低空经济发展的三大关键:低空空域、航空器及其应用场景、基础设施
发布时间:2024-05-10 点击量:139低空经济发展受诸多因素影响,如科技创新、政策支持、基础设施建设、技术、政策、应用场景、资本投入、公众接受度、市场竞争情况、商业运营模式等。当前,发展低空经济的关键或为低空空域改革、航空器及其应用场景以及基础设施建设,低空空域改革释放了空域资源,这是低空经济繁荣发展的前提,航空器的创新发展催生了新的应用场景,打开低空经济发展空间,而基础设施是实现航空器飞行起降的条件,是低空经济的重要保障。
空域是发展低空经济的资源基础,根据《中华人民共和国民用航空法》,“国家对空域实行统一管理。划分空域,应当兼顾民用航空和国防安全需要以及公众的利益,使空域得到合理、充分、有效的利用”。低空经济在美国等发展较早,已经形成较大规模产业,而中国低空经济起步较晚,一个很重要的原因是我国在探索低空空域管理改革方面起步较晚。
我国空域改革由来已久,上世纪改革一直围绕着“空域、民航归谁管?”展开。建国初期因国家安全问题民航由空军代管,1986年国务院、中央军委决定改革国家空中交通管制体制,成立国家空中交通管制委员会,统一负责全国的空中交通管制工作,随后形成了“航路内空域由民航负责管制指挥,航路外空域由军航负责管制指挥”的格局,并一直延续至今。而低空空域的真正改革是从本世纪初才开始,随着通用航空的快速发展,低空空域资源的紧张和利用效率问题日益凸显,改革迫在眉睫。为此我国加快出台相关政策以探索低空空域改革,改革历程大致可以划分为起步摸索阶段(本世纪初—2009年)、深化改革阶段(2010年—2019年)、逐步完善阶段(2020年—至今)。
表1 低空空域改革相关政策
阶段 |
年份 |
文件 |
内容及意义 |
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起步摸索阶段 |
2003 |
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国务院、中央军委发布,内容涉及飞行空域的划设与使用,飞行活动的管理,飞行保障,升放和系留气球等。拉开低空空域改革的序幕,为低空经济奠定了制度框架。 |
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2004 |
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民航局发布,内容涵盖空域分类,空中交通服务区域,空域规范,空域数据,空域使用程序等方面。将空域划分为高空管制区、中低空管制区、终端(进近)管制区和机场塔台管制区。 |
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深化改革阶段 |
2010 |
国务院、中央军委发布,意见设定“在低空空域管理领域建立起科学的理论体系、法规标准体系、运行管理体系和服务保障体系”总体目标。低空空域改革得到持续深化。 |
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2014 |
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国家空管委发布,内容包括空域分类划设,空域准入使用,飞行计划审批报备,相关服务保障等。明确了低空空域的划分、使用、管理办法,将空域划分为管制、监视和报告空域和目视航线。 |
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逐步完善阶段 |
2023 |
国家空管委发布,内容包括空域管理机构职责,空域分级分类,空域划设与调整,空域使用,空域评估,空域保障等。对空域进行了更加科学、细致的划分,明确空域用户使用空域的权利和义务,标志着我国空域放开有了实质性突破。 |
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2023 |
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民航局发布,方法依据航空器飞行规则和性能要求、空域环境、空管服务内容等要素,将空域划分为A、B、C、D、E、G、W等7类,其中,A、B、C、D、E类为管制空域,G、W类为非管制空域。我国空域划分更加科学,空域使用更加合理。 |
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2024 |
国务院、中央军委发布,文件包含无人机飞行活动管理,飞行管制空域,飞行活动规范等。填补了无人驾驶航空器管理法规的空白,标志着以无人机为核心的低空经济进入“有法可依”的规范发展阶段。 |
资料来源:相关政策梳理
起步摸索阶段,我国低空经济开始萌芽,低空飞行活动较少,主要是在生产作业、公共服务方面进行试验飞行,所使用的航空器种类也少,以飞机、直升机为主,气球为辅。在该阶段,国家开始探索改革低空空域,2003年国务院、中央军委发布《通用航空飞行管制条例》,正式拉开了低空空域改革的序幕。2004年,民航局发布《民用航空使用空域办法》,将空域分为高空管制区、中低空管制区、终端(进近)管制区和机场塔台管制区,并且规定了各空域内航空器的飞行规则。这些为低空经济发展定下了很好的制度框架。现在看来,当时政策部分内容不具体、不明确,存在空域划分不合理、管理体制不科学、运行机制不顺畅、法规制度不健全、服务保障不完善等问题。
在2010—2019年间,我国低空经济快速发展,行业规模日益扩大,飞行需求渐趋旺盛,空域管理模式与不断增长的低空空域需求之间的矛盾不断增长,因此必须研究制定更加有力的政策措施。为此,2010年国务院和中央军委发布《关于深化我国低空空域管理改革的意见》,设定通过5—10年的时间,在低空空域管理领域建立起科学的理论体系、法规标准体系、运行管理体系和服务保障体系,改革分试点、推广、深化三阶段进行。2014年,国家空管委发布《低空空域使用管理规定(试行)》,明确了低空空域的定义、划分与管理方法,将空域划分为管制、监视和报告空域和目视飞行航线,空域划分更加合理。
2020年以来,低空经济蓬勃发展,应用领域不断拓展,飞行种类日益增多,生产作业类飞行活动规模化发展,公共服务类飞行活动逐渐普及,城市空中交通开始探索。为适应低空经济的发展,2023年国家空管委发布《中华人民共和国空域管理条例(征求意见稿)》,文件明确了空域管理机构职责,空域分级分类,空域划设与调整,空域使用,空域评估,空域保障等内容。紧接着民航局发布了《国家空域基础分类方法》,将空域划分为A、B、C、D、E、G、W等7类,A至E类为管制空域,飞行活动需审批并接受管制服务;G和W类为非管制空域,是低空经济主要活动空域,其中G类为真高300米以下大部分空域,飞行活动需报备,W类为真高120米以下的部分空域,为轻微小型航空器飞行空域。
图1 国家空域基础分类示意图
资料来源:《国家空域基础分类方法》
这种分类方法使得不同类型的空域能够根据特定的飞行规则、性能要求、空域环境、空管服务内容等因素进行专门化管理,从而更好地满足不同类型飞行活动的需求。随着以无人机为主导的低空经济形态出现,国务院、中央军委及时发布了《无人驾驶航空器飞行管理暂行条例》,为无人驾驶航空器的安全飞行、产业发展、技术创新和空域资源的高效利用提供了制度保障。
我国一系列空域改革政策的实施使得空域划分更加合理,管理体制更加科学,运行机制更加顺畅,法律制度逐渐健全,为低空经济繁荣发展奠定了强有力的政策基础。在新的空域管理政策下,各级政府都在积极跟踪国家政策出台相关规划,其中深圳、苏州、芜湖等城市走在前列,争取试点示范,开展低空空域管理改革试点,与空中交通管理机构、民用航空部门探索建立低空飞行协同管理机制,推进低空空域精细化划设,简化飞行审批流程等工作。
航空器是飞行活动的核心装备,是实现飞行活动的物理载体,其创新进化引领低空经济发展的方向。18世纪热气球、19世纪飞艇的出现让人们开始触碰天空,但是限于航空器技术以及应用场景,无法实现商业化运营。20世纪的喷气式飞机、直升机、客运飞机等大中型航空器大方光彩,极大增强了货物、人员的流动性,航空经济蓬勃发展。而21世纪无人机、eVTOL等中小型航空器的出现,让低空经济充满无限想象。现有的低空航空器种类繁多,包括无人机、电动垂直起降飞行器(eVTOL)、直升飞机和传统固定翼飞机、热气球、滑翔机等,其技术进步,如新产品的创造、电动推进、自主导航、高效能源管理等,影响着低空经济的规模和应用场景。
图2 各类航空器应用场景
资料来源:前瞻研究院、中泰证券
目前以无人机及eVTOL为引领的新型通用航空已成为我国低空经济发展的主要方向。21世纪以来,无人机快速发展,产品不断迭代演进,在工业、农业、林业、渔业、消防、巡检、物流等诸多领域广泛应用。我国无人机发展迅速,供应商链条成熟,产业链涵盖了从设计研发、关键原材料生产、核心部件制造、整机组装到最终应用的全过程,目前正往“小型化”、“轻量化”方向发展。
图3 无人机产业链
资料来源:资产信息网 千际投行
从现有政策宽容度和场景丰富度来看,无人机最具前景,展现出前所未有的巨大市场潜力与商业价值,在诸多应用中无人机配送有可能最早实现大规模落地。
图4 民用无人机应用场景
电动垂直起降器(eVTOL)作为低空经济的前沿领域,凭借其创新的构造设计和独特的技术优势,正在开启全新的城市空中交通时代。相比传统航空器,其在飞行性能与经济效益上优势显著,能在城市交通、医疗运输、物流配送、旅游观光等领域提供快速、高效、环保的空中交通服务。据不完全统计,全球已涌现924型eVTOL概念产品,除大量初创企业外,全球航空装备巨头、传统或新兴车企、互联网科技公司均在此领域加速布局。国内外初创企业加速崛起,数量众多,行业第一梯队逐渐显现,处于适航取证认证计划阶段,其余则处于原型机开发或概念设计阶段。
表2 eVTOL第一梯队企业
四类企业 |
相关公司 |
战略及优势 |
eVTOL初创企业 |
ZeeAero、Opener、Pal-V、Vertical、Archer、Wisk、Beta Technology、亿航、时的、沃兰特、御风未来等 |
偏向产品型,产品战略由高到低,即先开发一款高定位的 eVTOL,再开发价格更实惠的的 eVTOL |
全球航空装备巨头 |
德国的空客(Aribus)、波音子公司 Aurora FlightSciences、中国商飞等 |
在产品和市场上均相对稳健,但在适航取证上有更丰富的经验 |
传统或新兴车企 |
吉利汽车(控股子公司 Terrafugia、参股子公司Volocopter)、丰田(投资 3.94 亿美元于 JobyAviation)、阿斯顿马丁、小鹏汇天等 |
偏向产品型,产品战略由高到底,即先开发一款高定位的 eVTOL再开发价格更实惠的的 eVTOL |
互联网科技公司 |
腾讯(投资 Lilium)、Uber 等 |
偏向场景和市场,先开发一款平价可满足特定市场需求的产品,通过流量积累数据,再迭代至体验更好的产品 |
资料来源:Wind,中信证券研究部
eVTOL产业链上下游环节众多,主机厂主要承担整机研发和集成工作,其上游子系统供应商为主机厂提供专业模块组件,下游为运营使用,电池、电推进、飞控系统、航电系统、机身结构及内饰、基础设施是产业链核心环节,其相关技术如以下图表所示。
图5 国内外eVTOL产业链(国内企业为潜在供应商)
资料来源:中信证券
表3 eVTOL产业链核心环节
六大核心环节 |
特点及未来趋势 |
电池 |
电池性能是制约 eVTOL 发展的关键因素。能量密度、功率密度、循环寿命构成的三维边界亟需拓宽。软包电池、硅阳极电池及固态电池路线在eVTOL 领域备受青睐。 |
电推进 |
高性能电机向直驱、轴向磁通路线转变,能源利用率和推进效能是电机关键。 螺旋桨设计百花齐放,桨叶设计需降低噪声影响。 |
飞控系统 |
向自主化、轻量化、经济性、适航发展,飞控构成 eVTOL 核心竞争力。 |
航电系统 |
eVTOL推动航电系统架构及供应链演变,在可预见的未来将朝着“分布式架构、统一的总线、软硬件解耦”的方向演变。主机厂在软件方面拥有更多的“主导权”。同时在标准没有完全形成之前,主机厂与 Tier1 供应商的合作变得十分紧密。 |
机身结构及内饰 |
航空级碳纤维等先进材料较大受益。据航空工业发布的《民用直升机中国市场预测年报(2023-2032)》,目前全球 eVTOL 市场订单总计超过1.3 万架,保守测算全球 eVTOL 碳纤维复材市场规模约 130 亿元。 对于 eVTOL 机身材料及结构件厂商而言,保证高鲁棒性下的量产速度是核心能力。eVTOL机体制造中,精密加工、3D 打印工艺升级促进产业效率提升。 |
基础设施 |
先进空中交通亟需新基础设施投资。包括四个方面:以垂直起降场和充电网络为核心的地面基础设施;以地面/卫星通信、导航、天气感知网络等为核心的运行基础设施:低空公共航路;UAM 管控系统等。低空空域管控系统、飞行信息系统、通讯导航系统等“新基建”有望先行。 |
资料来源:中信证券
eVTOL主要有四种技术路线:多旋翼型、升力与巡航复合型、倾转旋翼/机翼型、倾转涵道型,各自具备不同的优缺点,满足不同场景下的飞行需求,应用场景包括UAM(城市空中交通)、区域客运(RAM)、货运、紧急医疗服务等。这些应用场景在人口密集、经济发达的城市地区有望最早实现商业化。
表4 eVTOL类型及应用场景
类型 |
多旋翼型 |
升力与巡航复合型 |
倾转旋翼/机翼型 |
倾转涵道型 |
架构图 |
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工作原理 |
通过多个(通常多于4个)固定螺旋桨实现起降和巡航动作 |
升力与巡航用的螺旋桨是独立的,分别实现垂直起降和巡航 |
通过倾转不同螺旋桨或机翼方向实现飞行姿态控制与起降 |
通过改变涵道推力方向,实现不同场景下的垂直起降与巡航 |
载重 |
1-3位乘客 |
2-5位乘客 |
2-5位乘客 |
4-7位乘客 |
最大时速 |
80-150km/h |
150-200km/h |
180-250km/h |
200-300km/h |
最大航程 |
20-50km |
150-250km |
200-250km |
200-300km/h |
主要应用场景 |
1)空中出租车(市内点对点交通) 2)机场接驳(市郊至市中心往返交通) 3)低空旅游 4)短途紧急救援等 |
1)空中出租车 2)机场接驳 3)城际短途航班 4)物流运输等 |
1)空中出租车 2)机场接驳 3)城际短途航班 4)物流运输等 |
1)城际中长距离航班 2)紧急救援 3)观光旅游等 |
资料来源:国海证券
基础设施是各类航空器顺利升降并实行运营的前提,也是推动低空经济应用场景落地并实现产业化的重要切口。3月27日,工信部、科技部、财政部、民航局印发《通用航空装备创新应用实施方案(2024-2030年)》,提出将从智能高效新型运行服务体系、新型基础配套设施体系、法规标准体系、安全验证体系等方面推动低空经济基础支撑体系建设。3月29日,民航局在低空经济发展专题新闻发布会上表示,将加快低空飞行服务保障体系建设,研究建立低空三维数字化空域地理信息系统,构建天地一体的低空通信导航监视网络,全面提升低空航行服务能力。多数城市纷纷跟进,出台相关政策。其中,深圳、芜湖、苏州对于基建重视程度较高,不仅对于基建发展有定量的要求,而且在表述上细化至设施与技术。其相关政策如下表所示。
表5 部分城市低空经济基础设施政策
城市 |
政策文件 |
基建内容 |
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深圳 |
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统筹推进下列低空飞行基础设施的建设:1)低空飞行起降、中转、货物装卸等物理基础设施;2)低空飞行通信、导航、监视、气象监测等信息基础设施;3)低空飞行数字化管理服务系统;4)其他低空飞行基础设施。 |
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合肥 |
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1)建设一批起降设施,明确起降点(地)、航空港、航空枢纽等基础设施选址;2)建设一批保障设施,涵盖通信、导航、监视、气象、电磁、反制等;3)结合全域禁飞区、限飞区、适飞区、管制空域精细划设支撑多运营人的融合飞行公共航路和飞行航线。4)建成飞服和管控平台。 |
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芜湖 |
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1)加强低空基础设施建设。到2025年,布局建设30个以上临时起降场地、起降点,建设1至2个固定运营基地(FBO),建成5个以上航空飞行营地;2)加快低空信息设施建设。加快推进5G通信、北斗定位导航、ADS-B基站等天地一体化网络基础设施建设;3)推进低空监管平台建设。 |
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苏州 |
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到2026年,构建形成低空地面基础设施骨干网络,建成1~2个通用机场和200个以上垂直起降点,统筹引导企业开展垂直起降点建设。 |
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根据深圳市发布的《深圳经济特区低空经济产业促进条例》,低空经济基础设施可以划分为物理基础设施、信息基础设施、数字化管理服务系统、其他基础设施。与传统民用航空相比,低空经济嫁接了数字技术,对信息基础设施以及数字化管理服务系统提出了更高要求。
表6 低空经济基础设施VS民用航空基础设施
基础设施 |
低空经济 |
民用航空 |
物理基础设施 |
通常使用的是小型机场或简易跑道,以及非传统的起降场地。 |
需要大型机场,包括较长的跑道、复杂的航站楼、多条滑行道和停机坪。 |
信息基础设施 |
无人飞行、低空飞行、超视距运行、空域内多机运行等飞行活动给通/导/监设施带来新的挑战。 |
传统通/导/监设施已发展至适配民航需求。 |
数字化管理服务系统 |
飞行活动与日俱增,飞行流量不断增加,对各类管理服务系统提出了新的挑战。 |
民航空管系统、服务平台已经成熟,航路规划所处理信息量、所需算力相对有限。 |
物理基础设施方面,相较民用航空所需的基础设施,需求差异将带来发展重心上的差异。低空经济发展方向是灵活便捷,无人机及eVTOL是低空经济发展的主要方向,其对起降站需求较大。相比传统民航机场,起降站弱化了机场部分保障、消防、供油等设施,具有占地面积小,建设选址要求低、审批流程端、建设周期短等多个优势,其配置、功能、应用如下表所示。
表7 低空经济起降站
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分类 |
可与直升机停机坪媲美,适用于便利短暂的降落 |
在配置、容量和维护方面增强版的小型垂直起降站 |
加大垂直停机站,集合其他运输方式 |
配置 |
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TLOF 备用停机位 |
1 0 |
1-2 3-6 |
£20 £100 |
最大容量 /每小时周转 |
约6次 |
约40次 |
约10000次 |
应用场景 *可停地点 |
城中心区域 如:写字楼楼顶 |
部分城区或城外 如:高速公路休息站 |
独立区域 如:独立绿地建筑 |
功能性 |
受限 |
部分/没有限制 |
交通枢纽 |
潜在选择 |
如:很少或没有停机以及维护服务 |
如:停机、充电、维护; 甚至提供便利店或休息室 |
如:与其他交通方式集成 |
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资料来源:民航局、保时捷管理资讯分析、国联证券
另外,低空活动是以“异构、高密度、高频次、高复杂性”为特征的大容量融合飞行,这就要求飞行管理服务系统必须在可计算空域的框架下,对庞杂的数据和信息进行快速处理和分析,为飞行决策提供依据,这些数据和信息包括数字孪生、城市三维地图、气象信息、空中飞行器信息、地面信息、物理设施信息等。这对数字化管理服务系统和信息基础设施是一个巨大的挑战,将成为低空经济发展的关键因素。
图6 低空飞行数字化管理服务系统
资料来源:广东外语外贸大学南国商学院