王藝超
空中交通管理是高科技密集和新技術(shù)集成行業(yè),也是保障民用航空安全高效運(yùn)行的“神經(jīng)中樞”,必須全面貫徹新發(fā)展理念,深入實(shí)施創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略,從而更好地服務(wù)行業(yè)發(fā)展,服務(wù)國家戰(zhàn)略。
在全球空中交通最繁忙、保障能力最強(qiáng)的地區(qū)——粵港澳大灣區(qū),中國民航保障了2億人次的年運(yùn)輸量,到2035年這一數(shù)字將達(dá)到3億人次。民航旅客出行需求的增加、新出行方式的出現(xiàn),對空中交通管理提出了更高要求。未來,融合發(fā)展將成為空管行業(yè)的大勢所趨。
無人駕駛航空器備受關(guān)注
飛行器的出現(xiàn)縮短了洲際出行時間,航空器的出現(xiàn)則拉近了人類與宇宙的距離。
隨著航空航天技術(shù)不斷發(fā)展成熟以及成本的降低,鄰近空間和亞軌道運(yùn)行已呈現(xiàn)出常態(tài)化和商業(yè)化趨勢,航空航天的邊界正在變得模糊。
除了讓人類的探索腳步邁向更遠(yuǎn),飛行技術(shù)的發(fā)展也讓運(yùn)輸效率不斷提高。目前,全球正發(fā)生著一場以無人駕駛交通為代表的運(yùn)輸模式變革,其發(fā)展孕育著巨大的潛能和動能。在美國、歐洲的交通發(fā)展愿景中,無人駕駛航空器都占有一席之地。在我國,今年6月發(fā)布的《“十四五”通用航空發(fā)展專項(xiàng)規(guī)劃》也明確提出,拓展無人機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域,引導(dǎo)建立市場化、社會化服務(wù)保障體系,大力發(fā)展新型智能無人駕駛航空器驅(qū)動的低空新經(jīng)濟(jì)。鼓勵載人無人駕駛等新型航空器的發(fā)展,帶動城市空中交通快速發(fā)展。支持具備條件的地區(qū)加快推進(jìn)無人駕駛航空試驗(yàn)基地(試驗(yàn)區(qū))建設(shè)和運(yùn)行。
大型無人機(jī)的出現(xiàn),將把運(yùn)輸行業(yè)的效率提升到全新高度,這一點(diǎn)在物流領(lǐng)域表現(xiàn)得尤為明顯。2020年8月,一架大型無人機(jī)從寧夏起飛,約一小時后抵達(dá)內(nèi)蒙古,并降落在目的地機(jī)場。這是順豐旗下大型無人機(jī)首次完成載貨飛行,讓大型無人機(jī)應(yīng)用于物流場景成為現(xiàn)實(shí)。對物流產(chǎn)業(yè)來說,從有人飛行到無人飛行,邁出這一步非常重要。對于市場前景廣闊的中國,大型無人機(jī)應(yīng)用于航空物流領(lǐng)域,能有效解決我國偏遠(yuǎn)地區(qū)交通不暢、物流不便、成本高昂、運(yùn)輸效能低下等問題。
盡管大型無人機(jī)在生鮮農(nóng)副產(chǎn)品、醫(yī)療用品、應(yīng)急保障以及高附加值產(chǎn)品運(yùn)輸方面具有重要作用,但要想讓其真正釋放市場潛力、發(fā)揮商業(yè)價值,其實(shí)還有很長的路要走。其中,很重要的一點(diǎn)就是如何保障無人機(jī)在航路上與有人駕駛航空器保持同等安全水平。這不僅需要無人機(jī)突破感知/避撞(DAA)等核心關(guān)鍵技術(shù),還需要從場面運(yùn)行、終端區(qū)域、航路航線三個層面真正將其納入現(xiàn)有空管體系。
對此,國家空域技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任、研究員,中國工程院院士陳志杰認(rèn)為,在空域管理方面,無人機(jī)需要解決三個方面的核心問題:無人機(jī)如何應(yīng)對感知/避撞能力降低?怎樣通過技術(shù)讓無人機(jī)駕駛員或者管理者更直觀地感知飛行距離、時間、速度等關(guān)鍵信息?有人駕駛與無人駕駛?cè)诤系闹c(diǎn)在哪里?
在這三個核心問題中,前兩個主要涉及技術(shù)發(fā)展,第三個則側(cè)重于運(yùn)行管理。“目前,我們在空域管理方面,將運(yùn)輸航空、軍事航空等分開進(jìn)行規(guī)劃。然而,從無人機(jī)駕駛航空需求方面來看,未來我們必須進(jìn)行統(tǒng)籌考慮,推行空域統(tǒng)一管理,增強(qiáng)空域管理的整體性,實(shí)現(xiàn)分層治理。推動更多航天技術(shù)、設(shè)施、能力和信息服務(wù)民航空管,構(gòu)建空天地一體化的民航控制系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)體系創(chuàng)新,服務(wù)全球空管發(fā)展?!?/p>
低空空域發(fā)展前景廣闊
天空是一個立體空間。與地面交通相比,空中交通顯然具有更大潛力。“我們都知道低空空域是一個非常有前景的空間。未來,無人機(jī)以及飛行汽車等新型載運(yùn)工具將在低空空域發(fā)揮更大作用。”南京航空航天大學(xué)通用航空與飛行學(xué)院副院長張洪海預(yù)測。
與大型無人機(jī)瞄準(zhǔn)物流運(yùn)輸市場不同,城市地空交通的需求更加多元。在張洪海看來,“大型城市人口密集、需求更大,具有巨大的經(jīng)濟(jì)價值和社會價值。特別是在城市地面交通擁堵不斷加劇的今天,如何提升交通出行體驗(yàn)是一個世界難題。目前,大家都在進(jìn)行地下空間開發(fā),但地下空間資源也是有限的。我們認(rèn)為,未來,城市交通發(fā)展勢必向上開發(fā),而對0米至500米空間的開發(fā)利用已經(jīng)成為熱點(diǎn)研究方向。”
城市空中交通即UAM(Urban Air Mobility)。目前,歐美地區(qū)已將其納入先進(jìn)城市空中交通范圍?!坝捎诔鞘锌臻g有限,UAM的發(fā)展基本上是構(gòu)建以垂直起降為主,以點(diǎn)到點(diǎn)、門對門運(yùn)輸為主的全新立體交通系統(tǒng)?!睆埡楹1硎?,一般來說,UAM航空器應(yīng)該具有自動化程度高、智能化程度高的特點(diǎn),是未來城市空中交通大眾化、規(guī)模化、智能化發(fā)展的主要工具,因?yàn)橹挥羞@樣才能催生低空經(jīng)濟(jì),產(chǎn)生效益。
如今,不少國家已經(jīng)開展了UAM方面的實(shí)驗(yàn)與探索。例如,韓國計(jì)劃在2025年建成城市高速公路,劃設(shè)相關(guān)專用空域,引入城市空管系統(tǒng);巴西則表示將建設(shè)更加可持續(xù)的城市空中交通生態(tài)系統(tǒng);法國建立了首個垂直機(jī)場,計(jì)劃于2024年巴黎奧運(yùn)會期間提供相關(guān)服務(wù)。
對于這一前沿領(lǐng)域,中國也在積極布局。2019年,中共中央、國務(wù)院印發(fā)《交通強(qiáng)國建設(shè)綱要》提出,加強(qiáng)新型載運(yùn)工具研發(fā)。瞄準(zhǔn)新一代信息技術(shù)、人工智能、智能制造、新材料、新能源等世界科技前沿,加強(qiáng)對可能引發(fā)交通產(chǎn)業(yè)變革的前瞻性、顛覆性技術(shù)研究。強(qiáng)化汽車、民用飛行器、船舶等裝備動力傳動系統(tǒng)研發(fā),突破高效率、大推力/大功率發(fā)動機(jī)裝備設(shè)備關(guān)鍵技術(shù)。2021年,國務(wù)院印發(fā)《國家綜合立體交通網(wǎng)規(guī)劃綱要》,提出推進(jìn)城市群內(nèi)部交通運(yùn)輸一體化發(fā)展,明確要研究布局綜合性通用機(jī)場,疏解繁忙機(jī)場的通用航空活動,發(fā)展城市直升機(jī)運(yùn)輸服務(wù),構(gòu)建城市群內(nèi)部快速空中交通網(wǎng)絡(luò)。
雖然發(fā)展前景良好,但UAM的發(fā)展也面臨很多挑戰(zhàn)。其中很重要的一點(diǎn)是,UAM航空器在城市內(nèi)部運(yùn)行時如何保障安全?“UAM產(chǎn)業(yè)的發(fā)展一定要先有流量,大流量、大規(guī)模、大眾化才能取得效益。與此同時,作為一種城市交通系統(tǒng),此類直升機(jī)和無人機(jī)也必須滿足綠色、低碳要求。試想一下,如果直升機(jī)一直在頭頂上嗡嗡作響,民眾肯定無法接受。最重要的一點(diǎn)是,我們需要制定與之相適應(yīng)的交通規(guī)則——一個安全、高效、經(jīng)濟(jì)、綠色、規(guī)范的城市空管體系?!睆埡楹Uf。
空中交通或?qū)⒂瓉泶罂展軙r代
在人工智能、大數(shù)據(jù)以及5G等技術(shù)的支持下,今天的空中交通網(wǎng)絡(luò)正變得更加精密化、精細(xì)化。隨著更多交通載運(yùn)工具進(jìn)入大眾出行市場,空中交通或?qū)⒂瓉泶罂展軙r代。
在大空管時代,融合發(fā)展是關(guān)鍵?!盁o論是大型無人機(jī)還是城市地空直升機(jī),其空中管理都是從隔離運(yùn)行開始的,最終一定會演變成融合運(yùn)行?!睆埡楹1硎荆鞍l(fā)展階段不同以及航空器自動化程度不同,決定了管理方式不同。一開始,無人機(jī)是遙控的、手動的。但隨著技術(shù)進(jìn)步,無人機(jī)將實(shí)現(xiàn)自動起降、智能自主運(yùn)行。在流量方面,其需求一開始可能比較小,但在商業(yè)化運(yùn)營之后,一定要實(shí)現(xiàn)大規(guī)模運(yùn)行。即便達(dá)不到地面交通的規(guī)模,其也將成為地面交通的有效補(bǔ)充。目前,我們正處于起步階段,在探索、在研究、在發(fā)展?!?/p>
與現(xiàn)有民航運(yùn)輸產(chǎn)業(yè)相比,大空管時代需要有針對性地解決一些問題。比如,如何解決“城市峽谷”問題?換句話說,在0米至500米的城市空間內(nèi),怎樣才能建立一個全天候的、精密的、不受城市樓宇等建筑干擾的信息管理和指揮系統(tǒng)。再比如,在這些載運(yùn)工具接入民航運(yùn)輸系統(tǒng)后,如何實(shí)現(xiàn)安全高效的管理和運(yùn)行?就特點(diǎn)來說,空中交通具有很強(qiáng)的計(jì)劃性和可控性。然而,UAM的特點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)高密度、大規(guī)模、多樣化飛行,其靈活、機(jī)動的特點(diǎn)如何與現(xiàn)有的空管規(guī)則融合、優(yōu)化,也是一項(xiàng)很大的挑戰(zhàn)。
由此可見,融合運(yùn)行的空中交通是一個全新體系,與傳統(tǒng)民航空管系統(tǒng)有很大不同。在張洪海看來,“在城際、城鄉(xiāng)發(fā)展時,融合運(yùn)行需要考慮軍地民協(xié)同?!比欢?,想要充分展現(xiàn)其潛力,還要考慮航空與地方政府、地方產(chǎn)業(yè)的融合。
科技的發(fā)展與進(jìn)步給空中交通管理帶來了新可能,也帶了很多前所未有的挑戰(zhàn)。對于這些挑戰(zhàn),我們必須用新的發(fā)展理念和創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略去應(yīng)對。
社會發(fā)展在提出難題的同時,也不吝于提供解決方案。事實(shí)上,與過去相比,我們擁有更多技術(shù)手段去應(yīng)對日益多元的局面。例如,在信息方面,2020年,北斗3號全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)189項(xiàng)性能指標(biāo)、技術(shù)驗(yàn)證全部通過國際民航組織導(dǎo)航系統(tǒng)專家組會議審議,標(biāo)志著北斗3號全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)為全球民航提供服務(wù)的能力得到國際認(rèn)可。當(dāng)越來越多的國產(chǎn)核心技術(shù)取得突破,越來越多的新技術(shù)、新設(shè)備投入應(yīng)用時,中國民航也在更大、更多元的市場上,為更多旅客提供便捷、順暢的出行體驗(yàn)。