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未来空运(UAM)市欧宝平台场分析与预测

发布时间 : 2023-07-10 18:34:57

  欧宝平台UAM(Urban Air Mobility,一般译为:未来城市空中交通运输)无疑是近年来通用航空和无人机行业中最为活跃的领域。一夜之间,那些互联网大厂、传统汽车和飞机巨头、雨后春笋般的创业企业,纷纷宣布进军eVTOL(eletrical vertical take-off andlanding,电动垂直起降)市场。

  企业的蜂拥而至和资本的奋不顾身,背后是对广阔市场和美好未来的憧憬欧宝平台。未来空运市场到底有多大?什么时候能实现?成为了各界共同关心的问题。结合近期笔者的调研和思考,本文试图梳理UAM市场发展特点,提出市场决定的逻辑,剖析不同参与主体,并对市场决定和未来市场规模做概念性判断。

  UAM的概念由NASA于2018年提出,一般是指在城市内或城市间,使用自动驾驶eVTOL航空器开展的人员货物运输。截止2020年末,全球已有超过110多家企业参与UAM研发。根据公开报道整理,UAM企业的年融资总额从2015年的2000万美元已增长至2020年的20亿美元。

  全球UAM航空器数量从2018年的30多型迅速增长至2020年的417型。公开资料显示,目前市场上的UAM航空器造型千奇百怪,涵盖多种不同构型,总体上可分为固定翼和定翼2个大类构型,其下又可进一步细分。不同类型的UAM航空器特点如表1所示。

  然而,目前横亘在UAM理想和现实之间的,还有不少困难和阻碍。整体上,这些困阻可以总结为以下方面:

  航空器性能。目前多数UAM航空器停留在概念阶段,少数进入到测试验证阶段的产品,往往只能提供2个及以下座位、50Km航程和30分钟以内的飞行时间,这意味着普遍低于现有直升机性能。

  航空器性能的差距反映了底层关键技术的滞后。以电池技术为例,目前锂电池的能量密度维持在200Wh/Kg,只能满足航空器20分钟的有效飞行欧宝平台,同时充电时间往往超过90分钟(不考虑可能对电池造成损害的超级快充)。如果满足理想运行要求且不增加重量,电池能量密度必须超过500 Wh/Kg,而充电时间限制在10分钟之内,这显然是基于当前锂电池技术无法完成的任务。

  管理监管。相较于传统的直升机等航空器,UAM的全自动驾驶、高密度运行2大特点,给现有的民航监管体系带来挑战。在现有民航运行中,通过将接受专业训练的、经验丰富的人置于环路中,作为关键节点负责各类数据信息的汇总、分析,并在人与人的语音沟通中做出决策,确保航空器安全有序运行。UAM作为未来人类的主要交通方式,根据既有研究,仅以替代现有典型城市(旧金山湾区、纽约等)2%汽车运行量计算,运行密度将超过每海里1架UAM,而目前民航航路运行的密度为5海里一架飞机。因此,除了需要建立起更加适合UAM的规章体系之外,更加艰巨的挑战是能够适应海量全自动运行的数字化运行管控系统,以机器替代现有人的角色,这对计算机的计算能力提出了很高的要求。

  安全可靠。据统计,目前美国运输航空的事故率是每10万小时0.01次,通用航空为1次,而无人机是32次,而纽约等大城市直升机空中出租车的事故率是汽车的2倍。未来UAM要作为交通体系的重要组成部分,只有高于汽车的安全水平是不够的。参考公众对自动驾驶汽车的安全期望,显著高于通用航空安全水平很有可能是监管机构的基本要求。而考虑公众乘坐航班出行的习惯,要求UAM接近运输航空的安全水平也将不足为奇。此外,由于UAM的全数字运行特点,其对网络安全、信息安全的要求更高。

  基础设施。与地面交通所依赖庞大的路网、轨道建设的投资相比,UAM只需要建设网络化的起降设施,投资和建设难度要小得多,推进速度也会更快。然而,UAM运行还需要依赖全新的交通管理UTM系统,美国、欧洲分别推出了LANNC、U-space系统用于无人机运行管理,目前正处于运行测试阶段。

  社会接受。让公众接受UAM主要涉及两类人群:用户和非用户。对用户而言,主要是服务可达时间(居住地-UAM起降地的耗时)、价格、乘坐舒适性和对自动驾驶的接受等。以价格为例,目前处于试验阶段的UAM运行成本高于豪华轿车但低于直升机。根据Uber等主流企业预测,未来UAM规模化推广的前提,是其运行成本不高于城市出租车。

  对非用户而言,UAM对其影响越小越容易被接受,包括噪音、对地面第三人的安全风险等。以噪音为例,目前测试产品的噪音普遍高于70分贝,而要想满足公众要求,至少还需要20%的减噪。

  我们试着将UAM企业分为3类:互联网企业、传统交通巨头和专注于UAM的初创企业。不同类型企业的出发点各异,这导致了他们并不像传统企业那样,在同一层面进行单一维度的竞争(如航空运输企业的价格竞争),而是选择了差异化的商业模式和竞争策略。

  对于传统的汽车制造和航空器制造企业,以波音、空客、贝尔以及丰田、大众、通用等为代表,投资UAM多是出于担心传统主业被“淘汰”的“占坑”行为,往往选择成立专门研发部门或战略投资创业企业的方式。由于有主业充沛的利润支撑,所以这类企业对投资的短期回报或产出并不在意,而更加关注长远。这类企业的优势,航空制造企业熟悉相关法规和审定流程、拥有大量专业人才并掌握庞大的供应商体系,而汽车企业则拥有庞大的UAM潜在客户群,因此往往将自身定义为未来的UAM解决方案提供商。

  对于互联网企业,以Uber、Google等为代表,投资UAM主要出于追风和提升估值,但受限于自身专业能力,多选择投资专业企业或合作方式,自身只保留概念设计等部门。这类企业一般依靠自有资金投入,但与传统制造企业不同的是,互联网企业的立体经营思维使这类企业走出了一条“向淘金者卖铲子”的道路,产品不止于UAM自身,而是按照平台思维,聚焦在出行服务商等方面。

  对于初创企业,占据当前UAM市场的大多数,既有小规模的初创企业,也有进入到上市阶段的Joby、Lilium和中国亿航等头部企业。这类企业往往是具备了某种特有技术或核心人才,从而进入UAM产品研发。初创企业以上市或出售为主要目标,企业需要依靠风投作为资金来源,并不断推出新产品或产生标志性事件,以便于融资和提升估值。

  尽管UAM与传统的民用航空市场在应用场景上更为相近,但在市场有效需求决定上,却有着本质的区别。

  在今天的民航市场上,无论是运输航空还是通用航空,都是典型的的需求决定供给。但回顾航空业的发展历史,其需求决定的特点是逐步形成的。在飞机发明之后很长的一段时间内,由于航空器性能的制约,很多应用场景处在探索之中。两次世界大战有力的推动了航空业的发展,一战后许多人开始尝试将飞机用于各类作业,二战后常态化的商业载人运行开始出行。在战后,由于战争中对欧洲地面交通的灾难性破坏、美国企业全国连锁和国际化经营需求,对使用飞机解决交通出行的需求非常旺盛,但由于飞机性能有限,最终有效市场的规模,却要取决于航程、商载、安全性等因素。总之,在发展初期,航空器性能对有效市场需求起到很大的决定权,即早期的民航运输市场具有供给决定需求的特点。此后,随着航空器性能的不断完善,各类应用场景持续探索并逐渐固化,市场规模持续扩大,航空制造企业、运营企业日益增多,到1980年代经历了多次合并重组后,民航业开始出现供给过剩,逐步呈现需求决定的特点。

  今天的UAM市场,类似于一战后的民用航空市场:一方面,目前社会各界都已达成共识欧宝平台,认为UAM将成为人类未来交通的主要方向,逐步替代现有各类交通工具,并创造出新的应用场景,市场需求十分巨大;另一方面,当前UAM航空器性能正在逐步完善,同时产业生态也在建设之中,应用场景正在不断探索。因此,市场规模主要取决于供给,这与移动互联市场近10年发展历程是非常类似的。

  行业各界非常关注UAM未来的市场容量。根据上一部分对市场决定的分析,我们首先对航空器性能以及基础设施、监管体系等产业生态因素未来进展提出判断,在此基础上综合国外监管机构和科研机构给出的市场预测,做出市场规模和关键时间节点的预判。

  目前影响UAM产品性能的主要因素是能源、智能和安全3个方面,现阶段,电池技术能够满足50-100公斤商载的多旋翼航空器30分钟以内运行,依靠视觉识别能够实现基本的感知避让和降落,安全水平也已超过地面交通方式,这些性能已经能够满足短途货运的运行要求。

  未来UAM开展大规模载人运行,根据NASA、UBER基于典型的城市摆渡或空中出租车应用提出的性能要求:UAM航空器必须能够提供6个座位、商载550Kg、200Km以上航程、单次充电后满足1小时飞行,这需要电电混动、燃料电池等技术的革命性进步,乐观估计也需要10年以上的时间;实现无人工干预的全自动运行、基于云服务器的网联运行,并在大规模应急状态下保持安全运行,需要机载计算能力的大幅提升,并且具备高容量、低延迟、稳定安全的通信链路,同样需要10-15年的时间;安全水平接近于民航运输,则需要针对UAM全数字特点建立起一套全新的管理体系,这或许需要数十年的努力。

  起降点等地面基础设施的布局,将在新城市建设和旧城改造中渐进实现。考虑UAM对地面设施的低依赖性,我们相信只需要5-10年建设周期。在运行管理系统(UOM)建设方面,按照欧美国家现有规划,实现覆盖全部空域的有/无人机协同运行大约要到2035年。

  考虑不同场景对航空器性能和产业生态的依赖,我们认为,先货后人、先郊后城市基本原则,具体而言:短途货运将是最先普及的应用,预计在2025年基本实现;而后经过10年的发展,到2035年初步实现定点摆渡的商业化载人运行;最终到2050年左右,实现无固定目的地的商业载人运行,UAM进入普及化。

  尽管目前国际上有很多机构对未来市场的具体规模做出了预测,但多是建立在假设之上的假设,多层次的不确定性几何级数般的降低了结论的可信性。因此,本文不展开详细计算过程,也不给出具体的预测数字,仅以我国市场为例给出大致数量级的判断。

  针对上文提出的3个节点和3类应用,在2025年仅考虑无人城市物流系统对现有物流体系的部分替代,市场规模在数千架、产值为亿元级人民币;在2035年考虑成熟的无人物流体系和局部地区的摆渡载人运行,市场规模约为十万架、产值数百亿元人民币。然而,在2050年整个体系进入成熟之后,市场规模将呈现级数式增长(类似于移动互联市场),达到万亿人民币级别,占到国家交通运输体系规模的1/3以上。

  中国各地公安机关已于上个世纪90年代初开始装备警用直升机。1993年,我国第一支警务航空队—武汉市公安局警务航空队成立。截至到2019年底,全国已有24个省、自治区、直辖市、公安机关建立了40支航空警务队,配备警用直升机约67架,警航飞行员100多名。详见

  2019年,农业共计完成飞行小时5.23万小时,飞行架次13.3万架次。包括人工降水、航空喷洒(撒)、气象探测、渔业飞行、使用具有特殊适航证的航空喷洒(撒)等。全年共计102家企业参与农业通航服务,平均飞行时间512.75小时。

  空中游览作业全年共计完成2.16万小时,飞行10.33万架次,搭载乘客22.86万人次。全国共有148家企业参与运营,平均飞行小时145.86小时。生产效率方面,平均每小时空中游览载客量平均值为10.6人,每个起降架次的载客量平均值为2.21人次。

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