創(chuàng)新報(bào)告 | 全球先進(jìn)空中交通AAM現(xiàn)狀
2023.03.09Alberto Santos－Dumont——上世紀(jì)歐洲第一位制造出能轉(zhuǎn)彎飛行飛艇的人，也是第一位駕駛飛艇繞埃菲爾鐵塔飛行一周的人，他曾說過：“希望每個(gè)人都有屬于自己的個(gè)人飛行器”。
2022年，這項(xiàng)交通方式似乎愈發(fā)多的出現(xiàn)在人們的視野——先進(jìn)空中交通（Advanced Air Mobility）。與此同時(shí)，愈發(fā)多相關(guān)產(chǎn)品的初創(chuàng)企業(yè)噴涌而出，該類市場(chǎng)的體量愈發(fā)的大，投融資不斷，新興產(chǎn)品研發(fā)也在持續(xù)。
2021年到2022年間，美國眾議院和參議院先后通過了《先進(jìn)空中交通協(xié)調(diào)及領(lǐng)導(dǎo)力法案》（Advanced Air Mobility Coordination and Leadership Act），該法案指示交通部建立一個(gè)先進(jìn)空中交通（AAM）機(jī)構(gòu)間工作組，以計(jì)劃和協(xié)調(diào)與安全、基礎(chǔ)設(shè)施、人身安全、網(wǎng)絡(luò)安全和聯(lián)邦投資有關(guān)的工作，加強(qiáng)美國的AAM生態(tài)系統(tǒng)，特別是載客AAM飛機(jī)產(chǎn)品。
AAM的定義
羅蘭貝格將AAM（先進(jìn)空中交通）分為客運(yùn)和非客運(yùn)，客運(yùn)包括RAM（區(qū)域空中交通）和UAM（城市空中交通），非客運(yùn)則包括UAV（無人機(jī)）。
NASA賦予AAM的本質(zhì)是旨在幫助新興航空市場(chǎng)能夠安全建立起空中交通系統(tǒng)，并利用當(dāng)下的革命性飛機(jī)產(chǎn)品，將其布局航空服務(wù)缺乏或不足的地方、區(qū)域、區(qū)域間或城市間，實(shí)現(xiàn)載人或貨物運(yùn)輸。
FAA（美國聯(lián)邦航空管理局）則認(rèn)為，AAM是建立在UAM概念的基礎(chǔ)上，納入了不專門針對(duì)城市環(huán)境的使用案例，包括商業(yè)城際運(yùn)營、物流、公共服務(wù)和個(gè)人服務(wù)。
羅蘭貝格認(rèn)為UAM包括城際按需航班的城市出租服務(wù)，航程約為15到50公里；以及機(jī)場(chǎng)周邊指定航線的機(jī)場(chǎng)接送服務(wù)，航程同樣約為15到50公里。RAM則是航程在50到250公里的城際空中交通服務(wù)；UAV則僅僅能在5公里航程內(nèi)提供相關(guān)服務(wù)。
AAM的生態(tài)系統(tǒng)包含哪些？
在AAM飛機(jī)為商業(yè)運(yùn)營做好準(zhǔn)備之前，需要?jiǎng)?chuàng)建AAM生態(tài)系統(tǒng)（基礎(chǔ)設(shè)施、充電、飛行運(yùn)行、空域管理、MRO等）。
技術(shù)：技術(shù)證明實(shí)現(xiàn)商業(yè)運(yùn)營。
承擔(dān)方：監(jiān)管機(jī)構(gòu)和飛機(jī)原始設(shè)備制造商；
所需構(gòu)建塊：商業(yè)認(rèn)證和產(chǎn)能提升。
商業(yè)：所有生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建模塊的有效結(jié)合創(chuàng)造卓越的客戶價(jià)值，以盡可能低的成本提供最快的出行選擇。
承擔(dān)方：基礎(chǔ)設(shè)施供應(yīng)商和運(yùn)營商的支持型生態(tài)系統(tǒng)；
所需構(gòu)建塊：首先，需要了解公眾接受度、預(yù)訂平臺(tái)需求的同時(shí)，考慮客戶體驗(yàn)；其次飛機(jī)操縱和充電、飛機(jī)運(yùn)行，以及MRO等服務(wù)都是運(yùn)營不可或缺的要素；最后便是機(jī)場(chǎng)設(shè)施、空中交通法律法規(guī)，以及相關(guān)服務(wù)和通信系統(tǒng)。
AAM的優(yōu)勢(shì)在何處？
AAM對(duì)城市而言，擁有諸多優(yōu)勢(shì)。AAM優(yōu)勢(shì)其一是省時(shí)，AAM服務(wù)能夠在擁擠時(shí)間段和地段中選擇出最優(yōu)路線；
其二，多式聯(lián)運(yùn)，AAM服務(wù)整合了當(dāng)前的私人和公共陸地交通方式，能夠?yàn)槌鲂刑峁┒嗍铰?lián)運(yùn)服務(wù)；
其三，便捷性，班車或滴滴向的服務(wù)提供了足夠的便捷服務(wù)；
其四，環(huán)保性，先進(jìn)空中交通致力于打造零碳排放，與傳統(tǒng)航空出行方式而言更具可持續(xù)性；
其五，舒適性，新型轉(zhuǎn)子和將噪音足跡最小化的各類新興技術(shù)，能夠確保AAM服務(wù)在社區(qū)運(yùn)營的可能性；
最后便是其安全性，經(jīng)過商業(yè)航空的重重高認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，能夠確保出行的安全保障。
AAM未來市場(chǎng)發(fā)展如何？
羅羅、羅蘭貝格聯(lián)合發(fā)布的《亞太地區(qū)先進(jìn)空中交通（AAM）市場(chǎng)潛力研究報(bào)告》顯示，2030年前，亞太國家AAM服務(wù)產(chǎn)品發(fā)展?jié)摿蛇_(dá)數(shù)千架飛機(jī)。到2050年，亞太地區(qū)載人VTOL數(shù)量將達(dá)82,500架，涉及服務(wù)收入將達(dá)369億美元。
踏入AAM商業(yè)領(lǐng)域的首要因素是什么？
目前市面上共有200多家公司正在參與AAM飛機(jī)的設(shè)計(jì)和制造工作，產(chǎn)品型號(hào)包括了垂直起降（VTOL）、短距起降（STOL）和常規(guī)起降（CTOL）等。如今電力推進(jìn)和電池技術(shù)的突破性技術(shù)意味著未來AAM飛機(jī)的商業(yè)運(yùn)營只是時(shí)間問題。除此之外，無論是多翼飛機(jī)、傾轉(zhuǎn)翼飛機(jī)、傾轉(zhuǎn)旋翼飛機(jī)、升力飛機(jī)還是吹氣式翼飛機(jī)，都有望在UAM和RAM領(lǐng)域掀起一場(chǎng)革命。
那么，這場(chǎng)革命需要多長(zhǎng)時(shí)間？為什么要花費(fèi)這么長(zhǎng)時(shí)間？答案則取決于認(rèn)證過程的復(fù)雜程度。然而，AAM對(duì)于未來出行的意義重大，商業(yè)AAM飛機(jī)需要做到和傳統(tǒng)客機(jī)一樣安全，因此到目前為止還沒有一架AAM飛機(jī)獲得商業(yè)運(yùn)營認(rèn)證。這也意味著AAM的飛機(jī)產(chǎn)品需要經(jīng)歷一個(gè)漫長(zhǎng)、艱巨，且花費(fèi)巨大的認(rèn)證過程。不僅僅是初進(jìn)該領(lǐng)域的企業(yè)，F(xiàn)AA和EASA等監(jiān)管機(jī)構(gòu)也同樣剛剛進(jìn)入這一新興領(lǐng)域。
什么是適航認(rèn)證？
為什么AAM是一個(gè)特例？
顧名思義，適航認(rèn)證確認(rèn)的是飛機(jī)的適航性，根據(jù)FAA的規(guī)定，確保其商業(yè)應(yīng)用足夠安全。該認(rèn)證還囊括了飛機(jī)制造商的設(shè)計(jì)和制造能力。幾十余年來，EASA（歐洲航空安全局）和FAA等監(jiān)管機(jī)構(gòu)一直致力于傳統(tǒng)飛機(jī)的認(rèn)證工作。但AAM的飛機(jī)產(chǎn)品作為一個(gè)全新概念，其涵蓋的全新的技術(shù)、飛機(jī)配置，例如全電動(dòng)飛行系統(tǒng)、分布式電力推進(jìn)和先進(jìn)飛行控制等，無不讓AAM飛機(jī)的適航認(rèn)證充滿著復(fù)雜和不確定性。
在沒有先例的情況下，認(rèn)證過程對(duì)于AAM公司及其投資者而言存在一定程度的不確定性和風(fēng)險(xiǎn)。而一家AAM公司正常情況下需要花費(fèi)1到20億美元開發(fā)經(jīng)過適航認(rèn)證的飛機(jī)。公司或許只能在假設(shè)整個(gè)認(rèn)證過程足夠快速和成功的同時(shí)，對(duì)整個(gè)布局的未來抱有足夠的耐心和信心。
哪些認(rèn)證與AAM相關(guān)？
1.型號(hào)認(rèn)證 (The Type Certificate, TC)
TC設(shè)計(jì)了整個(gè)飛機(jī)產(chǎn)品的系統(tǒng)，也就是飛機(jī)技術(shù)最為密集的地方，因此TC是目前AAM公司選擇最多的認(rèn)證方向。除此之外，TC認(rèn)證方向還涵蓋了飛機(jī)的設(shè)計(jì)，例如電機(jī)、電池、螺旋槳、航電設(shè)備、飛控設(shè)備、導(dǎo)航設(shè)備以及子系統(tǒng)等。在經(jīng)過一系列安全標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證后，方可由航空局授予TC。
現(xiàn)有的常規(guī)飛行法規(guī)僅涵蓋了兩種主要機(jī)型：固定翼飛機(jī)和旋翼飛機(jī)。然而目前新型AAM飛機(jī)產(chǎn)品大都為兩者結(jié)合體。例如，它們可以是矢量推力飛機(jī)，如Lilium Jet；傾翼飛機(jī)，如Dufour航空公司的Aero3；傾轉(zhuǎn)旋翼飛機(jī)，如Archer的Maker和Joby的S4；或是Wisk Aero的Cora、空客的CityAirbus NextGen或Volocopter最近宣布的VoloConnect升降和巡航飛機(jī)。為妥善進(jìn)行該類特殊飛機(jī)類別的認(rèn)證工作，EASA 制定了 VTOL 的特殊條件 (Special Condition for VTOL)類別，F(xiàn)AA則選擇繼續(xù)使用現(xiàn)有的小型固定翼或旋翼飛機(jī)規(guī)定。
盡管電力推進(jìn)技術(shù)能夠保證航空的可持續(xù)性，但也帶來了具體實(shí)施的困難。未來大多數(shù)AAM飛機(jī)將由電池電力或混合電力推進(jìn)系統(tǒng)提供動(dòng)力，但EASA CS-E和FAA第33部分等現(xiàn)有法規(guī)目前僅適用于使用傳統(tǒng)化石燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的飛機(jī)。目前監(jiān)管機(jī)構(gòu)正在制定電力推進(jìn)系統(tǒng)相關(guān)專用法規(guī)，或許能夠?qū)AM飛機(jī)制造的認(rèn)證產(chǎn)生進(jìn)一步影響。型號(hào)認(rèn)證取決于飛機(jī)設(shè)計(jì)和推進(jìn)技術(shù)的成熟與否，全新的飛機(jī)概念（例如，升降和巡航eVTOL）和混合電力推進(jìn)系統(tǒng)都具備了一定的風(fēng)險(xiǎn)，因此AAM制造商需要審時(shí)度勢(shì)，盡可能避開風(fēng)險(xiǎn)。
2. 航空器適航證（Airworthiness Certificate, AC）
任何一架商用飛機(jī)都必須獲得航空器適航證（Airworthiness Certificate）。該適航認(rèn)證驗(yàn)證了單架飛機(jī)的適航性及其是否符合TC中規(guī)定的型號(hào)設(shè)計(jì)。該證書由當(dāng)?shù)貒液娇諜C(jī)構(gòu)頒發(fā)。獲得生產(chǎn)機(jī)構(gòu)批準(zhǔn)的制造商可以通過所謂的合格聲明代表NAA（國家民航局）頒發(fā)證書。
3.設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)批準(zhǔn)（Design Of Approval, DOA）
EASA的機(jī)構(gòu)批準(zhǔn)包括設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)批準(zhǔn)（DOA）和生產(chǎn)機(jī)構(gòu)批準(zhǔn)（POA），允許為公司頒發(fā)特定的認(rèn)證。生產(chǎn)商或許承擔(dān)了更多的責(zé)任，但航空當(dāng)局參與度的減少，使制造商獲得了更多的自主權(quán)，提高了時(shí)間和成本效率。DOA旨在將重要的設(shè)計(jì)監(jiān)督責(zé)任轉(zhuǎn)移給原始設(shè)備制造商（OEM），保證了時(shí)間效率。航空管理局在對(duì)原始設(shè)備制造商的流程和資源進(jìn)行廣泛審查后予以批準(zhǔn)，并在此之后繼續(xù)監(jiān)督該公司。DOA則是較為靈活，具備一定擴(kuò)展性，例如，原始設(shè)備制造商可以自行為測(cè)試飛機(jī)簽發(fā)飛行許可證。
DOA的必要性在何處？在獲得型式認(rèn)證之前，DOA作為一項(xiàng)強(qiáng)制性要求，只有具備DOA的機(jī)構(gòu)才能完成TC認(rèn)證。
4.生產(chǎn)機(jī)構(gòu)批準(zhǔn)（Production Of Approval, POA）
POA證明了OEM有能力根據(jù)特定和認(rèn)證規(guī)則從事飛機(jī)制造，并能夠確保其適航性。該認(rèn)證還表明OEM有能力進(jìn)行符合TC認(rèn)證的飛機(jī)設(shè)計(jì)的批量生產(chǎn)。在授予批準(zhǔn)之前，監(jiān)管機(jī)構(gòu)必須檢查和審核生產(chǎn)質(zhì)量，包括制造設(shè)施和生產(chǎn)線，以確保一致的標(biāo)準(zhǔn)和流程。
POA的優(yōu)勢(shì)在于持有POA的制造商可以通過合格聲明自行簽發(fā)適航認(rèn)證。如果沒有POA，飛機(jī)OEM將需要為每架制造的飛機(jī)單獨(dú)向監(jiān)管機(jī)構(gòu)申請(qǐng)適航證。
適航認(rèn)證需要花費(fèi)多長(zhǎng)時(shí)間？
AAM飛機(jī)開發(fā)商需要做好完全的準(zhǔn)備，以確保在計(jì)劃投入使用（EIS）日期前能夠獲得必要相關(guān)認(rèn)證。在諸多認(rèn)證過程中，TC認(rèn)證的過程最為長(zhǎng)時(shí)和復(fù)雜，通常需要3到8年。該過程還會(huì)涉及到正式申請(qǐng)前與監(jiān)管機(jī)構(gòu)的非正式交流。
如何做好最佳的適航認(rèn)證準(zhǔn)備?
與此同時(shí)，DOA和POA在飛機(jī)設(shè)計(jì)過程中是不可或缺的。其一是DOA必須在飛機(jī)OEM獲得TC認(rèn)證前到位；其二是在確保TC認(rèn)證后，OEM所制造的飛機(jī)產(chǎn)品才能夠最終獲得POA認(rèn)證。
當(dāng)下的AAM公司都將EIS日期定在了2023年以后，這也側(cè)面證明了適航認(rèn)證迫在眉睫。在整個(gè)認(rèn)證過程中，AAM公司還必須持續(xù)開發(fā)工作和試飛工作，并將該公司（通常是初創(chuàng)公司）轉(zhuǎn)變?yōu)橐患页墒烨壹夹g(shù)完備的航空航天公司。不成熟的行為會(huì)逐步被傳統(tǒng)的航空航天所取代。協(xié)調(diào)飛機(jī)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)流程、管理必要的認(rèn)證流程的同時(shí)，對(duì)公司進(jìn)行改革對(duì)于任何一家公司而言都不是一件易事，但其都是完成AAM商業(yè)運(yùn)營的關(guān)鍵。
就風(fēng)險(xiǎn)而言，認(rèn)證依舊是AAM商業(yè)化最大的風(fēng)險(xiǎn)，沒有認(rèn)證新興的AAM行業(yè)將無法實(shí)現(xiàn)向投資者承諾的回報(bào)。
不同監(jiān)管機(jī)構(gòu)對(duì)AAM機(jī)型認(rèn)證的不同方法有哪些？
FAA和EASA在AAM飛機(jī)認(rèn)證方面處于全球領(lǐng)先地位。盡管兩家現(xiàn)處于不同的船上，但為了未來AAM的發(fā)展，加之FAA對(duì)于現(xiàn)有法規(guī)的修改和EASA出臺(tái)的新型AAM法規(guī)條例，兩家的法規(guī)和其他NAA（如中國民航局）的法規(guī)最終會(huì)趨于一致。
1.FAA認(rèn)證方式
在現(xiàn)有法規(guī)的基礎(chǔ)上，F(xiàn)AA規(guī)定了乘客少于19人、重量少于19000磅（8620千克）的小型飛機(jī)基于性能（非規(guī)定性）的要求；
AAM飛機(jī)型號(hào)認(rèn)證主要屬于翼載升力或旋翼誘導(dǎo)升力；
“特殊類別”飛機(jī)，如傾轉(zhuǎn)旋翼，暫未有具體標(biāo)準(zhǔn)，其適航標(biāo)準(zhǔn)可以從其他現(xiàn)有法規(guī)中得出。
2.EASA認(rèn)證方式
EASA于2019年發(fā)布了特殊條件垂直起降（SC-VTOL）規(guī)定。該規(guī)定適用于帶有兩個(gè)及以上推進(jìn)裝置、九名及以下乘客、最大起飛重量為7000磅（3175千克）的垂直起降飛機(jī)；
SC-VTOL比FAA法規(guī)更具規(guī)范性。例如，對(duì)于人口稠密地區(qū)的客運(yùn)航班，它規(guī)定的安全級(jí)別與商用客機(jī)的安全級(jí)別相同，遠(yuǎn)高于通用航空部門可比性小型飛機(jī)的安全級(jí)別；
EASA最近發(fā)布了第二份合規(guī)手段（MOC）情況說明書，以幫助OEM滿足其要求。
AAM飛機(jī)產(chǎn)品如何分類？
美國世界一流的工業(yè)企業(yè)派克漢尼汾公司表示，隨著技術(shù)日漸發(fā)展，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)到位，監(jiān)管及取證要求逐步確立，不同類型的AAM飛行器會(huì)逐步進(jìn)入市場(chǎng)。其中包括混合動(dòng)力AAM飛行器（HYBRID-ELECTRIC AIRCRAFT）和全電AAM飛行器（FULL-ELECTRIC AIRCRAFT）。
混合動(dòng)力AAM飛行器采用機(jī)載發(fā)電設(shè)備（例如氫燃料電池或小型燃?xì)廨啓C(jī)）產(chǎn)生電力，供推進(jìn)系統(tǒng)和飛控系統(tǒng)、環(huán)控系統(tǒng)、電剎車和其他附件使用。區(qū)別于小區(qū)域內(nèi)短途空中交通，混動(dòng)飛行器更適合短途城際航線，可采用傳統(tǒng)固定翼飛機(jī)的起落模式或垂直起降模式。混動(dòng)飛行器或能為節(jié)能減排做出巨大貢獻(xiàn)，是航運(yùn)市場(chǎng)從傳統(tǒng)動(dòng)力飛機(jī)向全電飛機(jī)發(fā)展的重要過渡。
Ascence公司的ATEA飛機(jī)所裝配的混合動(dòng)力電源，能夠飛行400公里，并在后期集成氫推進(jìn)。
全電AAM飛行器主要由可充式電池組提供動(dòng)力，可能采用電動(dòng)垂直升降（eVTOL）模式和分布式電力推進(jìn)系統(tǒng)架構(gòu)。在這種結(jié)構(gòu)下，推進(jìn)電機(jī)和螺旋槳分布在飛行器四周，為飛行器提供升力、前進(jìn)動(dòng)力和飛行操控。
德國Volocopter公司eVTOL產(chǎn)品 VoloCity