如何突破低空经济发展的技术瓶颈

　　本文转自：光明日报

　　标准化、模块化、体系化——

　　如何突破低空经济发展的技术瓶颈

　　作者：郭万林 孙建红

　　《光明日报》（ 2024年11月21日 16版）

　　【科学随笔】

　　打“飞的”，搭乘大湾区低空特快专线，到珠海看航展的首批四名乘客，11月11日从深圳起飞抵达珠海。与两个多小时的高速公路相比，直升机只需30分钟左右便可直达。今年的珠海航展还首次专辟“无人阵地”，在国之重器扎堆的航展现场，这些看似不起眼的低空“小块头”频频抢镜，成为一道独特的风景。

　　低空经济是以各种低空飞行器（含有人驾驶和无人驾驶航空器）为平台，以各类低空飞行与交通运输活动为牵引，辐射带动相关领域融合发展的综合性经济形态。作为战略性新兴产业，低空经济产业链条长，涵盖航空器研发与制造、低空飞行基础设施建设与运营、飞行服务与保障等产业，对构建现代产业体系具有重要作用。

　　随着对低空经济的日益重视，持续的技术创新成为推动产业进步的关键。但目前来看，不同技术体系之间的兼容性、协同性等问题日渐显现，可能导致技术整合难度加大，从而影响系统的整体性能和稳定性。

　　一方面，低空经济产业的技术门槛、研发投入都比较高，尽管具有广阔的发展前景，但仍存在高风险和不确定性。各地在相关基础设施建设过程中缺乏统一的总体规划，导致建设方向不明确、投入风险增加。同时，各地建立的系统之间兼容性和互通性差，难以形成有效的互联互通和资源共享。

　　另一方面，由于低空飞行器的使用场景多样，多种构型的低空飞行器应运而生，但各类型飞行器零部件无法相互替换，需要专门为各类飞行器的零部件建立不同的生产线。与此同时，随着低空飞行器装备建设多样化需求的增加，多品种并行、交叉重复现象时有发生，给技术状态控制、生产均衡性和质量过程控制带来众多问题。

　　此外，低空新型飞行器对适航审定能力也提出了巨大挑战。智能化、飞控—动力一体化设计技术、无人驾驶技术等全新技术的出现，需要系统开展相应的适航审定技术研究，积累经验，完善适航标准和审定技术。现有适航审定理念、审定队伍能力和效率，已无法满足无人机和传统通航制造商需求及旺盛的低空经济发展势头。

　　笔者认为，低空经济发展过程中面临的技术瓶颈，或可通过低空经济各要素的标准化、模块化和体系化策略得到突破。标准化为整个行业设定了统一的技术规范和标准，能够降低研发与生产成本，增强产品的互操作性和市场竞争力。模块化能促进技术的灵活应用与快速迭代，使相关企业更高效地分配资源，集中攻克关键技术难题，便于后续维护和升级。体系化可推动产业链上下游的紧密合作与协同创新，形成良性的技术生态系统。具体来说：

　　一是标准化建设。现有的航空适航标准大多针对传统固定翼飞机和直升机，以eVTOL为代表的新型低空航空器，具有独特的设计和性能特点，需要制定新的适航认证标准。如民航局拥有对滑翔、旋翼、气球、无人机、小飞机、直升机等实用类、特技类以及通勤类航空器的适航要求和标准，但这些主要还是从公共安全以及适航管理出发，而现有标准化主要来源于不同的工业体系，缺乏面向低空经济运行考量的标准化体系。

　　在适航认证标准方面，应设立低空和城市空域内飞行的专门安全标准；统一飞行器安全评估、失效模式分析等技术标准；规定低空飞行器的电池热管理系统、安全保护和电力系统冗余要求。电池与电力推进系统是低空航空器的重要组成部分，应制定关于高能电池的安全标准，特别是在高功率充放电时的管理，还应推动电池回收体系的标准，保障可持续发展；确定统一的电池组规格，以简化供应链并降低成本。

　　在通信导航监视设备标准方面，应设立保障航空器在飞行过程中能够进行有效通信、精确导航和可靠监视的技术标准，如规定通信设备标准、导航设备标准、监视设备标准、技术和操作要求等。

　　通航机场和起降平台标准方面，除通用航空机场设施和设备设计、建设、管理及运营制定的技术标准外，还应规范低空飞行器起降平台尺寸、安全性、流量控制和通信标准，充电桩和充电接口的标准化，起降平台的建设位置、空间规划及与现有交通枢纽的集成标准等。此外，维修维护也应实现标准化——如果异类异构低空经济产品和装备在功能、性能、质量等方面差异较大，会使运维成本升高，不利于低空经济持续发展。

　　安全与风险管理标准方面，不同于适航标准，应建立确保低空经济飞行活动公共安全的标准，以预防和应对可能的安全威胁和风险，包括风险识别与评估、风险控制与管理、安全管理体系、事故报告与调查、监控与审核等方面。同时，应系统制定针对各类飞行器可能面对的非合作目标、非合作对抗的主动、被动安全防范标准。

　　二是模块化建设。模块化设计有助于降低制造成本、加速技术迭代，并提高维护的规范性和升级的灵活性，构建低空飞行器装备的模块技术体系。

　　在部件开发上，可以设计不同功率和类型的模块化电动机，以适应不同型号和用途的飞行器；允许低空飞行器根据任务需求灵活更换电池包，采用标准化的电池盒设计；开发可更换或升级的飞行器模块，包括机翼、尾翼、螺旋桨等。

　　在应用系统上，针对电力巡检、农业植保、公安巡查、医疗救助、应急救援等不同领域，提升系统的互换性，做到功能模块化拓展。

　　今年上半年，民航局登记无人机已经达到185.7万架，大部分为25公斤以下级的非适航要求飞行器。如果能优先在气动、结构、动力装置、机电设备与任务平台等方面形成适航/非适航要求的模块化标准件，就能进一步降低产业技术门槛，更好更快拓展产业应用场景。

　　三是体系化建设。体系化建设可围绕从技术研发到市场运营、从交通管理到基础设施等多个维度，构建完整的生态系统。

　　其中，要做到空中交通管理系统（ATM）与无人机交通管理系统（UTM）的整合。制定低空交通管理的规则和规范，确保低空飞行器能与无人机和传统航空器共存以及融合飞行。在此基础上，推动自动化和数字化的空中交通管理系统，利用人工智能和大数据技术提升交通流量预测和调度。未来，当低空飞行器密集时，为避免不必要的飞行冲突，需建立动态飞行路径规划系统。

　　运营生态体系建设也是重要方面。运营商应与政府合作，确保起降平台、充电设施的合理布局，并与现有的公共交通网络相整合。推动低空飞行器租赁和共享服务的发展，为城市居民提供更为便捷的出行方式。此外，一体化的维修和保养服务体系，必不可少，以确保飞行器能安全、及时地进行维护和检修。

　　同样，统一国际低空飞行器适航标准势在必行。可以通过共享安全、认证、交通管理等方面的经验，推动技术互认和市场互通；同时，加强与各国航空监管机构合作，简化低空飞行器的跨境认证流程。

　　（作者：郭万林、孙建红，分别系中国科学院院士、南京航空航天大学教授；南京航空航天大学教授）