大型商用無人機前景看好

普華永道會計師事務所近期發布報告，預計到2020年，無人機將取代價值高達1270億美元的商業服務和人工勞務。美國聯邦航空局（FAA）日前發布了無人機產業年度預測報告稱，未來幾年內，小型無人機將成為航空領域中最強勁的增長點，預計到2020年，美國小型無人機總銷量將從2016年的250萬架飆升到700萬架，其中消費級無人機有430萬架，另有270萬架用于商業目的。FAA還預計，無人機產業會在未來10年內創收900億美元。

商用無人機在全球范圍的應用日益普及，特別是在農業、運輸、公共安全、采礦、影視娛樂等領域。隨著運營模式不斷成熟，美國商用無人機運用的領域將不斷擴展。而大型商用無人機則以其強大的能力、便捷的使用方式和不斷的技術創新正在逐漸發揮更大的作用。

法規完善推動商用無人機產業發展

鑒于此，對商用無人機的監管也就提上了日程。2009年前，世界上的無人機處于無監管的空白狀態。2009年至今，開始進入持證飛行階段，但是法律法規和監管執行尚未完善和正規化，實際申請操作上模糊不清。

CAP722是英國民航局在英國領空內對無人機使用的指導準則，第四版的CAP722發布于2010年4月，以適應《空中導航法2009》的推出?，F在，所有關于無人機的法規都收在《空中導航法2009》中。在此前，CAP722是行業的參考標準，并被全世界所模仿學習與實施。這份文件強調了在英國操作無人機前需要注意的適航性和操作標準方面的安全要求。最新版的CAP722發布于2012年8月，并且對民用無人機實施相當程度的開放政策。

英國民航局是無人機法規領域的領航者。在英國，整機重量在20～150kg的無人機需要具有英國法律下的適航性資質。如果飛行器在半徑500m和低于122m的范圍或者在隔離的飛行區域內，并且無人機和該飛行有一定的適航性保證，英國民航局可以豁免適航性認證的需求。英國民航局也會在自己調查和被推薦的基礎上頒發豁免權，當前僅有一家組織獲得了此項許可。整機重量20kg以下的無人機并不需要遵從很多主要政策要求，但是領航法第98號文中設立了一些條件。這些條件包括禁止在管制區域或者機場附近飛行，除非獲得空管局的許可，最大飛行高度122m和禁止在沒有英國民航局特別許可的情況下高空作業。當前英國航空法并未規定操控無人機需要認證飛行員執照。但是英國民航局要求所有潛在無人機駕駛員都掌握飛行資質。飛行資質可以通過完成指定課程獲得，并有四家認證機構運營著培訓與考試。

歐洲法規2008第216號監管著所有整機重量超過150kg的無人機。無人機的設計和生產也必須和常規飛機一樣遵循相關的認證規范（該規范由EuroUSC公司主導，該公司獲得民航局的授權實施輕型無人機計劃），并且必須獲得適航認證或準飛許可。

美國方面，FAA 107部針對重量在25kg以下的小型商用無人機，規定：（1）飛行時間、高速、速度、搭載限制：它限定無人機只能在白天飛行，且全程都必須保持在操作人員的視線范圍內，飛行高度不得超過150m，時速不得超過160km。不得從人頭頂上飛過，不得從無人機上扔東西，機體外側不得搭掛包裹。（2）飛行路線地點限制：無人機都必須避開飛機飛行路線和飛行限制區，必須嚴格遵守相關臨時限飛令。無人機應避開飛機機場至少8km。無人機飛行時，應始終維持在無線電操作者視界以內。（3）駕駛員資格要求：無人機操作人員至少滿17歲，需考取FAA無人機操作人員資格證書，并且通過美國運輸安全管理局（TSA）的審查要求。（4）另外，關于愛好者的模型無人機，則仍然跟之前一樣不受限制，只要不妨礙空中交通。但是到目前為止，關于大型商用無人機飛行的聯邦法規還有待FAA敲定，這些規定需要整理運作指引來將無人機安全地整合到現有的空中交通。

在我國，2013年11月，民航局頒布咨詢通告《民用無人駕駛航空器系統駕駛員管理暫行規定》（簡稱《暫行規定》），該咨詢通告屬于臨時性管理規定，針對目前出現的無人機及其系統的駕駛員實施指導性管理。根據《暫行規定》，重量小于等于7kg的微型無人機，飛行范圍在目視視距、半徑500m內，相對高度低于120m范圍內，由無人機系統駕駛員自行負責，無須證照管理。

2014年11月，國務院、中央軍委空中交通管制委員會組織召開全國低空空域管理改革工作會議。據悉，我國目前正在沈陽、廣州飛行管制區，海南島，長春、廣州、唐山、西安、青島、杭州、寧波、昆明、重慶飛行管制分區進行真高1000m以下空域管理改革試點，標志著我國低空空域資源管理由粗放型向精細化轉變。

針對國家對民用無人機管控問題上的缺失，2015年12月19日，民航局飛行標準司公布了《輕小型無人機運行規定（試行）》，對無人機系統性能和駕駛人員資質做出了詳細規定，對于民用無人機的運行管理，劃分了受電子圍欄管控、接入無人機云和未接入無人機云3種情況。但也有業內人士提出意見補充，如“輕小”無人機的定義、植保無人機單獨分類列出的依據以及無人機的適航狀態等。

2015年12月30日，民航局運輸司發布了《使用民用無人駕駛航空器系統開展通用航空經營活動管理暫行辦法》（征求意見稿）。這個征求意見稿是依據《通用航空經營許可管理規定》等現行法規制定的，無人機行業相關法律框架的明晰，有助于行業健康、良性的持續發展。

2017年5月16日，民航局宣布目前已經初步完成了民用無人機登記注冊系統的開發，并將于5月18日上線運行，6月1日正式對質量250g以上的無人機實施登記注冊。同時，正在建立無人機登記數據共享和查詢制度，實現與無人機運行云平臺的實時交聯。

大型商用無人機發展趨勢

隨著無人機載荷集成度越來越高、無人機執行任務的能力越來越強，在不久的將來，各行各業的企業將采用無人機來取得戰略優勢。商用無人機的普及將意味著在高效率技術和允許商用無人機系統遠程自動化運作的新規定的刺激下，企業在運用空中監測和數據來優化業務運營的方式將會發生廣泛的變化。從保險和公用事業到房地產和能源行業，各行各業的企業都很可能會把它們的部分運營轉交給無人機系統。如今，由直升機完成的一些工作可能將會轉由無人機來完成，進一步降低成本?？湛图瘓F的Airbus Aerial計劃利用8個空客衛星和無人機來收編高空數據，將其融合到面向農業、保險、石油和天然氣、公用事業、州政府和本地政府的情報服務。

綜合分析目前各國出現的大型商用無人機，筆者分析該行業軍用技術民用化、飛機使用衛星化、應用概念顛覆化的趨勢正在加速顯現。

軍用技術民用化

MQ-9“死神”是通用原子航空系統公司開發的一種極具殺傷力的無人作戰飛機，可以執行情報、監視與偵察（ISR）任務。美國空軍在其作戰試驗剛剛結束后，就決定將其投入實戰，并于2007年3月組建了MQ-9“死神”無人機攻擊中隊，即內華達州克里奇空軍基地第42航空攻擊機中隊，還成立了專門的“死神”無人機工作組，開始研究戰術、訓練機組人員和進行實戰演練。目前，通用原子航空系統公司正在將可認證版本的“死神”無人機推向商用市場。從各方搜集的資料來看，該無人機重5.67t，可搭載1.814t載荷在12192m高度飛行40h。

英西圖公司（Insitu）的“綜合者”（Integrator）無人機，重61.2kg，搭載了Logos技術公司的“紅風箏”（Redkite）廣域運動圖像（WAMI）傳感器，能追蹤城市范圍內所有的“重要運動目標”。WAMI曾是只能由MQ-9“死神”無人機搭載的大型吊艙傳感器，目前，其重量已降至38.6kg以下。

飛機使用衛星化

由于需求與性能隨時都在發生改變，衛星也需要不斷報廢并定期更換。衛星在軌運行時間可達到15年，超過該時間期限衛星零件的精密度和小型化就會發生顯著變化。因此，隨著地球周圍近太空充斥著成千上萬的人工平臺，如何讓通過太空提供的服務以更經濟實惠的方式持續發展就成為了當務之急。這就是偽衛星展現其價值所在的大好時機。臉書的“天鷹座”（Aquila）和空客的“西風”均采用了這個概念。對這些無人機的管理類似衛星，一個機務組管理一個無人機群。

“天鷹座”翼展為42m，約等于波音737，僅重424kg?！疤禚椬睂⒂糜谔峁┗ヂ摼W接入服務。對于“天鷹座”而言，機身不是必要的，反而是個累贅。拋棄機身采用飛翼可以最大化表面面積，鋪設太陽能電池板。

“天鷹座”采用4個螺旋槳驅動?？梢栽?8～27km的高度盤旋長達90天?！疤禚椬睙o人機上將配備一個激光傳輸距離超過16km的激光發射器，當無人機確定好地面上服務區域的大致位置，就可以利用激光發射器向服務區內提供互聯網信號。

“西風”翼展18m，重62kg，用碳纖維材料制成。白天通過硅板吸收太陽能提供動力，夜間靠電池飛行?！拔黠L”升限17678m，能夠在19～21km的高空飛行一個多月的時間。

先前的“西風”-7無人機在2010年創造了連續飛行14天的世界紀錄，它在白天依靠太陽能充電。新型“西風”-8無人機的翼展達25m，比先前機型的重量減輕30%，充電量增加50%。

應用概念顛覆化

大型商用無人機的發展極大拓寬了人們的眼界，在此基礎上，無人機應用全新理念層出不窮。筆者主要總結了兩個方面，分別是城市出租交通和空中風力發電。

（1）城市出租交通

Uber等公司目前正致力于積極研究用于城市中的短途飛行技術。垂直起降技術使盤旋的飛機能夠垂直起飛和降落，這對于人口稠密地區來說是一個非常重要的應用。未來10年，垂直起降技術將被廣泛應用。FAA一直努力集成商業無人機，也就是允許商業無人機和其他飛機一樣飛行和溝通，然而這種集成是一個寬泛的概念，也是一個巨大的項目。如果允許無人機在人群和建筑物附近飛行，商業無人機的應用可能是無限的。Uber的目標是降低私人汽車擁有量，載人無人機有這樣的潛力，同時還能消除城市交通擁堵，成為最偉大的科技成就之一。

鑒于此，Uber公司提出了Uber Elevate城市空中交通網絡的概念，將于2020年在達拉斯和迪拜提供按需空中出租車服務。作為為其提供產品的五家供應商中的一家，極光飛行科技公司（簡稱極光公司）已經完成了其電動垂直起降飛機1： 4縮比飛機的飛行。

該雙座飛機的雙尾撐上有8個電機旋翼來提供垂直升力，通過一個螺旋槳推進器來實現前向飛行。飛機一旦靠機翼產生了全部升力，則全部電機旋翼停止工作，該飛機以311～336km/h的速度飛行里程可達77～103km。

為了提高產能、可靠性和安全性，電機旋翼事實上消除了所有的機械復雜度，與復雜的設計相比，極光公司可以用有吸引力的成本優勢來實現這款飛機的開發。

在Uber Elevate的垂直起降機場，乘客將通過一個斜坡從飛機前部登機以防止碰到電機旋翼。垂直起飛后，電動垂直起降飛機將爬升至15～30m，并完成動力轉換。極光公司力爭將飛機起飛的噪聲融入城市交通噪聲，并且飛機在450m高度巡航時，從地面聽不見它的聲音。

（2）空中風力發電

Google旗下的美國開發商馬卡寧（Makani）正試圖開發固定翼的“能量風箏”，將螺旋槳驅動的發電機產生的電能通過系留電纜傳回地面。其他一些公司通過吹過風箏的側風來驅動地面發電機。位于海牙的Ampyx動力公司正在研究利用系留固定翼無人機來驅動一個地面發電機（類似于通過風箏收集風能發電）。該公司計劃在2018年演示驗證一套250kW的發電系統，在21世紀20年代演示驗證一套2MW的發電系統。

它使用無動力的系留無人機，可視風力條件在平臺起飛，必要時可進行回收。一旦升空，飛機按橢圓或8字形航路飛行。在無人機飛行過程中，隨著它的升高和降低，無人機與地面間的系留電纜被拖曳，由此產生的牽引力驅動與系留電纜相連的一個圓柱形的鼓狀裝置進行發電。

該公司于2009年開始測試相關技術。證明了確實能夠發電，該公司從零開始開發了應用于該系統的自主飛控系統。

對普通飛機而言，拉起操縱桿將提高迎角，提高升力，降低速度，但是Ampyx的系留無人機爬升時，它的升力更大，速度更快，這與其他飛機有根本區別。因此，目前Ampyx的無人機沒法采用現成的自動飛控系統，其飛控系統全部由自己研制。

該公司新設計的AP3雙尾撐無人機采用了更精確的傳感器和生命周期更長的機載系統，具有250kW的發電能力。該公司與德國電力公司意昂集團（E.ON）簽署伙伴關系，其中空中風力發電系統（AWES）是重要的合作內容。Ampyx動力公司希望在2018年下半年在愛爾蘭馬尤郡進行AP3無人機試飛。

AP3翼展達12m，與T-6“德州人”飛機一樣大。Ampyx動力公司正試圖為該飛機取得歐洲航空安全局的“特定種類無人空中系統”認證。雙尾撐設計使無人機的系留電纜可系于靠近飛機重心的地方。無人機的起飛通過電動彈射器實現，飛機的回收系統使無人機在空中減速，一旦無人機錯過了降落的平臺，系留電纜將把它拉拽回來，同時，起落架的設計使無人機可在高下降速率條件下著陸。

如果AP3試驗成功，Ampyx動力公司希望開發能發電2MW的商用系統。Ampyx動力公司正嘗試一種新構型，包括雙體飛機或飛翼布局飛機。2MW發電飛機的翼展很有可能達到20m。

2MW的發電系統將在生命周期內達到與風力渦輪發電機相近的供電能力。同時，在由于地面水深等原因無法建造支撐風力渦輪發電機必須具備的混凝土結構的地區，AWES將占據更大的市場。

結束語

雖然大型商用無人機項目較多，但相比于重量低于25kg的小型無人機，大型無人機市場相對平淡。目前，市場上尚未出現對大型商用無人機的牽引力。實際上，大型商用無人機可以執行通信中繼、鐵路/電力/管道巡線、邊境巡查、漁業監管等任務，以及農業植保、物流運輸等。特別是物流運輸，已成為各國爭相發展的重點。但大型商用無人機真正投入使用，還需政府、工業部門各方牽引，從政策上監管，從技術上完善，充分發揮大型無人機的商業價值。

（蔡琰，中國航空工業發展研究中心）