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飞行汽车,上天容易落地很难

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飞行汽车,这么近那么远

本刊记者/杨智杰

发于2021.11.22总第1021期《中国新闻周刊》

1940年,美国福特汽车创始人亨利·福特曾高调预言,“记住我的话:飞机和汽车的结合体即将面世。你听了可能会微笑,但它将会到来。”但亨利·福特在有生之年并未等到飞行汽车时代的到来,而且在之后的很长一段时间,这个概念仍停留在科幻作品和魔法世界中。

但最近众多飞行汽车的相关动态正在给外界释放一个信号:飞行汽车似乎即将“飞”入现实。10月下旬,小鹏汽车公布了小鹏汇天第六代飞行汽车的概念视频,可以实现飞行和陆行的融合。创始人何小鹏称,这款飞行汽车的目标是2024年实现量产,销售价格控制在100万元人民币以内。


“亿航216”在数字中国建设峰会进行载人飞行演示 。图/受访者提供

不仅是小鹏汽车,飞行汽车正成为全球众多创业公司、车企、航空巨头争相布局的新风口。在这一轮故事中,城市交通拥堵日益严重,而以飞行汽车为代表的城市空中交通是新的解决方案。多家制造商将2025年前后定为重要的时间节点,飞行汽车将实现商业化。德国咨询公司罗兰贝格预测,到2050年,全球95个主要城市的空中,将会有9.8万辆飞行汽车飞驰。

但相比科技公司的乐观心态,有行业专家认为,对飞行汽车的未来应该保持“谨慎乐观”。大规模推广前,飞行汽车相关的技术、法规、制度,是行业首先要解决的问题。

飞行汽车的两次热潮

飞行汽车在近期大热,张扬军深有体会。9月中旬,他在海南参加“第三届世界新能源汽车大会”,飞行汽车是除了芯片以外最受关注的话题。大会甚至为飞行汽车专门开设了主题峰会,探讨解决方案和发展前景。

此次会议中,峰会主席张扬军作了《飞行汽车发展及新能源动力技术研究》的演讲,他是清华大学车辆与运载学院教授、汽车安全与节能国家重点实验室常务副主任,2010年开始关注飞行汽车。长城航空发动机创新中心是我国航空发动机设计领域的首个国家级协同创新平台,近期,依托清华大学车辆与运载学院成立了航空新能源动力分中心,专门研究飞行汽车和航空新能源动力,张扬军担任分中心主任。

飞行汽车概念骤然升温,源于近期的投资浪潮。9月初,研发载人eVTOL(电动垂直起降飞行器)的上海时的科技宣布,一个月内完成两轮融资,合计千万美元,此时距离公司成立不足4个月。9月18日,上海另一家eVTOL产品研发制造商峰飞航空科技完成1亿美元A轮融资,创下当时国内eVTOL企业获得的最大单笔融资。

这项纪录很快在一个月后被打破。10月19日,小鹏汽车生态企业小鹏汇天宣布完成超5亿美元A轮融资,投前估值达到10亿美元。11月初,北京玮航科技完成数千万元人民币的天使轮融资,该公司致力于为城市空中高效出行飞行汽车提供动力推进技术支撑。不仅国内,8月以来,美国eVTOL制造商Joby Aviation、德国eVTOL制造商Lilium、美国飞行汽车企业Archer相继借壳上市,市值大增,引发关注。

这并非飞行汽车首次受到追捧。张扬军向《中国新闻周刊》介绍,2016年,美国Uber公司旗下的空中出租车部门Uber Elevate发布一份白皮书,提出“城市空中交通”(UAM,Urban Air Transportation)概念,认为可以利用三维空间缓解城市交通拥堵,解决方案是发展空中巴士、空中出租车等飞行汽车。


11月6日,观众在第四届进博会汽车展区参观飞行汽车。图/中新

一时间,UAM概念被引爆。张扬军注意到,当时世界上大概有40家公司拿出了飞行汽车的方案,甚至有公司开始接受订单。最引发关注的是,2017年中国吉利汽车收购美国飞行汽车明星公司Terrafugia。Terrafugia的拉丁文意为“逃离地面”,成立于2006年,曾推出两代飞行汽车产品,被收购后中文名为“太力飞车”。此外,戴姆勒、丰田、现代、通用、大众、阿斯顿马丁、劳斯莱斯等多家车企,以及飞机制造商波音和空客也开始布局飞行汽车。科技公司英特尔、腾讯甚至也参与研发或投资飞行汽车。

风险投资也瞄准了eVTOL领域。据统计,2016年,全球有15起相关投资,总金额接近1.3亿美元,到了2020年,13笔投资筹集了超过11亿美元,主要集中在Joby和Lilium两家公司。

支持者押注未来,认为飞行汽车能为难以解决的城市交通拥堵提供新的解决方案。更重要的是,技术的进步让人们看到了可行性。过去100多年,一代代梦想家尝试为汽车插上“翅膀”,在空中安全飞行,都以失败告终。张扬军介绍,2017年前后,新能源技术给飞行汽车提供了一个新思路,电动化使垂直起降、分布式推进成为可能,智能化提高了安全性,降低了操作飞行汽车的门槛,大众化成为可能,“电动化、智能化技术出现,对航空飞行器的设计是一次革命”。

四年后,飞行汽车的技术和应用场景逐渐明朗。上海峰飞航空高级副总裁谢嘉向《中国新闻周刊》介绍,近两年,电动垂直起降飞行器,无论是电池、电机还是电控,包括分布式发电等技术都成熟了许多,也被广泛应用。此外,国内外多家制造商的eVTOL在旅游观光、物流运输、医疗急救、消防应急等场景投入使用,导致今年行业迎来比较大的爆发。

张扬军注意到,此前还有声音争议“飞行汽车是否是未来的趋势”,今年业内对此已经达成共识,转为讨论“如何实现技术和应用的突破”。在新一轮科技革命和产业变革中,技术和产业的跨界融合成为重要发展趋势,飞行汽车是汽车、航空、新能源三大领域的交汇点,同时也是新材料、人工智能、新一代信息技术在未来的重要应用场景。车企、飞机制造商谁也不想错失布局未来产业的机遇,而且研发飞行汽车的技术,“降维”也可以用于各自的产业,这是一笔“划算”的投资。

电池安全比续航更重要

电影《银翼杀手2049》中,腾空起飞的警车自由穿梭在城市空间,是不少人对未来飞行汽车的想象。但目前主流的飞行汽车,没有四轮,没有底盘,本质只是自动驾驶飞行器,根本算不上是“汽车”。

以中国eVTOL公司亿航智能为例,载人eVTOL“亿航216”外观是一个两人座的客舱,下方有8轴16桨,像是一个放大版的多旋翼无人机 。而提供空中出租车服务的Joby Aviation正在研发的载人eVTOL,看上去像是一个顶部有6个旋翼的小型直升机,除一名飞行员外,可载客4人。这是目前飞行汽车常见的两种外形。

因此,将其统称为“飞行汽车”,业内存在争议。张扬军解释,叫“飞行汽车”,因为eVTOL面向城市空中交通,规模大,与传统的飞行器不是一个量级,未来会以接近汽车的量级存在。而通航飞行器规模小,与人们生活距离远,难以引起关注和重视。其次,eVTOL的产业链依赖汽车,飞行汽车未来要规模化生产,必须低成本,其生产和供应链要充分利用汽车工业。此外,现在的eVTOL只是未来立体智慧出行时代飞行汽车的一个发展阶段,未来也将会具备地面行驶功能。

eVTOL是当前飞行汽车的主流技术方案,飞行器不需要专门的跑道,能像直升机一样起飞和降落。吉利的太力飞车一代TF-1还采用的是传统滑行起飞,外观像一架小型飞机,落地后通过折叠机翼变成汽车行驶,但其二代产品也改为了eVTOL。“飞行汽车是面向城市空中交通和未来出行的交通工具,滑跑受城市空间限制,肯定不是飞行汽车未来的方式。”张扬军说。

eVTOL还有其他优点。相比直升机的巨大噪声,eVTOL新能源发动机声音更小。据报道,eVTOL的起降噪音约在70dB,巡航噪音在50dB左右,远低于起降和巡航噪音分别在140dB和90dB左右的直升机。此外,电动化使分布式推进成为可能,目前各个企业研发的飞行汽车,都具有多个旋翼或螺旋桨,英特尔和德国飞行汽车厂商Volocopter合作研发的一款产品,甚至有18个旋翼,相比直升机单旋翼,eVTOL的安全冗余度更高,推进效率也得到提升,专家称“是直升机的三倍”。电动化后飞行汽车的结构简化,可以实现飞行汽车成本更低。

但仍有诸多技术有待突破,与眼下的电动汽车一样,国内外多家企业发布的eVTOL同样也存在续航焦虑。目前,多家企业已经推出eVTOL的试飞产品。亿航智能纯电动载人级自动驾驶飞行器,最大载荷220公斤,满载最大航程35千米,近期展出的双座载人级自动驾驶飞行器VT-30,设计航程为300千米,续航时间为100分钟。小鹏汇天近期展出的旅航者X2,续航时间是35分钟,最高速度130km/h。峰飞航空的V1500M,巡航速度高达200km/h,最大航程为250公里。国外的飞行汽车公司也不例外,Joby Aviation的飞行器近期实现了超过约241公里的航程,持续飞行了1小时17分钟。

飞行汽车航程和航时短,源于电池能量密度不够。亿航智能对《中国新闻周刊》介绍,电池技术是整个行业非常关注的领域。飞行器的电池技术比汽车更复杂,要求电池有高能量密度、高功率密度、更宽的温度范围和高安全性等。而自动驾驶飞行器,需要电池有高放电速率以支持飞行器的起降,同时也要考虑电池重量对飞行器的影响。

同济大学航空与力学学院教授沈海军进一步解释,与汽车不同,从力学角度看,飞行器对重量要求非常严格,电动汽车可以装更大的电池组,但飞行器不行,因此接下来业内需要在电池高能量密度方向突破。

在张扬军看来,在电池方面,更重要的是安全问题——飞行汽车采用新能源动力,将带来电安全、热安全、氢安全等新的航空安全性问题。尽管目前各家飞行汽车制造商都表示重视安全性,经过多次试飞积累数据,但张扬军认为,业内关于电机、电池等关键部件以及电动化系统的安全性设计和适航性研究非常欠缺,现有的电动化系统要达到航规级的安全性要求,还需要做大量的工作。

“我认为,在目前还面临规则等许多瓶颈的情况下,飞行汽车的应用应该先载物后载人。物流是飞行汽车当前示范应用的最佳场景,既可以实现大规模应用,同时对安全性等的要求相对较低。物流应用过程中积累的数据和经验将为飞行汽车提高安全性提供重要的基础。载人示范应用,先从应急救援等专业特种领域开始,然后走向大众运输领域,可能是一个比较合适的载人示范应用途径。”张扬军对《中国新闻周刊》说。

业内人士认为,地面交通人车混杂,相比之下,空中的交通环境更简单。但张扬军强调,气象环境会严重影响低空飞行的安全性。比如小型载人飞行器运行时,附近突然一阵侧风吹来,可能会影响安全,这些微气候环境很难感知。

“飞行汽车要真正实现大众化,像民航的集群控制机有人在地面操控没有用,如何应对气候环境突然的变化,我认为是飞行汽车面临的最大的安全挑战。传感器如何感知,并作出决策和操控,要通过技术解决,这是下一步要研究的重点。只有汽车公司和创业公司可能没有技术条件,需要更多研究者通过技术来解决。”张扬军说。

空中监管将会是一个难题

2010年,张扬军参观上海世博会上汽——通用汽车馆,被一个描绘2030年城市智能交通的动画视频所吸引,智能概念车是其中一个重要交通工具。“它像是一个很小的载荷舱,人们用手机定位,叫一辆汽车,起飞后,地空中所有订单按照线路自动配对,相同线路的汽车汇集成一列行驶,到达目的地后各自分开。”视频中的汽车,是集合电动化、智能化的共享交通工具,张扬军与同行的教授就2030年之后的交通进行讨论,认为在电动化、智能化之后,汽车下一个台阶将是陆空一体化。此后他便更开始关注飞行汽车。

但飞行汽车不仅仅是汽车飞上天那么简单,一旦实现,它将颠覆人类的出行方式。张扬军认为,目前,飞行汽车还处于从研究探索走向商业化应用的早期阶段,飞行汽车大众化不是一个两个产品的问题,也不只是企业的事情,它与政策密切相关,涉及飞行汽车设计制造、适航认证、城市管理和低空空域管理等多个方面,需要研究和制定相应的法规标准和监管体系。

正如地面交通有红绿灯、不同车道、有交通规则,未来飞行汽车走入现实,也需要有航道规划、法规,除了保证飞行安全,低空飞行还涉及保护居民隐私,但目前全球还没有针对城市空中交通的法律法规。

沈海军提到,中国针对飞行汽车适航认证的法律法规仍是空白。此外,中国的空域管制在世界上最严,过去由空军监管,随着低空空域改革,部分地区开放低空试点,但现实中,监管反而更加严格,除了民航部门管制外,公安部门也加入其中。近年来,无人机飞行申报困难,未来飞行汽车如果融入地面交通,还需要交管部门的管理,空中监管将会是一个难题。未来飞行汽车融入地面交通,或将改变现有的道路体系,如何调整和改造,也将是一个庞大的系统工程。

国内有关部门已经开始制定一些标准。亿航向《中国新闻周刊》介绍,亿航是中国民航局批准的首家载人级自动驾驶飞行器适航试点单位,正在与民航局合作,制定适航审定标准。

尽管标准未出,但众多飞行汽车企业已经抢跑制定了明确的商业化时间节点。Joby计划在2024年实现商业服务,小鹏汇天声称2024 年将量产飞行汽车,能跑也能飞;Lilium计划在2025年实现运营。谢嘉曾提到,行业内已达成共识,eVTOL在五年内商业化是有希望的。

“商业化是指,公司能够提供一些空中载人出行服务的运营,比如在城市内的一些关键交通节点间的线路,或者非常拥堵的线路上取代直升机的角色,并不是大规模普及,可能会在渗透率上有大幅提升。”谢嘉告诉《中国新闻周刊》。而在2025年之前,eVTOL公司要做的便是不断试飞,积累飞行数据,取得载人适航认证。

学界对飞行汽车的态度是谨慎乐观。张扬军预测,未来飞行汽车将经历三个主要阶段,2025年,飞行汽车能实现示范商业运行,物流、消防和应急救援是近期的应用场景。预计2030年左右将迎来城市空中交通时代,这个时期的技术和应用场景更优先支持飞行汽车的空中飞行功能属性、突出飞行模式优势。随着汽车和航空电动化、智能化技术的跨界渗透与融合发展,智能交通设施的不断发展和完善,未来飞行汽车的地面行驶功能属性必将得到实现和强化。也许,未来所有汽车将飞起来,到2050年左右实现立体智慧出行。

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