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先進空中交通即将到來,但仍有哪些問題需要解決

作者:民航資源網

航空先驅者之一,阿爾貝托·桑托斯·杜蒙(1873-1932)曾有一個願望:每個人都有屬于自己的個人飛行器。他的單人飛艇“漫遊者”号(“Wanderer”)使他在巴黎聞名遐迩,當時他可以一邊大快朵頤,一邊将這艘小飛艇拴在餐廳附近的燈柱上。100多年之後,有越來越多的人認為,先進空中交通(AAM)一定能付諸實踐,而且離我們僅有5-10年之遙,尤其是城市和地區範圍内由垂直起降電動飛行器(eVTOL,以下簡稱“電動飛機”)完成的客運服務。雖然還沒有實作交通工具個人專用,但它仍将是機場之間以及周邊城區之間交通方式的一個重大變化。

先進空中交通即将到來,但仍有哪些問題需要解決

目前,有200餘家公司正在研發AAM交通工具。許多大型國際航空公司也參與其中,既有向研發企業提供資金支援的,也有承諾采購訂單的。此外,他們也在努力說服政府部門支援AAM的開發工作。在許多行業大會上,這種新的空中交通方式常被談及,而且往往處在會議議程的核心。行業集體和學術機構中也有很多關于AAM的工作小組和研究小組,例如美國運輸研究委員會(TRB)。

AAM有着激動人心的前景,現在看來也很有可能付諸實踐,但在它成為安全可靠且經濟可行的現實之前,仍有哪些重要問題需要解決?

許多問題要麼懸而未決,要麼隻解決了一部分。目前仍有諸多不确定因素,從電動交通工具目前的續航裡程有限,到AAM設施仍缺乏一套通用的技術要求,是以可能出現的問題包括:

-人們對這種新型運輸服務的接受度如何?

-如何管理空域?

-這種新型運輸網絡的設施和運作由誰出資?

以上隻列舉了一小部分問題,但這些不确定性因素可以歸入五個主要類型:

-工具技術

-政策/監管

-群體接受度

-教育訓練/人員配備

-資金籌措

先進空中交通即将到來,但仍有哪些問題需要解決

技術:交通工具

AAM的交通工具技術正在迅猛發展中。但是,現在市場上的競争者衆多,也确實沒有一緻的概念。就像汽車時代之初,那時候各家公司都還在嘗試确定原型車的參數,現在電動飛機也存在各種不同的形狀、尺寸和形式。對于汽車而言,随着時間的推移,政府逐漸介入,并且強制規定了一些具體的設計條件進而增強安全性;但是,大多數早期的發明創新都來自業内的公司,随後人們才逐漸自願使用或被法規強制要求使用。對于AAM而言,汽車時代早期的曆史仍在重演,業界目前仍未能完全确定電動飛機未來的基礎形式要素和性能參數。

除了形式要素之外,這些交通工具的性能參數也将決定起降區域(垂直起降場)的布局和規模,以及支援電動飛機運作的配套設施的設計标準。電動飛機的設計師們面臨着以下四類問題,而這些問題都會影響AAM的可行性:

續航裡程:大多數電動飛機的續航裡程僅有20-30英裡(約合33-50千米)。雖然有些設計師聲稱,他們研發的電動飛機擁有高達130-180英裡(約合215-330千米)的續航裡程,但這些觀點尚未得到充分證明。存儲空間和目前的電池效率決定了續航裡程的上限。考慮到這些因素,有許多設計師正在探索混合燃料的替代方案,例如既使用電池驅動,同時又使用傳統燃料或氫燃料。混合燃料有可能大幅提升續航能力,達到400-500英裡(約合660-830千米)。

電池充電效率:目前的快充技術可以在20-30分鐘的時間内将電池容量充至80%,但即便如此,這一效率仍然限制了一架電動飛機每天可以飛行的次數以及每次飛行的裡程。其他備選方案也存在各自的問題,例如采用換電技術,垂直起降場就必須單獨提供場地和裝置用于電池充電和更換。

運載容量:電動飛機目前的設計方案中,運載容量約為4-8人,這顯然限制了電動飛機的應用,相對汽車而言,它的優勢僅在于速度略快一些而已。如果電動飛機能自動運作,去掉飛行員和相關的座艙航電裝置之後,運載量可以有所提升。但是,業界普遍認為,乘客不會輕易接受全自動飛行,即使整個運作過程中的大部分都已實作了自動化操作,他們肯定還會堅持要求配備飛行員。除了飛機運載量之外,垂直起降場以及起降坪的數量也會是一大問題。場地條件和成本都限制了機坪的數量。

全天候運作:電動飛機早期的運作條件是目視飛行規則(VFR)或“看見避讓”(see and avoid)。那麼,在儀表氣象條件(IMC)或惡劣天氣情況下,電動飛機就必須在地面等待。随着自動化程度的提升,營運商積累更多經驗之後,電動飛機應當能在儀表飛行規則(IFR)條件下運作,即類似于目前的直升機飛行。

綜上,以上問題必然影響營運商的服務水準。如果運載容量被限制為至多8人,那麼飛機在地面停留的時間就必須縮短,進而20-30分鐘的電池充電時間就無法滿足要求。此外,随着航班頻次的增加,人們必然需要建設更多的垂直起降場,因為不太可能要求飛機排隊等待,尤其是城市環境條件下。如果飛機的續航裡程較短,地區内的航班可能僅限于短途,例如從機場到市中心,電動飛機也就無法服務于地區間的出行需求。

雖然解決這些技術問題絕非易事,但是人們普遍認為這些問題并非無法解決,也不會成為AAM付諸實踐過程中的主要障礙。

政策/監管、設施設計、空域、安全

要完全實作AAM的願景,就必須在設施設計标準和電動飛機交通管理等方面獲得地方政府和中央政府的一緻準許。否則,AAM就隻能是一個利基市場(譯注:指高度專業化的小衆需求市場),提供加強版的直升機服務。

目前有許多問題需要解決,其中包括:

1.AAM空域由誰管理?空中導航服務供應商(簡稱ANSP,例如FAA)、當地政府、還是民營營運商?目前,這還是一個巨大的未知數。幸運的是,人們可以等待AAM的營運達到一定水準,需要空管服務介入的時候,再去讨論這個問題的答案。在那之前,AAM可以參照目前直升機的營運模式。在美國,雖然地方政府和民營機構都有意參與空域管理,但FAA也沒有表明是否會放棄在這一領域的權力。

2.是否需要一套通用的設計标準來實作“通用”的垂直起降設施?目前,人們有這樣的願望,但還未上升到要求的程度。電動飛機研發公司和垂直起降場的建設機關在設施設計過程中抱團合作,優先滿足其自身的運作需求。如果監管部門沒有清晰明确的設計準則,可能會導緻同一區域内設施重複建設的風險。火車曆史上的通用軌距和統一的聯合車站就是前車之鑒。

3.AAM的乘客是否需要通過安檢掃描?人們目前認為,如果AAM航班往返于已安檢的機場空側,那麼乘客就需要通過安檢。然而,所有AAM乘客在任何垂直起降場都必須接受安檢的呼聲也在逐漸高漲。這将導緻更高的設施和人工成本,并且與目前直升機的營運模式不再相同。使用AAM的主要優勢在于節約時間。要求乘客通過安檢掃描的做法會影響這一優勢,降低AAM的服務價值。但是另一方面,對乘客實施安檢能夠提升安全性,降低風險。在決定垂直起降場的安檢要求之前,政府應當評估電動飛機乘客和周邊環境的安全風險。不同的設施和業務之間,存在的風險等級也各不相同。上述評估應當考慮人口密度和業務運作繁忙程度等因素。

以上三個問題隻是目前懸而未決的諸多問題中的一部分。可以确定的是,AAM的運作必然有着對應的環保政策和監管審查過程,于是也需要制定相應的法規,為群體參與和緩解措施提供指導。

群體接受度、設施選址、營運的影響

鼓勵群體參與對于AAM服務的成功實施至關重要。人們可能更關心以下問題:

-建設垂直起降場之後,因電動飛機運作和地面出行增加而導緻的交通問題

-因電動飛機在固定航線和臨時航線上運作而導緻的噪聲、安全和隐私問題

-公平性問題,包括擷取服務的難易程度、普通群眾而非權貴階級的經濟負擔能力

雖然人們對于這些普遍關注的問題可能持有負面态度,但是AAM的實施也有它的好處,例如新的就業崗位、交通條件的改善、經濟發展的機遇等等。與曆史上火車和汽車行業的崛起一樣,我們正處在新型交通模式的風口之上。

幸運的是,我們可以從曆史上的變革之中學習經驗教訓,并将之應用于AAM。我們必須證明,電動飛機的影響比傳統的直升機小得多,然後才能推動社會的認可。目前的研究已經證明了直升機産生的噪聲遠遠高于正在研發中的電動飛機。直升機運作的另一個重大影響是局部的廢氣排放,而電力驅動和氫能源驅動的電動飛機完全不存在這個問題。是以,人們應該更容易接受噪聲更小且完全沒有廢氣排放的電動飛機。

為了解決公衆對于上述問題的顧慮,可以首先引入用于特殊目的的應急救援電動飛機,證明其在噪聲和排放方面優于傳統的直升機。下一步,可以研究電動飛機運作過程中對人們産生影響的其他因素。

雖然電動飛機對環境産生的影響優于直升機,但仍有其他一些問題會影響群體的接受度,例如安全性、公平性、隐私性等等。針對電動飛機,有必要進行聲學影響研究和非聲學影響研究,進而更好地了解公衆的觀念和受到的影響。

教育訓練/人員配備:飛行員的發展路線、新的職業?

早期的AAM服務仍需要飛行員。雖然随着技術的發展,人們希望實作交通工具的完全自動化,但是也有人認為,無人駕駛的電動飛機不可能出現,因為飛行員的出現可以為客戶帶來更安全的感受。

民航業目前正面臨着飛行員短缺的問題。人們希望,2030年前後,AAM服務成為現實的時候,飛行員短缺的問題能夠得到緩解,并且使電動飛機成為飛行員們邁向大型商業航空公司職業路線的一個入門級崗位。但也有人反對,他們認為電動飛機飛行員與商業航空公司飛行員有着完全不同的職業路線。電動飛機與普通飛機之間存在巨大的差别,通過駕駛電動飛機習得的技能幾乎無法轉移到普通商用飛機上使用。電動飛機駕駛教育訓練的要求可能遠遠少于商用飛機,因為電動飛機大部分的運作過程都已實作自動化,而且早期的運作條件僅僅是目視飛行規則而已。

綜上,這兩個因素表明,對于大多數未來的電動飛機飛行員而言,這将是一個全新的職業。人們不會将它視為通往大型商業客運航空公司的一條職業路線,而會更傾向于留在當地,不必四處奔波;行業的準入門檻也會更低,因為普通飛行員往往要面對更高的教育訓練要求和教育訓練成本,而對電動飛機飛行員的要求則低得多。

資金籌措:由誰出資?

新型交通模式的發展離不開新的基礎設施。汽車和飛機都是如此,需要道路、機場、泊位、航站樓等。在汽車時代和飛機時代的早期,企業家們建設了最早的機場和收費公路,滿足了一部分需求。随着時間推移,政府逐漸介入,擴大行業規模,使普通群眾更容易獲得這些新型交通服務。

目前,民營企業正在采用各種各樣的發展路線:

-有些公司采用“垂直整合”(例如蘋果公司),試圖獨自包攬

-有些公司專注于整體中的一部分,例如電動飛機或垂直起降場

-有些公司聯手合作,提供一整套的解決方案,然後尋找投資方提供資金

機場方有兩種意見,一種是積極尋求資金支援,并且參與合作;另一種則将其視為與機場業務運作和發展路線存在沖突。将AAM當做新機遇的人們正在積極主動地規劃新設施,考慮業務可能受到的影響等等。而将它視為負擔的人可能不希望承擔更多的開支去建設必要的基礎設施,而這種新模式的增長又需要這些基礎設施。機場可以對與民營企業合作持更開放的态度,比如一些機場就有由民營企業持有和運作的客運航站樓。這種與社會資本的合作可以解決AAM服務面臨的資金和運作問題。

目前在美國的情況是,聯邦政府和州政府開始為AAM服務的規劃提供支援。2021年11月,衆議院通過了一項法案:《先進空中交通協調與上司法案》,該法案要求美國交通運輸部(DOT)建立一支跨機構的AAM工作組。

該工作組負責“……規劃和協調與以下内容有關的工作:安全、基礎設施、實體安全、網絡安全、聯邦投資,這些工作應當有一定的必要性,能夠促進AAM生态系統在美國的發展。”如果該法案能夠實施(參議院商務委員會已經通過了類似的法案),這一跨機構的工作組應當在120天之内成立。

未來的展望

AAM已經在路上了,但它到來的方式以及具體的形式目前仍未可知。我們認為,最大的障礙将是公衆的看法和态度;在人們能夠對以下問題給出肯定答案之前,AAM的應用仍會非常有限。

先進空中交通即将到來,但仍有哪些問題需要解決

政府和安全方面的政策法規将形成架構,推動AAM成為現實;發展先進交通模式的回報巨大,有待人們探索。我們希望,随着市場的發展,可以實作動态而積極的監管。

蘭德隆認為,AAM是實作桑托斯·杜蒙願景之路上重要的一步,未來的空中交通将會激動人心;我們期待着與公衆、政府機構、以及利益相關者繼續合作,共同推動世界航空業的發展,共創價值,共謀福祉。

“我想到了那個一定會到來的時代,那時,小飛艇的主人将不必在街上降落,而是擁有自己的……屋頂花園,寬廣的、沒有障礙的屋頂花園。”--阿爾貝托·桑托斯·杜蒙

I thought of the time, sure to come, when owners of handy little air-ships will not be obliged to land in the street but will have their … own roof-gardens. But such roof-gardens must be broad and unencumbered. Alberto Santos-Dumont

作者:Ian Guy(蘭德隆亞太地區)、Richard Barone、Jeffrey Jackson、Matt Lee(蘭德隆美洲地區)

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