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城市空中交通崛起!但让每个人出行轻松“打飞的”需实现这五大承诺

http://www.tzgcjie.com 来源:前瞻网            发布时间:2019-01-09 19:45:30

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图片来源:罗兰贝格

我们大多数人倾向于将未来的城市交通与电动和自动驾驶汽车、共享自行车、电动滑板车等联系在一起。这些交通方式的共同之处在于它们都依赖于街道,而在人口密集的城市,街道本来就相当拥挤。那么,如果我们可以利用头顶上方的天空呢?事实上:电力推进,自动飞行技术和5G通信网络的进步,将很快催生出商用乘客无人机服务,从而为未来的城市交通组合增添新的内容。

正如罗兰贝格目前的研究《城市空中交通——一种新型交通模式的兴起》所表明的那样,对于仅仅增加二维空间容量无法缓解现有交通状况的地区,无人机服务可以为提供一个颇具吸引力的解决方案。搭乘空中出租车的用户不仅将体验一种非常省时的出行方式和安全、愉快的飞行体验,而且还将能够以越来越低的成本出行,因为更好的电池、新颖的飞机设计,以及到本世纪20年代末的自动飞行技术,都将拉低价格。

1.从梦想到现实

城市空中交通(Urban air mobility)有望成为一个快速增长的业务

城市空中交通(UAM)是一个极具吸引力的商业主张。虽然在目前为超级富豪所独享,从一个城市飞到另一个城市避免所有交通堵塞,但在不太的未来,可能成为一种常见的出行方式。城市内部和同城电动垂直起降(eVTOL)通勤的潜在好处是具有真正吸引力的,如果这个新兴行业可以实现五项主要承诺,则可以完美地满足客户的需求。

关键承诺一:最快的出行选项

例如,与出租车和地铁相比,节省大量时间将使城市空中服务对乘客极具吸引力。考虑到登上/下飞机和从着陆中心实际往返所花费的时间,垂直起飞和降落(eVTOL)飞机需要飞行至少15至25公里,才能真正节省时间,并成为最快的城市交通选择。如果真的实现了这一目标,就可以绕开(并有可能缓解)交通拥堵的困扰,同时还可以简化许多大城市至今仍在忍受的机场不畅的问题。

关键承诺二:合理的费用

在圣保罗和纽约等超大城市,超高净值个人和高级管理人员已经乘坐直升机从机场到市中心或市中心的各个点之间通勤。相比之下,转向电力推进和最终的自主飞行运营将使eVTOL车辆的购买价格和运营成本降低一个数量级,从而将城市空中体验开放给更广泛的目标群体。基于自主技术的无人驾驶航班将进一步降低成本。 将乘客(例如从机场到市中心)汇集在一起可以与上述成本降低相结合,虽然使得城市飞行体验的成本仍然高于出租车,但比现在的直升机服务更实惠。

关键承诺三:安全、愉快的飞行体验

任何乘坐直升飞机飞越城市的人都将体验到这种飞行所带来的令人惊叹的兴奋和喜悦。人类对飞行的渴望是一种不容小觑的吸引力,即使安全性自然更重要并且必须始终得到保证。至关重要的是,还必须让乘客认为这种运输方式安全可靠,而强大的监管框架将大大有助于缓解乘客的担忧。例如,在早期阶段,航空公司提供的空乘人员同样可以帮助许多人克服他们对自主飞机的心理保留,这种保留是可以理解的。电力推进将在减少城市碳排放方面发挥作用是另一个优势,它将增加这种交通方式的真实和可感知的吸引力。然而,不仅仅是技术方面将使乘客安全和愉快。需要特别注意环境方面,例如恶劣的天气条件会使飞行不舒服甚至不安全。

关键承诺四:综合移动解决方案

有吸引力的eVTOL解决方案将与其他本地移动服务相吻合,为乘客提供从其位置到出发枢纽以及从抵达中心到最终目的地的无缝连接。单是这一点,就标志着我们从我们今天所知道的复杂、脱节的移动链上迈出了重要的一步。在线预订应用程序将安排预订并处理整个行程的付款(例如,呼叫乘车服务以接载并将乘客带到eVTOL枢纽,以及为另一端的最后一英里行程购买地铁票)。通过这种方式,将保证极其舒适的客户上门体验。

然而,教育客户的智能营销需要说明这些好处。如果想让城市空中交通确实成为一种完全一体化和广泛接受的交通方式,那将至关重要。最初,eVTOL将定位为高端产品,随着时间的推移逐渐变为综合公共交通产品。

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关键承诺五:乘客获得服务

最终,赢家将是那些创造真正能赢得乘客的服务的公司。便利性将是乘客采用eVTOL服务的一个关键指标。例如,起飞和降落地点必须战略性地定位在感兴趣的区域,并且对旅客来说很容易到达。这包括前面提到的与其他移动服务的连接,以及快速访问着陆平台,例如使用专用电梯到达屋顶平台。等待时间也必须保持在最低限度,这将通过智能预订和动态乘客需求预测算法进行优化。

航空公司和初创企业都加入了一场竞赛,希望在2025年之前将“打飞的”的梦想从科幻小说变成现实。许多正在开发的概念甚至计划在没有飞行员的情况下实现。这项研究检视了有前途的技术概念,并描绘出新兴的eVTOL生态系统及其利益相关者和关键成功因素的图景。我们还强调在哪些方面看到了重大挑战,以及如何克服这些挑战。

市场潜力

我们的研究得到通过对业内专家的多次采访得到证实,表明到2050年全球将有近10万架可载人无人机在空中飞行。届时,全球大约100个城市将实施无人机服务,提供多种客运服务,每个城市平均将有1000架载人无人机投入运营。然而,到2050年,每个城市将有大量的无人机,从最小城市的60架无人机到最大城市的6,000多架无人机。基于这一设想,无人机将成为未来三十年城市(和超大城市)移动产品的重要组成部分。在最初几年,我们预计载人无人机主要用作机场接送。虽然这项服务仍然是未来的一个重要用例,但大多数乘客载人无人机将在未来担任点对点空中出租车的角色。长途城际航班的无人机将补充载人无人机市场。

现在为什么是合适的时机?

城市航空的梦想并不是新鲜。然而,随着城市扩张的增加和道路交通拥堵的恶化,一些不同的技术进步正在实现长期以来的梦想,即摆脱所有这些疯狂并在我们的能力范围内展现出来:

电动推进将使eVTOL比现有型号便宜。一旦电动飞机的生产成熟,购买或租赁eVTOL的前期成本将会降低,因为电动动力系统比燃气轮机更简单。由于汽车制造业形成的大规模,电池成本也在下降,而且用电力运行城市空中出租车比在煤油上运行传统直升机更具成本效益。尽管技术服务必须能够应对高压,但电动动力系统由于其简单性而具有较低的维护成本。因此,预计eVTOL的拥有成本总体上会降低。确切地说,在很大程度上取决于eVTOL架构和配置,以及当地的燃料和电力成本。归根结底,eVTOL的商业案例需要与传统直升机和出租车相比较。如今,可用的电池技术仅允许eVTOL应用于短飞行时间。然而,随着能量和功率密度的提高,飞行速度和距离也会相应增加。

自主飞行技术是通过淘汰飞行员而降低运营成本的第二个因素。每辆空中出租车的额外免费座位也将通过促进有效载荷的显著增加来增强潜力。

5G通信网络是实现空中出租车的进一步技术推动者。由于高层建筑会使基于GPS的卫星接收效果更差,而5G将允许城市空中交通所需的超精确导航。尽管这些因素使得现在是推进城市空中交通的时候了,但这种颠覆性的发展不会在一夜之间实现。上述技术进步的速度限制了UAM市场的发展速度。此外,工作服务和有吸引力的客户体验还有待创造。

2. UAM未来将采取什么形式?

目前正在进行的技术发展使城市空中交通成为现实可能,并且这种新的移动性服务有望带来的好处,使我们提炼出三种主要的载客无人机服务用例:空中出租车、机场班车和城际航班,每个都有自己独特的技术和操作要求:

空中出租车

与传统的乘车服务一样,该用例将在指定区域内的任何可用着陆点之间提供按需飞行。为了在15至50公里的距离内携带一个或两个乘客及其轻型行李箱(总共最多20公斤),飞机技术必须能够应对35至70公里的行程,以确保所有航班有大约20公里的安全裕度。着陆点将分布在城市周围,以服务于关键地点,每个车站都有理想的充电设施。服务提供商将允许按需预订空中乘坐出租车。预测性交通管理系统将使车辆能够根据乘客需求模式进行调度,并预测不同着陆区的需求。

机场班车

与空中出租车服务相比,机场穿梭巴士的服务范围大致相同,但距离较长。机场班车将提供各种着陆点和机场之间的定期(而非按需)航班。飞机技术需要与空中出租车大致相同的范围,但是需要增加两到四名乘客和50至80公斤行李。着陆点将位于城市周围的战略位置,显然也设在机场。充电设施也主要集中在机场。乘客可以在固定航线上预订座位,完全消除预测需求的需要,并使每个站点的飞机位置和需求完全可预测。

城际航班

城市间的航班也将以特定城市之间的定期航班为基础,这些航班距离太近,无法进行常规航空。这项飞行技术必须能够在50至250公里的距离内搭载2至4名乘客,携带20至40公斤的手提行李,并增加50公里的安全距离。每个着陆点都将安装充电设施,理想上非常适合直接前往所服务城市的主要地点。与机场班车和定期航空服务一样,在规定时间和固定航线上的航班可以提前预订。同样,操作调度需求是完全可以预测的。

什么时候才能全部实现?

虽然现在市场竞争已经开始,但这三种服务不会同时实现。未来十年的三个关键发展将有助于形成UAM市场的演变:电池技术的改进和新型电力推进将使飞行距离从目前的20至30公里增加到2030年的100至250公里。与此同时,自动化技术的进步将带来能够搭载更多乘客和/或行李的全自动航班。最终用户的价格将逐渐下降,到2020年,50公里无人机飞行的成本将是出租车价格的两倍或三倍,但在未来几年将变得更加便宜。随着这种情况的发生,城市空中交通服务市场将迅速增长。根据我们所做的采访,每个城市最多需要五到七个枢纽和大约30到40辆车来启动这种运输服务(基于我们进行的访谈)。我们认为,这些发展的粗略时间表将是这样的:

20世纪20年代初期的初步试点项目

第一批试点项目将在20世纪20年代初期开始实施。迪拜、新加坡、达拉斯、洛杉矶和东京是城市空中交通的五大先驱,它们热衷于提供概念证明,宣传并提供积极的用户体验。迪拜于2017年开始试飞,其雄心勃勃的目标是在不久的将来启动其自主空中出租车服务的商业运营。这符合RTA的目标,即到2030年使25%公共交通模式实现自动。Uber Elevate项目将于2023年在洛杉矶、达拉斯和第三个国际城市上线。这些服务将有人类飞行员,短程20到50公里,专注于城市间的移动性。

2030年范围扩大和技术进步

从2025年到2030年,eVTOL技术将继续快速发展并扩大其地理覆盖范围。升降机和巡航以及偏转翼技术将与更耐用的电池相结合,使车辆可以飞行100至250公里,并可搭载3至5名乘客。城市空中出租车服务将扩展到全球更多大城市,并且由于其增加的航程,也将部署在郊区通勤市场。技术、业务/运营模式和相应的基础设施将继续改善,监管缺口将得到弥补。飞行应在越来越大的程度上实现自主,尽管出于安全考虑,商用无人机运营商可能仍会在飞机上保留一名飞行员。

2030年后自动飞行航班

第三阶段将是自主飞行技术,使无人驾驶飞机能够驾驭城市环境,将载客无人机转变为安全飞行的机器人出租车。

车辆容量(最多可达10名乘客)和航程(最多300公里)的进一步增加将大大降低运营成本,并使城市空中出租车服务对更广泛的受众更具吸引力。小型城际航空公司此时可能会出现。 UAM服务将完全融入城市出行,同时保留在高端市场,需要满足多个成功因素。

3.关键的成功因素

为每个用例选择合适的技术值得特别关注,因为它是这个新兴行业发展的核心。

分布式电力推进(DEP)为飞机设计工程师提供了新的自由,以探索不同无人机概念的潜力。传统设计很大程度上只允许逐步改进。然而,今天谈论第三次航空航天革命并不是没有道理的,它将看到新的用例通过创新的DEP设计成为可能。

然而,即使许多不同的飞机设计正在进行改进和准备认证,目前已宣布超过75个项目,并且大约有20个成功进行了飞行测试,但在基本商业模式或市场细分的有效性方面,几乎没有确凿的数据。随着初创公司和现有企业争相寻找下一个获奖设计,并将其概念转化为实际商业服务,因此必须注意识别和衡量每个设计中固有的机会和限制。这项研究确定了我们认为最重要的五种基本电动飞机架构:高度分布式推进概念、四轴飞行器、倾斜翼飞机、翼式垂直起降飞行器和新的混合动力概念。支撑这五个概念的技术具有不同的优点和缺点。螺旋桨倾向于提供优越的悬停和稳定性,但速度较低,而管道风扇对于前进速度更有效。由于这种权衡,不同的概念更适合于上文描述的不同用例。

空中出租车(市区点到点服务)

高度分布式推进飞机和四轴飞行器可能成为此用例的首选解决方案。它们较低的下冲速度对城市环境更友好,也更安全,避免了碎石或沙砾在小型着陆平台上抛射造成的损伤。在使用摩天大楼直升机停机坪的地方,高阵风稳定性也被证明是有利的,因此即使在恶劣的天气条件下也能最大限度地延长正常运行时间。

机场班车(郊区至市区服务)

尽管悬停效率较低、下冲速度较高以及噪音较大,但拥有较高前进速度的概念可能更适合于覆盖较长的距离,这意味着它们将需要专门的、较发达的着陆区域。倾斜翼/推力换向式飞机概念、混合概念以及固定翼矢量推力概念可能成为这种商业模式的主导。

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城际航班(区域间服务)

飞行距离越长,前进速度就越重要。在这里,专门的着陆区域将是必不可少的,而4D无人驾驶交通管理系统应该将悬停时间保持在最低限度。固定翼矢量推力将是此用例的最有效解决方案,也是该细分市场的首选解决方案。

4. 不仅仅是无人机!

虽然为正确的用例应用选择合适的飞机技术至关重要,但同样有四个额外的因素对于任何企业成功进入城市空中交通仍然不可或缺:

基础设施

建造合适可靠的车辆是一回事,但建立基础设施则是完全是另一回事,没有这些基础设施车辆本身就无法运营。eVTOL起降点、充电基础设施和维护设施都必须作为成功运营业务模型的关键推动者。如果做不到这一点,就会产生瓶颈,可能会把新生的UAM市场扼杀在萌芽状态,阻碍其增长。

对于城市航空来说,使用地面设施和屋顶进行起飞和降落似乎是显而易见的方法。然而,城市飞机需要一个不受建筑物和/或树木阻挡的安全着陆区,这可能使这种策略难以在人口密集的地区实施。其他问题包括噪音和飞机产生的空气湍流。在屋顶上,物理方面不是问题。

另一方面,豪华酒店和高端写字楼可能会收取高昂的费用,假设他们愿意让载人无人机使用其直升机停机坪,而他们自然会希望避免热闹顶层公寓套房的富裕客人,以及在办公大楼高层工作的高管。在安全方面,为了实现eVTOL飞机之间、eVTOL与其他飞行物体之间以及eVTOL与控制中心之间的通信,一个强大的5G蜂窝网络将是必不可少的。特别是对于按需服务,预测性空中交通管理将是确保整个eVTOL系统平稳高效运行的关键。控制中心还将负责路线管理和应急管理。

服务供应商

服务提供商将在所有利益相关者之间建立联系,并最终负责确保城市空中交通服务安全、高效和(理想情况下)盈利。他们将运行预测交通管理系统,并处理高度精细的监控,以最大限度地利用整个网络,特别是对基础设施进行充电。与此同时,服务供应商将负责飞机的清洁和维护,可能使用场外机库,这取决于地理和经济限制。停机时间必须安排在非高峰乘客需求期间,这也是为了优化设备使用率。

公众接受

仅仅关注少数富人的利益 - 就像传统的VTOL今天所做的那样 - 将阻止城市空中交通实现其全部潜力。如果想让更广泛的公众和城市当局接受无人驾驶飞机造成的视觉和噪音污染等潜在不利影响,必须清楚地证明其带来速度、经济、安全、愉快和环保体验以及综合移动性等明显好处。在这种情况下,公共应用(紧急服务,交通和基础设施监测等)将成为将城市空中交通的好处的重要工具,即使是向那些不一定自己使用空中交通的社会成员。

监管前景

目前的一个关键障碍是全球法规缺席或非常不成熟。事实上,没有专门的法律体系来管理空中出租车的运营。然而,全面的监管框架对于保障人员,基础设施和第三方财产的安全至关重要。如果UAM市场要走向成功,这显然将是另一个至关重要的成功因素。

我们认为,这样的监管框架应解决四个关键的安全问题:避免可能的空中碰撞,防止人员受伤,可能发生碰撞的财产损失,以及避免隐私泄露。因此,其不可避免的目标是规范车辆,运营人、空中交通管理(ATM)以及UAM服务的整个空域的认证。城市飞机本身需要通过认证才能与大型(有人驾驶)飞机共用公共空域,飞越城市地区并遵守噪声和排放法规。

用于常规和无人驾驶空中交通的管理系统同样需要明确的规则以避免冲突,并且可能与例如警察或救援直升机发生冲突。必须向制造商和运营商明确分配对空中碰撞,财产损失等的责任和义务,制造商和运营商也需要为之前提到的所有安全方面提供足够的担保。

繁忙的欧洲空域已受到严格监管,特别是在主要机场附近。在这方面的挑战将是调整现有的法律和条例,以适应无人飞行系统的特点,并允许两种飞机在同一空域一致作业。至少在美国和欧盟,现有法律的许多领域都可以作为此类监管举措的出发点。

鉴于UAM车辆飞行距离更贴近地面(与目前的飞机数千米相比,只有几百米),还需要明确保护个人隐私(例如禁止/阻止无人机乘客从上空拍照)。

最终,适当的法规体系的出现,以及如何认证和确保遵守这些法规的透明和公开的沟通,将在推动广泛接受这种新的城市交通手段方面发挥关键作用。

5.结论

如何成功实施UAM?

本研究中描述的生态系统的起源已经明显成形。目前,这个萌芽的市场对来自不同背景的潜在参与者开放,而且在这一愿景下,谁将走得更远还远未可知。飞机制造商和汽车原始设备制造商是明显的选择,它们可以将主要或次要的重点放在不同的方面(从无人机生产到基础设施开发,导航,票务和空中交通管理系统,只是举几个例子)。然而,移动服务提供商同样渴望加入这一行列,技术初创公司也是如此。

然而,考虑到未来道路的复杂性,显而易见的是,“单干”将不会成为任何这些参与者的选择。所有相关领域仍需要广泛的发展:飞机技术(特别是电池和自主性中的能源密度),基础设施和监管框架,更不用说商业和运营模式。仅这一事实就要求采用跨学科方法,将现有和初创飞机制造商,运营商和服务提供商与当地,、区域(可能是国家)当局联系起来。由欧洲创新合作组织发起并得到欧盟委员会支持的城市空中交通(UAM)倡议已经展示了一条前进的道路。

最近看起来还很遥远的梦想,现在正朝着现实迈出坚定的第一步,在未来的岁月里,抓住真正而有希望的商业机遇。明天的赢家在很大程度上取决于今天的准备工作。因此,在可靠、有力的合作伙伴和顾问的配合下,潜在的市场参与者现在必须行动起来,制定明确的战略,致力于最适合他们计划服务的细分市场的技术,并投入相应的资源。商业利益很大,因为人类长期以来的梦想即将实现。

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