普華永道會(huì)計(jì)師事務(wù)所近期發(fā)布報(bào)告，預(yù)計(jì)到2020年，無人機(jī)將取代價(jià)值高達(dá)1270億美元的商業(yè)服務(wù)和人工勞務(wù)。美國(guó)聯(lián)邦航空局（FAA）日前發(fā)布了無人機(jī)產(chǎn)業(yè)年度預(yù)測(cè)報(bào)告稱，未來幾年內(nèi)，小型無人機(jī)將成為航空領(lǐng)域中最強(qiáng)勁的增長(zhǎng)點(diǎn)，預(yù)計(jì)到2020年，美國(guó)小型無人機(jī)總銷量將從2016年的250萬架飆升到700萬架，其中消費(fèi)級(jí)無人機(jī)有430萬架，另有270萬架用于商業(yè)目的。FAA還預(yù)計(jì)，無人機(jī)產(chǎn)業(yè)會(huì)在未來10年內(nèi)創(chuàng)收900億美元。

商用無人機(jī)在全球范圍的應(yīng)用日益普及，特別是在農(nóng)業(yè)、運(yùn)輸、公共安全、采礦、影視娛樂等領(lǐng)域。隨著運(yùn)營(yíng)模式不斷成熟，美國(guó)商用無人機(jī)運(yùn)用的領(lǐng)域?qū)⒉粩鄶U(kuò)展。而大型商用無人機(jī)則以其強(qiáng)大的能力、便捷的使用方式和不斷的技術(shù)創(chuàng)新正在逐漸發(fā)揮更大的作用。

法規(guī)完善推動(dòng)商用無人機(jī)產(chǎn)業(yè)發(fā)展

鑒于此，對(duì)商用無人機(jī)的監(jiān)管也就提上了日程。2009年前，世界上的無人機(jī)處于無監(jiān)管的空白狀態(tài)。2009年至今，開始進(jìn)入持證飛行階段，但是法律法規(guī)和監(jiān)管執(zhí)行尚未完善和正規(guī)化，實(shí)際申請(qǐng)操作上模糊不清。

CAP722是英國(guó)民航局在英國(guó)領(lǐng)空內(nèi)對(duì)無人機(jī)使用的指導(dǎo)準(zhǔn)則，第四版的CAP722發(fā)布于2010年4月，以適應(yīng)《空中導(dǎo)航法2009》的推出?，F(xiàn)在，所有關(guān)于無人機(jī)的法規(guī)都收在《空中導(dǎo)航法2009》中。在此前，CAP722是行業(yè)的參考標(biāo)準(zhǔn)，并被全世界所模仿學(xué)習(xí)與實(shí)施。這份文件強(qiáng)調(diào)了在英國(guó)操作無人機(jī)前需要注意的適航性和操作標(biāo)準(zhǔn)方面的安全要求。最新版的CAP722發(fā)布于2012年8月，并且對(duì)民用無人機(jī)實(shí)施相當(dāng)程度的開放政策。

英國(guó)民航局是無人機(jī)法規(guī)領(lǐng)域的領(lǐng)航者。在英國(guó)，整機(jī)重量在20～150kg的無人機(jī)需要具有英國(guó)法律下的適航性資質(zhì)。如果飛行器在半徑500m和低于122m的范圍或者在隔離的飛行區(qū)域內(nèi)，并且無人機(jī)和該飛行有一定的適航性保證，英國(guó)民航局可以豁免適航性認(rèn)證的需求。英國(guó)民航局也會(huì)在自己調(diào)查和被推薦的基礎(chǔ)上頒發(fā)豁免權(quán)，當(dāng)前僅有一家組織獲得了此項(xiàng)許可。整機(jī)重量20kg以下的無人機(jī)并不需要遵從很多主要政策要求，但是領(lǐng)航法第98號(hào)文中設(shè)立了一些條件。這些條件包括禁止在管制區(qū)域或者機(jī)場(chǎng)附近飛行，除非獲得空管局的許可，最大飛行高度122m和禁止在沒有英國(guó)民航局特別許可的情況下高空作業(yè)。當(dāng)前英國(guó)航空法并未規(guī)定操控?zé)o人機(jī)需要認(rèn)證飛行員執(zhí)照。但是英國(guó)民航局要求所有潛在無人機(jī)駕駛員都掌握飛行資質(zhì)。飛行資質(zhì)可以通過完成指定課程獲得，并有四家認(rèn)證機(jī)構(gòu)運(yùn)營(yíng)著培訓(xùn)與考試。

歐洲法規(guī)2008第216號(hào)監(jiān)管著所有整機(jī)重量超過150kg的無人機(jī)。無人機(jī)的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)也必須和常規(guī)飛機(jī)一樣遵循相關(guān)的認(rèn)證規(guī)范（該規(guī)范由EuroUSC公司主導(dǎo)，該公司獲得民航局的授權(quán)實(shí)施輕型無人機(jī)計(jì)劃），并且必須獲得適航認(rèn)證或準(zhǔn)飛許可。

美國(guó)方面，F(xiàn)AA 107部針對(duì)重量在25kg以下的小型商用無人機(jī)，規(guī)定：（1）飛行時(shí)間、高速、速度、搭載限制：它限定無人機(jī)只能在白天飛行，且全程都必須保持在操作人員的視線范圍內(nèi)，飛行高度不得超過150m，時(shí)速不得超過160km。不得從人頭頂上飛過，不得從無人機(jī)上扔?xùn)|西，機(jī)體外側(cè)不得搭掛包裹。（2）飛行路線地點(diǎn)限制：無人機(jī)都必須避開飛機(jī)飛行路線和飛行限制區(qū)，必須嚴(yán)格遵守相關(guān)臨時(shí)限飛令。無人機(jī)應(yīng)避開飛機(jī)機(jī)場(chǎng)至少8km。無人機(jī)飛行時(shí)，應(yīng)始終維持在無線電操作者視界以內(nèi)。（3）駕駛員資格要求：無人機(jī)操作人員至少滿17歲，需考取FAA無人機(jī)操作人員資格證書，并且通過美國(guó)運(yùn)輸安全管理局（TSA）的審查要求。（4）另外，關(guān)于愛好者的模型無人機(jī)，則仍然跟之前一樣不受限制，只要不妨礙空中交通。但是到目前為止，關(guān)于大型商用無人機(jī)飛行的聯(lián)邦法規(guī)還有待FAA敲定，這些規(guī)定需要整理運(yùn)作指引來將無人機(jī)安全地整合到現(xiàn)有的空中交通。

在我國(guó)，2013年11月，民航局頒布咨詢通告《民用無人駕駛航空器系統(tǒng)駕駛員管理暫行規(guī)定》（簡(jiǎn)稱《暫行規(guī)定》），該咨詢通告屬于臨時(shí)性管理規(guī)定，針對(duì)目前出現(xiàn)的無人機(jī)及其系統(tǒng)的駕駛員實(shí)施指導(dǎo)性管理。根據(jù)《暫行規(guī)定》，重量小于等于7kg的微型無人機(jī)，飛行范圍在目視視距、半徑500m內(nèi)，相對(duì)高度低于120m范圍內(nèi)，由無人機(jī)系統(tǒng)駕駛員自行負(fù)責(zé)，無須證照管理。

2014年11月，國(guó)務(wù)院、中央軍委空中交通管制委員會(huì)組織召開全國(guó)低空空域管理改革工作會(huì)議。據(jù)悉，我國(guó)目前正在沈陽、廣州飛行管制區(qū)，海南島，長(zhǎng)春、廣州、唐山、西安、青島、杭州、寧波、昆明、重慶飛行管制分區(qū)進(jìn)行真高1000m以下空域管理改革試點(diǎn)，標(biāo)志著我國(guó)低空空域資源管理由粗放型向精細(xì)化轉(zhuǎn)變。

針對(duì)國(guó)家對(duì)民用無人機(jī)管控問題上的缺失，2015年12月19日，民航局飛行標(biāo)準(zhǔn)司公布了《輕小型無人機(jī)運(yùn)行規(guī)定（試行）》，對(duì)無人機(jī)系統(tǒng)性能和駕駛?cè)藛T資質(zhì)做出了詳細(xì)規(guī)定，對(duì)于民用無人機(jī)的運(yùn)行管理，劃分了受電子圍欄管控、接入無人機(jī)云和未接入無人機(jī)云3種情況。但也有業(yè)內(nèi)人士提出意見補(bǔ)充，如“輕小”無人機(jī)的定義、植保無人機(jī)單獨(dú)分類列出的依據(jù)以及無人機(jī)的適航狀態(tài)等。

2015年12月30日，民航局運(yùn)輸司發(fā)布了《使用民用無人駕駛航空器系統(tǒng)開展通用航空經(jīng)營(yíng)活動(dòng)管理暫行辦法》（征求意見稿）。這個(gè)征求意見稿是依據(jù)《通用航空經(jīng)營(yíng)許可管理規(guī)定》等現(xiàn)行法規(guī)制定的，無人機(jī)行業(yè)相關(guān)法律框架的明晰，有助于行業(yè)健康、良性的持續(xù)發(fā)展。

2017年5月16日，民航局宣布目前已經(jīng)初步完成了民用無人機(jī)登記注冊(cè)系統(tǒng)的開發(fā)，并將于5月18日上線運(yùn)行，6月1日正式對(duì)質(zhì)量250g以上的無人機(jī)實(shí)施登記注冊(cè)。同時(shí)，正在建立無人機(jī)登記數(shù)據(jù)共享和查詢制度，實(shí)現(xiàn)與無人機(jī)運(yùn)行云平臺(tái)的實(shí)時(shí)交聯(lián)。

大型商用無人機(jī)發(fā)展趨勢(shì)

隨著無人機(jī)載荷集成度越來越高、無人機(jī)執(zhí)行任務(wù)的能力越來越強(qiáng)，在不久的將來，各行各業(yè)的企業(yè)將采用無人機(jī)來取得戰(zhàn)略優(yōu)勢(shì)。商用無人機(jī)的普及將意味著在高效率技術(shù)和允許商用無人機(jī)系統(tǒng)遠(yuǎn)程自動(dòng)化運(yùn)作的新規(guī)定的刺激下，企業(yè)在運(yùn)用空中監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)來優(yōu)化業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)的方式將會(huì)發(fā)生廣泛的變化。從保險(xiǎn)和公用事業(yè)到房地產(chǎn)和能源行業(yè)，各行各業(yè)的企業(yè)都很可能會(huì)把它們的部分運(yùn)營(yíng)轉(zhuǎn)交給無人機(jī)系統(tǒng)。如今，由直升機(jī)完成的一些工作可能將會(huì)轉(zhuǎn)由無人機(jī)來完成，進(jìn)一步降低成本?？湛图瘓F(tuán)的Airbus Aerial計(jì)劃利用8個(gè)空客衛(wèi)星和無人機(jī)來收編高空數(shù)據(jù)，將其融合到面向農(nóng)業(yè)、保險(xiǎn)、石油和天然氣、公用事業(yè)、州政府和本地政府的情報(bào)服務(wù)。

綜合分析目前各國(guó)出現(xiàn)的大型商用無人機(jī)，筆者分析該行業(yè)軍用技術(shù)民用化、飛機(jī)使用衛(wèi)星化、應(yīng)用概念顛覆化的趨勢(shì)正在加速顯現(xiàn)。

軍用技術(shù)民用化

MQ-9“死神”是通用原子航空系統(tǒng)公司開發(fā)的一種極具殺傷力的無人作戰(zhàn)飛機(jī)，可以執(zhí)行情報(bào)、監(jiān)視與偵察（ISR）任務(wù)。美國(guó)空軍在其作戰(zhàn)試驗(yàn)剛剛結(jié)束后，就決定將其投入實(shí)戰(zhàn)，并于2007年3月組建了MQ-9“死神”無人機(jī)攻擊中隊(duì)，即內(nèi)華達(dá)州克里奇空軍基地第42航空攻擊機(jī)中隊(duì)，還成立了專門的“死神”無人機(jī)工作組，開始研究戰(zhàn)術(shù)、訓(xùn)練機(jī)組人員和進(jìn)行實(shí)戰(zhàn)演練。目前，通用原子航空系統(tǒng)公司正在將可認(rèn)證版本的“死神”無人機(jī)推向商用市場(chǎng)。從各方搜集的資料來看，該無人機(jī)重5.67t，可搭載1.814t載荷在12192m高度飛行40h。

英西圖公司（Insitu）的“綜合者”（Integrator）無人機(jī)，重61.2kg，搭載了Logos技術(shù)公司的“紅風(fēng)箏”（Redkite）廣域運(yùn)動(dòng)圖像（WAMI）傳感器，能追蹤城市范圍內(nèi)所有的“重要運(yùn)動(dòng)目標(biāo)”。WAMI曾是只能由MQ-9“死神”無人機(jī)搭載的大型吊艙傳感器，目前，其重量已降至38.6kg以下。

飛機(jī)使用衛(wèi)星化

由于需求與性能隨時(shí)都在發(fā)生改變，衛(wèi)星也需要不斷報(bào)廢并定期更換。衛(wèi)星在軌運(yùn)行時(shí)間可達(dá)到15年，超過該時(shí)間期限衛(wèi)星零件的精密度和小型化就會(huì)發(fā)生顯著變化。因此，隨著地球周圍近太空充斥著成千上萬的人工平臺(tái)，如何讓通過太空提供的服務(wù)以更經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的方式持續(xù)發(fā)展就成為了當(dāng)務(wù)之急。這就是偽衛(wèi)星展現(xiàn)其價(jià)值所在的大好時(shí)機(jī)。臉書的“天鷹座”（Aquila）和空客的“西風(fēng)”均采用了這個(gè)概念。對(duì)這些無人機(jī)的管理類似衛(wèi)星，一個(gè)機(jī)務(wù)組管理一個(gè)無人機(jī)群。

“天鷹座”翼展為42m，約等于波音737，僅重424kg?！疤禚椬睂⒂糜谔峁┗ヂ?lián)網(wǎng)接入服務(wù)。對(duì)于“天鷹座”而言，機(jī)身不是必要的，反而是個(gè)累贅。拋棄機(jī)身采用飛翼可以最大化表面面積，鋪設(shè)太陽能電池板。

“天鷹座”采用4個(gè)螺旋槳驅(qū)動(dòng)?？梢栽?8～27km的高度盤旋長(zhǎng)達(dá)90天?！疤禚椬睙o人機(jī)上將配備一個(gè)激光傳輸距離超過16km的激光發(fā)射器，當(dāng)無人機(jī)確定好地面上服務(wù)區(qū)域的大致位置，就可以利用激光發(fā)射器向服務(wù)區(qū)內(nèi)提供互聯(lián)網(wǎng)信號(hào)。

“西風(fēng)”翼展18m，重62kg，用碳纖維材料制成。白天通過硅板吸收太陽能提供動(dòng)力，夜間靠電池飛行。“西風(fēng)”升限17678m，能夠在19～21km的高空飛行一個(gè)多月的時(shí)間。

先前的“西風(fēng)”-7無人機(jī)在2010年創(chuàng)造了連續(xù)飛行14天的世界紀(jì)錄，它在白天依靠太陽能充電。新型“西風(fēng)”-8無人機(jī)的翼展達(dá)25m，比先前機(jī)型的重量減輕30%，充電量增加50%。

應(yīng)用概念顛覆化

大型商用無人機(jī)的發(fā)展極大拓寬了人們的眼界，在此基礎(chǔ)上，無人機(jī)應(yīng)用全新理念層出不窮。筆者主要總結(jié)了兩個(gè)方面，分別是城市出租交通和空中風(fēng)力發(fā)電。

（1）城市出租交通

Uber等公司目前正致力于積極研究用于城市中的短途飛行技術(shù)。垂直起降技術(shù)使盤旋的飛機(jī)能夠垂直起飛和降落，這對(duì)于人口稠密地區(qū)來說是一個(gè)非常重要的應(yīng)用。未來10年，垂直起降技術(shù)將被廣泛應(yīng)用。FAA一直努力集成商業(yè)無人機(jī)，也就是允許商業(yè)無人機(jī)和其他飛機(jī)一樣飛行和溝通，然而這種集成是一個(gè)寬泛的概念，也是一個(gè)巨大的項(xiàng)目。如果允許無人機(jī)在人群和建筑物附近飛行，商業(yè)無人機(jī)的應(yīng)用可能是無限的。Uber的目標(biāo)是降低私人汽車擁有量，載人無人機(jī)有這樣的潛力，同時(shí)還能消除城市交通擁堵，成為最偉大的科技成就之一。

鑒于此，Uber公司提出了Uber Elevate城市空中交通網(wǎng)絡(luò)的概念，將于2020年在達(dá)拉斯和迪拜提供按需空中出租車服務(wù)。作為為其提供產(chǎn)品的五家供應(yīng)商中的一家，極光飛行科技公司（簡(jiǎn)稱極光公司）已經(jīng)完成了其電動(dòng)垂直起降飛機(jī)1： 4縮比飛機(jī)的飛行。

該雙座飛機(jī)的雙尾撐上有8個(gè)電機(jī)旋翼來提供垂直升力，通過一個(gè)螺旋槳推進(jìn)器來實(shí)現(xiàn)前向飛行。飛機(jī)一旦靠機(jī)翼產(chǎn)生了全部升力，則全部電機(jī)旋翼停止工作，該飛機(jī)以311～336km/h的速度飛行里程可達(dá)77～103km。

為了提高產(chǎn)能、可靠性和安全性，電機(jī)旋翼事實(shí)上消除了所有的機(jī)械復(fù)雜度，與復(fù)雜的設(shè)計(jì)相比，極光公司可以用有吸引力的成本優(yōu)勢(shì)來實(shí)現(xiàn)這款飛機(jī)的開發(fā)。

在Uber Elevate的垂直起降機(jī)場(chǎng)，乘客將通過一個(gè)斜坡從飛機(jī)前部登機(jī)以防止碰到電機(jī)旋翼。垂直起飛后，電動(dòng)垂直起降飛機(jī)將爬升至15～30m，并完成動(dòng)力轉(zhuǎn)換。極光公司力爭(zhēng)將飛機(jī)起飛的噪聲融入城市交通噪聲，并且飛機(jī)在450m高度巡航時(shí)，從地面聽不見它的聲音。

（2）空中風(fēng)力發(fā)電

Google旗下的美國(guó)開發(fā)商馬卡寧（Makani）正試圖開發(fā)固定翼的“能量風(fēng)箏”，將螺旋槳驅(qū)動(dòng)的發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電能通過系留電纜傳回地面。其他一些公司通過吹過風(fēng)箏的側(cè)風(fēng)來驅(qū)動(dòng)地面發(fā)電機(jī)。位于海牙的Ampyx動(dòng)力公司正在研究利用系留固定翼無人機(jī)來驅(qū)動(dòng)一個(gè)地面發(fā)電機(jī)（類似于通過風(fēng)箏收集風(fēng)能發(fā)電）。該公司計(jì)劃在2018年演示驗(yàn)證一套250kW的發(fā)電系統(tǒng)，在21世紀(jì)20年代演示驗(yàn)證一套2MW的發(fā)電系統(tǒng)。

它使用無動(dòng)力的系留無人機(jī)，可視風(fēng)力條件在平臺(tái)起飛，必要時(shí)可進(jìn)行回收。一旦升空，飛機(jī)按橢圓或8字形航路飛行。在無人機(jī)飛行過程中，隨著它的升高和降低，無人機(jī)與地面間的系留電纜被拖曳，由此產(chǎn)生的牽引力驅(qū)動(dòng)與系留電纜相連的一個(gè)圓柱形的鼓狀裝置進(jìn)行發(fā)電。

該公司于2009年開始測(cè)試相關(guān)技術(shù)。證明了確實(shí)能夠發(fā)電，該公司從零開始開發(fā)了應(yīng)用于該系統(tǒng)的自主飛控系統(tǒng)。

對(duì)普通飛機(jī)而言，拉起操縱桿將提高迎角，提高升力，降低速度，但是Ampyx的系留無人機(jī)爬升時(shí)，它的升力更大，速度更快，這與其他飛機(jī)有根本區(qū)別。因此，目前Ampyx的無人機(jī)沒法采用現(xiàn)成的自動(dòng)飛控系統(tǒng)，其飛控系統(tǒng)全部由自己研制。

該公司新設(shè)計(jì)的AP3雙尾撐無人機(jī)采用了更精確的傳感器和生命周期更長(zhǎng)的機(jī)載系統(tǒng)，具有250kW的發(fā)電能力。該公司與德國(guó)電力公司意昂集團(tuán)（E.ON）簽署伙伴關(guān)系，其中空中風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)（AWES）是重要的合作內(nèi)容。Ampyx動(dòng)力公司希望在2018年下半年在愛爾蘭馬尤郡進(jìn)行AP3無人機(jī)試飛。

AP3翼展達(dá)12m，與T-6“德州人”飛機(jī)一樣大。Ampyx動(dòng)力公司正試圖為該飛機(jī)取得歐洲航空安全局的“特定種類無人空中系統(tǒng)”認(rèn)證。雙尾撐設(shè)計(jì)使無人機(jī)的系留電纜可系于靠近飛機(jī)重心的地方。無人機(jī)的起飛通過電動(dòng)彈射器實(shí)現(xiàn)，飛機(jī)的回收系統(tǒng)使無人機(jī)在空中減速，一旦無人機(jī)錯(cuò)過了降落的平臺(tái)，系留電纜將把它拉拽回來，同時(shí)，起落架的設(shè)計(jì)使無人機(jī)可在高下降速率條件下著陸。

如果AP3試驗(yàn)成功，Ampyx動(dòng)力公司希望開發(fā)能發(fā)電2MW的商用系統(tǒng)。Ampyx動(dòng)力公司正嘗試一種新構(gòu)型，包括雙體飛機(jī)或飛翼布局飛機(jī)。2MW發(fā)電飛機(jī)的翼展很有可能達(dá)到20m。

2MW的發(fā)電系統(tǒng)將在生命周期內(nèi)達(dá)到與風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)相近的供電能力。同時(shí)，在由于地面水深等原因無法建造支撐風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)必須具備的混凝土結(jié)構(gòu)的地區(qū)，AWES將占據(jù)更大的市場(chǎng)。

結(jié)束語

雖然大型商用無人機(jī)項(xiàng)目較多，但相比于重量低于25kg的小型無人機(jī)，大型無人機(jī)市場(chǎng)相對(duì)平淡。目前，市場(chǎng)上尚未出現(xiàn)對(duì)大型商用無人機(jī)的牽引力。實(shí)際上，大型商用無人機(jī)可以執(zhí)行通信中繼、鐵路/電力/管道巡線、邊境巡查、漁業(yè)監(jiān)管等任務(wù)，以及農(nóng)業(yè)植保、物流運(yùn)輸?shù)取Ｌ貏e是物流運(yùn)輸，已成為各國(guó)爭(zhēng)相發(fā)展的重點(diǎn)。但大型商用無人機(jī)真正投入使用，還需政府、工業(yè)部門各方牽引，從政策上監(jiān)管，從技術(shù)上完善，充分發(fā)揮大型無人機(jī)的商業(yè)價(jià)值。

（蔡琰，中國(guó)航空工業(yè)發(fā)展研究中心）