優(yōu)步：無(wú)人駕駛城市空中交通的行業(yè)先驅(qū)

李悅霖

航空工業(yè)成都飛機(jī)設(shè)計(jì)所，四川 成都 610091

盡管無(wú)人駕駛城市空中交通受到噪聲、認(rèn)證、技術(shù)、安全等障礙和挑戰(zhàn)，但是作為行業(yè)的先驅(qū)，優(yōu)步公司堅(jiān)信城市空中交通是可行的，在融合電力推進(jìn)、自主駕駛等技術(shù)與拼車等商業(yè)模式結(jié)合的情況下，隨著城市規(guī)模的擴(kuò)大、解決嚴(yán)重?fù)矶聠?wèn)題需求愈加迫切，無(wú)人駕駛城市空中交通的前景愈加清晰。在優(yōu)步公司的不懈努力下，多次飛行試驗(yàn)證明了電力推進(jìn)垂直起降飛行器的前景，而障礙和挑戰(zhàn)的解決途徑也即將出現(xiàn)。

按需航空運(yùn)輸并非新事物。由優(yōu)步公司（Uber）運(yùn)營(yíng)的直升機(jī)服務(wù)工具UberChopper可以在特殊場(chǎng)合使用，初創(chuàng)公司Blade在紐約可以按需飛行其直升機(jī)，空中客車公司的Voom服務(wù)在圣保羅已經(jīng)超過(guò)100天。

與其他公司的不同，優(yōu)步公司非?？春秒妱?dòng)垂直起降飛機(jī)在城市空中交通中的美好前景。優(yōu)步公司航空工程總監(jiān)馬克·摩爾認(rèn)為，傳統(tǒng)的直升機(jī)還不夠好，傳統(tǒng)旋翼機(jī)的安全性、噪聲、成本和維護(hù)問(wèn)題是實(shí)現(xiàn)高密度高利用率運(yùn)行的障礙，而高密度、高利用率運(yùn)行對(duì)于證明普適性的低成本服務(wù)極其重要。優(yōu)步公司堅(jiān)信，城市空中交通是可行的，因?yàn)殡娏ν七M(jìn)、自主駕駛等技術(shù)與拼車等商業(yè)模式有可融合性，而且隨著城市規(guī)模的擴(kuò)大對(duì)克服嚴(yán)重?fù)矶掠泻艽蟮男枨蟆?/p>

愿景

2018年5月，優(yōu)步公司在洛杉磯舉行的Elevate峰會(huì)上公布了其空中拼車的遠(yuǎn)期愿景。在優(yōu)步展示的動(dòng)畫中，數(shù)百架電力推進(jìn)垂直起降空中出租車穿梭于城市專用的空中車道，通過(guò)專門設(shè)計(jì)的空中通道，每小時(shí)將數(shù)千名乘客與優(yōu)步的自動(dòng)駕駛汽車地面網(wǎng)絡(luò)連接起來(lái)。這是一個(gè)驚人的視野和速度。優(yōu)步公司計(jì)劃在2020年開(kāi)始演示飛行，2023年提供初步商業(yè)服務(wù)，并希望到2025年將每個(gè)城市的空中拼車網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)大到數(shù)百輛。

汽車行業(yè)通常按數(shù)十年的時(shí)間間隔來(lái)衡量其速度發(fā)展，因此，優(yōu)步公司的“迅猛發(fā)展”構(gòu)想在峰會(huì)近千名觀眾中產(chǎn)生了既興奮又懷疑的態(tài)度，觀眾對(duì)電力推進(jìn)垂直起降技術(shù)在新興的按需航空市場(chǎng)上的潛力感到興奮，但又對(duì)一家非航空公司從事空中航空運(yùn)輸感到懷疑。

不過(guò)，在Elevate峰會(huì)上，流暢的視頻和生動(dòng)的演示清楚地表明了優(yōu)步公司對(duì)于市場(chǎng)需求的考慮和把握。首席執(zhí)行官達(dá)拉·科斯羅薩西在峰會(huì)上表示，優(yōu)步公司不是為少數(shù)人提供服務(wù)的，其最終將面向大眾市場(chǎng)，推廣到大眾市場(chǎng)。優(yōu)步公司將提高產(chǎn)品的接受度，降低價(jià)格，讓數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的人都能享用這項(xiàng)服務(wù)。

要使城市空中交通負(fù)擔(dān)得起、可靠和為公眾接受，一種成功的大眾交通工具需要在各個(gè)相關(guān)領(lǐng)域取得進(jìn)展，這些領(lǐng)域包括飛行器性能、噪聲、安全性及成本，以及空域準(zhǔn)入、運(yùn)營(yíng)和基礎(chǔ)設(shè)施方面。優(yōu)步公司將其激進(jìn)的時(shí)間表視為推動(dòng)城市空中交通領(lǐng)域各項(xiàng)技術(shù)發(fā)展的“強(qiáng)制性功能”。自2017年4月在達(dá)拉斯舉行的首屆Elevate峰會(huì)上宣布建立首個(gè)汽車合作伙伴關(guān)系以來(lái)，優(yōu)步公司已取得重大進(jìn)展。目前，優(yōu)步公司正在試飛幾款不同配置的全尺寸電力推進(jìn)垂直起降飛機(jī)，樂(lè)觀估計(jì)到2020年試驗(yàn)型飛行器可以為達(dá)拉斯和洛杉磯的演示做好準(zhǔn)備。

圖1 貝爾公司的專利申請(qǐng)中詳細(xì)說(shuō)明了其混合電力推進(jìn)垂直起降飛行器的涵道旋翼結(jié)構(gòu)

目前，在研的各種電力推進(jìn)垂直起降飛行器配置結(jié)構(gòu)中，并沒(méi)有占主導(dǎo)地位的設(shè)計(jì)。優(yōu)步公司明確表示，希望采用有翼的電力推進(jìn)垂直起降飛行器設(shè)計(jì)，因?yàn)槎嘁頇C(jī)的運(yùn)行速度太慢，優(yōu)步公司還傾向全電動(dòng)飛機(jī)，以避免采用航空燃料，但Volocopter等制造商認(rèn)為多翼機(jī)是最好的起步方式，Terrafugia等制造商則將重點(diǎn)研發(fā)城市及更遠(yuǎn)地區(qū)使用的混合動(dòng)力飛行器。

圖2 正在飛行的小鷹航空“科拉”(Cora)有兩個(gè)座位，最高時(shí)速110nm。但它太小，速度太慢，無(wú)法滿足優(yōu)步公司的需求

首選全電動(dòng)推進(jìn)技術(shù)

優(yōu)步首選全電推進(jìn)的主要原因是電力推進(jìn)相對(duì)于航空燃料的成本更低，同時(shí)與內(nèi)燃機(jī)相比電力驅(qū)動(dòng)的效率更高。據(jù)研究結(jié)果顯示，電網(wǎng)的能源成本可以是航空燃料的30%，電驅(qū)動(dòng)效率是內(nèi)燃機(jī)效率的2～4倍，翼載飛行效率是旋翼飛行效率的3～4倍，電力推進(jìn)更簡(jiǎn)單，維護(hù)成本更低。波音公司研究與技術(shù)部的一項(xiàng)研究顯示，一架四座的傾轉(zhuǎn)翼電力推進(jìn)垂直起降飛行器每英里的運(yùn)營(yíng)成本比一架活塞驅(qū)動(dòng)的“羅賓遜”（Robinson） R44直升機(jī)低26%。

目前，正在飛行測(cè)試的部分電力推進(jìn)垂直起降飛機(jī)包括：億航的單座184飛機(jī)，類似于一架放大型的四軸飛行器，Workhorse公司的雙座“確信飛”（SureFly）公司無(wú)人機(jī)也將于2017年飛行；以及今年初將在迪拜公路和運(yùn)輸管理局進(jìn)行測(cè)試的Volocopter 2X，它的雙座機(jī)身上方有18個(gè)旋翼。而優(yōu)步公司的電力推進(jìn)垂直起降飛機(jī)與之不同，優(yōu)步公司沒(méi)有選擇開(kāi)發(fā)多旋翼飛行器，因?yàn)閮?yōu)步公司的任務(wù)要求更加苛刻。

優(yōu)步公司的設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)因素是高利用率，以增加乘客量和降低成本。關(guān)鍵要求是在3h的早高峰和晚高峰時(shí)段，連續(xù)飛行標(biāo)準(zhǔn)的25nm，飛行10min需充電5min，電量不能低于30%以下，以滿足FAA要求的20min儲(chǔ)電要求。這就需要一架高效的飛機(jī)來(lái)減少每次航班之間的充電時(shí)間。優(yōu)步選擇的是過(guò)渡型飛機(jī)結(jié)構(gòu)，即在旋翼垂直飛行和翼載前向飛行之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換的飛機(jī)，這種結(jié)構(gòu)飛得更快、更有效，能用更少的能量覆蓋更長(zhǎng)的距離。如果速度太慢和效率太低，電力推進(jìn)垂直起降飛機(jī)將無(wú)法完成3h的沖刺而不接地充電。

雖然多旋翼飛機(jī)在低速度下懸停或短途飛行時(shí)非常出色，但由于多旋翼飛機(jī)的升阻比小于2，飛行速度限制在50nm/h以下，無(wú)法快速到達(dá)某地，而優(yōu)步公司需要的是高效的高速飛行器，能進(jìn)行翼載飛行，有更高的升阻比。加州理工大學(xué)羅伯·麥克唐納和喬治亞理工學(xué)院布里安·杰爾曼的一項(xiàng)研究表明，在一次長(zhǎng)時(shí)間的深入充電后，一架升阻比為14nm/h、巡航速度為150nm/h的傾轉(zhuǎn)翼電力推進(jìn)垂直起降飛機(jī)可以在3h的沖刺中完成12次25nm的飛行任務(wù)。研究結(jié)論是，一架升阻比為4nm/h、巡航速度為100nm/h的常規(guī)直升機(jī)“無(wú)法執(zhí)行任何重復(fù)任務(wù)”。

速度快可以增加飛行任務(wù)的數(shù)量，為每次飛行節(jié)省時(shí)間。同時(shí)，速度快可以擴(kuò)大直升機(jī)機(jī)場(chǎng)周邊區(qū)域，優(yōu)步公司可以從這些區(qū)域吸引乘客，因?yàn)樵谝欢ň嚯x之外，從地面出發(fā)更為方便。如果飛行速度是100 nm/h，那么半徑是1nm；如果速度是150 nm/h的速度，那么半徑可擴(kuò)大到2nm，或是載客重量范圍的四倍。

優(yōu)步公司認(rèn)識(shí)到，它的設(shè)計(jì)任務(wù)超出了目前可用的電力推進(jìn)技術(shù)，因此優(yōu)步公司正在投資，以幫助縮小差距。包括組建團(tuán)隊(duì)，開(kāi)發(fā)安全的可認(rèn)證的電池組、低噪聲高推力轉(zhuǎn)子，以及可將噪聲考慮引入早期設(shè)計(jì)階段的工具。優(yōu)步公司還在努力打造一條關(guān)于電子元件、安全系統(tǒng)和綜合航空電子設(shè)備的供應(yīng)鏈，以簡(jiǎn)化飛行器操作，并制定了一份全自主操作的遠(yuǎn)期路線圖。

對(duì)于獨(dú)立驅(qū)動(dòng)，成對(duì)葉片的作動(dòng)方式類似于飛機(jī)上的機(jī)翼和高升力襟翼，用于增加升力。主動(dòng)控制葉片間距可以把轉(zhuǎn)子作為一種轉(zhuǎn)速恒定的作動(dòng)機(jī)構(gòu)使用，不需要通過(guò)復(fù)雜的斜盤和節(jié)距連桿來(lái)改變升力。優(yōu)步公司正在與發(fā)射點(diǎn)技術(shù)公司（LaunchPoint）合作，開(kāi)發(fā)電機(jī)和演示有源相位控制。

技術(shù)的發(fā)展使垂直起降飛行器具有分布式電推進(jìn)能力，比直升機(jī)更安全、更安靜、更可靠，且具有零排放和能源成本更低的優(yōu)點(diǎn)。優(yōu)步公司希望設(shè)計(jì)出一種能夠承受單次故障的飛行器，使旋翼飛行器達(dá)到從未有過(guò)的高安全水平，但依然存在挑戰(zhàn)。

電池

電池技術(shù)仍然是影響進(jìn)程的因素。優(yōu)步公司希望到2025年能生產(chǎn)出載人四人、一人駕駛的四人車，所需的300Wh / kg能量密度電池仍需數(shù)年時(shí)間。貝爾創(chuàng)新總監(jiān)史葛·德倫南說(shuō)：“關(guān)鍵是電池的能量密度，它是能解鎖系統(tǒng)的鑰匙?！必悹柟臼桥c優(yōu)步公司合作開(kāi)發(fā)汽車的五家公司之一，其他公司包括波音子公司極光飛行公司（Aurora）、巴西航空工業(yè)公司（Embraer）、凱倫飛機(jī)公司（Karem Aircraft）和蝙蝠飛機(jī)公司(Pipistrel Vertical Solutions)。

史葛·德倫南說(shuō)，從中得到的教訓(xùn)之一是“電池性能的可變性不是傳統(tǒng)推進(jìn)系統(tǒng)所期望的?！?這就要求飛機(jī)上有一個(gè)良好的電池管理系統(tǒng)，并向供應(yīng)商反饋質(zhì)量管理系統(tǒng)。幾家電力推進(jìn)垂直起降飛行器開(kāi)發(fā)商都是從混合動(dòng)力開(kāi)始，或者把它作為備用，以防電池性能不像預(yù)期的那樣得到改善。

A3創(chuàng)新中心“瓦哈娜”（Vahana）項(xiàng)目執(zhí)行官扎克·洛夫林說(shuō)：“如果你想飛行數(shù)百英里，那么你可能想要混合動(dòng)力飛機(jī)，但如果你的目標(biāo)是城市地區(qū)，那今天的電池技術(shù)已經(jīng)足夠好，可以滿足80%～90%的任務(wù)。

極光飛行公司研發(fā)副總裁布萊恩·尤特科說(shuō)：“混合電力系統(tǒng)是復(fù)雜的。在我看來(lái)，你不能明顯地把混合動(dòng)力電力系統(tǒng)作為通往全電動(dòng)系統(tǒng)的踏腳石。飛機(jī)需要徹底重新設(shè)計(jì)。混合動(dòng)力飛機(jī)可能不太適用作為城市空中交通工具，但可以成為更遠(yuǎn)距離和更加區(qū)域化的交通工具。

史葛·德倫南說(shuō)：“出于一些原因，我們將在我們的演示上使用混合電力系統(tǒng)。我們希望探索更廣泛的任務(wù)能力范圍，而且我認(rèn)為，混合電力解決方案已有部分例子表明，當(dāng)電池技術(shù)成熟時(shí)，混合電力可以轉(zhuǎn)向全電動(dòng)。貝爾公司正在研究一種模塊化的電力推進(jìn)垂直起降飛行器架構(gòu)，可用于軍事和后勤任務(wù)。

巴西航空工業(yè)公司創(chuàng)新部門EmbraerX的工程主管路易斯·瓦倫蒂尼表示：“如果你從更廣闊的角度看問(wèn)題，而不只是關(guān)注城市環(huán)境，你就可以用混合動(dòng)力汽車更好地完成不同的任務(wù)，甚至適用于不同的產(chǎn)品。即使沒(méi)有被用來(lái)充當(dāng)研發(fā)過(guò)程中的踏腳石，在許多方面它們也是互補(bǔ)的?！?/p>

噪聲

除了電池，第二大挑戰(zhàn)是噪聲。UAM的愿景中包括使航空活動(dòng)前所未有地貼近人類。優(yōu)步航空產(chǎn)品主管尼克希爾·戈埃爾表示：“只有得到社區(qū)的認(rèn)可，我們才能擴(kuò)大規(guī)模?！币玫缴鐓^(qū)認(rèn)可就需要設(shè)計(jì)出超低噪聲的飛機(jī)，目標(biāo)是融入城市現(xiàn)有的背景噪聲。

除了在設(shè)計(jì)初期對(duì)工具做增強(qiáng)設(shè)計(jì)和提高連接性以實(shí)現(xiàn)快速、迭代的空氣聲學(xué)分析以外，優(yōu)步公司正與專家合作開(kāi)發(fā)新的噪聲指標(biāo)。將測(cè)量環(huán)境聲景的響度，以預(yù)測(cè)人能聽(tīng)到飛機(jī)的概率。受早期電力推進(jìn)垂直起降飛行器飛行測(cè)試的鼓舞，優(yōu)步公司的目標(biāo)是比輕型直升機(jī)至少安靜15dB。

作為其減噪工作的一部分，優(yōu)步公司與美國(guó)陸軍研究實(shí)驗(yàn)室簽署了一項(xiàng)合作研發(fā)協(xié)議，共同開(kāi)發(fā)堆疊式共轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子。兩個(gè)葉片組以同一方向旋轉(zhuǎn)，不同于傳統(tǒng)同軸轉(zhuǎn)子的葉片反向旋轉(zhuǎn)。葉片組之間只間隔10°，而不是彼此成直角。

不均勻的葉片間距改變了轉(zhuǎn)子的聲學(xué)特性，降低了噪聲。優(yōu)步公司飛行器工程主管羅布·麥克唐納說(shuō)：“主要原因是反向旋轉(zhuǎn)時(shí)噪聲很大，而當(dāng)轉(zhuǎn)子向同一方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，它們不會(huì)像反向旋轉(zhuǎn)時(shí)那樣存在尾跡干擾問(wèn)題?！?/p>

空域運(yùn)行規(guī)劃

優(yōu)步公司即將面臨如何建設(shè)城市空中網(wǎng)絡(luò)的問(wèn)題，并將無(wú)人交通管理擴(kuò)展到電力推進(jìn)垂直起降飛行器的運(yùn)營(yíng)。目前，最初的低密度運(yùn)營(yíng)將使用現(xiàn)有的直升機(jī)路線和程序，中期的中密度運(yùn)營(yíng)將增加飛行器的探測(cè)和規(guī)避能力，成熟期的高密度操作要求擁有自主飛行器和空域管理功能。

城市空中運(yùn)輸這一領(lǐng)域在發(fā)展初期類似于按需直升機(jī)操作，如果它保持這種狀態(tài)，就不需要改變，但優(yōu)步公司和其他公司規(guī)劃的是數(shù)百架飛機(jī)的機(jī)隊(duì)，每天在一個(gè)城市上空飛行數(shù)千次。這就需要對(duì)飛機(jī)的運(yùn)行方式和空域管理方式進(jìn)行重大變革。

優(yōu)步公司打算緩慢起步迅速擴(kuò)張，以實(shí)現(xiàn)無(wú)處不在的低成本服務(wù)所需的高密度、高利用率的運(yùn)營(yíng)。優(yōu)步公司航空工程總監(jiān)馬克·摩爾希望到2020年在城市地區(qū)的相關(guān)環(huán)境中飛行試驗(yàn)飛機(jī)。

馬克·摩爾表示：“我們將證明飛行器的安靜度在城市環(huán)境中是可以接受的，也證明用戶的接受度。如果能減少這兩項(xiàng)不確定性，我們就建立了一條通向市場(chǎng)的開(kāi)放道路。”他認(rèn)為，在接下來(lái)的三年里，汽車制造商將在優(yōu)步公司的保證下通過(guò)認(rèn)證，投入使用并創(chuàng)造效益。

優(yōu)步預(yù)計(jì)到2023年將啟動(dòng)其第一個(gè)網(wǎng)絡(luò)。第一年預(yù)計(jì)有50架飛機(jī)，解決全部的技術(shù)問(wèn)題點(diǎn)并確保安全，其次計(jì)劃在單個(gè)城市內(nèi)迅速擴(kuò)展到300～500架飛機(jī)，在不遠(yuǎn)的將來(lái)有望會(huì)達(dá)到1000架飛機(jī)，但優(yōu)步公司承認(rèn)必須克服空域方面的“巨大限制”。

NASA航空運(yùn)輸系統(tǒng)高級(jí)技術(shù)專家帕里姆·科帕德卡表示：“如果處理不當(dāng)，空域一體化將成為一個(gè)重大障礙?！眱?yōu)步公司的“爬、走、跑”策略是利用現(xiàn)有的直升機(jī)航線和目視飛行規(guī)則（VFR），從低密度的運(yùn)營(yíng)開(kāi)始，然后隨著飛行器和空域服務(wù)變得更加自動(dòng)化和自主，逐步建立起高密度的運(yùn)營(yíng)。

在美國(guó)，城市運(yùn)行將涉及在30個(gè)城市的主要機(jī)場(chǎng)周圍的B類管制空域飛行，并需要獲得空中交通管制（ATC）的許可。目的是在NASA、FAA和其他機(jī)構(gòu)正在開(kāi)發(fā)的無(wú)人交通管理（UTM）系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，使商業(yè)第三方能夠提供空域服務(wù)，以避免給空中交通管制帶來(lái)負(fù)擔(dān)。無(wú)人交通管理將自動(dòng)通知和授權(quán)進(jìn)入B類空域，并提供云調(diào)度、監(jiān)視和分離服務(wù)。目前正在開(kāi)發(fā)一種用于管理400ft以下小型無(wú)人機(jī)的無(wú)人交通管理，包括管理城市送貨無(wú)人機(jī)機(jī)隊(duì)，而且必須擴(kuò)大到電力推進(jìn)垂直起降飛行器。這些飛機(jī)將飛得更高，并從屋頂?shù)拇怪蓖ǖ榔痫w。

中密度“走”階段將需要先進(jìn)的飛行器技術(shù)，包括探測(cè)與規(guī)避系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)目視飛行規(guī)則式的操作，也即是今天的儀表飛行規(guī)則（IFR）所適用的操作。NASA工程師埃里克·穆勒說(shuō)：“目前的儀表飛行規(guī)則是不可擴(kuò)展的，與優(yōu)步不兼容?！备呙芏鹊氖褂们闆r是半徑30～40nm范圍內(nèi)有1200架飛機(jī)，每天運(yùn)送15萬(wàn)名乘客。

包括預(yù)計(jì)將在受控空域運(yùn)行的無(wú)人機(jī)在內(nèi)，優(yōu)步公司所尋求的長(zhǎng)期密度約是目前允許的儀表飛行規(guī)則密度的四倍。目視飛行規(guī)則是優(yōu)步公司希望的運(yùn)營(yíng)模式，但目視飛行規(guī)則面臨著在可視性、安全性、效率和自管理操作的可擴(kuò)展性方面的挑戰(zhàn)。不過(guò)，優(yōu)步樂(lè)觀認(rèn)為，無(wú)人交通管理提供空中交通管制服務(wù)，將與目視飛行規(guī)則發(fā)生協(xié)同作用，有望提供一條通往長(zhǎng)期可擴(kuò)展性的道路。

高密度的“跑”階段將需要基于空中交通管制空域限制的完全自主的調(diào)度和規(guī)劃，以及分離協(xié)調(diào)和應(yīng)急管理。“第一個(gè)/最后一個(gè)50ft”的飛行將需要自主起飛和降落能力，以使多架飛機(jī)能夠從垂直停機(jī)坪同時(shí)安全運(yùn)行。

盡管計(jì)劃開(kāi)始使用有人駕駛飛機(jī)，但優(yōu)步公司希望盡快轉(zhuǎn)向自主駕駛飛行器，以降低成本。最大的成本是飛行員，不僅包含人力成本，而且需要成千上萬(wàn)名飛行員來(lái)支持有人駕駛電力推進(jìn)垂直起降飛行器的高密度飛行操作，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)目前持有旋翼機(jī)駕駛執(zhí)照的美國(guó)飛行員的數(shù)量

圖3 NSA計(jì)劃擴(kuò)大其無(wú)人交通管理設(shè)施，以實(shí)現(xiàn)一系列按需飛行任務(wù)

優(yōu)步公司的計(jì)劃是自主地在后臺(tái)運(yùn)行，提供決策支持，只要需要收集足夠的數(shù)據(jù)來(lái)證明該軟件是安全的。需要滿足FAA的合理要求，以證明飛行器的安全性，“甚至可能需要一百萬(wàn)次飛行”。

而空中客車公司首席技術(shù)官保羅·埃雷門科表示，在城市電力推進(jìn)垂直起降飛行器的自主性方面，空中客車公司采取了兩種不同的策略：一種是類似于特斯拉（Tesla）公司的自動(dòng)駕駛儀的增量式方法，采用四座的“城市巴士”（CityAirbus），一種類似于谷歌無(wú)人駕駛汽車公司W(wǎng)aymo的單座“瓦哈娜”的“階梯式變化”。“瓦哈娜”將于2017年底試飛，測(cè)試自動(dòng)探測(cè)和規(guī)避技術(shù)，并將首先作為無(wú)人駕駛貨機(jī)投入使用，以積累經(jīng)驗(yàn)。

除了技術(shù)、認(rèn)證和運(yùn)營(yíng)之外，優(yōu)步公司的計(jì)劃還面臨一些障礙。電力推進(jìn)垂直起降飛行器能否以低成本大批量生產(chǎn)是一個(gè)問(wèn)題。普惠公司負(fù)責(zé)技術(shù)和環(huán)境的副總裁艾倫·愛(ài)潑斯坦表示，通用航空是一個(gè)低容量、高利潤(rùn)的行業(yè)，汽車行業(yè)是一個(gè)高容量、低利潤(rùn)率的行業(yè)。他指出，城市電力推進(jìn)垂直起降飛行器“可能不是大航空公司想要涉足的業(yè)務(wù)”。優(yōu)步公司不打算購(gòu)買電力推進(jìn)垂直起降飛行器飛行機(jī)隊(duì)，而是將制造商和運(yùn)營(yíng)商與投資者和出租人聯(lián)系起來(lái)。

然而，飛機(jī)制造商巴西航空工業(yè)公司與優(yōu)步公司合作開(kāi)發(fā)了一種電力推進(jìn)垂直起降飛行器，發(fā)現(xiàn)了生產(chǎn)以外的機(jī)遇。首席執(zhí)行官保羅·塞薩爾·德蘇薩說(shuō)：“我們的目標(biāo)是設(shè)計(jì)一款電力推進(jìn)垂直起降飛行器飛行器。我們還希望運(yùn)營(yíng)它，提供維護(hù)服務(wù)，我們也希望參與空中交通管制?！?/p>

盧克斯資本公司（Lux Capital）合伙人比拉爾·祖貝里表示：“優(yōu)步公司在城市空中交通中扮演著重要的角色，并且已經(jīng)做了大量的工作，為其他人考慮如何構(gòu)建這個(gè)網(wǎng)絡(luò)打下了基礎(chǔ)。他們注入了一種熱情和緊迫感，也可以稱為企業(yè)家有時(shí)能夠創(chuàng)造的那種現(xiàn)實(shí)扭曲力場(chǎng)。

“不過(guò)，我相信還有其他一些人也在認(rèn)真考慮這個(gè)機(jī)會(huì)。我不認(rèn)為這會(huì)是贏家通吃也不認(rèn)為像優(yōu)步這樣的大公司會(huì)退出，否則所有其他初創(chuàng)公司也會(huì)遭殃。我對(duì)這一商業(yè)領(lǐng)域持樂(lè)觀態(tài)度，雖然在夢(mèng)想完全實(shí)現(xiàn)之前還需要大量的工程。”

電力推進(jìn)垂直起降飛行器開(kāi)發(fā)商Lilium公司的投資者之一、Atomico公司合伙人揚(yáng)·德·弗里斯表示：“盡管優(yōu)步迅速意識(shí)到這一機(jī)遇，并已成為市場(chǎng)的一大催化劑，但它絕不是唯一的參與者。其他主要交通運(yùn)營(yíng)商（滴滴、Grab、Cabify等公司）都知道，這種新的交通模式對(duì)他們未來(lái)的業(yè)務(wù)具有戰(zhàn)略意義，所以他們很快就會(huì)尋找電力推進(jìn)垂直起降飛行器供應(yīng)商來(lái)構(gòu)建這項(xiàng)服務(wù)。

與此同時(shí)，汽車制造商需要彌補(bǔ)因引入自動(dòng)駕駛汽車而導(dǎo)致的核心業(yè)務(wù)未來(lái)可能受到的侵蝕。戴姆勒公司剛剛投資了電力推進(jìn)垂直起降飛行器開(kāi)發(fā)商Volocopter。最終，像Lilium這樣的垂直起降飛行器制造商很可能會(huì)有多個(gè)進(jìn)入市場(chǎng)的合作伙伴，因此他們不會(huì)只依賴優(yōu)步公司。他們可以與其他交通供應(yīng)商合作，甚至最終自己建立端到端服務(wù)，因?yàn)樗麄兛刂浦?yīng)和用戶體驗(yàn)。

圖4 行業(yè)對(duì)自主性目前在小型飛機(jī)（如電力推進(jìn)垂直起降飛行器）上執(zhí)行不同飛行員任務(wù)的能力評(píng)估

圖5 極光科學(xué)飛行公司與BCG Digital風(fēng)投公司合作開(kāi)發(fā)了一款雙座電力推進(jìn)垂直起降概念機(jī)。

進(jìn)展

優(yōu)步公司預(yù)定在2023年投產(chǎn)的四座電力推進(jìn)垂直起降飛行器的設(shè)計(jì)規(guī)格是巡航速度為170nm/h，飛行高度為1000ft，航程為100nm，載重量為800lb。該飛行器開(kāi)發(fā)商極光飛行科學(xué)公司已試飛了一個(gè)縮比模型?，F(xiàn)在的飛行器離上述目標(biāo)還有差距，但過(guò)渡性的設(shè)計(jì)已經(jīng)出現(xiàn)。億航的184多旋翼飛機(jī)的最大速度為60nm/h，飛行時(shí)間為23min；空中客車公司的單座傾斜翼“瓦哈娜”將超過(guò)140nm/h，航程為20～30nm；Volocopter 2X多翼飛機(jī)可以在45 nm/h速度下飛行27min，而極光飛行科學(xué)公司的雙座“升力加巡航”電力推進(jìn)垂直起降飛行器將以120～130 nm/h的速度飛行30～40nm以上。

極光科學(xué)飛行公司是以自有資金與優(yōu)步公司合作開(kāi)發(fā)電力推進(jìn)垂直起降飛行器的五家制造商之一，其他四家公司分別是貝爾直升機(jī)公司（Bell Helicopter）、巴西航空工業(yè)公司（Embraer）、穆尼/卡特航空技術(shù)公司（Mooney/Carter Aviation Technologies）和蝙蝠飛機(jī)公司。其中，至少有三家公司計(jì)劃生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)型飛機(jī)，在美國(guó)得州達(dá)拉斯和迪拜進(jìn)行測(cè)試。

極光科學(xué)飛行公司的設(shè)計(jì)方法是由簡(jiǎn)單、高效的巡航和使用現(xiàn)有技術(shù)驅(qū)動(dòng)的，分布式電力推進(jìn)的優(yōu)點(diǎn)是去掉了大部分機(jī)械復(fù)雜性，提高了安全性和可靠性，同時(shí)降低了飛行器成本。設(shè)計(jì)特點(diǎn)是升力推進(jìn)和巡航推進(jìn)分開(kāi)，避免了重新配置，降低了復(fù)雜性。由兩個(gè)固定臂上的八個(gè)轉(zhuǎn)子提供垂直升力。巡航螺旋槳提供推力。飛行器作平飛過(guò)渡時(shí)，緩慢升高旋翼，當(dāng)三個(gè)操縱面（鴨翼、機(jī)翼和尾翼）上實(shí)現(xiàn)全翼前向飛行時(shí)，停止旋翼。轉(zhuǎn)子和支柱為直接驅(qū)動(dòng)和固定螺距，簡(jiǎn)單可靠。極光科學(xué)飛行公司表示，雖然目前電力推進(jìn)技術(shù)還不具備為更大更遠(yuǎn)航程的飛機(jī)提供動(dòng)力的條件，但在優(yōu)步公司的Uber Elevate項(xiàng)目等細(xì)分應(yīng)用中發(fā)揮了正確的作用。該項(xiàng)目需要相對(duì)快速簡(jiǎn)單的垂直起降飛行器，因此采用分開(kāi)配置在當(dāng)前電池能量密度低于300 Wh/kg的情況下是合理的。

圖6 德國(guó)初創(chuàng)公司Lillium計(jì)劃在2019年推出一款五座電力推進(jìn)垂直起降飛行器，使用鴨翼和機(jī)翼襟翼上傾斜的電涵道風(fēng)扇，最高時(shí)速可達(dá)185nm/h。

優(yōu)勢(shì)與不足

叫車和共享已改變了城市交通模式，城市航空運(yùn)輸將大大縮短通勤時(shí)間和跨城市出行時(shí)間高密度運(yùn)行和飛行器高利用率是關(guān)鍵因素?？罩锌蛙嚬尽⒌习?、新加坡等公司和國(guó)家也在尋求城市空中運(yùn)輸。

如果優(yōu)步公司是唯一一家有興趣利用第三維度在擁堵的城市中運(yùn)送通勤者的主要公司，那么它最近的麻煩可能會(huì)讓新生的城市空中交通市場(chǎng)感到一陣涼意，但事實(shí)并非如此。

空中客車公司可能從不同的角度看待這個(gè)問(wèn)題，看到了新的商業(yè)航空市場(chǎng)同樣的潛力。此外，網(wǎng)約車和飛機(jī)制造巨頭并不孤單。迪拜和新加坡的交通部門正在研究空中出租車，以幫助實(shí)現(xiàn)他們對(duì)2030年城市交通的愿景。汽車制造商正在投資空中出租車開(kāi)發(fā)商。

圍繞優(yōu)步公司計(jì)劃于2020年在得州達(dá)拉斯和迪拜開(kāi)始實(shí)驗(yàn)性飛行的大肆宣傳背后，是一項(xiàng)精心設(shè)計(jì)的戰(zhàn)略，引向2025年實(shí)現(xiàn)商業(yè)運(yùn)營(yíng)的目的。該計(jì)劃面臨廣泛的技術(shù)、運(yùn)營(yíng)和基礎(chǔ)設(shè)施挑戰(zhàn)，但相關(guān)行業(yè)和監(jiān)管機(jī)構(gòu)認(rèn)為，優(yōu)步公司的目標(biāo)是可以實(shí)現(xiàn)的?？罩锌蛙嚬镜臅r(shí)間表也類似。

圖7 優(yōu)步的智能手機(jī)應(yīng)用程序?qū)橛脩籼峁┑孛婧涂罩新眯兄g的選擇，顯示每一次旅行的成本和時(shí)間。

圖8 優(yōu)步計(jì)劃的首條航線是從達(dá)拉斯/沃斯堡國(guó)際機(jī)場(chǎng)和達(dá)拉斯北部的弗里斯科站出發(fā)的，將大大節(jié)省飛行時(shí)間。

優(yōu)步公司的發(fā)展目標(biāo)是“按下按鈕，就能坐上飛機(jī)”。優(yōu)步公司成立于2010年，當(dāng)時(shí)的想法很簡(jiǎn)單：按下一個(gè)按鈕，就能搭到車。2017年5月，該公司的訪問(wèn)量超過(guò)了50億次。它的用戶每月在全球450多個(gè)城市中出行超過(guò)6000萬(wàn)次，而它的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手Lyft公司在短短四年時(shí)間里就增長(zhǎng)到每天100萬(wàn)次。一開(kāi)始只是一種預(yù)訂豪華轎車的便捷方式，現(xiàn)在已經(jīng)變成了一種交通現(xiàn)象。

從這個(gè)新興行業(yè)吸取的許多經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)可以應(yīng)用到城市空中運(yùn)輸中，推進(jìn)優(yōu)步所稱的“緊迫使命”，即結(jié)束個(gè)人擁有汽車、減少交通擁堵，并騰出停車位用于更好的用途。優(yōu)步公司首席產(chǎn)品官杰夫·霍爾登表示：“如果我們能夠提供無(wú)所不在、低成本的服務(wù)，人們將不再需要私家車。

私家車一天的使用量只有5%，平均載客量不足兩個(gè)人。千禧一代的汽車擁有率已經(jīng)低于前幾代人。但是，更換它們需要一個(gè)高密度的網(wǎng)絡(luò)，乘一次車能在幾分鐘內(nèi)就能到達(dá)，而且飛行器利用率高，所以出行成本比擁有一輛汽車更便宜。同樣的方式也適用于空中出租車。

優(yōu)步公司已經(jīng)證明，拼車是可行的，它提供了另一個(gè)關(guān)鍵，即通過(guò)拼車需求將城市飛行成本降至最低。杰夫·霍爾登說(shuō)，舊金山50%的旅行是共享的，全球20%的旅行是共享的，這證明人們對(duì)價(jià)格的偏好度高于隱私。同時(shí)，優(yōu)步公司在開(kāi)發(fā)自動(dòng)駕駛汽車方面處于領(lǐng)先地位，這有望使成本實(shí)現(xiàn)數(shù)量級(jí)的節(jié)省，而自動(dòng)駕駛是空中出租車的另一個(gè)關(guān)鍵。

雖然優(yōu)步公司適合短途旅行，但長(zhǎng)距離通勤和跨城市旅行仍然需要交通，所以杰夫·霍爾登說(shuō)，“按下按鈕，就能搭上飛機(jī)”是很自然的事情。他希望從更長(zhǎng)的通勤開(kāi)始，“但隨著時(shí)間的推移，隨著機(jī)場(chǎng)密度的增加，人們開(kāi)始在城市間飛來(lái)飛去，距離將會(huì)縮短?！?他說(shuō)，“飛行2～3min和開(kāi)車20～30min二者對(duì)比明顯，將改變?nèi)藗兪褂贸鞘械姆绞健薄?/p>

優(yōu)步公司也提供了每個(gè)新市場(chǎng)所需要的客戶?！皟?yōu)步公司帶來(lái)了需求，” 杰夫·霍爾登說(shuō)?！拔覀冞€帶來(lái)了非常具體的任務(wù)，以及非常明確的飛機(jī)規(guī)格。此外，公司有能力將空中出租車與拼車和公共交通連接起來(lái)。例如，很大比例的優(yōu)步公司打車服務(wù)已經(jīng)與倫敦的火車站連接起來(lái)，從而提供“最后一英里”的交通服務(wù)。

優(yōu)步公司擁有與政府和城市在政策和監(jiān)管方面合作的經(jīng)驗(yàn)，這對(duì)掃清城市空中運(yùn)輸?shù)缆分陵P(guān)重要。在2017年4月在達(dá)拉斯舉行的Uber Elevate峰會(huì)上，匯集了制造商、運(yùn)營(yíng)商、監(jiān)管機(jī)構(gòu)以及出租人和投資者。杰夫·霍爾登說(shuō)：“優(yōu)步可以用雙臂環(huán)抱整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)?！?/p>

但優(yōu)步公司本身是個(gè)謎，這家私營(yíng)公司2016年凈營(yíng)收65億美元，虧損28億美元，但估值680億美元，超過(guò)福特、通用汽車或空中客車公司的市值。其內(nèi)部問(wèn)題以及備受爭(zhēng)議的首席執(zhí)行官的離職，使其看起來(lái)像是一個(gè)風(fēng)險(xiǎn)更大的合作伙伴。

但投資者并未因此卻步。Starburst Accelerator創(chuàng)始人弗朗索瓦·蕭邦表示：“優(yōu)步公司在推動(dòng)這個(gè)市場(chǎng)上做了令人難以置信的工作，并將其信用賦予了總體上有前途而年輕的技術(shù)和創(chuàng)新者。盡管優(yōu)步公司自身也經(jīng)歷著成長(zhǎng)的陣痛，但我相信它會(huì)像成功拓展拼車模式一樣，致力于擴(kuò)大這個(gè)市場(chǎng)?！?/p>

競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手Lyft公司并未公開(kāi)表示對(duì)空中出租車有興趣，但其他公司已經(jīng)表示了興趣。迪拜的道路和交通管理局正在測(cè)試電動(dòng)空中出租車的原型，新加坡交通部正在與汽車開(kāi)發(fā)商進(jìn)行談判?？罩锌蛙嚬緦⒃?017年試飛單座“瓦哈娜”驗(yàn)證機(jī)，在2018年試飛四座“城市巴士”，并計(jì)劃在2023年之前生產(chǎn)出一款城市空中交通工具，用于測(cè)試。

空中客車公司在圣保羅的Voom按需直升機(jī)服務(wù)公司正在實(shí)地測(cè)試一種商業(yè)模式。這種模式可以很容易地將電動(dòng)空中出租車融入其中。值得注意的是，這家制造商沒(méi)有與優(yōu)步公司合作，它將優(yōu)步公司視為潛在競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。這可能比其他任何事情都更能說(shuō)明這個(gè)市場(chǎng)的有效性?！?/p>