創(chuàng)新報告 | 全球先進空中交通AAM現(xiàn)狀
2023.03.09Alberto Santos－Dumont——上世紀歐洲第一位制造出能轉彎飛行飛艇的人，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：“希望每個人都有屬于自己的個人飛行器”。
2022年，這項交通方式似乎愈發(fā)多的出現(xiàn)在人們的視野——先進空中交通（Advanced Air Mobility）。與此同時，愈發(fā)多相關產(chǎn)品的初創(chuàng)企業(yè)噴涌而出，該類市場的體量愈發(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《先進空中交通協(xié)調及領導力法案》（Advanced Air Mobility Coordination and Leadership Act），該法案指示交通部建立一個先進空中交通（AAM）機構間工作組，以計劃和協(xié)調與安全、基礎設施、人身安全、網(wǎng)絡安全和聯(lián)邦投資有關的工作，加強美國的AAM生態(tài)系統(tǒng)，特別是載客AAM飛機產(chǎn)品。
AAM的定義
羅蘭貝格將AAM（先進空中交通）分為客運和非客運，客運包括RAM（區(qū)域空中交通）和UAM（城市空中交通），非客運則包括UAV（無人機）。
NASA賦予AAM的本質是旨在幫助新興航空市場能夠安全建立起空中交通系統(tǒng)，并利用當下的革命性飛機產(chǎn)品，將其布局航空服務缺乏或不足的地方、區(qū)域、區(qū)域間或城市間，實現(xiàn)載人或貨物運輸。
FAA（美國聯(lián)邦航空管理局）則認為，AAM是建立在UAM概念的基礎上，納入了不專門針對城市環(huán)境的使用案例，包括商業(yè)城際運營、物流、公共服務和個人服務。
羅蘭貝格認為UAM包括城際按需航班的城市出租服務，航程約為15到50公里；以及機場周邊指定航線的機場接送服務，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；UAV則僅僅能在5公里航程內(nèi)提供相關服務。
AAM的生態(tài)系統(tǒng)包含哪些？
在AAM飛機為商業(yè)運營做好準備之前，需要創(chuàng)建AAM生態(tài)系統(tǒng)（基礎設施、充電、飛行運行、空域管理、MRO等）。
技術：技術證明實現(xiàn)商業(yè)運營。
承擔方：監(jiān)管機構和飛機原始設備制造商；
所需構建塊：商業(yè)認證和產(chǎn)能提升。
商業(yè)：所有生態(tài)系統(tǒng)構建模塊的有效結合創(chuàng)造卓越的客戶價值，以盡可能低的成本提供最快的出行選擇。
承擔方：基礎設施供應商和運營商的支持型生態(tài)系統(tǒng)；
所需構建塊：首先，需要了解公眾接受度、預訂平臺需求的同時，考慮客戶體驗；其次飛機操縱和充電、飛機運行，以及MRO等服務都是運營不可或缺的要素；最后便是機場設施、空中交通法律法規(guī)，以及相關服務和通信系統(tǒng)。
AAM的優(yōu)勢在何處？
AAM對城市而言，擁有諸多優(yōu)勢。AAM優(yōu)勢其一是省時，AAM服務能夠在擁擠時間段和地段中選擇出最優(yōu)路線；
其二，多式聯(lián)運，AAM服務整合了當前的私人和公共陸地交通方式，能夠為出行提供多式聯(lián)運服務；
其三，便捷性，班車或滴滴向的服務提供了足夠的便捷服務；
其四，環(huán)保性，先進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，新型轉子和將噪音足跡最小化的各類新興技術，能夠確保AAM服務在社區(qū)運營的可能性；
最后便是其安全性，經(jīng)過商業(yè)航空的重重高認證標準，能夠確保出行的安全保障。
AAM未來市場發(fā)展如何？
羅羅、羅蘭貝格聯(lián)合發(fā)布的《亞太地區(qū)先進空中交通（AAM）市場潛力研究報告》顯示，2030年前，亞太國家AAM服務產(chǎn)品發(fā)展?jié)摿蛇_數(shù)千架飛機。到2050年，亞太地區(qū)載人VTOL數(shù)量將達82,500架，涉及服務收入將達369億美元。
踏入AAM商業(yè)領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飛機的設計和制造工作，產(chǎn)品型號包括了垂直起降（VTOL）、短距起降（STOL）和常規(guī)起降（CTOL）等。如今電力推進和電池技術的突破性技術意味著未來AAM飛機的商業(yè)運營只是時間問題。除此之外，無論是多翼飛機、傾轉翼飛機、傾轉旋翼飛機、升力飛機還是吹氣式翼飛機，都有望在UAM和RAM領域掀起一場革命。
那么，這場革命需要多長時間？為什么要花費這么長時間？答案則取決于認證過程的復雜程度。然而，AAM對于未來出行的意義重大，商業(yè)AAM飛機需要做到和傳統(tǒng)客機一樣安全，因此到目前為止還沒有一架AAM飛機獲得商業(yè)運營認證。這也意味著AAM的飛機產(chǎn)品需要經(jīng)歷一個漫長、艱巨，且花費巨大的認證過程。不僅僅是初進該領域的企業(yè)，F(xiàn)AA和EASA等監(jiān)管機構也同樣剛剛進入這一新興領域。
什么是適航認證？
為什么AAM是一個特例？
顧名思義，適航認證確認的是飛機的適航性，根據(jù)FAA的規(guī)定，確保其商業(yè)應用足夠安全。該認證還囊括了飛機制造商的設計和制造能力。幾十余年來，EASA（歐洲航空安全局）和FAA等監(jiān)管機構一直致力于傳統(tǒng)飛機的認證工作。但AAM的飛機產(chǎn)品作為一個全新概念，其涵蓋的全新的技術、飛機配置，例如全電動飛行系統(tǒng)、分布式電力推進和先進飛行控制等，無不讓AAM飛機的適航認證充滿著復雜和不確定性。
在沒有先例的情況下，認證過程對于AAM公司及其投資者而言存在一定程度的不確定性和風險。而一家AAM公司正常情況下需要花費1到20億美元開發(fā)經(jīng)過適航認證的飛機。公司或許只能在假設整個認證過程足夠快速和成功的同時，對整個布局的未來抱有足夠的耐心和信心。
哪些認證與AAM相關？
1.型號認證 (The Type Certificate, TC)
TC設計了整個飛機產(chǎn)品的系統(tǒng)，也就是飛機技術最為密集的地方，因此TC是目前AAM公司選擇最多的認證方向。除此之外，TC認證方向還涵蓋了飛機的設計，例如電機、電池、螺旋槳、航電設備、飛控設備、導航設備以及子系統(tǒng)等。在經(jīng)過一系列安全標準認證后，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型：固定翼飛機和旋翼飛機。然而目前新型AAM飛機產(chǎn)品大都為兩者結合體。例如，它們可以是矢量推力飛機，如Lilium Jet；傾翼飛機，如Dufour航空公司的Aero3；傾轉旋翼飛機，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。為妥善進行該類特殊飛機類別的認證工作，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規(guī)定。
盡管電力推進技術能夠保證航空的可持續(xù)性，但也帶來了具體實施的困難。未來大多數(shù)AAM飛機將由電池電力或混合電力推進系統(tǒng)提供動力，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)動機的飛機。目前監(jiān)管機構正在制定電力推進系統(tǒng)相關專用法規(guī)，或許能夠對AAM飛機制造的認證產(chǎn)生進一步影響。型號認證取決于飛機設計和推進技術的成熟與否，全新的飛機概念（例如，升降和巡航eVTOL）和混合電力推進系統(tǒng)都具備了一定的風險，因此AAM制造商需要審時度勢，盡可能避開風險。
2. 航空器適航證（Airworthiness Certificate, AC）
任何一架商用飛機都必須獲得航空器適航證（Airworthiness Certificate）。該適航認證驗證了單架飛機的適航性及其是否符合TC中規(guī)定的型號設計。該證書由當?shù)貒液娇諜C構頒發(fā)。獲得生產(chǎn)機構批準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.設計機構批準（Design Of Approval, DOA）
EASA的機構批準包括設計機構批準（DOA）和生產(chǎn)機構批準（POA），允許為公司頒發(fā)特定的認證。生產(chǎn)商或許承擔了更多的責任，但航空當局參與度的減少，使制造商獲得了更多的自主權，提高了時間和成本效率。DOA旨在將重要的設計監(jiān)督責任轉移給原始設備制造商（OEM），保證了時間效率。航空管理局在對原始設備制造商的流程和資源進行廣泛審查后予以批準，并在此之后繼續(xù)監(jiān)督該公司。DOA則是較為靈活，具備一定擴展性，例如，原始設備制造商可以自行為測試飛機簽發(fā)飛行許可證。
DOA的必要性在何處？在獲得型式認證之前，DOA作為一項強制性要求，只有具備DOA的機構才能完成TC認證。
4.生產(chǎn)機構批準（Production Of Approval, POA）
POA證明了OEM有能力根據(jù)特定和認證規(guī)則從事飛機制造，并能夠確保其適航性。該認證還表明OEM有能力進行符合TC認證的飛機設計的批量生產(chǎn)。在授予批準之前，監(jiān)管機構必須檢查和審核生產(chǎn)質量，包括制造設施和生產(chǎn)線，以確保一致的標準和流程。
POA的優(yōu)勢在于持有POA的制造商可以通過合格聲明自行簽發(fā)適航認證。如果沒有POA，飛機OEM將需要為每架制造的飛機單獨向監(jiān)管機構申請適航證。
適航認證需要花費多長時間？
AAM飛機開發(fā)商需要做好完全的準備，以確保在計劃投入使用（EIS）日期前能夠獲得必要相關認證。在諸多認證過程中，TC認證的過程最為長時和復雜，通常需要3到8年。該過程還會涉及到正式申請前與監(jiān)管機構的非正式交流。
如何做好最佳的適航認證準備?
與此同時，DOA和POA在飛機設計過程中是不可或缺的。其一是DOA必須在飛機OEM獲得TC認證前到位；其二是在確保TC認證后，OEM所制造的飛機產(chǎn)品才能夠最終獲得POA認證。
當下的AAM公司都將EIS日期定在了2023年以后，這也側面證明了適航認證迫在眉睫。在整個認證過程中，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）轉變?yōu)橐患页墒烨壹夹g完備的航空航天公司。不成熟的行為會逐步被傳統(tǒng)的航空航天所取代。協(xié)調飛機產(chǎn)品的設計流程、管理必要的認證流程的同時，對公司進行改革對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)運營的關鍵。
就風險而言，認證依舊是AAM商業(yè)化最大的風險，沒有認證新興的AAM行業(yè)將無法實現(xiàn)向投資者承諾的回報。
不同監(jiān)管機構對AAM機型認證的不同方法有哪些？
FAA和EASA在AAM飛機認證方面處于全球領先地位。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對于現(xiàn)有法規(guī)的修改和EASA出臺的新型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)最終會趨于一致。
1.FAA認證方式
在現(xiàn)有法規(guī)的基礎上，F(xiàn)AA規(guī)定了乘客少于19人、重量少于19000磅（8620千克）的小型飛機基于性能（非規(guī)定性）的要求；
AAM飛機型號認證主要屬于翼載升力或旋翼誘導升力；
“特殊類別”飛機，如傾轉旋翼，暫未有具體標準，其適航標準可以從其他現(xiàn)有法規(guī)中得出。
2.EASA認證方式
EASA于2019年發(fā)布了特殊條件垂直起降（SC-VTOL）規(guī)定。該規(guī)定適用于帶有兩個及以上推進裝置、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；
SC-VTOL比FAA法規(guī)更具規(guī)范性。例如，對于人口稠密地區(qū)的客運航班，它規(guī)定的安全級別與商用客機的安全級別相同，遠高于通用航空部門可比性小型飛機的安全級別；
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，隨著技術日漸發(fā)展，基礎設施建設到位，監(jiān)管及取證要求逐步確立，不同類型的AAM飛行器會逐步進入市場。其中包括混合動力AAM飛行器（HYBRID-ELECTRIC AIRCRAFT）和全電AAM飛行器（FULL-ELECTRIC AIRCRAFT）。
混合動力AAM飛行器采用機載發(fā)電設備（例如氫燃料電池或小型燃氣輪機）產(chǎn)生電力，供推進系統(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，混動飛行器更適合短途城際航線，可采用傳統(tǒng)固定翼飛機的起落模式或垂直起降模式?；靹语w行器或能為節(jié)能減排做出巨大貢獻，是航運市場從傳統(tǒng)動力飛機向全電飛機發(fā)展的重要過渡。
Ascence公司的ATEA飛機所裝配的混合動力電源，能夠飛行400公里，并在后期集成氫推進。
全電AAM飛行器主要由可充式電池組提供動力，可能采用電動垂直升降（eVTOL）模式和分布式電力推進系統(tǒng)架構。在這種結構下，推進電機和螺旋槳分布在飛行器四周，為飛行器提供升力、前進動力和飛行操控。
德國Volocopter公司eVTOL產(chǎn)品 VoloCity