在科技飞速发展的当下,eVTOL(电动垂直起降)领域作为新兴前沿赛道,备受瞩目。2024 年 9 月 6 日,资深行业观察家 Bill Sweetman发表了一篇发人深省的重磅文章 ——《Bursting the eVTOL bubble》(戳破 eVTOL 行业泡沫),此文如同一石激起千层浪,引发各界广泛关注其原文网址为https://www.aerosociety.com/news/bursting-the-evtol-bubble/ 文中犀利地提出了极具洞察力的 10 个关键问题,直击 eVTOL 行业的痛点与疑点,从技术瓶颈的攻克难题,到市场需求的真实反馈;从商业模式的可持续性探究,再到法规监管的适配困境。而当下,正是行业发展的关键节点,我们有必要对这10 个问题进行抽丝剥茧般的剖析。我们通过全面且细致地梳理行业现有的实际状况,整合前沿技术动态、市场调研数据、企业发展案例以及政策导向信息等诸多方面资源,为每一个问题给出清晰、合理且具有前瞻性的看法,力求还原一个真实、立体的国内eVTOL 行业图景,为行业的稳健前行正本清源。 1. Why has nobody demonstrated a 25 mile one-charge eVTOL round trip with an equivalent payload?(为什么没有人展示具有同等有效载荷的 25 英里一次充电 eVTOL 往返行程?)
我们的看法:
根据我们对国内外主流eVTOL产品参数梳理,目前已经或即将适航取证的多是纯电动机型,除了亿航EH216S仅30公里左右,其他eVTOL均在150以上公里。2024年2月,峰飞盛世龙完成了实际航程250.3公里,刷新了Joby同级别eVTOL最长航程248.8公里的纪录。
Joby氢电版S4 eVTOL验证机测试完成841km试飞。2024年7月11日,美国电动航空上市公司Joby宣布氢电版的S4 eVTOL验证机在6月底的测试中一次性飞行了523英里(约841公里)。据介绍,该验证机集成了液态氢燃料箱和燃料电池系统,搭载了40公斤液氢,降落时还剩余10%。
2024年11月7日,小鹏举行了AI科技日,会上小鹏汇天带来高航速长航程飞行器,是6座飞行座舱,采用全倾转旋翼改构型,使用鲲鹏动力(增程系统),拥有500km以上续航和360km/h以上的航速。
航发集团、应流股份、宗申动力、鸿鹏航空等在60-120KW级方面完成了混动系统相关测试/试飞,在200-1000kw级方面开展了方案设计、样机试制与台架测试工作。清华大学与追梦空天科技基于30KW级、70KW级的混动系统,完成了吨级eVTOL的原理验证和飞行试验,同步正在开发基于400-1000KW级的5-7座客运飞机。
宁德时代发布凝聚态航空级电池。面对低空经济万亿级迅速崛起的高端赛道,国内诸多动力电池企业纷纷开始抢滩布局,宁德时代、孚能科技、国轩高科等企业均已开始进行相关合作开发。2023年4月19日,宁德时代在上海国际汽车工业展览会上正式发布创新前沿电池技术——凝聚态电池,该电池单体能量密度高达500Wh/kg(超过三元锂电池能量密度(220—300Wh/kg)),实现高比能与高安全兼得,并可快速实现量产。据宁德时代此前介绍,凝聚态电池的第一步应用将是航空领域,支持民用飞机电动化。
2024年3月27日,工信部、科技部、财政部、中国民航局印发《通用航空装备创新应用实施方案(2024-2030年)》,以电动化为主攻方向,兼顾混合动力、氢动力、可持续燃料动力等技术路线,加快航空电推进技术突破和升级,开展高效储能、能量控制与管理、减排降噪等关键技术攻关。强化装备安全技术攻关,重点突破电池失效管理、坠落安全、数据链安全等技术,提升空域保持能力和可靠被监视能力。
因此,经过分析我们可以发现,当前的 eVTOL 产品技术已经能够实现 25 英里(约 40km)的往返飞行操作。与此同时,电池技术正不断取得新的突破。可以预期的是,随着时间的推移,那些具有更长续航能力的电池产品极有可能被应用到 eVTOL 飞行器当中。这有望极大地拓展 eVTOL 的飞行范围,使其能够胜任更远距离的飞行任务。
此外,在 eVTOL 动力系统的发展道路上,呈现出了百花齐放的态势。纯电动力、混合动力以及氢动力等多种技术路线正在同步推进。纯电动力以其环保、低噪音等显著优势,在城市内短距离空中出行场景中具有广阔的应用前景;混合动力巧妙地结合了传统能源和新能源的长处,既能保障足够的续航能力,又能在一定程度上减少对环境的负面影响,适合于中距离出行以及对动力有较高要求的应用场景;氢动力因其具有能量密度高、排放为零等突出特点,在长距离、大载重的 eVTOL 应用场景中有着巨大的发展潜力。通过这些不同动力技术路线的协同发展,eVTOL能够覆盖更加多样化的应用场景,无论是日常的城市短途通勤,还是城际的中长途空中运输,亦或是特殊行业的空中作业等,都有可能成为 eVTOL 未来大展身手的领域。
2. What gives you confidence that battery technology will deliver power density, as well as offering the ability to endure frequent, deep, rapid charges and discharges?(什么因素让您确信电池技术能够提供所需的功率密度,并具备承受频繁、深度且快速的充放电过程的能力?)
我们的看法:
多方研发高能量密度电池。亿航智能战略投资固态电池科技公司欣界能源,合作开发的固态电池能量密度也达到480Wh/kg,通过EH216-S完成48分钟10秒的不间断飞行(比前代版本提升60%)。同时上文宁德时代的凝聚态电池单体能量密度最高也达到500Wh/kg。
高倍率电池也在积极研发推进。原文中提到“eVTOL电池在起飞和降落期间产生的高C倍率,需要45秒的15C倍率来提供起飞动力。”目前主流的eVTOL依靠现有的电池已经顺利实现了起飞降落。而我们看到更多高C倍率电池也在研发中,有望后续推出。
例如,亿航智能和巨湾技研双方合作开发的新型eVTOL航空器超快/极快充电池具备充电速度快、能量密度高、循环寿命长等综合优势,预计从30%到80%充电时长仅需5~10分钟,电池系统能量密度可超200Wh/kg,循环次数可超2,000次,将有望进一步提升亿航智能eVTOL产品的安全性、续航表现和运营效率,更好地满足城市内低空交通应用场景对于eVTOL航空器大规模高频运行的便捷性、高效性、经济性的核心需求。
电池技术的演进与提升是一个持续不断的发展过程。电池的技术水平和能量密度在不断提升。我们预计随着固态电池技术的成熟应用,有望大幅提升安全性并再次突破能量密度的极限。
3. What makes you think you can establish a firm schedule for certification?(是什么让您认为您可以制定一个确定的认证时间表?)
我们的看法:
亿航智能取得TC、AC和PC三证仅花费3年多时间,即将获得OC证进入商业化运营阶段。在全球范围内,载人航空器进入商业化市场必须经过民航监管部门的适航审定,设计民用航空器需获得型号合格证(TC),制造民用航空器需获得生产许可证(PC),使用民用航空器需获得标准适航证(AC)。2023年10月,亿航EH216-S在经历34个月的审定,超过500科目的摸底试验、40,000余飞行架次的调整试飞、65大项的正式符合性验证试验后最终获取型号合格证(TC),意味着该航空产品和零部件的设计符合规定的适航标准和要求。2023年12月,公司获取全球首张标准适航证(AC),意味着该航空器安全可交付。2024年4月,公司获取全球首张生产许可证(PC),公司的批量生产质量和综合管理水平得到认证,标志EH216-S率先迈入规模化生产阶段。目前,亿航智能EH216-S集齐适航“三证”,预计运营许可证(OC)也将于今年Q1取得。
此外,峰飞V2000CG(载物)的TC证22年9月获得民航局受理,2024年3月取得,花费时间为一年半。
根据以上国内eVTOL的取证时间来看,在认证时间表方面,eVTOL取证时间大约在3年多左右,同时我们看到民航局正在完善法规并加速适航审批,预计未来行业标准和法规的落地,有人驾驶类的取证时间只会更短。
4. Is it reasonable (or safe) to dispense with current energy reserve rules?(放弃当前的能量储备规则是否合理(或安全)?)
我们的看法:
首先并没有放弃当前的能量储备规则。目前飞行器的能源模式包含纯电、混动、增程、氢能等多种发展路线,因此并没有像文中所说的放弃现有能量储备规则!多种路线齐头并进,既安全又环保。
国家战略中还是多种路线共同发展。2024年3月27日,工信部、科技部、财政部、中国民航局印发《通用航空装备创新应用实施方案(2024-2030年)》中提到,加速通用航空动力产品系列化发展。加快200kW级、1000kW 级涡轴,1000kW 级涡桨等发动机研制;持续推动100-200 马力活塞发动机批量交付,实现市场规模应用。加快布局新能源通用航空动力技术和装备,推动400Wh/kg级航空锂电池产品投入量产,实现500Wh/kg 级航空锂电池产品应用验证;开展 400kW 以下混合推进系统研制;推进250kW 及以下航空电机及驱动系统规模化量产,以及500kW级产品应用验证。
5. The business model is nothing like Uber, so how does it work and how do the operator and the support businesses (vertiports, ATM) get paid?(该商业模式与Uber截然不同,那么它是如何运作的?运营商和支持业务(垂直起降场、ATM(空中交通管理))又是如何获得收入?)
我们的看法:
eVTOL是行业趋势。在全球航空业对可持续发展替代方案的需求日益强烈的背景下,消费者对平价通航服务的需求持续增长,国家对适航认证的推进速度也在加快。同时中国eVTOL产业具备制造业全产业链优势、政策大力扶持与推动等诸多优势,大力发展eVTOL已经成为行业趋势。
中国低空经济正探索着灵活多元的商业模式。中国低空经济正在不断探索低空经济的多元化商业模式,除了文中所说的出租车/网约车模式,还有类似公交车的公共交通、低空物流、城市管理、低空旅游等多种商业模式。我们认为,低空经济既可以借鉴Uber、滴滴等网约车平台的成功模式,结合通用航空的优势,打造出契合eVTOL的商业模式。此外,运营商业可以通过与航空公司、机场、物流企业、高铁站、地铁站以及轮渡码头等展开合作,实现资源共享与优势互补,为运营商和服务商提供更多的收益渠道。
中国发展低空经济的潜力巨大。未来,在加强顶层设计、优化空域资源配置、制定管理规范以及引导良性竞争的基础上,中国低空经济有望再创新能源汽车产业的发展,实现弯道超车,成为未来产业新的增长引擎。
同时低空不是只有UAM,后期 RAM(经济区域飞行)以及PAM(跨省飞行)或许会成为新的盈利增长模式 。随着技术的进步和成本的降低,其市场潜力巨大。
6. Where will the pilots come from?(飞行员将从何而来?)
我们的看法:
目前,飞行员失误仍是直升机事故的主要原因。美国JHSAT(Joint Helicopter Safety Analysis Team)曾经利用三年时间对发生过的523起直升机飞行事故进行了深入的分析研究,JHSAT研究发现大多数事故都不是因为飞行员飞行时间少或环境条件造成的。相反,大多数的事故都被归因于飞行员错误判断和操作,以及安全管理。
智能化无人驾驶无疑是未来的发展方向。电动垂直飞行器与直升机有着截然不同的发展路线。电动垂直飞行器依托先进的技术,朝着智能化、无人驾驶的方向迈进。未来的eVTOL无需考证的驾驶员,通过高度智能的系统实现自主飞行。这不仅降低了使用门槛,也提高了飞行的安全性和效率。而直升机通常需要专业驾驶员进行操作,在技术路径和应用场景上与电动垂直飞行器存在明显差异。随着科技的不断进步,电动垂直飞行器将凭借其智能化无人驾驶的优势,在低空经济领域大放异彩,为人们带来更加便捷、高效的空中出行体验。
国内已经颁发无人驾驶航空器TC证。随着技术的发展和法规的完善,预计未来eVTOL将会逐步过渡到半自动化/自动化飞行,从而降低飞行员的培训成本。亿航EH216S作为全球首个获得TC证的无人驾驶载人eVTOL,通常情况下不需要操控员来直接操控飞行,eVTOL根据系统设置好的航线自主化飞行。操控员主要是地面操作,一个操控员可以同时负责多台eVTOL。操控员会实时监测飞机的状态,确保飞行安全,及时发现并报告任何异常情况。在出现紧急状况时,操控员能够迅速采取正确的措施进行处置,保障人员和设备安全。
智能驾驶有望降低事故率。eVTOL智能驾驶技术应能借助视觉、红外、激光雷达和毫米波雷达等新型传感器,采取极简操控方式(SVO),通过融合多种传感器增强飞机的环境感知能力,综合运用AI、大数据等技术对已感知的环境进行智能决策分析,并利用电传操纵系统建立的良好控制基础,最终让整套飞行操控系统具备无人驾驶的自主飞行能力。eVTOL自动飞行(包括自动导航、自动位置报告、自动应急等)性能,可在空中不确定的复杂气象环境条件下实现自动驾驶、安全操作的智能驾驶技术还需逐渐演变进阶,有效地降低事故率。
7. Will people want to fly in eVTOLs?(人们会愿意乘坐eVTOL吗?)
我们的看法:
低空旅游需求持续增长。在需求侧,随着年轻群体成为消费主力,他们在旅行中追求新鲜刺激,对低空旅游热情尤为高涨。据携程平台的统计数据显示,2023年海南低空旅游产品比2022年同期订单量提升超104%,接待人次同比增长100%,客单价超800元。这一数据充分展示了低空旅游市场的巨大潜力和广阔前景。
我们认为困扰大众乘坐eVTOL的问题主要有两个,一个是安全,一个是价格。
首先,eVTOL从产品设计上就比直升机更安全,具备更多的安全冗余。我们认为一旦民航局给某个型号的eVTOL颁发适航证,说明民航局对其安全性做了较为严苛的测试,已经对其安全性给予认可。
其次,eVTOL的乘坐价格,一方面要考虑其运营成本,另一方面也要考虑性价比。
运营成本层面,我们预计随着技术的成熟和规模效应的显现,eVTOL 的运营成本有望降低。电动动力系统相比传统燃油发动机,其能源成本较低,而且维护相对简单,减少了机械部件的磨损和维修费用。如果这些成本优势能够体现在票价上,使得乘坐 eVTOL 的价格逐渐接近甚至低于一些高端的地面交通方式(如直升机租赁或者豪华专车服务),那么会有更多的人愿意选择乘坐。
例如,当eVTOL 的单次乘坐价格与乘坐直升机相比降低了一定比例,对于那些有空中出行需求但对价格敏感的人群(如旅游公司组织的空中观光团、中小企业的商务出行等)来说,就会更愿意选择 eVTOL 作为出行工具。
2024年2月27日一架eVTOL从深圳跨海飞至珠海,将单程2.5小时到3小时的地面车程缩短至20分钟,峰飞航空科技高级副总裁谢嘉介绍,在进行大规模应用以后,未来深圳到珠海的单座票价大约为两三百元。“目前,从深圳到珠海打车五六百元,要将近三个小时,坐船一百多元,要一个多小时。”
性价比层面,人们在考虑出行方式时会综合考虑成本和收益。如果乘坐 eVTOL价格比普通公共交通高,但其节省的时间和提供的便利体验能够与之相匹配,那么仍然会有很多人认为它是一种具有性价比的出行方式。比如,对于一位需要紧急赶去外地参加重要商务谈判的人士来说,乘坐 eVTOL 虽然价格不菲,但相比因错过谈判带来的经济损失,这个价格就是值得的。
8. How can eVTOLs achieve equivalent or better safety than either Part 135 or helicopters from the start of operations?(eVTOL 如何从运营开始就达到与 Part 135 或直升机同等或更好的安全性?)
我们的看法:
eVTOL在设计之初,就相比直升机具备多个优势:
(1)整体设计:eVTOL采用整体设计,一体化程度高,降低了故障率。eVTOL的安全等级可以达到10-9的安全等级,而直升机为10-7。
(2)多旋翼设计:提供多个动力来源,即使单个旋翼发生意外,其他旋翼仍可保障飞行器安全着陆。多旋翼或倾转涵道构型能够提供更好的飞行稳定性,尤其在气流干扰时,能更灵活地调整姿态。
(3)安全设备:配备备用电池组、电子稳定系统、冗余系统和紧急降落装置等,增强稳定性和可靠性。
(4)更先进的飞控系统:通常配备有先进的飞行控制系统和传感器,能够实时监测飞行器的飞行状态,自动调整飞行姿态、速度、高度等参数,减轻飞行员的工作负担,降低人为操作失误的风险,还可以与城市的空中交通管理系统进行数据交互,实现更加智能、安全的飞行。
因此,我们认为eVTOL用电池代替燃油箱、用电机代替发动机、用旋翼取代螺旋桨,采用分布式动力系统、自动避障、自主驾驶、敏捷机动以及冗余配置、应急恢复等技术,或配备整机降落伞,大幅提升了飞行安全性。
中国一直将安全作为低空产业的首要任务。从TC证,到PC证,到AC证,到OC证,民航局采取严格的安全标准和监管措施,层层把关,确保eVTOL从运营初期就具备高水准的安全性,再通过借鉴新能源汽车的发展经验,加强技术研发和创新,提高自动化系统的可靠性和稳定性,大幅度降低事故率。
与传统飞机相比较,eVTOL的确飞行验证时间仍显不足,还有诸多需要完善之处。然而低空经济与通用航空是两个截然不同的概念,我们不能完全用通用航空的视角来审视当下的低空经济。作为一种新型交通工具,eVTOL尽管还不完美,但我们相信随着技术和产业的发展,现有的问题都有望得到解决。
9. UAM missions and air traffic management will be dynamic and complex. How is this to be made reliable?(UAM(城市空中出行)任务和空中交通管理将是动态和复杂的。如何使这变得可靠?)
我们的看法:
在低空城市空域的管理方面,我们认为智能化的交通管理系统至关重要。例如,UAM系统可以利用各种智能化技术,实现飞行器之间、飞行器与地面管理系统的实时通讯,保障交通有序运作。国内相关公司正积极布局这一方向,目前部分企业已取得不错的成果。
2024年6月29日,莱斯信息推出低空飞行服务保障系列产品——“天牧”系列。“天牧”致力于打通产业链上下游,是新一代低空飞行的守护者与“大脑”,是托举低空经济活动“飞起来”的核心,系列主要包括低空飞行管理服务平台、无人机运营服务系统、空域航线规划仿真系统和起降场智能管理系统四大类型产品。
低空飞行管理服务平台是整个低空运行的大脑,核心能力涵盖“管、协、服”三个方面,将为大规模、高密度、多场景运行提供安全精细、高效顺畅、便捷专业的服务,全力保障低空飞行全过程的安全。无人机运营服务系统是支撑无人机运营人进行场景运营的关键核心系统,助力运营人实现机库、站点、无人机的管理,以及作业飞行管理、无人机自主操控等工作。空域航线规划仿真系统实现对无人机的三维航路规划、空域受限仿真、空域瓶颈分析、飞行视景仿真等一系列功能。起降场智能管理系统作为支撑起降场无人化运营管理的核心系统,能够达成基于远程视景的、一对多的起降场管理,同时具备机位分配、起降排序、进离场管理等相关能力。
IDEA研究院推出SILAS系统,可以支撑一个城市的低空飞行管理。在2024 IDEA大会上,IDEA研究院推出全国首个开放的智能融合低空系统——OpenSILAS 1.0(Alpha版)。低空管理者使用该系统,目前可以实时监控低空飞行,识别“黑飞”、预警冲突并纠正偏航,保护飞行安全。系统能同时管理和服务10万架次飞行器。OpenSILAS 1.0(Alpha版)目前可以支撑一个城市对低空飞行管理的基本能力,已支持深圳低空智能融合基础设施项目建设,并支持管理方、监管方和企业使用系统打造自己的应用。
10. UAM is advertised as a solution to urban congestion. But is it?(UAM(城市空中出行)被宣传为解决城市拥堵的解决方案。但事实真的如此吗?)
我们的看法:
eVTOL是提升效率和缓解交通拥堵的工具。我们认为各种交通方式是互为补充的,传统的城市交通严重依赖道路基础设施,与城市中的其他基础设施争夺有限的土地空间,这是导致交通拥堵的根本原因。eVTOL用于运输乘客,将城市通勤转移到空中,成为缓解地面交通压力的一种高效的补充方式,为消费者提供更多的选择,从而提高城市交通的出行效率。因此,预计eVTOL可以提高城市高峰时段的通勤能力,但地面交通拥堵问题不会因为新的交通方式出现而消失。
美国部分企业决定发展eVTOL时,定位的主要场景是针对UAM。但针对不同国家,eVTOL可以应用的市场是不同的,这与不同国家的主流交通方式、地理特征等息息相关。低空不是只有UAM,后期 RAM(经济区域飞行)以及PAM(跨省飞行)或许会成为新的盈利增长模式,我们重点要关注的是eVTOL未来的市场潜力。