eVTOL的发展任重而道远 2022-04-19 

  

钟旖
  近日,土耳其航空集团Gozen Holding与航空租赁公司Avolon达成协议,计划从后者租赁或购买50架Vertical Aerospace公司研发的VX4电动垂直起降(eVTOL)飞机。
  随着科技不断发展,eVTOL——电动垂直起降飞机作为面向城市空中交通和未来出行的新型交通工具,正日益受到航空和汽车领域的重视。目前,全球超过200家公司入局,无论是空客、波音等国外航空巨头,还是国内的吉利、长城等传统车企,目前研制了超过100款关于eVTOL的机型,其中光倾旋翼就有86款,电动旋翼机19款,整个行业融资在20亿美元左右。据摩根士丹利研报预计,2030年,eVTOL行业将形成3000亿美元的市场规模;2040年,该行业规模可能将达到1.5万亿美元。中国航空工业发展研究中心科技战略与系统工程研究所副所长穆作栋表示:随着多电飞机、动力电池等技术的发展,eVTOL的基础技术正日益成熟。
  需求引领,风至锵然
穆作栋说:“eVTOL之所以如此‘走俏’,除了技术变革的驱动以外,市场需求是另一大促进要素。”人类交通出行的变革离不开社会经济的发展。2016年联合国人居署发表报告指出,世界城市化进程已超过50%,其中有22个像纽约、北京这样人口规模的超大城市。超大城市的扩张催生了城市周边卫星城的发展但也带来了交通拥堵、运输机场外迁等问题,人群和货流在这类大型城市中的运输时间显著增加。以北京为例,城市人口2100万,日均约610万人选择公共交通出行,六环内平均通勤时间为56分钟,平均通勤距离12.4千米。这意味着市民不得不将大量的时间和收入用在交通出行上。人们改善出行舒适度,缩短通勤时间意愿日趋强烈。
  碳中和对eVTOL的加持是其火爆的另一层因素。在碳排放占比中,交通行业的排放占总排放量10%左右,其中航运的碳排放量非常惊人。而eVTOL采用电力作为机载储能和动力驱动方式,其结构设计可以更容易地做成分布式推进系统以减小单个桨叶尺寸,翼尖线速度更低。这意味着eVTOL航空器在空中运行过程的碳排放量可以降低至近乎零的水平。
  除此之外,这一新兴机型所具备的运营成本低、噪音小、起降方便、保障要求低、巡航速度快等独特优势使其有更为广阔的市场前景。根据各个厂家设计的运营场景,eVTOL除了能满足日常交通出行的需求之外,还能提供货物运输、空中观光、城内出行、公务舱补充等服务。随着智能手机的普及,呼叫“空中出租车”成为可能,在这样互联网共享经济的加持下,每个人都能畅想:空中和地面创建一个移动网络,使人和货物以无缝、经济的方式流动,或许所有人坐上eVTOL,随时随地飞越城市上空。
  征途漫漫,虑之于未有
也需看到,尽管前路光明,但eVTOL的发展还面临重重关卡。最大难点还是在技术上,主要涉及车体结构、飞控驾驶和动力推进三大技术领域。其中,由于动力推进技术的高门槛,eVTOL在动力推进上的瓶颈比其他两个领域更为显著。eVTOL主要是电力驱动,而现有的电池技术仍有欠缺,其密度与安全性都需要进一步突破,否则eVTOL将面临有效荷载低、航程短的发展局面。同时,一个不可忽视的事实是,作为动力能源的氢能成本过高,基础设施尚不完善,航空级液氢系统仍处于萌芽状态。
  还有包括设计和造价等在内的制造成本问题。eVTOL的设计需结合汽车和飞机用途,既要在空中要保持轻盈,又要做到在地面行驶平稳,这就对制造材料和工艺提出了更高的要求。目前所使用的碳纤维复合和钛合金材料无论是成本还是后续的生产、加工价格都令人咂舌。尽管有共享经济的加持,但高昂的制造成本给eVTOL的量产造成了不小的压力。2019年12月,世界首款实现量产的eVTOL在美国正式亮相,这款由荷兰PAL-V汽车公司研发制造,命名为Pioneer Personal Air Landing Vehicle的eVTOL在当时的售价为59.9万美元,远高于大多数家庭的收入,显然并不属于大众消费品。
  除此之外,eVTOL如果要真正地走向市场,还面临着基础设施建设不足,监管、规范体系空白,市场接受度未知等一系列的困难。
  以eVTOL 需要的垂直机场为例,如果在城市及其周边建设垂直机场,以供eVTOL起降、充电、载客和下客。那么机场建设的费用从哪里来?另外,如果面临较大的起降量,机场运营的可扩展性及所需的土地空间也是亟待解决的问题。
  要想进入发展的快车道,真正落地进入市场,eVTOL还需要有一套完整的监管机制来解决交通运输,安全、续航和隐私泄露问题等一系列的问题。目前与eVTOL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一片空白,全球还没有任何针对eVTOL明确统一的法律法规及部门规章体系供参考参照。如何将eVTOL纳入现有的空中交通管理体系,如何管理城市的低空领域,如何划定“航线”、规范行驶规则、划分事故责任、完成空中执法……每一个问题都需经过仔细地斟酌和考量。
  结语
穆作栋认为,要实现eVTOL的快速发展,成熟技术的支撑、配套政策的完善、完备的运营体系以及社会、市场的认可任何一方面都不可或缺。
  总体来看,现在整个eVTOL行业还处在等待适航认证的阶段,尽管目前已经有政策监管上的尝试。四川于2017年首次开展低空空域协同管理改革,湖南、江西、安徽三省也获批全域低空飞行试点。但一项新技术从研发到真正走向商业化,除了需要考虑产品的技术性之外,其经济性、可靠性,相关基础设施和配套监管体系都还需要反复地考量和打磨。
  eVTOL的前路,任重道远。