未来飞行出行工具将如何改变我们的移动出行方式?

How the Flying Vehicles of the Future Will Transform Commuting as We Know It
“一定要记住这句话:有朝一日你会看到一架飞机和一辆汽车结合为一体。
也许你会嗤之以鼻,但这一天一定会来的。”

-亨利福特

环保型飞行工具一直被认为是科幻小说的素材,但如今已成为解决未来移动出行问题的有效解决方案。

也许会认为所谓的城市空中交通(UAM)技术还非常遥远,但预计它来得比我们想象的还快。因为从超高效电池到无人飞行系统和卫星通讯技术,这些支持城UAM的重要技术已经得到全面开发,有了巨大的进步。专家们预测,如果这些技术以现在的速度继续发展的话,几年内第一架UAM飞行器就可以正式飞上天空,到2040年,其市场规模会达到1.5万亿美元。

全球城市空中交通(UAM)市场价值 (几十亿美元). 2020~2040 年复合增长率 30.7%. 资料来源: 摩根士丹利 (2019), Are Flying Cars Preparing for Takeoff? https://www.morganstanley.com/ideas/autonomous-aircraft. All rights reserved; as modified by Hanwha.
1.5
万亿美元

据预测,到2040年,
UAM市场年均以30.7%的速度增长,
其市场规模将达到1.5万亿美元。

下面,让我们仔细看一下UAM将如何改变我们已有的出行方式,韩华的技术又是如何促进UAM变为现实。

我们面对的挑战:城市拥堵

我们在讨论UAM如何取代地面交通之前,先谈一下城市空中交通成为热门话题的理由。

如今,交通拥堵和公害问题是全球各大城市都面临的首要问题。尤其是大气污染问题非常严重。《自然研究(Nature Research)》的一项研究指出,
大多数人生活在远超出世界卫生组织空气质量指南的大气污染环境之下,这成为“公众健康的一个严峻挑战。”

最严重的是,低效的交通系统让人们在路上浪费越来越多的时间和金钱。据INRIX公司最新《全球交通记分卡(Global Traffic Scorecard)》报告,美国人平均每年因交通拥堵损失99个小时,2019年交通拥堵造成的损失规模高达880亿美元,相当于平均每位驾驶员损失1377美元。

如果我们不迅速采取行动,随着城市密集度逐渐提高,城市拥堵和污染情况就会日趋严重。专家预测,到2050年,世界上三分之二的人口将生活在所谓的超级大城市(人口超过1000万人的城市)之中,比现在城市居住人口多出25亿。这意味着未来污染问题将更严重,现有交通设施也将受到更大的压力。

在空中寻找解决方案

严格地讲,UAM并不是一个全新的概念。长期以来,政府部门、工程师和城市设计师都看好UAM作为一个解决城市拥堵的解决方案所具有的魅力。

UAM被称为“飞行汽车”或“飞行出租车”,它结合垂直起降(VTOL)系统、电力推进和尖端飞行控制能力,可以在空中安全快速地运送人与货物。其设计方案会有多种,但大多数UAM飞行器基本上都采用多旋翼或多翼形式,垂直起降,可搭载两到六名乘客。

一旦UAM被纳入为城市交通网络,这些安静、环保的移动出行解决方案将可大为减少城市的噪音和空气污染。其中一部分会成为私人飞机,但预计绝大多数将以共享的方式运营,这将彻底改变拼车行业。UAM出行次数可比普通汽车多四倍,在未来城市里飞行出租车将为众多乘客提供交通服务,其前景广阔,令人期待。

考虑到UAM省时和环保,我们就容易理解由韩华和私人飞行器(Personal Air Vehicle, PAV)领先企业——“Overair”正在联合开发的“Butterfly”等解决方案,将如何让城市出行方式变得更为环保、更加畅通。

关于 “Butterfly”

Butterfly”是一种无排放、全电动的垂直起降(eVTOL)空中运输出行工具,是韩华潜心研究多年的传动系统、飞行控制系统、软硬件系统架构设计和安全性分析技术,结合Overair所开发的先进机身而开发的飞行器。

虽然现在仍处于“概念机”阶段,但在目前的规格下,“Butterfly”将能够以每小时320公里的飞行速度,将4名乘客和1名飞行员运送至100公里以外。

以如此高的速度让乘客安全出行,将会大大减少移动所需的时间,从而带来“缩小城市”的效果。试想一下,如果乘出租车穿越城市原需要一个小时的路程,缩短至短短几分钟,那么上下班的路途将变得多么轻松便捷。

From Incheon International Airport to 63 Square in Seoul, the distance is about 40km. Flight time : 8 - 20 minutes, Top travel speed : ~320 km/h , Capacity : 1 pilot + 4 passengers + luggage

“Butterfly”如此高的速度之所以成为可能,部分要归功于航空航天开发公司——Karem Aircraft的低噪音垂直起降(VTOL)技术专利。该技术能够保障安全、安静和高效的飞行。这些技术加上强有力的充电系统和长里程电池,相信,使“Butterfly”在未来超大城市广为使用。

效率是关键

2020年2月14日,韩华Systems宣布,将与Overair正式联合开发UAM飞行器。

从技术和经济的角度来看,像“Butterfly”这样的垂直起降飞行器(eVTOL)的总体效率将是城市空中交通市场成功起飞的关键。

“Butterfly”因有充足的备用动力,一次充电就能多次飞行,而且拥有相对简单的充电系统,在运行方面具有很强的成本优势。为一个正在发展当中的城市增建新的交通设施可能需要庞大的成本(特别是为扩建地铁进行的隧道工程),因此在减少城市拥堵的方案中,UAM是更为划算的选择。

当然,UAM作为可取代传统交通工具的可行性的方案,首先必须要具备保障平稳安全飞行的安全措施。“Butterfly”的设计还考虑包括预想不到的飓风在内的多种飞行场景,即使四个螺旋桨中一个失灵也能保障安全飞行和着陆。

韩华和Overair计划在2025年左右实现“Butterfly”的商业化,最终目标是将UAM飞行器开发成无人全自动驾驶。实现自动驾驶功能的话,就能减少人为因素影响,提高飞行出行工具的安全性。因为目前约有80%的直升机事故都是人为因素造成的。

面向自动驾驶飞行

要开发无人自动飞行的UAM飞行器,就需要从传感器、电池到驱动飞行器和监控空中交通的软件系统,在非常广泛的领域开发先进技术。

为此,韩华最近收购了微型天线技术的领先企业——Phasor Solutions,以推进开发无人自动飞行器。依托Phasor Solutions的技术,可支持自动飞行器的远程信息处理(这是将无线通信和GPS技术结合提供的移动通信服务),也可为UAM和其他车辆增加超高速无线互联网服务。这是利用低轨卫星通讯技术,通过环绕地球的卫星提供宽带网络接入服务。

通过先进的车载信息通信(telematics)技术与下一代5G网络技术的结合,UAM将可以提供车与车(vehicle-to-vehicle,V2V)、车与设施(vehicle-to-infrastructure,V2I)间的无线通迅。这些功能非常重要。因为这将使UAM能够处理交通和其他有关联的海量数据,保证乘客安全抵达目的地。

夯实基础

我们要想在未来城市使用UAM)飞行器,就先要建立基础设施,方便人们利用。为UAM飞行器的起飞、降落、维护、充电(或提供燃料)和停泊,需要建立UAM基础设施。而这些设施一方面将改变城市景观,另一方面可以提供无缝的城市旅游出行环境。

为了实现极大的便利性,满足早晚高峰需求,我们在建设UAM基础设施时,要使其规模大于平均使用量。为此,需要最大限度地增加UAM机场,并在各城市居住建筑上建设UAM起降设施。

专家们将这些基础设施分为三类:垂直起降中心(Vertihubs)、垂直起降港(Vertiports)和垂直起降站(Vertistations)。垂直起降中心可理解为位于城区和郊区外围的独立型UAM机场。每个城市至少要有一个,以多个起降平台为特点,当然还要有停机泊位和维修空间。

垂直起降港适合于城区的中小型建筑,可以位于城市商业中心区或比较复杂的火车站和地铁站附近,也可新建,或将已有停车场或大楼屋顶改造使用。垂直起降港的起降区域因空间的制约,可以少于垂直起降中心,但要多于只覆盖一两个起降区域的垂直起降站。在垂直起降空间(Vertiplace)网络中规模最小的垂直起降站是一种比较低廉的设施,可改造使用已有直升机停机场或其他已有建筑,也可用来将农村或郊区纳入到垂直起降网络。

建立这些配套设施对于UAM的真正起飞有着至关重要的意义。如果无法接入这些垂直起降空间,UAM恐怕会步入直升机的后尘,这意味着UAM受到机场数量限制,其运行路线十分有限,无法开拓新航线。

前景广阔,大有可为

至于UAM对城市的影响,用“天际无垠,大有可为”来比喻最恰当不过。想像一下,当“Butterfly”这样的解决方案正式飞行于城市天空时,城市的生活将变得多么便捷、惬意。

现在,您准备好踏入未来交通工具了吗?

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