客运eVTOL应用与市场白皮书电子版

概述 eVTOL（electric Vertical Take Off and Landing）电动垂直起降飞行器，是指采用电能驱动方式并且具备垂直起降能力的飞行器。 AAM（Advanced Air Mobility）先进空中交通是一个广义的利用新型航空器在各种区域提供客货运输的愿景。 本文将着重研究客运 eVTOL 在中国的发展路径，典型应用，以及对飞行器的关键要求。 与传统航空器相比，eVTOL 除了零排放，零污染等优点外，不需要跑道，不需要专用机场，加上噪声低，突出的安全性，和极低的运营成本，使得 eVTOL 有望打破传统交通运输工具的市场边界，成为高铁、地铁、长途巴士、出租车、私家车的重要补充和替代，甚至有机会成为未来的交通出行和运输的主流方式之一，进而改变社会的运行和人类的生活方式。 本文基于对中国政策和商业运行环境的理解，探讨了中国 eVTOL 客运市场可能的发展方式，提出了 eVTOL 客运市场三个发展阶段的概念，着重分析了第一阶段的典型应用场景，并讨论了跨越阶段所需的关键技术和管理因素。 我们认为，在中国 eVTOL 客运市场的第一阶段，将以短途定期载客飞行、企业和私人包机、航空医疗转运，以及空中游览飞行等应用为主。随着包括空管系统、地面基础设施、民众接受程度等关键因素的进步，市场将进入第二阶段，城市“空中出租车”的批量应用将会变成现实。等到全自主飞行技术、检测技术的成熟，自动的、网络化的、超大容量的先进空管系统的不断完善，eVTOL 生产成本大幅降低，市场将会进入第三阶段，eVTOL 开始大规模进入私人市场，私人购买并自行使用，出行方式向空中化、立体化彻底转型。 eVTOL 的出现很大程度上是因为关键电池储能技术的不断发展和成熟，eVTOL 的性能也会随着电池技术的发展而不断提高，航程不断增加，载重不断提高，种类不断增多形成家族化的产品，从而进一步扩展应用场景和使用规模。 本文基于当前电池技术条件，以沃兰特初代产品——VE25 的初始技术性能（200 公里航程，飞行速度 235 公里 / 小时，1 名飞行员加 4 名乘客）为基础构建应用场景模型，并重点探讨了在这些应用场景下对飞行器适航等级，安全性和经济性等方面的要求。明确指出，必须是满足高等级适航要求的客运 eVTOL 才能真正进入以上所述市场，而其安全性需要达到甚至超越 25 部客机的安全性指标，运营价格也将在第三阶段（2035 年左右），分阶段逐步从略高于网约豪华车下降到出租车和专车之间的目标。 目前，全球致力于发展 eVTOL 和 AAM 的飞机制造商，运营商，金融机构等各类企业超过 400 家。eVTOL 以科技创新顺应人们对出行更快捷，更舒适，更安全和更低碳的要求，将成为继电动汽车之后的又一个移动出行前沿领域，最终将开辟万亿乃至几十万亿级的崭新市场。 近年来，随着国产民航客机项目的成功推进，中国培养锻炼了一批专业的高端航空人才，自主航空研发、适航和管理能力也得到了实践验证。过去十年间新能源及电动汽车产业的突破和迅速崛起表明，中国企业有能力在前沿交通及航空运输领域用好市场，人才，供应链等各方面的优势，迅速达到并且赶超世界先进水平，为实现航空强国提供重要支撑。 1.客运市场发展阶段 eVTOL 作为一种革命性的新型飞行器，在“技术先行，应用跟进”的一般发展规律指引下，各方面特性将随着使用的增加而逐步成熟。安全性将在持续的运营当中逐步得到证明，技术性能将随着电池、电机系统的进步而逐步提高，制造成本和运营成本也将随着机队规模的扩大而快速降低，与之配套的空管系统、地面基础设施也将随着eVTOL 运营的发展不断进步，进而支撑推动 eVTOL 的进一步发展，最终完成社会出行方式的彻底变革。 基于对技术、市场、政策等多方面因素的考量，我们认为 eVTOL 的国内客运应用市场发展大致可以分成以下三个阶段。 阶段一：导入阶段，2025 至 2030 年 阶段一2025-2030 eVTOL 及主要特征 •自主飞行技术以及与之配套的自主探测、规避技术，和飞行器自主健康管理及处置系统尚在发展之中，eVTOL 将依旧由专业飞行员进行驾驶，并由飞行管理、自动驾驶系统辅助飞行•初代主流客运机型性能，航程：150-200 公里，速度：200-250 公里 / 时，载客：4-5 人•电池容量及电机功率基于当前量级并有所进步•结构、航电、电气、环控、客舱系统基于传统飞机相关系统并针对 eVTOL 的特点进行优化 空域及空管系统 •空域管理规则和空管系统基本沿用国内现行的低空飞行规则与系统并针对 eVTOL的运行特点进行扩容•运营航路相对固定，运行高度主要在 300 至 1000 米，以目视飞行规则运营为主•固定的飞行任务一般提前数周申请，获取长期批复后飞行实施前一日申报飞行计划；临时的飞行任务可提前数日申请；医疗转运等急救性质飞行，可随时申报随时获批•申请批复的手段由传统的电话、传真、电子邮件等方式向自动化系统演进 基础设施 •eVTOL 常规起降点建设于城市交通枢纽附近，如高铁站、机场，综合交通枢纽等， 数量相对有限，建设标准参考直升机机坪，并配有 eVTOL 充电装置及旅客候机设施，由市政部门或者专业机构（如传统的民航运输机场公司）进行主导建设并运营 •eVTOL 临时起降点的建设与批复基本遵照直升机临时起降点进行，建设及运营主体通常为 eVTOL 运营公司或其商业伙伴，建设标准在相应法规基础上由 eVTOL运营公司或其商业伙伴自行决定 市场应用及运营主体 •市场应用以短途定期载客飞行、企业和私人包机、医疗转运及空中游览飞行为主•相较传统直升机及固定翼通航飞机，eVTOL 具有运营成本低、安全性高、舒适性好（噪音低）等特点，使得持续开展以上市场营运并不断扩大市场规模成为可能•类似于目前的通航市场，eVTOL 的产权主体可以多样化，如制造商，运营商，租赁公司，大型企业，甚至于个人都可以购买并拥有 eVTOL，以租赁、托管等方式将 eVTOL 交给专业的运营商（如传统通航运营商），并由后者负责空域的申请、eVTOL 的飞行、维护等运营相关事务，并承担运营安全责任 公众认知与接受度 •这五年将是 eVTOL 运营市场启动的关键时间窗口，AAM 的技术，市场，政策，基础设施等各方面将经历从不完善、不匹配到逐步完善、匹配的磨合•公众会以运输航空的安全标准来衡量并要求 AAM，能否提供同等级别的安全服务是公众能否接受 eVTOL 的最核心要素•安全要求将从 eVTOL 的设计、研发、制造、运营、维护等各个方面对生产制造商及运营商进行约束，并驱动以上各项活动•运营价格将由于规模效应逐渐下降到略高于当前网约豪华车的水平•消费主体由初期的商务出行群体、富裕人群为主逐渐向休闲出游、城市中产延伸•消费动机也将由初期的猎奇、体验逐步向效率、舒适过渡 阶段二：爆发阶段，2030 年 -2035 年 eVTOL 及主要特征 •先进探测、规避、故障处置功能逐渐导入，系统将负责主要乃至全部的飞行工作，但客运 eVTOL 仍配有飞行员监控系统运行，紧急状态下负责越级操控•电池容量及电机功率有级别上的飞跃，使得产品大型化变为可能•主流客运机型性能不断提升，并开始迭代出现第二代、第三代产品，产品向着家族化的方向发展•结构、航电、电气、环控、客舱系统技术发生代际提升，例如全景式“透明”机身设计开始出现 阶段二2030-2035 空域及空管系统 •在先进的低空监视技术，4DT 等空中交通管理技术的支持下，空域管理和空中交通管理政策将逐步放开，管理工具也将逐步实现自动化，一般飞行计划的报备到 批准时间将缩短到 5 分钟以内•航路、运行高度、运行间隔可以灵活调整以适应运营环境及运行需求，以先进的仪表飞行规则运营为主•第三方飞行服务（航务）机构逐渐被局方、军方、市场普遍接受，成为空域管理机制的重要组成部分 基础设施 •eVTOL 常规起降点数量开始增多，并开始向着城市主要商业及居民中心蔓延。尺寸和规格上出现多样化的趋势，以灵活满足不同规模、频次的出行需求。建设主体也由市一级部门或机构向着区、县等下级单位延伸•高功率、快速充电电源车开始普及，eVTOL 临时起降点网络开始覆盖城乡结合部、乡镇 市场应用及运营主体 •AAM 市场规模持续快速扩大，规模经济带来的生产、运营成本大幅降低使得 AAM开始“空降”，即由第一阶段的带有传统通航性质的运营，开始向传统的地面交通营运市场大量渗透•“空中出租车”、“空中小巴”等模式将开始出现并逐渐普及。eVTOL 将以地面出租车 5 倍以上的时间效率，以当前出租车到网约专车的运营价格，大量进入人们的日常生活•由运营商主导的 eVTOL 产权共享模式开始出现并普及，进一步降低了拥有和使用成本•eVTOL 的日常运营仍然由专业的运营商负责，但随着 eVTO 智能化、自主化（自主健康管理与故障诊断）的发展，第三方服务市场（例如航务服务、充电服务等）的成熟，不同于传统航空公司类型的新型运营商开始出现，他们通常更依赖于智能化、网络化的中央控制系统开展运营 公众认知与接受度 •大众对 eVTOL 和 AAM 不再陌生，行业及消费者群体性的组织和机构（如协会）将开始出现，各方将共同推动整个产业迅速向前发展•一方面 eVTOL 和 AAM 的安全性将进一步提高，另一方面，随着使用规模的增加，公众对于 eVTOL 和 AAM 风险和事故的接受程度也在增加，也许高于地面交通运输的安全指标会成为一个新的参考体系（参考历史上航空安全水平的变化，以及社会对于车辆事故接受程度的变迁）•AAM 逐渐成为社会交通方式的重要组成部分 阶段三：2035 年以后，普及阶段 阶段三2035 - eVTOL 及主要特征 •全自主驾驶系统进入成熟阶段并得到普遍应用，客运 eVTOL 在各个飞行阶段均实现自主驾驶，并由中央控制系统进行监控，没有飞行员负责飞行。•现有电池（锂电池为代表）容量及电机功率进一步提升并逼近理论上限，新一代能源（比如，小型化、高效的氢燃料电池）开始得到应用•出现“支线 eVTOL”，即高速（500 公里 / 小时），远航程（1500 公里），配有增压舱；甚至会出现更大的机型，或者换句话说，众多“传统”飞行器开始eVTOL 化•机型、品牌出现个性化的发展趋势，例如，除了传统的满足交通实用功能的机型，开始出现以“性能”、“豪华”为主要卖点的机型•构型、动力、结构采用革命性的新设计 空域及空管系统 •空域管理机制以及对应的空中交通管理系统将具备极高的运算及运筹优化能力，可以实现多接口、网络化、移动化、实时化的接收、判断、计算、优化、批复等动作•eVTOL 将和其它类型的航空活动动态、和谐、高效地共享空域，基本实现空域的按需分配•旅客出行时，在个人电子终端发送出行需求，eVTOL 在接受到需求后自动向集中空管系统发送空域使用需求，并实时得到路线、高度、时刻等方面的自动批复 基础设施 •空中立体出行成为社会刚需，eVTOL 起降点及服务设施，开始像地面道路、交通站点一样，被纳入城市规划之中，立体式的 eVTOL 起降点及服务设施开始普及 市场应用及运营主体 •小型 eVTOL 将像现在的私家车一样，迅速进入私人市场，满足各种类、各级别的出行需求。相关销售，金融支付，保险等业务模式都将彻底变革•出现新型的产权共享形式，以进一步提高资产利用率•在厂家或者第三方服务市场的支持下，私人 eVTOL 将自主运行，包括无人驾驶，自动申请空域，自主健康管理及故障检测，自主送修等 公众认知与接受度 •社会转变为高度自主化、自动化的“空运”社会，彻底改变出行方式甚至于居住方式 2.典型运营场景 我们认为，第一阶段的客运 eVTOL 运营将基本依照现有的低空基础设施、法规框架来进行，带有一定的通用航空色彩，但 eVTOL 独有的特点，特别是极低的运营成本和优异的安全性，使得 eVTOL 在初始阶段也具备了“跨界竞争”这种强