關(guān)于低空經(jīng)濟高質(zhì)量發(fā)展的思考

內(nèi)容提要：低空飛行器作為低空經(jīng)濟的核心載體，在市場化生產(chǎn)運營和應用中面臨技術(shù)瓶頸、基礎設施建設、經(jīng)濟成本等多重挑戰(zhàn)，其未來發(fā)展需要在技術(shù)創(chuàng)新、監(jiān)管體系、經(jīng)濟合理性和市場接受度等方面協(xié)同推進。

關(guān)鍵詞：低空經(jīng)濟；低空飛行器；交通物流

低空飛行器是低空經(jīng)濟的核心載體

在低空經(jīng)濟相關(guān)政策密集發(fā)布，各地空域有望陸續(xù)放開的背景下，低空經(jīng)濟將成為交通運輸領域的重要發(fā)展方向，根植于人們的基本出行需求與物流需求，以嚴肅性、外溢性和互補性為特征，是人工智能、高端裝備制造、新材料、新能源、新一代信息技術(shù)甚至商業(yè)航天等前沿科技實際應用的重要領域，受政策端、供給側(cè)和需求側(cè)共同驅(qū)動。

發(fā)展低空經(jīng)濟，是以低空飛行器和低空空域為關(guān)鍵生產(chǎn)要素，結(jié)合社會發(fā)展和經(jīng)濟活動的需求，在對傳統(tǒng)飛行器工業(yè)的改造提升中發(fā)展出新興產(chǎn)業(yè)，并逐步形成適應新產(chǎn)業(yè)、新業(yè)態(tài)的市場框架。如低空飛行器正在不斷向農(nóng)業(yè)、工業(yè)、物流等行業(yè)和消費領域滲透，在此過程中人們對低空飛行的觀念和消費模式也在不斷變化。

鑒于此，低空飛行器作為低空經(jīng)濟的核心產(chǎn)業(yè)，不僅是一項跨學科、跨行業(yè)、跨地域的復雜系統(tǒng)工程，更是決定低空經(jīng)濟發(fā)展質(zhì)量的關(guān)鍵因素。發(fā)展低空經(jīng)濟的關(guān)鍵在于低空飛行器技術(shù)的提升以及其在各行業(yè)中的應用拓展。

低空飛行器概述

綜合現(xiàn)有研究資料，低空飛行器是指在G類空域中運行的飛行器，分為有人和無人駕駛，包括直升機、滑翔機、無人機、eVTOL（電動垂直起降飛行器），以及未來創(chuàng)新發(fā)展更多的種類。本研究認為，無人機、直升機和eVTOL將是低空飛行器的重要組成部分。

無人機指用無線電操控的小型飛行器，其規(guī)模的快速增長正在倒逼低空經(jīng)濟機制體制加快形成。2020年全行業(yè)注冊無人機52.36萬架，2023年即達126.7萬架，僅僅3年，注冊規(guī)模擴大了1.4倍，發(fā)展速度遠遠快于民用航空。

早在2017年，中國科學院首先提出發(fā)展無人機低空公共航路倡議。2019年，中國民用航空局將低空航路納入《無人駕駛航空器飛行管理暫行條例（征求意見稿）》，確認了國內(nèi)發(fā)展無人機低空航路的趨勢。而美國NASA于2015年完成無人駕駛飛機系統(tǒng)交通管理設計（UTS）、同年通過了無人機在農(nóng)業(yè)、消防和基礎設施監(jiān)測中的應用，并于2018年進行了在城市區(qū)域應用的測試。

在我國，民用直升機的存量規(guī)模相對較小，據(jù)《通用航空市場預測年報（2021-2040）》，截至2020年末，我國民用直升機保有量為923架，羅賓遜、空客直升機和貝爾三家制造商占據(jù)了我國民用直升機市場78%的市場份額，上述三家公司在中國的直升機機隊規(guī)模分別為340架、220架和158架。而國產(chǎn)民用直升機市占率不足5%，以輕型和超輕型直升機為主。根據(jù)中航工業(yè)集團《民用直升機中國市場預測年報（2023-2032）》預測，到2032年，我國民用直升機機隊規(guī)模將超過2000架。

eVTOL指以電力作為飛行動力來源且具備垂直起降功能的飛行器，目前仍處于創(chuàng)新階段，技術(shù)路線尚未形成共識。電動直升機是eVTOL的一種形式，核心技術(shù)包括電池、電機電控、復合材料、推進系統(tǒng)以及飛控系統(tǒng)。NASA于2009年提出這一概念，空客、波音分別于2018和2019年完成首次飛行，但波音于2020年終止該項目；新興航空制造商美國Joby和德國Volocopter于2023年在紐約完成飛行演示。近年來，我國eVTOL行業(yè)發(fā)展迅速，億航-216于2021年于北京完成飛行演示。值得注意的是，以上飛行演示均是在短時間、小區(qū)域、低速度的情況下完成。

低空經(jīng)濟的發(fā)展依賴于低空飛行器技術(shù)成熟度和飛行安全性的持續(xù)提升、逐步形成市場化配置，進而降低單位成本，從而引發(fā)各利益相關(guān)方之間的自增強循環(huán)效應，推動產(chǎn)業(yè)鏈各參與主體形成平衡的報酬結(jié)構(gòu)。因此，安全性與技術(shù)可行性、經(jīng)濟合理性以及時效性、便捷性與舒適性等對于低空經(jīng)濟至關(guān)重要。

低空飛行器的安全性與技術(shù)可行性分析

所有低空經(jīng)濟的利益相關(guān)方都期望，發(fā)展低空經(jīng)濟不僅能夠獲得效益，而且能夠保持飛行的高度安全，并且不會危害國家秘密、商業(yè)秘密和個人隱私。因此，在更多障礙物、特定天氣和風況、視線受限、無線電通信能力下降以及更少安全著陸點的城市區(qū)域，政府監(jiān)管部門和運營商對低空作業(yè)的開支提出了更高要求：一是永不迷失，指在導航衛(wèi)星與各類增強導航系統(tǒng)支持下，低空飛行器能實時獲取自身高精度位置信息；二是永不失聯(lián)，指在無線網(wǎng)和衛(wèi)星等通信技術(shù)支持下，低空飛行器時刻處于聯(lián)網(wǎng)狀態(tài)；三是有效管控，要求低空飛行器在政府規(guī)定的空域和飛行管制要求下合規(guī)飛行，并能實時接收管制部門指令；四是安全運行，指對低空飛行器運行的確定性和安全性要求，包括低空飛行器自身、作業(yè)環(huán)境、飛行器之間的運行安全（廖小罕，2023）。

從公共航路網(wǎng)來看，2021年12月，中國科學院牽頭制定的“面向無人機運行的低空空域結(jié)構(gòu)化框架標準”正式出版， 該標準定義了一種以低空公共航路為核心，旨在促進無人機交通管理安全和有效發(fā)展的無人機低空空域結(jié)構(gòu)，包括網(wǎng)格技術(shù)、遙感數(shù)據(jù)、通信與聯(lián)網(wǎng)、航路規(guī)劃、運行和管理等內(nèi)容。

從遙感數(shù)據(jù)來看，清晰明確的地理環(huán)境是低空無人機安全運行的前提。衛(wèi)星遙感受到重返周期和空間分辨率的限制，很難滿足高動態(tài)精細地理信息獲取的要求。隨著傳感器技術(shù)在汽車智能駕駛上的不斷發(fā)展，機動靈活的低空飛行器可通過搭載多類型傳感器，逐漸成為動態(tài)獲取高清遙感影像的有效手段，并且實現(xiàn)自動避障。

從氣象數(shù)據(jù)來看，高精度氣象預報的核心在于保障高空間分辨率和高預報頻次，尤其考慮到城市低空環(huán)境的復雜性以及低空飛行器規(guī)模化導致的氣流相互干擾，基于航路的氣象預報需要達到米級和小時級，短距離航路甚至需要達到分鐘級。當前研究表明，氣象與人工智能已深度融合，谷歌GraphCast可以在1分鐘內(nèi)，精準預測全球10天的天氣情況，但具體空間精度尚未公布，此外，其團隊將GraphCast與華為盤古氣象模型進行了對比，發(fā)現(xiàn)GraphCast模型在252個場景中有99.2%都優(yōu)于盤古氣象。

從通信與監(jiān)視來看，當前地面移動通信基礎設施布局無法有效覆蓋300米高度以上的無人機通信需求，易出現(xiàn)信號中斷等問題。構(gòu)建基于低空公共航路的高速率、高帶寬、低延時的專用通信環(huán)境將是一種提升低空通信能力的手段。通感一體可能是未來連接并監(jiān)視低空飛行器的重要技術(shù)之一，其原理是結(jié)合高頻波束與多天線原理，使基站實現(xiàn)雷達功能，識別車輛和低空飛行物的位置、速度與方向等；相比雷達，通感一體基站在覆蓋范圍、距離分辨率、測角精度等方面的優(yōu)勢明顯。

從導航信息來看，北斗、GPS等導航系統(tǒng)在復雜城市環(huán)境中存在位置誤差較大、高密度環(huán)境過飽和等問題。建議通過使用基于圖像的導航系統(tǒng)、協(xié)作導航或信號，以及額外的地面基礎設施輔助，實現(xiàn)更高的定位精度。例如，導航系統(tǒng)和蜂窩移動通信網(wǎng)絡的組合可將誤差降低至厘米級，已在車載導航上實現(xiàn)廣泛應用。針對導航系統(tǒng)短時間內(nèi)誤差限寬問題，結(jié)合具備短時間內(nèi)高精度位置優(yōu)勢的慣導系統(tǒng)，可以提高精度、可靠性和數(shù)據(jù)的更新效率，更好地服務于無人機導航定位需求。

從低空飛行器自身技術(shù)來看，目前我國無人機飛控、導航、動力、通信鏈路等四大核心系統(tǒng)已經(jīng)處于世界領先水平，并且在個人無人機和無人機運營商等方面有了豐富實踐。對于eVTOL而言，不需要復雜的傳動裝置和發(fā)動機，并且飛控、導航、通信等技術(shù)已在其他飛行器和汽車上得到廣泛應用，并可實現(xiàn)不斷迭代，但是動力系統(tǒng)仍是瓶頸。eVTOL不僅在設計層面需要實現(xiàn)更高的飛行氣動效率，還需要高能量密度的電池來減輕自重，以提供更長的續(xù)航和更高的載重。根據(jù)NASA研究，動力電池能量密度達到400Wh/kg，才能夠用于實用的電動飛行器。目前成熟的動力電池系統(tǒng)能量密度為250Wh/kg， 此外，全球在鋰電池（固態(tài)/半固態(tài)）和燃料電池的選擇上尚未形成共識。因此，高能量密度、高功率密度、高快充性能的電池落地時間是低空飛行器商用化的里程碑。

綜合來看，低空飛行器的概念由傳統(tǒng)通航擴展到無人機和eVTOL，其安全運行對技術(shù)提出了更高要求和更多挑戰(zhàn)。首先，低空飛行器在低空的安全、高效運行，需要充分用好衛(wèi)星導航特別是北斗導航衛(wèi)星系統(tǒng)、衛(wèi)星和地面移動通信等公共基礎設施服務，這一階段低空飛行器整體呈“低負載、低頻次、短距離、小區(qū)域”等特點。其次，在低空飛行器規(guī)模化商業(yè)運行時代，需要進一步開發(fā)利用高精度導航、新一代信息技術(shù)等重要基礎設施服務能力，規(guī)劃和建設好面向低空無人機大規(guī)模商業(yè)化應用的低空公共航路網(wǎng)、云監(jiān)管、低空監(jiān)視、航路氣象預報等專用基礎設施規(guī)劃建設，特別是超前規(guī)劃多層級與地面基礎設施有機銜接的無人機低空公共航路網(wǎng)新型基礎設施。最后，從航空業(yè)產(chǎn)品研發(fā)周期來說，以空客目前最新機型A350為例，從2004年批準研發(fā)，到2013年實現(xiàn)首飛，再到2015年進入服役，歷時10余年。新型低空飛行器在各項子系統(tǒng)技術(shù)成熟的情況下，從研發(fā)到批產(chǎn)也將經(jīng)歷較長的周期，換言之，目前大部分行業(yè)報告對eVTOL的發(fā)展預測可能過于樂觀。

低空飛行器的經(jīng)濟合理性分析

過去20年，低空飛行器尤其是無人機在戰(zhàn)爭中的應用受到廣泛關(guān)注。但若將低空飛行器視為一種新的交通運輸工具，需要與飛機、汽車和高鐵等進行經(jīng)濟合理性對比，檢驗其是否能作為一種新的補充甚至替代。下文將從貨物運輸和客運運輸兩方面進行考察。

貨物運輸

受益于飛行速度和廣闊的運行空間，無人機配送有潛力滿足消費者更多要求，可能成為供應鏈的重要組成部分。從無人機物流體系來看，一是城市末端物流，提供城市內(nèi)10km以內(nèi)短距物流服務，主要使用小型多旋翼無人機執(zhí)行快遞投遞等任務，城市內(nèi)需要新建空管、無人機起降點等設施。二是支線物流，以100-1000km中長距離為主，使用固定翼等中大型無人機，航線時長約數(shù)小時，可大量復用現(xiàn)有民航機場、空管等基礎設施。三是干線物流，以1000km以上距離為主，主要使用大載重、長航時的大型固定翼無人機，以渦扇、渦槳發(fā)動機為動力，可復用現(xiàn)有民航基礎設施。

從全球范圍看，2022年用無人機進行末端配送的包裹數(shù)量達到近87.5萬次，比上年增加80%以上（Cornell，2023）。從地理區(qū)域來看，2023年上半年亞太地區(qū)占全球無人機配送的43%，非洲份額為32%，北美15%，歐洲僅為9%。我國的京東于2015年開始探索，逐步建立了干線、支線、終端三個層次的無人機物流配送和通航物流體系。美團2017年啟動無人機項目，現(xiàn)已累計完成用戶訂單超18.4萬單。順豐正在打造載重0.15-3噸級中大型無人機生態(tài)，實現(xiàn)與順豐航空物流網(wǎng)絡干支對接，構(gòu)建“干線大型有人運輸機+支線大型無人機+末端小型無人機”的三段式航空運輸網(wǎng)絡。

從成本結(jié)構(gòu)看。根據(jù)多數(shù)國家的法規(guī)，無人機每次配送中每人只能操作和監(jiān)控一架無人機。單次包裹5公里的無人機配送直接運營成本約13.50美元（人工成本占比95%），若將每人操作的無人機數(shù)量增至20架，成本降至1.80美元；相對應的用車與人完成末端配送需要約10美元。UPS認為，無人機送貨的成本主要包括前期無人機硬件和研發(fā)投入、后期維修費用、電池的更換以及操控無人機的人工成本（平均10架無人機配1個人），在完全理想情況下，5000到10000臺無人機投入運行，配送一個包裹的成本為1美元。中通研究院認為，使用無人機送貨的成本包括無人機設備、電池、能源使用等成本；單個包裹運輸成本約為1.15元，在不考慮操控員、維修等成本的情況下，遠低于外賣員3元的起步成本。 從上述數(shù)據(jù)來看，無人機配送在成本分析上顯得非常具有競爭力。但是麥肯錫和UPS的報告并未公布計算模型，無法驗證其合理性。從中通研究院報告的測算過程來看，其假設環(huán)境非常樂觀。據(jù)亞馬遜內(nèi)部人員透露，2022年無人機每次配送成本至少需要484美元，目標是在2025年降至63美元。

客運運輸

目前，利用新技術(shù)解決日益嚴重的城市道路擁堵問題已備受工業(yè)界和資本市場的關(guān)注，超過150家企業(yè)正在參與研發(fā)城市空中交通車輛。eVTOL被廣泛認為有望成為構(gòu)建立體交通的核心載體，在各種技術(shù)瓶頸得到解決的情況下，由于其較直升機具有運營成本低、安全性高、噪聲低、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)勢，目標市場不僅僅是貨物運輸，還包括城市空中出行，如商務旅行、旅游觀光、通勤和緊急服務。

然而，eVTOL的商業(yè)化進程仍存在很多困難。一是需要滿足嚴格的安全標準和監(jiān)管要求，歐洲航空安全局要求eVTOL的安全水平必須與商業(yè)航空公司相當，即災難性故障的概率為十億分之一，而且還需要能夠在緊急情況下進行控制性的緊急著陸。二是eVTOL基礎設施的建設如垂直起降場，也是商業(yè)化的關(guān)鍵，這些設施也會產(chǎn)生運營成本。三是eVTOL基礎設施的位置將決定其市場轉(zhuǎn)化水平，乘客離起飛或降落點越近，eVTOL的使用就越有效。四是能源成本，由于eVTOL尚未實現(xiàn)真正運行，以直升機為例，4座Robinson R22直升機以時速167公里飛行，每小時耗油7-8加侖；而純油四座汽車以時速100公里行駛，每小時耗油1-3加侖，能源成本優(yōu)勢較弱。五是需要降低eVTOL的運營成本。根據(jù)麥肯錫數(shù)據(jù)， 直升機目前每座位公里的運營成本是30-36.4元，eVTOL需要降至2.3-11.3元每座位公里，才能與地面交通競爭。在我國，eVTOL在運營成本上的控制將更受挑戰(zhàn)，我國高鐵每公里價格約0.5元，北京出租車座位公里價格約0.65元。

整體來看，結(jié)合技術(shù)成熟度和安全性考量，低空飛行器前期以提供高價值服務為主，隨著經(jīng)濟合理性的改善，將逐步向更廣泛的人群拓展；商業(yè)化應用場景將視經(jīng)濟合理性程度逐步從貨物運輸向客運運輸滲透。首先，通過無人機實現(xiàn)末端配送已成為現(xiàn)實，在保證安全運行的情況下，可能會在醫(yī)用產(chǎn)品等成本不敏感領域得到廣泛使用，在應急救援和基礎設施檢測等其他交通方式覆蓋面較弱的環(huán)境也有市場。其次，降低低空飛行器運營成本的核心是降低人員使用，擴大運營規(guī)模，提高運輸周轉(zhuǎn)率，提升有效載荷，延長無人機運營壽命。再次，交通變革的宗旨是為大多數(shù)人的出行提供便利。因此，低空飛行器在載人方面的大規(guī)模使用，與公鐵交通對比還有待成熟，尤其是在交通運輸基礎設施可及性、普惠性極強的中國。最后，從基礎設施投資角度來看，目前政府有足夠時間思考預期和調(diào)整成本：在高鐵、高速公路、地鐵不斷折舊，人口密度可能走低，低空飛行器技術(shù)成熟度不斷提升的未來，統(tǒng)籌考慮新建和維護傳統(tǒng)基礎設施與低空飛行器基礎設施的成本。從目前來看，新建一個通航機場約10億元，以200公里點對點運輸為例，兩個機場合計20億元，若在平原微丘地區(qū)新建四車道高速公路則至少需要200億元。這可能也是美國、加拿大等地廣人稀的國家通用航空非常發(fā)達的原因。

低空飛行器的時效性、便捷性和舒適性分析

從時效性來看，盡管低空飛行器在未來具備較高的速度和較為廣闊的物理運營空間，但其時效性受天氣影響極大而變得更不可控。低空飛行器主要在對流層運行，較在平流層運行的傳統(tǒng)飛機而言，所面對的氣動和氣象環(huán)境更為復雜。對流層空氣密度是平流層的3倍，在惡劣天氣下，意味著更大的阻力和更強的擾動，對低空飛行器的穩(wěn)定性和安全性有很高的要求。從便捷性來看，無論是貨物運輸還是客運運輸，能否實現(xiàn)或一定程度上實現(xiàn)端到端的連接進而節(jié)省足夠時間是關(guān)鍵，這取決于低空飛行器物理基礎設施的規(guī)劃，此外，低空旋翼飛行器本身的氣動噪聲難以避免，對城市居民的影響較大，這也是實現(xiàn)端到端連接所需面臨的挑戰(zhàn)。從舒適性來看，eVTOL一定程度上是電動汽車和飛行器的延伸和融合，成熟的車規(guī)級和航空級零部件能夠保障乘客對舒適度的要求。但值得注意的是，為滿足舒適性，各類消費級產(chǎn)品在低空飛行器上的拓展，增加了低空飛行器自身干重，這對動力系統(tǒng)增加了更多挑戰(zhàn)。

綜上所述，低空飛行器在時效性、便捷性和舒適性方面仍面臨諸多挑戰(zhàn)，其發(fā)展需要技術(shù)、基礎設施規(guī)劃與市場需求的協(xié)同推進，以實現(xiàn)真正的市場化應用。

低空經(jīng)濟高質(zhì)量發(fā)展需協(xié)同推進

本文主要構(gòu)建了涵蓋安全性和技術(shù)可行性、經(jīng)濟合理性以及時效性、便捷性和舒適性等維度的低空飛行器發(fā)展趨勢分析框架。

從安全性與技術(shù)可行性的角度看，低空飛行器的規(guī)模化應用面臨著復雜的城市空域環(huán)境和嚴格的監(jiān)管要求。要確保飛行器在高密度城市建筑中安全運行，必須在導航、通信、遙感以及氣象預測等多個關(guān)鍵領域取得技術(shù)突破。同時，低空飛行器的運營需要依賴高度精確的導航系統(tǒng)、實時的通信網(wǎng)絡以及高效的監(jiān)管與控制體系，以確保在復雜的城市環(huán)境中實現(xiàn)安全、可控且高效的運行。

從經(jīng)濟合理性角度看，在技術(shù)成熟的基礎上，發(fā)展低空經(jīng)濟很大程度上依賴于規(guī)模經(jīng)濟效應。低空飛行器自身的成本、運營效率、與傳統(tǒng)交通運輸方式的經(jīng)濟對比、基礎設施條件以及政策環(huán)境，是決定其合理性的重要因素。

在時效性、便捷性和舒適性方面，盡管低空飛行器在空間利用上展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢，能夠提升物流和出行效率，但低空飛行器仍面臨氣象條件影響、噪聲污染、基礎設施規(guī)劃等現(xiàn)實問題。

綜上所述，作為低空經(jīng)濟的重要支撐，低空飛行器的技術(shù)進步與應用擴展將在推動整個產(chǎn)業(yè)發(fā)展的過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用。目前，無人機、直升機和eVTOL作為低空飛行器的重要組成部分，正在以“小步快走”的節(jié)奏向各行業(yè)滲透，逐步填補高價值場景空白。然而，當前低空飛行器的發(fā)展仍然面臨技術(shù)成熟度、安全性保障、經(jīng)濟合理性以及基礎設施建設等多方面的挑戰(zhàn)。未來低空經(jīng)濟發(fā)展需要在技術(shù)創(chuàng)新、監(jiān)管體系建設、經(jīng)濟合理性和市場接受度等方面協(xié)同推進，持續(xù)向傳統(tǒng)行業(yè)滲透，真正實現(xiàn)該產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展。

（編輯 宋斌斌）