飛行汽車，這么近那么遠
中國新聞周刊記者/楊智杰
發(fā)于2021.11.22總第1021期《中國新聞周刊》
1940年，美國福特汽車創(chuàng)始人亨利·福特曾高調(diào)預言，“記住我的話：飛機和汽車的結合體即將面世。你聽了可能會微笑，但它將會到來。”但亨利·福特在有生之年并未等到飛行汽車時代的到來，而且在之后的很長一段時間，這個概念仍停留在科幻作品和魔法世界中。
但最近眾多飛行汽車的相關動態(tài)正在給外界釋放一個信號：飛行汽車似乎即將“飛”入現(xiàn)實。10月下旬，小鵬汽車公布了小鵬匯天第六代飛行汽車的概念視頻，可以實現(xiàn)飛行和陸行的融合。創(chuàng)始人何小鵬稱，這款飛行汽車的目標是2024年實現(xiàn)量產(chǎn)，銷售價格控制在100萬元人民幣以內(nèi)。
不僅是小鵬汽車，飛行汽車正成為全球眾多創(chuàng)業(yè)公司、車企、航空巨頭爭相布局的新風口。在這一輪故事中，城市交通擁堵日益嚴重，而以飛行汽車為代表的城市空中交通是新的解決方案。多家制造商將2025年前后定為重要的時間節(jié)點，飛行汽車將實現(xiàn)商業(yè)化。德國咨詢公司羅蘭貝格預測，到2050年，全球95個主要城市的空中，將會有9.8萬輛飛行汽車飛馳。
但相比科技公司的樂觀心態(tài)，有行業(yè)專家認為，對飛行汽車的未來應該保持“謹慎樂觀”。大規(guī)模推廣前，飛行汽車相關的技術、法規(guī)、制度，是行業(yè)首先要解決的問題。
飛行汽車的兩次熱潮
飛行汽車在近期大熱，張揚軍深有體會。9月中旬，他在海南參加“第三屆世界新能源汽車大會”，飛行汽車是除了芯片以外最受關注的話題。大會甚至為飛行汽車專門開設了主題峰會，探討解決方案和發(fā)展前景。
此次會議中，峰會主席張揚軍作了《飛行汽車發(fā)展及新能源動力技術研究》的演講，他是清華大學車輛與運載學院教授、汽車安全與節(jié)能國家重點實驗室常務副主任，2010年開始關注飛行汽車。長城航空發(fā)動機創(chuàng)新中心是我國航空發(fā)動機設計領域的首個國家級協(xié)同創(chuàng)新平臺，近期，依托清華大學車輛與運載學院成立了航空新能源動力分中心，專門研究飛行汽車和航空新能源動力，張揚軍擔任分中心主任。
飛行汽車概念驟然升溫，源于近期的投資浪潮。9月初，研發(fā)載人eVTOL(電動垂直起降飛行器)的上海時的科技宣布，一個月內(nèi)完成兩輪融資，合計千萬美元，此時距離公司成立不足4個月。9月18日，上海另一家eVTOL產(chǎn)品研發(fā)制造商峰飛航空科技完成1億美元A輪融資，創(chuàng)下當時國內(nèi)eVTOL企業(yè)獲得的最大單筆融資。
這項紀錄很快在一個月后被打破。10月19日，小鵬汽車生態(tài)企業(yè)小鵬匯天宣布完成超5億美元A輪融資，投前估值達到10億美元。11月初，北京瑋航科技完成數(shù)千萬元人民幣的天使輪融資，該公司致力于為城市空中高效出行飛行汽車提供動力推進技術支撐。不僅國內(nèi)，8月以來，美國eVTOL制造商Joby Aviation、德國eVTOL制造商Lilium、美國飛行汽車企業(yè)Archer相繼借殼上市，市值大增，引發(fā)關注。
這并非飛行汽車首次受到追捧。張揚軍向《中國新聞周刊》介紹，2016年，美國Uber公司旗下的空中出租車部門Uber Elevate發(fā)布一份白皮書，提出“城市空中交通”(UAM，Urban Air Transportation)概念，認為可以利用三維空間緩解城市交通擁堵，解決方案是發(fā)展空中巴士、空中出租車等飛行汽車。
一時間，UAM概念被引爆。張揚軍注意到，當時世界上大概有40家公司拿出了飛行汽車的方案，甚至有公司開始接受訂單。最引發(fā)關注的是，2017年中國吉利汽車收購美國飛行汽車明星公司Terrafugia。Terrafugia的拉丁文意為“逃離地面”，成立于2006年，曾推出兩代飛行汽車產(chǎn)品，被收購后中文名為“太力飛車”。此外，戴姆勒、豐田、現(xiàn)代、通用、大眾、阿斯頓馬丁、勞斯萊斯等多家車企，以及飛機制造商波音和空客也開始布局飛行汽車。科技公司英特爾、騰訊甚至也參與研發(fā)或投資飛行汽車。
風險投資也瞄準了eVTOL領域。據(jù)統(tǒng)計，2016年，全球有15起相關投資，總金額接近1.3億美元，到了2020年，13筆投資籌集了超過11億美元，主要集中在Joby和Lilium兩家公司。
支持者押注未來，認為飛行汽車能為難以解決的城市交通擁堵提供新的解決方案。更重要的是，技術的進步讓人們看到了可行性。過去100多年，一代代夢想家嘗試為汽車插上“翅膀”，在空中安全飛行，都以失敗告終。張揚軍介紹，2017年前后，新能源技術給飛行汽車提供了一個新思路，電動化使垂直起降、分布式推進成為可能，智能化提高了安全性，降低了操作飛行汽車的門檻，大眾化成為可能，“電動化、智能化技術出現(xiàn)，對航空飛行器的設計是一次革命”。
四年后，飛行汽車的技術和應用場景逐漸明朗。上海峰飛航空高級副總裁謝嘉向《中國新聞周刊》介紹，近兩年，電動垂直起降飛行器，無論是電池、電機還是電控，包括分布式發(fā)電等技術都成熟了許多，也被廣泛應用。此外，國內(nèi)外多家制造商的eVTOL在旅游觀光、物流運輸、醫(yī)療急救、消防應急等場景投入使用，導致今年行業(yè)迎來比較大的爆發(fā)。
張揚軍注意到，此前還有聲音爭議“飛行汽車是否是未來的趨勢”，今年業(yè)內(nèi)對此已經(jīng)達成共識，轉(zhuǎn)為討論“如何實現(xiàn)技術和應用的突破”。在新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革中，技術和產(chǎn)業(yè)的跨界融合成為重要發(fā)展趨勢，飛行汽車是汽車、航空、新能源三大領域的交匯點，同時也是新材料、人工智能、新一代信息技術在未來的重要應用場景。車企、飛機制造商誰也不想錯失布局未來產(chǎn)業(yè)的機遇，而且研發(fā)飛行汽車的技術，“降維”也可以用于各自的產(chǎn)業(yè)，這是一筆“劃算”的投資。
電池安全比續(xù)航更重要
電影《銀翼殺手2049》中，騰空起飛的警車自由穿梭在城市空間，是不少人對未來飛行汽車的想象。但目前主流的飛行汽車，沒有四輪，沒有底盤，本質(zhì)只是自動駕駛飛行器，根本算不上是“汽車”。
以中國eVTOL公司億航智能為例，載人eVTOL“億航216”外觀是一個兩人座的客艙，下方有8軸16槳，像是一個放大版的多旋翼無人機 。而提供空中出租車服務的Joby Aviation正在研發(fā)的載人eVTOL，看上去像是一個頂部有6個旋翼的小型直升機，除一名飛行員外，可載客4人。這是目前飛行汽車常見的兩種外形。
因此，將其統(tǒng)稱為“飛行汽車”，業(yè)內(nèi)存在爭議。張揚軍解釋，叫“飛行汽車”，因為eVTOL面向城市空中交通，規(guī)模大，與傳統(tǒng)的飛行器不是一個量級，未來會以接近汽車的量級存在。而通航飛行器規(guī)模小，與人們生活距離遠，難以引起關注和重視。其次，eVTOL的產(chǎn)業(yè)鏈依賴汽車，飛行汽車未來要規(guī)模化生產(chǎn)，必須低成本，其生產(chǎn)和供應鏈要充分利用汽車工業(yè)。此外，現(xiàn)在的eVTOL只是未來立體智慧出行時代飛行汽車的一個發(fā)展階段，未來也將會具備地面行駛功能。
eVTOL是當前飛行汽車的主流技術方案，飛行器不需要專門的跑道，能像直升機一樣起飛和降落。吉利的太力飛車一代TF-1還采用的是傳統(tǒng)滑行起飛，外觀像一架小型飛機，落地后通過折疊機翼變成汽車行駛，但其二代產(chǎn)品也改為了eVTOL。“飛行汽車是面向城市空中交通和未來出行的交通工具，滑跑受城市空間限制，肯定不是飛行汽車未來的方式。”張揚軍說。
eVTOL還有其他優(yōu)點。相比直升機的巨大噪聲，eVTOL新能源發(fā)動機聲音更小。據(jù)報道，eVTOL的起降噪音約在70dB，巡航噪音在50dB左右，遠低于起降和巡航噪音分別在140dB和90dB左右的直升機。此外，電動化使分布式推進成為可能，目前各個企業(yè)研發(fā)的飛行汽車，都具有多個旋翼或螺旋槳，英特爾和德國飛行汽車廠商Volocopter合作研發(fā)的一款產(chǎn)品，甚至有18個旋翼，相比直升機單旋翼，eVTOL的安全冗余度更高，推進效率也得到提升，專家稱“是直升機的三倍”。電動化后飛行汽車的結構簡化，可以實現(xiàn)飛行汽車成本更低。
但仍有諸多技術有待突破，與眼下的電動汽車一樣，國內(nèi)外多家企業(yè)發(fā)布的eVTOL同樣也存在續(xù)航焦慮。目前，多家企業(yè)已經(jīng)推出eVTOL的試飛產(chǎn)品。億航智能純電動載人級自動駕駛飛行器，最大載荷220公斤，滿載最大航程35千米，近期展出的雙座載人級自動駕駛飛行器VT-30，設計航程為300千米，續(xù)航時間為100分鐘。小鵬匯天近期展出的旅航者X2，續(xù)航時間是35分鐘，最高速度130km/h。峰飛航空的V1500M，巡航速度高達200km/h，最大航程為250公里。國外的飛行汽車公司也不例外，Joby Aviation的飛行器近期實現(xiàn)了超過約241公里的航程，持續(xù)飛行了1小時17分鐘。
飛行汽車航程和航時短，源于電池能量密度不夠。億航智能對《中國新聞周刊》介紹，電池技術是整個行業(yè)非常關注的領域。飛行器的電池技術比汽車更復雜，要求電池有高能量密度、高功率密度、更寬的溫度范圍和高安全性等。而自動駕駛飛行器，需要電池有高放電速率以支持飛行器的起降，同時也要考慮電池重量對飛行器的影響。
同濟大學航空與力學學院教授沈海軍進一步解釋，與汽車不同，從力學角度看，飛行器對重量要求非常嚴格，電動汽車可以裝更大的電池組，但飛行器不行，因此接下來業(yè)內(nèi)需要在電池高能量密度方向突破。
在張揚軍看來，在電池方面，更重要的是安全問題——飛行汽車采用新能源動力，將帶來電安全、熱安全、氫安全等新的航空安全性問題。盡管目前各家飛行汽車制造商都表示重視安全性，經(jīng)過多次試飛積累數(shù)據(jù)，但張揚軍認為，業(yè)內(nèi)關于電機、電池等關鍵部件以及電動化系統(tǒng)的安全性設計和適航性研究非常欠缺，現(xiàn)有的電動化系統(tǒng)要達到航規(guī)級的安全性要求，還需要做大量的工作。
“我認為，在目前還面臨規(guī)則等許多瓶頸的情況下，飛行汽車的應用應該先載物后載人。物流是飛行汽車當前示范應用的最佳場景，既可以實現(xiàn)大規(guī)模應用，同時對安全性等的要求相對較低。物流應用過程中積累的數(shù)據(jù)和經(jīng)驗將為飛行汽車提高安全性提供重要的基礎。載人示范應用，先從應急救援等專業(yè)特種領域開始，然后走向大眾運輸領域，可能是一個比較合適的載人示范應用途徑。”張揚軍對《中國新聞周刊》說。
業(yè)內(nèi)人士認為，地面交通人車混雜，相比之下，空中的交通環(huán)境更簡單。但張揚軍強調(diào)，氣象環(huán)境會嚴重影響低空飛行的安全性。比如小型載人飛行器運行時，附近突然一陣側風吹來，可能會影響安全，這些微氣候環(huán)境很難感知。
“飛行汽車要真正實現(xiàn)大眾化，像民航的集群控制即有人在地面操控沒有用，如何應對氣候環(huán)境突然的變化，我認為是飛行汽車面臨的最大的安全挑戰(zhàn)。傳感器如何感知，并作出決策和操控，要通過技術解決，這是下一步要研究的重點。只有汽車公司和創(chuàng)業(yè)公司可能沒有技術條件，需要更多研究者通過技術來解決。”張揚軍說。
空中監(jiān)管將會是一個難題
2010年，張揚軍參觀上海世博會上汽——通用汽車館，被一個描繪2030年城市智能交通的動畫視頻所吸引，智能概念車是其中一個重要交通工具。“它像是一個很小的載荷艙，人們用手機定位，叫一輛汽車，起飛后，地空中所有訂單按照線路自動配對，相同線路的汽車匯集成一列行駛，到達目的地后各自分開。”視頻中的汽車，是集合電動化、智能化的共享交通工具，張揚軍與同行的教授就2030年之后的交通進行討論，認為在電動化、智能化之后，汽車下一個臺階將是陸空一體化。此后他便更開始關注飛行汽車。
但飛行汽車不僅僅是汽車飛上天那么簡單，一旦實現(xiàn)，它將顛覆人類的出行方式。張揚軍認為，目前，飛行汽車還處于從研究探索走向商業(yè)化應用的早期階段，飛行汽車大眾化不是一個兩個產(chǎn)品的問題，也不只是企業(yè)的事情，它與政策密切相關，涉及飛行汽車設計制造、適航認證、城市管理和低空空域管理等多個方面，需要研究和制定相應的法規(guī)標準和監(jiān)管體系。
正如地面交通有紅綠燈、不同車道、有交通規(guī)則，未來飛行汽車走入現(xiàn)實，也需要有航道規(guī)劃、法規(guī)，除了保證飛行安全，低空飛行還涉及保護居民隱私，但目前全球還沒有針對城市空中交通的法律法規(guī)。
沈海軍提到，中國針對飛行汽車適航認證的法律法規(guī)仍是空白。此外，中國的空域管制在世界上最嚴，過去由空軍監(jiān)管，隨著低空空域改革，部分地區(qū)開放低空試點，但現(xiàn)實中，監(jiān)管反而更加嚴格，除了民航部門管制外，公安部門也加入其中。近年來，無人機飛行申報困難，未來飛行汽車如果融入地面交通，還需要交管部門的管理，空中監(jiān)管將會是一個難題。未來飛行汽車融入地面交通，或?qū)⒏淖儸F(xiàn)有的道路體系，如何調(diào)整和改造，也將是一個龐大的系統(tǒng)工程。
國內(nèi)有關部門已經(jīng)開始制定一些標準。億航向《中國新聞周刊》介紹，億航是中國民航局批準的首家載人級自動駕駛飛行器適航試點單位，正在與民航局合作，制定適航審定標準。
盡管標準未出，但眾多飛行汽車企業(yè)已經(jīng)搶跑制定了明確的商業(yè)化時間節(jié)點。Joby計劃在2024年實現(xiàn)商業(yè)服務，小鵬匯天聲稱2024 年將量產(chǎn)飛行汽車，能跑也能飛；Lilium計劃在2025年實現(xiàn)運營。謝嘉曾提到，行業(yè)內(nèi)已達成共識，eVTOL在五年內(nèi)商業(yè)化是有希望的。
“商業(yè)化是指，公司能夠提供一些空中載人出行服務的運營，比如在城市內(nèi)的一些關鍵交通節(jié)點間的線路，或者非常擁堵的線路上取代直升機的角色，并不是大規(guī)模普及，可能會在滲透率上有大幅提升。”謝嘉告訴《中國新聞周刊》。而在2025年之前，eVTOL公司要做的便是不斷試飛，積累飛行數(shù)據(jù)，取得載人適航認證。
學界對飛行汽車的態(tài)度是謹慎樂觀。張揚軍預測，未來飛行汽車將經(jīng)歷三個主要階段，2025年，飛行汽車能實現(xiàn)示范商業(yè)運行，物流、消防和應急救援是近期的應用場景。預計2030年左右將迎來城市空中交通時代，這個時期的技術和應用場景更優(yōu)先支持飛行汽車的空中飛行功能屬性、突出飛行模式優(yōu)勢。隨著汽車和航空電動化、智能化技術的跨界滲透與融合發(fā)展，智能交通設施的不斷發(fā)展和完善，未來飛行汽車的地面行駛功能屬性必將得到實現(xiàn)和強化。也許，未來所有汽車將飛起來，到2050年左右實現(xiàn)立體智慧出行。
《中國新聞周刊》2021年第43期
