空中交通众望所归

Jameel Motors加利福尼亚州,美国
一月 19 , 2024
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Jameel motors

近来,您是否也在交通拥堵中浪费了宝贵时间? 这绝非个例。在当今频繁拥堵的城市里,车内空等的时间似乎并不比行车时间少。这个问题无处不在。2022 年,从波士顿到波哥大,从费城到巴黎,驾驶者们因堵车浪费的时间多达数日。伦敦人生活在世界上最拥堵的城市,去年因交通延误而损失的时间长达 156 小时,比疫情前增加了 5%。[1]

难怪我们把目光投向了天空——城市交通不再囿于道路堵塞。城市交通的一个新维度——空中交通——很快就会彻底改变我们的城市景观。

得益于技术突破,我们有史以来第一次得以逼真地想象一个不再久远的场景,即人与物沿着我们头顶上的城市空中航线输送。

空中出租车和货运无人机能做的不仅是节省时间和金钱。随着城市污染的真正代价愈发明显,这些交通方式也有助于交通出行脱碳。正如去年在迪拜召开的 COP28 气候峰会所证实的那样,2023 年是记录在案的最热的一年,我们都在见证“气候的实时崩溃”。[2]化石燃料的使用导致了每年 500 多万人本可避免的死亡。[3]

在这样严峻的形势下,眼光长远的空中电动运输模式有望助力全球变暖幅度限制在 1.5 摄氏度以内,保护世界各地的人类健康。[4]

那么,有朝一日飞行器会带着我们飞越天际吗?还是完全在另一种意义上“带飞”我们——被虚构的飞行幻想迷惑? 事实往往是介于两者之间。

价值数以万亿计、正在腾飞的市场

待到 2050 年,城市居民数量将从目前的 44 亿增至 67 亿[5],预计私家车依旧流行,交通出行替代解决方案将成为迫切所需。

新一代的电动垂直起降 (eVTOL) 飞行器和无人机 (UAV) 已经整装待发,将全面扭转我们对短程运输的认知。在两地之间运输人或物将不再需要启动内燃机。即使是最强大的可持续动力汽车或卡车,如果半数时间都耗费在堵车上,也不会有什么大用。

新的流行语是安静、快速和清洁。

电动飞行的技术已经触手可及;它需要的只是投资、立法支持和大规模推广。待到 2050 年,eVTOL 市场价值可能达到 9 万亿美元[6],超过地面运输的价值,利益相关者们不必费力去拉动积极性。

直升机已经承载着超级富豪往来于会议之间。无人机和 eVTOL 采纳并利用这一概念,或者更确切地说,与它一道起飞,有望使空中运输和物流成为大众的现实。

它们多久后才能起飞?这些前沿交通工具会是什么样子?

 每天为十亿人每天节省一小时

Volocopter 2X 载人飞越曼哈顿下城,eVTOL 纽约首飞圆满落幕。
图片来源:© Volocopter

其中一大典型是多旋翼 VoloCity 空中出租车,它由德国飞机制造商 Volocopter 设计,最早将在 2024 年首飞。

双座 VoloCity 已经过 2,000 多次试飞,并获得了设计机构批准 (DOA),兼顾认证资质、环保实力和运行适宜性。

除了 VoloCity 之外,Volocopter 还在研发另外两款 eVTOL 交通工具:一是 VoloRegion,它是一款有效载荷 300~400 千克的客运飞机,载客人数为二至三人,往返于城市和郊区之间;二是 VoloDrone,它是一款运力 200 千克、最大航程 40 公里的重型货运无人机。这三款飞行器共享统一的 VoloIQ 平台,这是客户用于预订航班的数字平台。

早期型号仍将由飞行员驾驶,以遵守现行的航空规范;但后续迭代将逐步淘汰人工操作,转而支持自主起飞、导航和着陆。VoloCity 通过股权融资 3.5 亿美元,希望在大西洋两岸提供服务。巴黎和洛杉矶是早期的候选城市,亚洲各地过度拥挤的城市群也在其列。

竞争对手 Lilium 正在更长距离的区域城际交通中部署 eVTOL 技术。Lilium 电动喷气式飞机最早将于 2024 年,在佛罗里达州、巴西及 Lilium 的祖国德国进行首批商业飞航。五座和七座机型的航程为 280 公里,由一个 1 MW 的锂离子电池驱动。

Lilium 首席执行官 Daniel Wiegand 预测,到 2030 年,该行业将呈指数级增长。他认为,待到那时,eVTOL 飞机“将成为日常生活的一部分”[7],相应的货运、出租车和观光服务会在既定的城际班机航线上定期往来。

Lilium 预计初始价格为乘客每人每英里 2.25 美元,随着时间的推移,成本将与高铁或其他地面交通方式相当。它设想了一种基于闸机的快速登机系统,与常常浪费大量时间的传统机场形成鲜明对比。

与此同时,Jameel Investment Management Company (JIMCO) 是位于加利福尼亚州的 Joby Aviation 的早期投资者。Joby 的 eVTOL 飞机可容纳四名乘客和一名飞行员,时速可达 322 公里。

这是首家获得美国空军适航性认证的同类公司。

Joby 设于加利福尼亚州玛丽娜的制造和试飞基地的两架 Joby 飞机。
图片来源:© Joby Aviation

该公司预计将于 2024 年推出空中出租车服务。

Joby 在俄亥俄州代顿拟建的制造厂的渲染图,该厂每年将支持生产多达 500 架电动垂直起降 (eVTOL) 飞机。图片来源 © Joby Aviation。

Joby 的目标是大规模采用战略,旨在“每天为十亿人节省一小时”[8]。这意味着不但能帮助商业客户穿梭于城市两端,而且还能把游客送到偏远的度假胜地,或是向遭遇自然灾害的偏僻地区提供援助救济。

在空中电动交通市场中,争先展露身姿的其他公司包括:巴西航空航天巨头 Embraer 的子公司 Eve,法国空客的 CityAirbus NextGen 项目,以及以色列初创公司 Urban Aeronautics

无人机送货有望创造不太拥挤的未来?

不仅人需要在两地之间高效实惠的出行,我们赖以生活和办公的物品也是如此。

借助卡车、货车或摩托车的公路货运缓慢、昂贵且对环境有害。我们可以而且必须加以改善。

亚马逊 Prime Air 的 MK30 让更加快捷安全的无人机送货成为可能。图片来源 © Amazon

电子商务巨头亚马逊很快意识到,家用送货和轻型货运走向自动空运的时机已经成熟。亚马逊 Prime Air 服务于 2016 年发布,随后在英国剑桥试行。从 2024 年底开始,英国、意大利和美国三个城市的亚马逊顾客,在购物的最后步骤可选择无人机送货。[9]

亚马逊的 MK30 无人机较前代更安静轻盈,将在当日达地点投入使用,可运送重达 2.2 千克的包裹。

在追求无人机送货的前路上,亚马逊不是孤身一人。爱尔兰公司 Manna 已经在爱尔兰都柏林和美国德克萨斯州启动了空运餐食、杂货和咖啡。

该公司的目标是每小时送货 10 件,至少达到传统滑板车骑手送货速度的三倍。Manna 已成功完成了 15 万次空中送货,目前正准备把业务拓展至全欧。[10]

与此同时,总部设于旧金山的 Zipline 致力于开发一系列小型自动驾驶直升机(又称“zip”),自 2016 年以来一为卢旺达的偏远地区运送血液。

无人机确保了物资定期送达 350 个其他交通方式难以抵达的医疗中心。如今,首都基加利以外地区四分之三的血液运输由 Zipline 完成,把等待时间从数日缩短至 30 分钟。

自那以后,Zipline 的业务遍布非洲各地,拓展到加纳、科特迪瓦、尼日利亚和肯尼亚。自 2022 年以来,公司触角还延伸至日本和美国(犹他州和阿肯色州)。公司的无人机已经运送过近 900 万件物品,所涉行业包括医疗保健(处方、疫苗和药品)、餐厅(生鲜或加工食品)、农业(牲畜用品)和生活用品,飞行总里程超过 9,656 万公里。

从总数字来看,2022 年全球无人机运送的包裹总量近 87.5 万件,比上年增长了 80% 以上。2023 年的送货量有望首次突破 100 万大关。[11]

虽然如今看来,空中出租车和送货无人机有望大规模接管我们的天空,但这并非必然——或者至少不在许多人乐观预测的时间跨度之内。在迈向航空未来的旅程中,我们有相当多的障碍需要攻克。

重重挑战会不会让空中交通梦想破灭?

安全性、噪音、商业准备和基础设施……羽翼渐丰的空中交通行业面临着严峻挑战。

其中最为首要的是快速周转式垂直起降机场的可用性。在普通机场候机时,乘客或许习惯了漫长等待,但乘客对 eVTOL 体验的期待值是截然不同的。要想真正做到不可或缺,eVTOL 需要建设一个综合网络,把无障碍起降点便捷地嵌入城市各处。

全球商业咨询公司麦肯锡围绕抵离区,提出了以下三个潜在概念:

  • 垂直起降中心(专门建造的结构体,容纳大量的抵离平台以及零售门店)。
  • 垂直起降基地(用于 eVTOL 的新旧建筑,至少设有三个平台和停放空间)。
  • 垂直起降平台(服务于私人设施或偏远乡村地点的单一平台)。

无论选择哪种组合方式,所有基地都需要高速充电设备。为卡车和公共汽车开发的快速充电设施,也可以为无人机在前往发射场的途中充电,这一概念被称为“闪充”。为了最大限度地降低电网升级的成本,每个起降中心的蓄电设施可以通过普通输电线路缓慢充电,然后在需要时快速放电到 eVTOL 的电池中。同时,连接到 eVTOL 中心的专用太阳能电池板组可减轻电网压力,让碳中和的空中交通触手可及。

任何打算实现人与物现代化运输的城市,都要营造有利于 eVTOL 垂直起降机场的立法环境。这将意味着深化公共和私营部门之间的合作,以确保这些设施及时推广。

随着基础设施物流的成形,其他主要挑战包括:

  • 安全性:一旦无人机摆脱人员驾驶的需求,就会需要很大程度的自主性。紧凑超轻的传感器套件将成为必需,以免无人机与建筑、桥塔乃至飞行中的载人飞机相撞。在日益繁忙的天空中,无人机将需要通过安全信道,维持无人机间通信。
  • 位置/导航:现有的全球定位系统 (GPS) 技术存在重大局限性,信号很容易被附近的高层建筑干扰。在一个广泛支持多家运营商众多无人机的生态体系中,导航就是一切。对外部信号的依赖必须被强大的内部导航系统取代,借助方向和速度测量来测算精确位置。
  • 噪音:道路交通和普通飞机航线造成的噪音污染已经成为城市居民的一大问题,也是损害健康的一个明显原因。无人机是否会因为加重恼人杂音而失去重要的大众拥护? 无人机发出的噪音来自高速旋转的螺旋桨。然而,与传统直升机相比,它的巡航噪音水平可以忽略不计;例如,Joby Aviation 在 500 米海拔高度的记录显示,其原型飞机的噪音相当于 45.2 A 计权分贝 (dBA),与地面上的其他环境噪音几无区别。[12]然而,随着无人机的升降,在垂直起降机场附近生活和工作的人们将面临更大的噪音。飞机起降降噪技术有待进一步研究。
  • 软件:先进的空中交通解决方案不会像传统航空公司那样运营计划航班。它们要支持临时预订,因此,运营商必须兼具应对需求波动的机队运力和敏捷度——更不用说还要为客户提供一个多功能、可靠、人性化的应用程序了。
  • 维护:eVTOL 运营商需要在垂直起降机场附近安设机库,用于日常保养和计划外维修,这些工作都要由技艺娴熟的工程师负责。
  • 人员:获得载人许可的自主无人机还有一段路要走,因此,随着这十年迅速投入使用,eVTOL 运营商可能会遇到严重的飞行员短缺。麦肯锡的模型显示,到 2028 年,该行业可能需要约 6 万名飞行员,其中许多人最终将在地面监管航班。有人怀疑行业在吸引和培训这类新型飞行员方面是否足够努力。

高效是盈利能力的核心。据估计,一个拥有 85 至 100 个起降平台的城市,每天必须运行约 10,000 班次(高峰时段每个平台每五分钟起飞一班),才能把单位公里的成本降至与其他公共交通方式相当的水平。[13]

新型电池重磅现身空中交通市场

当一场革命在我们的城市上空悄然加速时,另一场革命正在世界各地的研究实验室中发生——这场革命会让 eVTOL 愿景向现实的方向更进一步。

电池再度升级。

计算结果显示,要让 eVTOL 取得经济可行性,电池能量密度必须达到 400 瓦时/千克。我们目前达到什么水平? 以当前的特斯拉 Model 3 电池为例,它只能实现 260 瓦时/千克的能量密度。然而,日本国立材料科学研究所的一个团队设计出了 500 瓦时/千克的锂空气电池,它有望改变现状——尤其是在也能证明它优化可充电性和可靠性的努力富有成效的情况下。[14]

至于包裹递送无人机,很少需要运送 2 千克以上的重物——鉴于电池尺寸仍然决定着物流,这是幸运的事。

还有一个更经济的无人机送货概念,就是用一辆大型货车(设有多个闪充端口),把小型无人机机队运送到与多个送货地点等距离的临时发射场。这种“最后一英里物流”是一个有待开发的巨大市场。在中国的一项近期调查中,近四分之三的受访者表示,愿为更快的无人机送货支付溢价。[15]

虽然让自主无人机运送重物还需再等几十年,但意大利无人机制造商 FlyingBasket 已经做到了把 100 千克重物运到最远 10 公里之外——若能证明商业和技术可行性,这会是一大革命。

我们正处在迎接喜人未来的转折点上,路网年复一年积累的压力可以慢慢释放到空中交通的“第三维度”。

开创清洁快速的航空物流新时代

无人机和 eVTOL 不仅是明天的梦想,也是今天的现实。2021 年,美国已有约 37.7 万架商用无人机在联邦航空管理局注册,比三年前增加了约 10 万架。[16]在饱受全球最严重拥堵问题困扰的印度,调查显示,近半数受访者愿意在某些短途活动中改乘空中交通工具。[17]

行进的方向似乎是向上——高高在上。美国航空航天技术巨头霍尼韦尔的高级战略总监 Jia Xu 认为,几年内“在城市空域内看到包裹和乘客,就像看到鸟儿和蜜蜂一样常见”,他还推测了我们是否处于第二个“飞行黄金时代”的风口浪尖。[18]

即便如此,转变也很有可能会比乐观预料的更平缓。目前,起降点仍然明显短缺。超短程飞行的商业可行性和物理特性仍是人们关注的焦点。即使需求激增,eVTOL 订单的积压定会限制其推广,而且合格飞行员储备的问题仍然存在。此外,行业必须努力克服公众的安全观念,特别是考虑到城市环境中短途交通的替代选择繁多。综合基础设施已然到位,随着乘客竞夺的加剧,火车、公共汽车和有轨电车在某种程度上占据了先机。

随着高速公路日渐拥挤,在任何庞大的空中出租车队准备起飞之前,我们的想象力可能已经忍不住要翱翔天际了。

不过,有一条盈利途径,给那些坚信 eVTOL 和无人机不是异想天开的人们带来了希望。运营商可以寻求利用辅助营收形式,如零售服务和应用程序收费。私营公司可能会共同投资建设其公司总部附近的起降区,在提高效率的同时提升自身形象。热衷于完善公益事业或促进旅游业的城市和州省有望获得公共部门补贴。公用事业公司和燃料供应商可能会考虑围绕基础设施和充电硬件开展合作。而且,随着时间的推移,新的租赁或收入分成模式将会出现,鼓励使用模块化的“盒中基础设施”解决方案,把办公室和停车场屋顶变为垂直起降平台。[19]

事实上,在 JIMCO 等富有远见的投资者的资源推动下,空中交通领域的创新力量有机会攻克眼下的技术挑战,开创一个清洁、高效、实惠的空中交通新时代。

我们敢说,它会欣欣向荣。


[1] https://inrix.com/scorecard/

[2] https://www.bbc.co.uk/news/live/science-environment-67440257

[3] https://www.theguardian.com/environment/2023/nov/29/air-pollution-from-fossil-fuels-kills-5-million-people-a-year

[4] https://www.ipcc.ch/sr15/

[5] https://www.un.org/development/desa/en/news/social/urbanization-expanding-opportunities-but-deeper-divides.html

[6] https://assets.verticalmag.com/wp-content/uploads/2021/05/Morgan-Stanley-URBAN_20210506_0000.pdf

[7] https://www.mckinsey.com/industries/aerospace-and-defense/our-insights/speeding-up-everyday-travel-lilium-prepares-for-takeoff

[8] https://www.mckinsey.com/industries/aerospace-and-defense/our-insights/Rideshares-in-the-sky-by-2024-Joby-Aviation-bets-big-on-air-taxis

[9] https://www.aboutamazon.co.uk/news/operations/amazon-prime-air-drone-delivery-updates

[10] https://www.manna.aero/

[11] https://www.mckinsey.com/industries/aerospace-and-defense/our-insights/future-air-mobility-blog/commercial-drone-deliveries-are-demonstrating-continued-momentum-in-2023

[12] https://verticalmag.com/features/nasa-first-published-evtol-acoustic-test-data-set-stage-future/

[13] https://www.mckinsey.com/industries/automotive-and-assembly/our-insights/to-take-off-flying-vehicles-first-need-places-to-land

[14] https://www.sciencedaily.com/releases/2022/01/220120140724.html

[15] https://www.mckinsey.com/industries/aerospace-and-defense/our-insights/up-in-the-air-how-do-consumers-view-advanced-air-mobility

[16] https://www.forbes.com/sites/honeywell/2021/03/11/the-future-is-up-how-advanced-aerial-mobility-will-transform-transportation/?sh=41044042beb2

[17] https://www.mckinsey.com/industries/aerospace-and-defense/our-insights/up-in-the-air-how-do-consumers-view-advanced-air-mobility

[18] https://www.forbes.com/sites/honeywell/2021/03/11/the-future-is-up-how-advanced-aerial-mobility-will-transform-transportation/?sh=41044042beb2

[19] https://www.mckinsey.com/industries/automotive-and-assembly/our-insights/to-take-off-flying-vehicles-first-need-places-to-land

Jameel Motors
Jameel Motors
无人驾驶的未来?
脚注

[1] https://inrix.com/scorecard/

[2] https://www.bbc.co.uk/news/live/science-environment-67440257

[3] https://www.theguardian.com/environment/2023/nov/29/air-pollution-from-fossil-fuels-kills-5-million-people-a-year

[4] https://www.ipcc.ch/sr15/

[5] https://www.un.org/development/desa/en/news/social/urbanization-expanding-opportunities-but-deeper-divides.html

[6] https://assets.verticalmag.com/wp-content/uploads/2021/05/Morgan-Stanley-URBAN_20210506_0000.pdf

[7] https://www.mckinsey.com/industries/aerospace-and-defense/our-insights/speeding-up-everyday-travel-lilium-prepares-for-takeoff

[8] https://www.mckinsey.com/industries/aerospace-and-defense/our-insights/Rideshares-in-the-sky-by-2024-Joby-Aviation-bets-big-on-air-taxis

[9] https://www.aboutamazon.co.uk/news/operations/amazon-prime-air-drone-delivery-updates

[10] https://www.manna.aero/

[11] https://www.mckinsey.com/industries/aerospace-and-defense/our-insights/future-air-mobility-blog/commercial-drone-deliveries-are-demonstrating-continued-momentum-in-2023

[12] https://verticalmag.com/features/nasa-first-published-evtol-acoustic-test-data-set-stage-future/

[13] https://www.mckinsey.com/industries/automotive-and-assembly/our-insights/to-take-off-flying-vehicles-first-need-places-to-land

[14] https://www.sciencedaily.com/releases/2022/01/220120140724.html

[15] https://www.mckinsey.com/industries/aerospace-and-defense/our-insights/up-in-the-air-how-do-consumers-view-advanced-air-mobility  

[16] https://www.forbes.com/sites/honeywell/2021/03/11/the-future-is-up-how-advanced-aerial-mobility-will-transform-transportation/?sh=41044042beb2

[17] https://www.mckinsey.com/industries/aerospace-and-defense/our-insights/up-in-the-air-how-do-consumers-view-advanced-air-mobility

[18] https://www.forbes.com/sites/honeywell/2021/03/11/the-future-is-up-how-advanced-aerial-mobility-will-transform-transportation/?sh=41044042beb2

[19] https://www.mckinsey.com/industries/automotive-and-assembly/our-insights/to-take-off-flying-vehicles-first-need-places-to-land