WNEVC 2021 | 中国民航管理干部学院吕人力:UAM产业发展与运行验证研究

来源:中国汽车工程学会

2021年9月15-17日,“第三届世界新能源汽车大会”(WNEVC 2021)在海南省海口市召开,由中国科学技术协会、海南省人民政府、科学技术部、工业和信息化部、生态环境部、住房和城乡建设部、交通运输部、国家市场监督管理总局、国家能源局共同主办。本次大会以“全面推进市场化、加速跨产业融合,携手实现碳中和”为主题,邀请全球各国政产学研各界代表展开研讨。

 

2021年9月15日召开的“飞行汽车解决方案及发展前景”主题峰会上,中国民航管理干部学院通用航空系主任吕人力发表了精彩演讲,其主要观点如下:

1. UAM和无人机的投入使用,将会对相关规章体系和运行制造业支撑体系进行补缺,我们国家一旦具备了这些新兴领域的优势,将会是未来竞争非常重要的一点。

2. 全球UAM市场有市场需求、技术供给、安全供给、管理供给、基础设施、社会接受6个框架,该框架将决定未来UAM能否满足市场需求。

3. 完整的运行规范、风险源安全评估、空域划设与运行规则是目前重点研究方向。

 

以下内容为现场演讲实录:

 

    大家下午好!我主要讲4个方面:国际发展动态、我国市场研究、国内实践探索和我们未来准备针对运行的UAM开展了一些工作。

    大家都认识到UAM可能是人类未来交通的一个新方式,不少国家已经把UAM作为的国家战略。该领域的参与者与我们传统的通用航空领域的参与者有很大不同,既有我们传统主机厂制造商,也有一些互联网企业,还有一些汽车厂商,从不同的角度切入到这个领域来,应该说不同角度决定了产品定位和各自的优势。

    目前来看,这5年有4百多个机型出来,融资的金额越来越快,也越来越多,刚才我也听到还有新的企业、新的消息发布出来,有更多的融资在后面。欧洲对于UAM的预测相对比较保守,他们16年做的预测,大概在2030年UAM城市空中交通可能达到4千架的规模,而且在此之前基本保持在这个量级,这可能与欧洲比较强调环保,以及对于社会对城市侵入的影响。他们的主要市场预测是在对于传统的悬翼机和公用机的替代。UAM在适航、运行和风险评估方面做得非常成熟,在OEM厂商零部件包括机场运营企业一块,在开展一些市场运行测试。美国预测潜在的需求会非常大,大概5千亿美元市场,但是由于各方面的限制原因,能够在初期投入到实际的产值运营规模大概在25亿,4100架左右的载人运行,为5万驾次飞行和8万旅客提供服务。

    这是在2030年的应用,当然美国的传统优势是整个研发体系相对完整,美国FAA和NASA开展了大量理论研究和运行测试,他们最明显的特点就是在运行之前建立了完整的运行概念,他们对于以后无人机在什么样的环境,无人机运行的基本前提假设以及后面运行的流程,在航空器成熟之前就做了完整的思考和研讨,他们的研讨是相对比较深刻的。他们的研讨相对来说值得我们去学习。

    以我们对其他国家的了解来看,目前来说他们的规模相对要小一些,尤其是整体研发的规模,这样在全球来看中美欧是可能建立完整的UAM体系的三个国家和地区。美国在UAM的制造和研制过程当中,对于它的整体环境以及未来法规体系,包括运行环境策划和区域规划。我是从事民航业工作,一直在问为什么民航业的规模比较小?从某个角度来说,汽车行业是民航业非常羡慕的行业,因为它的规模非常大,我们跟交通运输部部长开会的时候,我说我们的公路投资在万亿,我们的铁路投资在8千亿,但是在民航业的投资不到1千亿,应该说在整个体量规模上是有数量级差异的,我一直在思考这个问题,为什么航空业的规模上不去?航空业规模上不去我认为最主要的原因就是它很难在它的基础设施和居民之间走的更近,我们很难把航空业的基础设施进入到城市和社区,我们的公交车可以到社区门口,我们的小轿车可以开到自己的楼底下,但是我们的通用航空只能在近郊,我们的运输航空只能在远郊运行,距离决定了它的场景和应用频率,这是我们航空一直不能突破的主要原因,UAM要解决的就是这个问题。

    通用航空能够使用的场景,大概是在100到500公里这样中远途的交通场景,私人汽车大概在30公里范畴,飞行汽车是切入到这个环境中,能够弥补私人汽车不能高速运行的这样一个新一代的产品,我们也预估它的体量会在通用航空和现有的汽车市场之间。

    我们国家的无人机融入空域尤其是像大型的UAM融入空域是一个全球背景,如果现在我们不抓住这样的机会,实际上我们在全球,在民航业,在航空业落后的局面就突破不了,我们会处于一个技术不断演进的阶段。我们现在的大飞机目前来说919马上要投入运营了,但是大飞机的制造业一直在全球还是属于落后的,与我们大国的身份不符。另外我们在规章体系上一直是学美国和欧洲,而真正UAM的投入使用、无人机的投入使用,我们国家具备了在这些新兴领域的优势,使得我们的规章体系和运行制造业的支撑体系能够补缺,这个是未来竞争非常重要的一点。

    另外现在的竞争从无人机的角度来看,现在竞争从消费级,向工业级最后向交通去递进。最开始的形态现在向美国方向去延伸,可能向技术型去延伸。传统的无人机大家更多是从数字技术来强调,现在来看数字技术和适航的技术要并重。

    我们做了一些UAM的市场研究,针对一些主机厂开展了相关支持工作,我们认为现在UAM的这个市场主要取决于供给,现在还是供给没有满足市场需求的问题,还不是一个价格的问题,从价格的角度来看,民航业实际上从来没有过多的去高估这个价格的影响力。因为在中国民航看来,一个小时10万块钱公陆基也有足够的用户,一个小时它飞美国往返要4百万,这样的人仍然有它的用户。所以我们现在来看UAM主要的市场限制是来源于它的供给力不够,供给的这个水平还达不到。全球在飞机UAM市场提出了6个框架,这6个框架决定了未来UAM能不能满足我们市场的需求,这里包括基础设施、安全水平和我们自身的技术能力。

    现在对于无人机UAM我们没有制定自己成熟的路线图,实际上在美国NASA做的研究分成了6个阶段,每个阶段要跨越是不太现实的,从技术上很难实现,商业上也不太现实。全球也做了大量的预测,不少咨询公司也做了不少的预测,数据也不同,我们也不太去参照他们现有的成果。

    整体来看UAM需要建立一个生态系统,这个生态系统如果不建立的话,我们现在光考虑我们的硬件产品,可能这个硬件产品拿出来以后仍然形不成有规模的市场。另外我们的UAM首先要建立它的运行概念,它的整体概念,它包括哪些,比如说我们的主机厂,未来要造一个UAM,就必须要考虑它的交通节点、起降体系、运行航线等。

    我们对于现有的UAM进行了一个场景界定,如果不界定场景,就无法做市场预测。它的航空器性能是多少?能提供几座的驾驶?能否进入到城市跟其他的直升机进行混合运行?这些都决定了我们未来的市场预测。

    我们对它的运行程序也做了一个初步的界定,参照我们现有的民航业,有参照一些现有UAM厂商的流程。在总量预测上我们提出了三个方法:总量折减、样本外推和文献经验对比。总量折减方法我们得出一个测算情况,在我们国家像北上广这样的超大型城市可容纳1千架UAM的市场。样本外推根据现有的市场情况,我们从民航业现有的首都机场举例,以首都机场头等舱的旅客以及公务机旅客来看,现有的UAM完全不在他们支付困难的范畴。如果有50%的公务机旅客和10%的公务舱和头等舱的旅客需求,那么支撑UAM的运行不是问题。另外我们也参照国外文献的综述,我们参照中美的市场差异,认为中国有效需求能够达到1万架,1百亿的市场规模。如果我们未来把UAM主要是在大型城市、超大型城市的应用,推广到全国的话,150架UAM是有足够需求的。UAM国际定义还包括了物流,我们也做了一定的测算,包括直线、干线和城市的末端物流。

    医疗救护方面是直升机救护一个重要的领域,UAM可直接替代我们现有的直升机应急救护,预计全国将有1千架左右UAM的专业无人机。另外在应急救援里,包括军方和民间,在该领域预计也有大概3千架左右潜在的运营需求。整体来看我们认为城市交通未来有1.5万架的需求,物流有大中小型4万架左右的需求。如果我们考虑到大多数城市大量的交通出行,大规模由UAM来替代的话,它未来的量级在千万量级。从市场经济规模来看,我们预计30年到50年有一个大的发展速度。

    以我们国家现有情况来看,首先国家整体对于智能化的通用航空应用提出了期望,我们国家综合交通、立体交通网的规划中明确提出了智能化的通用航空器应用,这里主要是指我们未来UAM新一代的技术产品。目前国内的主要应用现在美团在做C2B的物流配送,应该说它是快递。现在我们在深圳做了试运行前期的审定和准备工作,对美团公司进行了一次试运行的评估。其他像迅蚁在做城市和医院之间的末端快递,现在顺丰在做直线和末端物流,城市交通领域小鹏和其他一些企业已经跟民航局在申请开展试运行,有几家企业已经通过了试运行。

    从国内的规章体系来看,民航局、工信部和地方政府都在开展相应的规章体系的建设,尤其是民航的体系建设,发展非常快,我们因为经常要参加美国和欧洲的法规体系交流,往往人家出的这个文献我们还没有来得及看完,新的文献又出来了,整个规章体系更新非常快,整个欧盟的航空规章19部规章里头有3部,最新的3部都是无人机类的规章,所以在未来航空业对UAM无人机整体的重视程度是前所未有的。

    看到我们国家,我们也提一点不足,欧美关于未来技术路径规划的研讨要比我们充分。美国提出来的无人机UAM发展会有三步走。第一步是先学会爬,爬的过程就是现有的通用航空的运行流程,全部按照直升机和通用航空运行的流程来走,所有的都要有驾驶员。然后到走的阶段,把规章改到能够通用规章运行,但是这个时候还是要有人有效地控制无人机。最后跑的阶段就是远程驾驶,专属的规章和专门的基础设施,现在的基础设施完全采用的是通用航空的直升机起降点基础设施。他们认为未来整个生态体系建立了以后,才能够实现UAM的成熟运行。

    回头来看看我们,现在我们制造商跑在前面,整个体系没有跟上,我们没有去整体思考,到时候怎么去支持我们现在有的运营商开展它的相关运营,这是需要完整体系去支撑的。第二个不足之处就是我们没有考虑到运行环境,现在更多想把无人机造出来,把UAM制造出来,但是UAM在哪用,它怎么用,这一点非常敏感,要知道我们民航业主要是在郊区运行,为什么呢?除了基础设施不能进入城市以外,还有一个重要的原因就是安全性,现在要强调空中风险和地面风险。地面风险举个例子,地面有可能一平方公里只有10个人,也可能有1万个人,这中间差了1千倍,为什么不能进入城市?如果你的故障率是固定的,那么你出现故障了以后,导致人员伤亡上升的概率就是数量级的差异。我们能不能进入城市,我们进入城市需要什么样的安全水平和可靠率,这个都是需要提前去设定的。也就是我们现在航空器研制更多是去满足性能指标,解决充电能不能更快速,但是它的整体可靠性能不能满足城市的需求,能不能满足郊区的需求,能不能满足CBD的需求,这个都是需要去界定的。

    另外我们现在的UAM没有放到空域去考虑,美国人认为他们必须要在走廊里面去运行,而不是像我们想到了我们自己上学的地方在哪、住宅在哪,不是这么设定的,它的空中运行一定有空中廊道的设计,UAM的运行是全自动,还是人在控制,还是中间有监控?这个都要取决于到时候走廊的控制是怎么样的一个技术水平,国外有PSU,专门的服务部门去对这个无人机UAM的运行提供空中交通服务的。

    另外,简单介绍我们现在正在做的一些工作,因为国际上的UAM已经在广泛开展飞行实验和验证工作,国内的审定工作已经启动了,但是我们现在需要建立一套能够满足试运行以及以后正式运行航空器的规则。我们的这个实验室也开展了UAM相关的运行规模研究,包括要制定中国UAM运行的概念,对于UAM运行的安全评估,在评估之后建立所有UAM运行的标准场景,以及对运行管理技术方面的一些验证,目前来看这个运行概念正在起草过程当中,它要对方案组成、未来技术演化路径与运行环境都要去建立共识,我们所有的运营商在研讨过程当中需要形成这样的一个共识。

    第二个是要对风险源进行安全评估。虽然国家确定是要特定类的无人机才要进行安全评估,审定类的是进行航空器的直接审定,开放类的就放开了让他们自己飞,但是现在为了让我们的UAM能够顺利飞起来,我们把它放在了特定环境内去进行评估,在它的适航还没有彻底解决之前让他们飞起来。

    现在空域的划设和运行规则都要围绕低空运行安全,我们要研究到底UAM的空域使用是怎么样的。我们正在跟深圳交通局做深圳低空空域的划设,这个对于开放无人机是不受影响的,主要是解决那些做业务要按航线去运行的,现在高铁沿线不让无人机飞行,这一下就把深圳划成了几块,未来就要把这些通道划设出来,这样才能保证整个深圳的超低空空域是能够安全运行的。

    关于航线我们也在做一些物流航线的设计,这个已经是行业标准,正在征求意见,对于未来空中无人机配送的物流航线要进行航行标准的划设。空中走廊它一定有设计的规范也有基础设施条件的规范,比如说通讯导航监视以及通讯设施的规范,它要具备一定的技术条件才能具备资格进入空中走廊。我们在制定这个航线过程中就发现很多工作由于基础还不健全,存在很多的争议,比如说美团送货的航线设计就跟迅蚁的完全不同,因为美团的送货频率大,而迅蚁是用串形的方式进行航线设计,美团强调我必须要能够并行,一条航线要有几架无人机共行,所以有些共识或需要慢慢建立起来。

    另外安全局也在开展一些项目,让我们跟相应的运营企业开展相应的运行技术、运行基准和程序沟通,以达成一些基准共识。飞行汽车前景广阔,但是需要业界广泛充分凝练共识,没有共识就没有办法共同协同促进产业生态的构建,谢谢大家!

   

       

(注:本文根据现场速记整理,未经演讲嘉宾审阅)