大型民用無人機將改變未來世界

張紅洛

盡管當前無人機在民用領域的應用越來越廣泛，但在某些領域中小型無人機似乎已不能滿足社會發展的需求。未來，大型民用無人機將有很好的發展前景和廣闊的市場空間。為了促進大型民用無人機產業的健康發展，我們需要提前布局，重視大型民用無人機發展帶來的法律法規、技術發展以及基礎設施建設等問題。

目前，中小型無人機已經廣泛應用于影視航拍、消費娛樂、搜索營救、交通監管、資源勘探、邊防巡邏、森林防火、氣象探測、農作物估產、管道巡檢等多個領域，特別是在面臨洪水、旱情、地震、森林大火等自然災害時監測和評估方面具備獨特優勢。但對于很多應用來說，中小型無人機由于其尺寸、載荷、航程和留空時間等方面的原因存在著巨大的使用限制。隨著無人機的使用滲透到國民經濟建設的方方面面，對大尺寸、大載重量、航程遠、留空時間長的無人機需求日益迫切，為大型民用無人機的發展留下了巨大的需求空間。根據美國航空航天工業協會的分類，起飛重量大于25kg的民用無人機稱為大型民用無人機。按照起飛重量，大型無人機又分為幾個等級，具體情況見表1。

未來，隨著大數據、云計算、移動互聯網等信息技術與無人機技術的相互融合，大型民用無人飛機將是全球新一輪科技革命和產業革命的熱點，它的興起將推動社會和經濟的發展變革，改變我們認知的世界。今天的無人飛行器更多的是中小型無人機，只能攜帶著照相機等輕型載荷在低空飛行；明天更大的無人機將遍布天空，攜帶著人們飛向世界。

未來大型民用無人機產業快速發展

未來，大型民用無人機將隨著無人機技術的研究與開發應用、無人機產品的推陳出新以及無人機運營商業模式的創新而發展變化，發展的每個階段都具有各自獨特的特征。美國航空航天工業協會和著名戰略管理咨詢公司Avascent對未來20年民用無人機產業的發展做出了如下預測。

早期階段（2018-2024年）。在這一階段，用戶會利用大型無人機執行低風險、以傳感器為核心的監視角色，如地面監視巡查等。主要用戶包括能源公司、森林防火、消防部門、農場、建筑公司和保險檢查員等。雖然其中有些用戶會使用小型無人機系統，但大型無人機可大幅提升任務續航能力，能夠搭載更先進的傳感器等有效載荷，并具備機載數據處理能力。早期階段的大型無人機為今天的無人駕駛飛機操作員所熟悉，一般都是遙控的，但到2020年以后，飛機的自主性將穩步提升。同時，對貨運和客運飛機的研究和開發持續進行，貨運和客運飛機早期原型機將被設計為中等飛行高度、中等航程的飛行器。

第二階段（2025-2031年）。通過上一階段的研究和開發活動，在這一階段將推出中低空飛行的短途貨運無人機，這些飛機可飛越農村或人口稀少的地區。同時，在城市中使用的載客無人機在低高度飛行，提供空中出租車或擺渡接送服務。雖然這些載客無人機可以在沒有機上操作員的情況下飛行，但早期通常在機上有一名飛行操作員，作為自動化系統的備份，并安撫尚未完全適應這種新體驗的乘客。到這一階段結束時，這一領域的研究將轉向提供農村電信服務的高高空無人機。此外，這個階段的研發投資將專注于提升自主能力的遠程客運和貨運無人機（最大起飛重量15875kg以上）的研究和開發活動。

第三階段（2032年及以后）。在這一階段的初期，遠程客運和貨運大型無人機的早期原型機將推出，并在2036年后大幅提升產量。更多大型無人貨機將在國內和遠程國際航班上得到使用。與早期的載客無人機一樣，這些大型無人貨機上仍將有一名操作員作為備份。無人駕駛客機和貨機產量占比將越來越大，預計到2040年以后產量將強勢上漲。

大型民用無人機具有廣闊的市場空間

隨著無人機技術的發展，大型民用無人機對社會與世界經濟發展的貢獻將會越來越大，很容易超越當今較小的無人機系統對社會的貢獻。社會各種部門和企業都受益于大型無人飛機，從農業、消防到電信和客貨運輸。目前小型無人系統的使用者未來將更多地依賴大型無人機。得益于經濟效益、安全優勢和消費者需求，未來具有高度自主性的大型無人機將成為世界的主導飛機。

據統計，當前全球對大型民用無人機的投入每年有數百萬美元，其中研發投入占較大比例，而且目標應用領域為工業與公共安全服務。據美國航空航天工業協會和Avascen十公司預測，未來十年內，這一數字有望實現突破性增長，到2028年預計支出將達到40億美元，而且隨著遠程貨運和客運無人機的逐步使用和加大量產，到2036年，這一領域的投入還將增至近300億美元。從2018年到2036年，大型無人駕駛飛機預計將帶動近1500億美元的投資，并每年維持60000個研發、制造和服務工作崗位。預計，未來隨著技術進步和日益增長的消費者需求（通過健全的政策和支撐的監管環境），大型民用無人機的市場空間更為廣闊。

大型無人機在推動航空產業全面增長的同時，將顯著降低成本，提升效率。在公眾看來，大型無人機的使用可能會減少飛行員的需求，效率的提升會減少相關從業人員，但實際上并非如此，應該是從業人員從一類崗位轉到了另一類崗位；而且隨著大型無人機使用的增長，對飛行員需求的減少會因為對空中交通管理人員需求的增長而抵消。此外，大型無人機還將提供許多增值服務，如監視飛機的數據分析、優質貨物/人員運輸、航空運輸或電信連接服務等。分析表明，大型無人機的生產和運營等相關服務將需要數以萬計的高薪員工；創造更多的就業機會，很可能是大型無人機行業本身從業人員的數倍。

提升飛機自主性是大型無人機發展的關鍵

自主性是飛機獨立操控自身的能力。今天所有無人駕駛飛機都可以遙控或執行預先編程的任務；而隨著時間的推移，民用無人機的自主性水平將持續提升，最終誕生完全獨立自主的無人駕駛系統，該系統可以在飛行環境發生改變而沒有提前人工輸入或預先編程指令的條件下，自主對飛行狀態進行改變，以適應新的飛行環境。其中，機器學習算法領域的技術進步對提升自主能力非常重要，此外通信、網絡、安全、航空電子和傳感器等領域的技術發展也很關鍵。

高度自主性可以使飛機能夠獨立操控飛行，這是廣泛使用大型民用無人機的一個關鍵推動因素。在擁擠的空域和不斷變化的條件下，具備高度自主性的飛機能夠快速感應并避免潛在的危險，規避惡劣的氣象條件，靈巧地引導飛機進入機場滑行道。在空中做出正確決策的能力將不再基于飛行人員的本能和經驗。

同時，通過機器學習技術，自主飛行系統可以借鑒全世界數百萬飛行小時的飛機及其機組人員的經驗教訓。而且隨著時間的推移，這種模式的轉變將使空中交通管制員、航空公司和公眾對大型民用無人機的發展和使用建立信心，通過信心和性能的提升，大型民用無人機的市場規模將持續擴張。

大型民用無人機應用領域逐步拓展

隨著對大型無人機投入的持續增長和相關技術與產品的逐步成熟，大型無人機應用范圍將逐步擴大，并在部分應用領域出現需求高峰，具體應用分為替代使用、增量增長使用和新應用三類。

（1）替代使用。大型自主無人機將在成熟的應用領域如農業、貨物和乘客旅行方面取代有人駕駛飛機。目前有人駕駛飛機在這些細分市場領域廣泛使用，飛機制造商、航空公司和維修服務公司以及企業和消費者都在享受航空帶來的便利和快捷。大型民用無人機替代有人駕駛飛機將主要得益于三個方面：一是有人駕駛飛機已在這一細分市場服務幾十年的經驗積累（從中低端的農業飛機到最先進的寬體客機），而且未來大型無人機的安全性和舒適性將有更大的提升，從而為大型無人機的使用奠定了基礎；二是自主飛行技術將推動大型無人機發展（例如從完全無人駕駛飛機上取消駕駛艙及其生命保障系統，或僅為單個操作員提供基本的緊急控制）；三是技術創新將使大型無人機更具效率和更具成本效益，對有人駕駛飛機的沖擊效應強大，可將節省的資金再投資于相關領域如推進技術或材料技術發展。

（2）增量增長使用。大型無人機自主能力的穩步改善將弱化有人和無人駕駛之間的應用類別區分，新出現的大型無人機市場的應用領域將跨越已經建立的成熟領域和顛覆性應用領域之間的中間地帶。由于經濟性因素或有人駕駛飛機的限制導致空中某些還沒有完全確立的領域將出現增量增長，例如各種大型監視或公共安全系統將成為大型無人機新增的應用領域。這類增長領域具體包括：一是這些領域某些應用已經由各種重量級和能力的無人機（遙控飛機）提供服務，但難以滿足客戶的需求；二是這類飛機幾乎無法從降低機上控制中獲得更高的效率；三是沒有飛行員換班困擾，增加飛行持續性。

（3）新的應用。大型無人機也為新的工業和消費細分市場帶來了巨大的變化。面向消費者提供空中出租車、短途運輸或客運服務等解決方案。其他可能的工業領域包括工地起重系統，可以取代建筑工地上大量使用的起重機，執行高價值和一次性的起重任務等。上述應用如在低空和人口稠密地區使用，還需重新制定規章制度和保障措施。此外，大型無人機在擁有高度自主性后還可以執行復雜的、可重復和長時間的任務，如用作高高空通信無人駕駛飛機為偏遠地區提供通信服務。

我國大型民用無人機發展建議

大型無人機的使用會給現有航空工業體系帶來很大影響，新技術、新產品的推出與應用會帶來很多意想不到的沖擊，如探測一規避飛行技術發展、高密度無人機管理、飛機自主性認證和頻譜分配以及與現有和未來空中交通管理系統和基礎設施的兼容性等都是需要考慮的問題。

另外，大型無人機通向未來的最大障礙是人們對維持現狀的觀念和心態。首先，法規規則的制定通常落后于技術與產品的創新步伐，航空也不例外，適航條例等航空法規的發展會隨著新興的無人駕駛飛機技術和產品的使用逐步改善，但難以超前。第二，大型無人機的監管是一個新課題，各類機構需要相互協調，明晰各自職責，否則會制約大型無人機行業和運營商的發展。為此，建議在加大大型民用無人機技術與產品研發投入的同時，先期必須開展與大型無人機相關的法律法規研究，將航空安全放在優先地位，加強國際溝通交流合作，培育我國大型無人機在國際市場上的地位。具體如下：

（]）強化科技創新，強化基礎建設。緊緊抓住未來全球大型無人機發展的歷史機遇，加強無人機領域科技創新，彎道超車，搶占先機，推進我國大型無人機技術與產品的發展步伐，發展壯大無人機產業規模，打造產學研相結合的大型無人機產業體系；同時開展大型無人機運營相關基礎設施的研究與投入，對現有機場和新機場/航站樓進行基礎設施投資，以適應未來大型無人機晝夜交通的急劇增長，考慮并解決運營過程中責任和保險問題。

（2）加強國際交流合作，開展相關法律法規研究。大型無人飛機市場的發展軌跡和發展速度取決于建立一個清晰的法規框架。我國應積極采取行動，開展相關航空法律法規研究，積極與國際權威適航機構溝通交流與合作，參與關于大型無人機使用與運營的法律法規制定，建立基于性能的國際共識標準。我們相信，隨著我國航空事業的快速發展，再加上強有力的監管環境支撐，我國大型無人機產業的發展將產生巨大的經濟和社會效益，創造更多的就業機會，走在世界的前列。