(shù)或材料技術(shù)發(fā)展。

（2）增量增長(zhǎng)使用。大型無(wú)人機(jī)自主能力的穩(wěn)步改善將弱化有人和無(wú)人駕駛之間的應(yīng)用類別區(qū)分，新出現(xiàn)的大型無(wú)人機(jī)市場(chǎng)的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒖缭揭呀?jīng)建立的成熟領(lǐng)域和顛覆性應(yīng)用領(lǐng)域之間的中間地帶。由于經(jīng)濟(jì)性因素或有人駕駛飛機(jī)的限制導(dǎo)致空中某些還沒(méi)有完全確立的領(lǐng)域?qū)⒊霈F(xiàn)增量增長(zhǎng)，例如各種大型監(jiān)視或公共安全系統(tǒng)將成為大型無(wú)人機(jī)新增的應(yīng)用領(lǐng)域。這類增長(zhǎng)領(lǐng)域具體包括：一是這些領(lǐng)域某些應(yīng)用已經(jīng)由各種重量級(jí)和能力的無(wú)人機(jī)（遙控飛機(jī)）提供服務(wù)，但難以滿足客戶的需求；二是這類飛機(jī)幾乎無(wú)法從降低機(jī)上控制中獲得更高的效率；三是沒(méi)有飛行員換班困擾，增加飛行持續(xù)性。

（3）新的應(yīng)用。大型無(wú)人機(jī)也為新的工業(yè)和消費(fèi)細(xì)分市場(chǎng)帶來(lái)了巨大的變化。面向消費(fèi)者提供空中出租車、短途運(yùn)輸或客運(yùn)服務(wù)等解決方案。其他可能的工業(yè)領(lǐng)域包括工地起重系統(tǒng)，可以取代建筑工地上大量使用的起重機(jī)，執(zhí)行高價(jià)值和一次性的起重任務(wù)等。上述應(yīng)用如在低空和人口稠密地區(qū)使用，還需重新制定規(guī)章制度和保障措施。此外，大型無(wú)人機(jī)在擁有高度自主性后還可以執(zhí)行復(fù)雜的、可重復(fù)和長(zhǎng)時(shí)間的任務(wù)，如用作高高空通信無(wú)人駕駛飛機(jī)為偏遠(yuǎn)地區(qū)提供通信服務(wù)。

我國(guó)大型民用無(wú)人機(jī)發(fā)展建議

大型無(wú)人機(jī)的使用會(huì)給現(xiàn)有航空工業(yè)體系帶來(lái)很大影響，新技術(shù)、新產(chǎn)品的推出與應(yīng)用會(huì)帶來(lái)很多意想不到的沖擊，如探測(cè)一規(guī)避飛行技術(shù)發(fā)展、高密度無(wú)人機(jī)管理、飛機(jī)自主性認(rèn)證和頻譜分配以及與現(xiàn)有和未來(lái)空中交通管理系統(tǒng)和基礎(chǔ)設(shè)施的兼容性等都是需要考慮的問(wèn)題。

另外，大型無(wú)人機(jī)通向未來(lái)的最大障礙是人們對(duì)維持現(xiàn)狀的觀念和心態(tài)。首先，法規(guī)規(guī)則的制定通常落后于技術(shù)與產(chǎn)品的創(chuàng)新步伐，航空也不例外，適航條例等航空法規(guī)的發(fā)展會(huì)隨著新興的無(wú)人駕駛飛機(jī)技術(shù)和產(chǎn)品的使用逐步改善，但難以超前。第二，大型無(wú)人機(jī)的監(jiān)管是一個(gè)新課題，各類機(jī)構(gòu)需要相互協(xié)調(diào)，明晰各自職責(zé)，否則會(huì)制約大型無(wú)人機(jī)行業(yè)和運(yùn)營(yíng)商的發(fā)展。為此，建議在加大大型民用無(wú)人機(jī)技術(shù)與產(chǎn)品研發(fā)投入的同時(shí)，先期必須開(kāi)展與大型無(wú)人機(jī)相關(guān)的法律法規(guī)研究，將航空安全放在優(yōu)先地位，加強(qiáng)國(guó)際溝通交流合作，培育我國(guó)大型無(wú)人機(jī)在國(guó)際市場(chǎng)上的地位。具體如下：

（]）強(qiáng)化科技創(chuàng)新，強(qiáng)化基礎(chǔ)建設(shè)。緊緊抓住未來(lái)全球大型無(wú)人機(jī)發(fā)展的歷史機(jī)遇，加強(qiáng)無(wú)人機(jī)領(lǐng)域科技創(chuàng)新，彎道超車，搶占先機(jī)，推進(jìn)我國(guó)大型無(wú)人機(jī)技術(shù)與產(chǎn)品的發(fā)展步伐，發(fā)展壯大無(wú)人機(jī)產(chǎn)業(yè)規(guī)模，打造產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合的大型無(wú)人機(jī)產(chǎn)業(yè)體系；同時(shí)開(kāi)展大型無(wú)人機(jī)運(yùn)營(yíng)相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施的研究與投入，對(duì)現(xiàn)有機(jī)場(chǎng)和新機(jī)場(chǎng)/航站樓進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)施投資，以適應(yīng)未來(lái)大型無(wú)人機(jī)晝夜交通的急劇增長(zhǎng)，考慮并解決運(yùn)營(yíng)過(guò)程中責(zé)任和保險(xiǎn)問(wèn)題。

（2）加強(qiáng)國(guó)際交流合作，開(kāi)展相關(guān)法律法規(guī)研究。大型無(wú)人飛機(jī)市場(chǎng)的發(fā)展軌跡和發(fā)展速度取決于建立一個(gè)清晰的法規(guī)框架。我國(guó)應(yīng)積極采取行動(dòng)，開(kāi)展相關(guān)航空法律法規(guī)研究，積極與國(guó)際權(quán)威適航機(jī)構(gòu)溝通交流與合作，參與關(guān)于大型無(wú)人機(jī)使用與運(yùn)營(yíng)的法律法規(guī)制定，建立基于性能的國(guó)際共識(shí)標(biāo)準(zhǔn)。我們相信，隨著我國(guó)航空事業(yè)的快速發(fā)展，再加上強(qiáng)有力的監(jiān)管環(huán)境支撐，我國(guó)大型無(wú)人機(jī)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展將產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，創(chuàng)造更多的就業(yè)機(jī)會(huì)，走在世界的前列。