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低空经济产业的发展现状与未来(原创.科普) 精选

已有 3236 次阅读 2024-6-7 11:58 |系统分类:科普集锦

沈海军

(同济大学航空航天与力学学院,200093)

摘要:低空经济是以低空飞行活动为牵引,辐射带动相关领域融合发展的综合型产业形态。2021年,低空经济首次纳入国家级发展规划,正式进入公众视野。2023年12月,中央经济工作会议再次提出打造低空经济等若干战略性新兴产业,将低空经济推上风口浪尖。我国低空经济水平和欧美有明显差距,但近年来以电动垂直起降飞行器(eVTOL)为代表的飞行汽车呈现出快速增长的态势,已成为国内外低空经济产业上竞争的新赛道。未来城市空中交通体系(UAM)的发展,不仅需要飞行汽车在品质和关键技术上不断突破,同时,配套的法律法规、基础设施、运行环境与监管也要未雨绸缪,加紧筹划和建设。

关键词:低空经济,低空航空器,飞行汽车,电动垂直起降飞行器

 一、低空经济产业与低空航空器

1)低空经济与低空经济产业

低空经济是指垂直高度1000米以下、根据需要延伸至3000米空域,以低空航空器为载体,以载人、载货及其他作业等多场景低空飞行活动为牵引,带动相关领域融合发展的综合经济业态。低空经济属于产业链型经济,具有多领域、跨行业、全链条等特点,涉及上、中和下游等一系列行业,具体包括基础设施建设、低空航空器制造、低空飞行、低空保障和综合服务等。低空经济立体性强,空地衔接紧密,呈三维空间发展;主要依托小飞机、小航线和中小企业;低空航空器形式多样、数量未来需求巨大;该产业将低空航空器与诸多其他产业形态相互融合,涉及领域及行业广阔,已经成为当下中国经济增长的新引擎。有数据显示,2023年我国低空经济市场规模超5000亿元,到2035年中国的低空经济市场规模有望超过6万亿元。

低空经济上游产业包括低空航空器研发、原材料、核心零部件等,也包括通用机场、低空通信设备、导航、低空管理站点等地面配套基础设施建设,以及相关测试/试验/生产设备研发和制造。中游则包括各种低空航空器、有效载荷传感器、辅助设备研发与制造,以及通用机场运营管理系统、监控指挥系统、空域管理系统、城市空中智能交通系统的建设等。下游产业主要为应用端,包括低空物流、低空农业、低空巡检、观光旅游、飞行服务、航空俱乐部、私人飞行汽车等等。

2)低空航空器

作为低空经济的主体,低空航空器的种类很多,具体包括通用小飞机、无人机、飞行汽车(含电动垂直起降飞机,英文简称“eVTOL”)、 轻型直升机、伞翼机、旋翼机、动力伞、个人飞行器、水上飞板、跳伞、翼装、气球、飞艇、滑翔机、风筝等等;其中,通用航空是低空经济的重要组成部分;无人机产业是当下低空经济的主导产业;飞行汽车eVTOL则是当前最火热且最具发展前景的低空航空器,因其最终的应用场景为城市空中交通(UAM),因此也被称作“空中的士”。

通用航空泛指使用民用航空器从事公共航空运输以外的民用航空活动。通用航空器中数量最多的是5吨以内的小型飞机,这种小型飞机一般在6000米以下,以小于400千米的时速飞行,其显著特点为:活塞发动机、效率高、技术成熟、价格便宜。值得一提的是,上世纪70年代后期开始出现的超轻型飞机、动力滑翔机、伞翼机等超小型航空器;它们的重量在200千克以下,飞行高度常低于2000米,航程100千米之内,已成为众多航空爱好者初学飞行时的首选。这类飞机结构简单,仪表很少,被广泛应用于体育训练、休闲娱乐、小范围农田低空作业等。

中国民航局数据显示,截至2023年底,我国已有超126万架无人机,其中,以大疆科技为代表的民用无人机已占据全球市场半壁江山;军用无人机也处于国际一流水平,数量和技术水平仅次于美国。

飞行汽车eVTOL被众多学者认为是撬动我国未来万亿元级低空经济的重要杠杆。eVTOL的平稳垂直起降极大地拉低了驾驶员操纵飞机的技术门槛,成为航空器安全性的重要保证,是eVTOL未来在老百姓中普及的技术基础,同时也是被业界普遍追捧的根本原因之一。

 二、我国低空经济产业的发展现状

1)与国外的差距

低空经济的概念最早起源于上世纪20年代的欧美国家;上世纪五六十年代,通用飞机、轻型运动型飞机、私人飞机开始在欧洲、北美、澳大利亚等地区得到普及,这些地区的国家已经享受过了一波低空经济带来的红利。2010年前后,为推动低空经济发展,我国国务院、中央军委、民航部门等先后颁布了一系列政策法规,低空经济才姗姗来到了中国。此后的10年间,我国无人机产业逐渐风生水起,取得了令世界瞩目的成就,但经济体量更大的通用航空却国内一直没有发展起来,表现得不温不火。主要原因有以下几点。

首先是基础设施。作为低空经济活动的载体,最主要的地面基础设施便是通用机场。2023年,我国仅有通用机场约450个,数量远无法满足庞大的市场需求。要知道,全球的通用机场共计约3万个。因此,我国当下急需要在“扩数量、提质量”上下功夫,结合新型城建,增加超大、特大及大城市的通用机场数量。

第二,我国民众通用航空器普及率低,相关机构与从业人员数量偏少。我国航空俱乐部(航空驾校)数量很少,国内仅有450余家,相比之下,全球范围内的航空俱乐部数量则达到了5000余家。截止2023年12月31日,我国从事通用及小型运输的飞行员总计4000人不到,但美国却拥有约73万名注册飞行员,其中约有55万人持有正式飞行执照。

第三,我国通用航空器的民族企业数量少,体量小,普遍未能形成自己的国产品牌。目前我国的通用航空器企业大多数为中小型民企,实力弱。为了生存,这些企业普遍处于为塞斯纳、钻石等国外知名轻型飞机品牌代加工的状态。

最后,但也是最重要的一个原因是:我国空域管理严苛、通用飞机事故容忍度、适航/飞行报备/审批流程冗长繁琐。

总体上,我国低空经济水平和欧美有较大的差距,尤其是通用航空方面。中国民用无人机虽占据了全球70%的市场份额,但经济体量较为有限,且行业内已高度饱和内卷,急需整合。飞行汽车eVTOL方面,国内外均尚处于起步阶段,我国虽在电池、飞控、适航、通讯与智能化等若干技术上处于领先地位,但整体发展上并未形成明显优势。

2)短期呈爆发式增长

2024年,低空经济成为国内经济发展最炙手可热的话题,被众多媒体称作“我国低空经济发展的元年”。

国家层面上,自2021年“低空经济”概念首次写入国家规划之后,2023年12月,中央经济工作会议将低空经济再次提升至战略性新兴产业高度,而全国工业和信息化工作会议则提出要将低空经济等打造成我国经济的新增长点。 2023年工信部等四部门印发《绿色航空制造业发展纲要(2023-2035年)》,明确提出到2025年eVTOL实现试点运行;到2035年建成具有完整性、先进性、安全性的绿色航空制造体系。2024年全国两会召开,“积极打造生物制造、商业航天、低空经济等新增长引擎”被写入政府工作报告。

法律法规层面上,据统计,2023年已有深圳、广州、上海、合肥等16个省份将“低空经济”、通用航空等内容写入政府工作报告。顶层规划和地方政策共同发力,低空经济有望迎来加速发展。2024年1月,国务院、中央军委公布《无人驾驶航空器飞行管理暂行条例》施行,标志着我国无人机产业将进入“有法可依”规范化发展新阶段。

产业层面上,短期内低空经济相关的企业数量暴增。目前,我国于低空经济相关联的企业有约65000家,其中2024年一季度新增的企业就有1600余家。从地域来看,广东、山东、陕西、安徽等四个省份企业数量位居前列,分别是:广东省约有11000家,山东省5400余家,陕西和安徽省各有约3500余家。从企业成立的时间来看,近5年内成立的企业占比达到了44%,成立10年以上的企业占比为9.8%。

三、飞行汽车,低空经济的新引擎

十余年来,随着旋翼无人机、飞控,及新能源技术的迅猛发展,以载人eVLOT为代表的飞行汽车,正为人们绘制一幅未来UAM的蓝图。

飞行汽车是一种结合了汽车和飞行器功能的交通工具,能够在陆地上行驶和在空中飞行,其中最具代表性的飞行汽车就是当下火热的载人eVTOL。eVTOL泛指以纯电为动力源,且具备垂直起降功能的飞行器。相比于传统飞行器,eVTOL在安全性、智能性、经济性和环保性方面优势显著,可在低空快速流动与灵活作业,能解决交通拥堵难题,应用场景可涵盖UAM、区域客运、货运、私人通勤、紧急医疗服务、旅游等,其中,共享出行、货运、短途航空有望成为其三大核心市场。

目前,eVTOL行业发展势头迅猛,从事飞行汽车的公司总数激增。现在,全球约有500家企业正研发约数百种型别的飞行汽车产品,涵盖的企业有传统的航空公司、汽车企业、通讯公司,也有数量众多的初创微小企业。譬如,现在已经入局的飞机\汽车\通讯巨头有:波音、空客、贝尔;戴姆勒、丰田、现代、吉利、小鹏;腾讯、Ubber等。头部初创企业包括:德国的Volocopter、Lilium,美国的Joby、Archer、Wisk,我国的亿航、上海峰飞、御风、时的科技、沃飞长空、零重力、沃兰特等。

当下,飞行汽车eVTOL已经呈多样化发展态势,在法规层面(适航)探索已取得实质性进展。构型上,eVTOL已经出现了多旋翼模式、组合翼模式、倾转旋翼等3种典型模式。2023年10月,亿航智能自研的EH216-S多旋翼模式的eVTOL、上海峰飞的组合翼模式“盛世龙”eVTOL等先后获得中国民航局型号合格证,成为世界首批通过官方认证的无人飞行汽车品牌,这说明中国eVTOL适航规范已在实践中逐步成形,技术层面已取得重大突破。此外,2023年10月,华东地区管理局正式受理了时的科技自主研发的倾转旋翼模式的E20型载人eVTOL飞行器的适航审定申请;同年12月民航西南地区管理局受理沃飞长空AE200-100型倾转旋翼载人eVTOL型号合格审定申请;标志着中国的eVTOL适航技术又向前迈进了一大步。

作为低空经济的首选工具、最重要的载体之一,eVTOL飞行器发展潜力巨大,涉及诸多上、中、下游配套产业,产业链包含舵机、飞控系统、传感器、导航解决方案、电池、动力系统等环节,在我国已形成庞大规模。电池与动力所涉及的公司品牌有宁德时代、孚能科技、瑟福能源、欣旺达、三瑞智能、卓尔航空科技等;主要的飞控软件公司/单位有南航大、北航大、边界智控、航空工业自控所等;涉及的通讯系统公司有北斗星通、中国航天、中兴、中国电子科技集团、华为等;涉及的通讯导航公司有星网宇达、ibc、精准测控……

根据摩根的预测,2030年飞行汽车全球市场规模将达到3000亿美元,2040年更将突破1万亿美元;2050年全球主要城市空中将有9.8万辆飞行汽车飞驰,全球飞行汽车市场规模将达到9万亿美元,其中,中国潜在市场规模尤为可观,可达2.1万亿美元。

 四、若干个人观点与建议

早在2003年,笔者就开始关注国内外飞行汽车、无人机及通用航空的发展,结合当下飞行汽车及低空经济的发展态势,经过思考,提出以下个人观点和建议,供相关从业者和决策者参考。

观点一:飞行汽车未来大规模推广应用的最大“拦路虎”不在于技术层面,而在于配套法律法规、基础建设,以及运行环境及监管。

当下,飞行汽车未eVTOL的技术路线已经较为明确,以我国当下相关科技的发展势头,各项关键技术的突破只是时间问题。然而,eVTOL的终极应用场景-UAM,其未来的构架却不明晰。主要表现为:

1)UAM的配套基础设施怎么建,由谁来主导建设?

2)未来UAM体系组织/管理/维护和监督是谁?是交警,民航部门,还是城管部门?都沾点边,但好像又都不合适。

3)未来落实UAM体系的安全风险如何规避?现实的情况是,大多城市的上空连消费级无人机都不能飞,安全责任哪个部门都不愿意承担!

观点二:eVTOL技术层面仍需进一步显著提升,确保产品的安全性、经济性、舒适性和便捷性。

和传统民航客机相比,UAM的低空空域的气象、电磁环境更为复杂,因此eVTOL急需在以下几大关键技术上进一步突破。

1)更高效的动力。目前eVTOL的锂电池能量密度仍太低!以亿航智能自研的EH216-S型为例,其续航时间仅为30分钟,难以满足UAM的需要,故更高效的固态电池、氢能源动力技术研究发展方向值得关注。

2)不同形态eVTOL飞控技术需重点发展,安全性、可靠性上要媲美甚至超越传统的民航客机的电传飞行控制系统。

3)不同形态 eVTOL的适航规范探索需加紧推进和完善,尤其是倾转旋翼载人eVTOL的适航认证方面,争取在该类航空器全球范围内取得优先的话语权。

观点三: UAM配套的法律法规、配套基础建设,以及运行环境的监管筹划工作要未雨绸绸,提前规划;eVTOL的应用试点,要从外围到郊区,从郊区到市内,逐步推进。

1)无人eVTOL先行,率先开展“点对点”的快递业务;然后是载人eVTOL的景区观光旅游,接着执飞郊区的eVTOL规定低空航线;技术成熟和积累了足够经验后,再从郊区向市内应用场景渗透。

2)民航部门应鼓励eVTOL厂商和航空俱乐部合作,推进eVTOL驾驶员的培训工作,为日后驾照考核规范的形成做前期铺垫。

3)召开各种UAM相关的研讨会,集思广益,为UAM法律法规、配套基础建设、运行环境监管出谋划策。

 ----《金融博览》约稿



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