内容提要：低空飞行器作为低空经济的核心载体，在市场化生产运营和应用中面临技术瓶颈、基础设施建设、经济成本等多重挑战，其未来发展需要在技术创新、监管体系、经济合理性和市场接受度等方面协同推进。
关键词：低空经济；低空飞行器；交通物流
低空飞行器是低空经济的核心载体
在低空经济相关政策密集发布，各地空域有望陆续放开的背景下，低空经济将成为交通运输领域的重要发展方向，根植于人们的基本出行需求与物流需求，以严肃性、外溢性和互补性为特征，是人工智能、高端装备制造、新材料、新能源、新一代信息技术甚至商业航天等前沿科技实际应用的重要领域，受政策端、供给侧和需求侧共同驱动。
发展低空经济，是以低空飞行器和低空空域为关键生产要素，结合社会发展和经济活动的需求，在对传统飞行器工业的改造提升中发展出新兴产业，并逐步形成适应新产业、新业态的市场框架。如低空飞行器正在不断向农业、工业、物流等行业和消费领域渗透，在此过程中人们对低空飞行的观念和消费模式也在不断变化。
鉴于此，低空飞行器作为低空经济的核心产业，不仅是一项跨学科、跨行业、跨地域的复杂系统工程，更是决定低空经济发展质量的关键因素。发展低空经济的关键在于低空飞行器技术的提升以及其在各行业中的应用拓展。
低空飞行器概述
综合现有研究资料，低空飞行器是指在G类空域 中运行的飞行器，分为有人和无人驾驶，包括直升机、滑翔机、无人机、eVTOL（电动垂直起降飞行器），以及未来创新发展更多的种类。本研究认为，无人机、直升机和eVTOL将是低空飞行器的重要组成部分。
无人机指用无线电操控的小型飞行器，其规模的快速增长正在倒逼低空经济机制体制加快形成。2020年全行业注册无人机52.36万架，2023年即达126.7万架，仅仅3年，注册规模扩大了1.4倍，发展速度远远快于民用航空。
早在2017年，中国科学院首先提出发展无人机低空公共航路倡议。2019年，中国民用航空局将低空航路纳入《无人驾驶航空器飞行管理暂行条例（征求意见稿）》，确认了国内发展无人机低空航路的趋势。而美国NASA于2015年完成无人驾驶飞机系统交通管理设计（UTS）、同年通过了无人机在农业、消防和基础设施监测中的应用，并于2018年进行了在城市区域应用的测试。
在我国，民用直升机的存量规模相对较小，据《通用航空市场预测年报（2021-2040）》，截至2020年末，我国民用直升机保有量为923架，罗宾逊、空客直升机和贝尔三家制造商占据了我国民用直升机市场78%的市场份额，上述三家公司在中国的直升机机队规模分别为340架、220架和158架。而国产民用直升机市占率不足5%，以轻型和超轻型直升机为主。根据中航工业集团《民用直升机中国市场预测年报（2023-2032）》预测，到2032年，我国民用直升机机队规模将超过2000架。
eVTOL指以电力作为飞行动力来源且具备垂直起降功能的飞行器，目前仍处于创新阶段，技术路线尚未形成共识。电动直升机是eVTOL的一种形式，核心技术包括电池、电机电控、复合材料、推进系统以及飞控系统。NASA于2009年提出这一概念，空客、波音分别于2018和2019年完成首次飞行，但波音于2020年终止该项目；新兴航空制造商美国Joby和德国Volocopter于2023年在纽约完成飞行演示。近年来，我国eVTOL行业发展迅速，亿航-216于2021年于北京完成飞行演示。值得注意的是，以上飞行演示均是在短时间、小区域、低速度的情况下完成。
低空经济的发展依赖于低空飞行器技术成熟度和飞行安全性的持续提升、逐步形成市场化配置，进而降低单位成本，从而引发各利益相关方之间的自增强循环效应，推动产业链各参与主体形成平衡的报酬结构。因此，安全性与技术可行性、经济合理性以及时效性、便捷性与舒适性等对于低空经济至关重要。
低空飞行器的安全性与技术可行性分析
所有低空经济的利益相关方都期望，发展低空经济不仅能够获得效益，而且能够保持飞行的高度安全，并且不会危害国家秘密、商业秘密和个人隐私。因此，在更多障碍物、特定天气和风况、视线受限、无线电通信能力下降以及更少安全着陆点的城市区域，政府监管部门和运营商对低空作业的开支提出了更高要求：一是永不迷失，指在导航卫星与各类增强导航系统支持下，低空飞行器能实时获取自身高精度位置信息；二是永不失联，指在无线网和卫星等通信技术支持下，低空飞行器时刻处于联网状态；三是有效管控，要求低空飞行器在政府规定的空域和飞行管制要求下合规飞行，并能实时接收管制部门指令；四是安全运行，指对低空飞行器运行的确定性和安全性要求，包括低空飞行器自身、作业环境、飞行器之间的运行安全（廖小罕，2023）。
从公共航路网来看，2021年12月，中国科学院牵头制定的“面向无人机运行的低空空域结构化框架标准”正式出版，该标准定义了一种以低空公共航路为核心，旨在促进无人机交通管理安全和有效发展的无人机低空空域结构，包括网格技术、遥感数据、通信与联网、航路规划、运行和管理等内容。
从遥感数据来看，清晰明确的地理环境是低空无人机安全运行的前提。卫星遥感受到重返周期和空间分辨率的限制，很难满足高动态精细地理信息获取的要求。随着传感器技术在汽车智能驾驶上的不断发展，机动灵活的低空飞行器可通过搭载多类型传感器，逐渐成为动态获取高清遥感影像的有效手段，并且实现自动避障。
从气象数据来看，高精度气象预报的核心在于保障高空间分辨率和高预报频次，尤其考虑到城市低空环境的复杂性以及低空飞行器规模化导致的气流相互干扰，基于航路的气象预报需要达到米级和小时级，短距离航路甚至需要达到分钟级。当前研究表明，气象与人工智能已深度融合，谷歌GraphCast可以在1分钟内，精准预测全球10天的天气情况，但具体空间精度尚未公布，此外，其团队将GraphCast与华为盘古气象模型进行了对比，发现GraphCast模型在252个场景中有99.2%都优于盘古气象。
从通信与监视来看，当前地面移动通信基础设施布局无法有效覆盖300米高度以上的无人机通信需求，易出现信号中断等问题。构建基于低空公共航路的高速率、高带宽、低延时的专用通信环境将是一种提升低空通信能力的手段。通感一体可能是未来连接并监视低空飞行器的重要技术之一，其原理是结合高频波束与多天线原理，使基站实现雷达功能，识别车辆和低空飞行物的位置、速度与方向等；相比雷达，通感一体基站在覆盖范围、距离分辨率、测角精度等方面的优势明显。
从导航信息来看，北斗、GPS等导航系统在复杂城市环境中存在位置误差较大、高密度环境过饱和等问题。建议通过使用基于图像的导航系统、协作导航或信号，以及额外的地面基础设施辅助，实现更高的定位精度。例如，导航系统和蜂窝移动通信网络的组合可将误差降低至厘米级，已在车载导航上实现广泛应用。针对导航系统短时间内误差限宽问题，结合具备短时间内高精度位置优势的惯导系统，可以提高精度、可靠性和数据的更新效率，更好地服务于无人机导航定位需求。
从低空飞行器自身技术来看，目前我国无人机飞控、导航、动力、通信链路等四大核心系统已经处于世界领先水平，并且在个人无人机和无人机运营商等方面有了丰富实践。对于eVTOL而言，不需要复杂的传动装置和发动机，并且飞控、导航、通信等技术已在其他飞行器和汽车上得到广泛应用，并可实现不断迭代，但是动力系统仍是瓶颈。eVTOL不仅在设计层面需要实现更高的飞行气动效率，还需要高能量密度的电池来减轻自重，以提供更长的续航和更高的载重。根据NASA研究，动力电池能量密度达到400Wh/kg，才能够用于实用的电动飞行器。目前成熟的动力电池系统能量密度为250Wh/kg，此外，全球在锂电池（固态/半固态）和燃料电池的选择上尚未形成共识。因此，高能量密度、高功率密度、高快充性能的电池落地时间是低空飞行器商用化的里程碑。
综合来看，低空飞行器的概念由传统通航扩展到无人机和eVTOL，其安全运行对技术提出了更高要求和更多挑战。首先，低空飞行器在低空的安全、高效运行，需要充分用好卫星导航特别是北斗导航卫星系统、卫星和地面移动通信等公共基础设施服务，这一阶段低空飞行器整体呈“低负载、低频次、短距离、小区域”等特点。其次，在低空飞行器规模化商业运行时代，需要进一步开发利用高精度导航、新一代信息技术等重要基础设施服务能力，规划和建设好面向低空无人机大规模商业化应用的低空公共航路网、云监管、低空监视、航路气象预报等专用基础设施规划建设，特别是超前规划多层级与地面基础设施有机衔接的无人机低空公共航路网新型基础设施。最后，从航空业产品研发周期来说，以空客目前最新机型A350为例，从2004年批准研发，到2013年实现首飞，再到2015年进入服役，历时10余年。新型低空飞行器在各项子系统技术成熟的情况下，从研发到批产也将经历较长的周期，换言之，目前大部分行业报告对eVTOL的发展预测可能过于乐观。
低空飞行器的经济合理性分析
过去20年，低空飞行器尤其是无人机在战争中的应用受到广泛关注。但若将低空飞行器视为一种新的交通运输工具，需要与飞机、汽车和高铁等进行经济合理性对比，检验其是否能作为一种新的补充甚至替代。下文将从货物运输和客运运输两方面进行考察。
货物运输
受益于飞行速度和广阔的运行空间，无人机配送有潜力满足消费者更多要求，可能成为供应链的重要组成部分。从无人机物流体系来看，一是城市末端物流，提供城市内10km以内短距物流服务，主要使用小型多旋翼无人机执行快递投递等任务，城市内需要新建空管、无人机起降点等设施。二是支线物流，以100-1000km中长距离为主，使用固定翼等中大型无人机，航线时长约数小时，可大量复用现有民航机场、空管等基础设施。三是干线物流，以1000km以上距离为主，主要使用大载重、长航时的大型固定翼无人机，以涡扇、涡桨发动机为动力，可复用现有民航基础设施。
从全球范围看，2022年用无人机进行末端配送的包裹数量达到近87.5万次，比上年增加80%以上（Cornell，2023）。从地理区域来看，2023年上半年亚太地区占全球无人机配送的43%，非洲份额为32%，北美15%，欧洲仅为9%。我国的京东于2015年开始探索，逐步建立了干线、支线、终端三个层次的无人机物流配送和通航物流体系。美团2017年启动无人机项目，现已累计完成用户订单超18.4万单。顺丰正在打造载重0.15-3吨级中大型无人机生态，实现与顺丰航空物流网络干支对接，构建“干线大型有人运输机+支线大型无人机+末端小型无人机”的三段式航空运输网络。
从成本结构看。根据多数国家的法规，无人机每次配送中每人只能操作和监控一架无人机。单次包裹5公里的无人机配送直接运营成本约13.50美元（人工成本占比95%），若将每人操作的无人机数量增至20架，成本降至1.80美元；相对应的用车与人完成末端配送需要约10美元。UPS认为无人机送货的成本主要包括前期无人机硬件和研发投入、后期维修费用、电池的更换以及操控无人机的人工成本（平均10架无人机配1个人），在完全理想情况下，5000到10000台无人机投入运行，配送一个包裹的成本为1美元。中通研究院认为，使用无人机送货的成本包括无人机设备、电池、能源使用等成本；单个包裹运输成本约为1.15元，在不考虑操控员、维修等成本的情况下，远低于外卖员3元的起步成本。从上述数据来看，无人机配送在成本分析上显得非常具有竞争力。但是麦肯锡和UPS的报告并未公布计算模型，无法验证其合理性。从中通研究院报告的测算过程来看，其假设环境非常乐观。据亚马逊内部人员透露，2022年无人机每次配送成本至少需要484美元，目标是在2025年降至63美元。
客运运输
目前，利用新技术解决日益严重的城市道路拥堵问题已备受工业界和资本市场的关注，超过150家企业正在参与研发城市空中交通车辆。eVTOL被广泛认为有望成为构建立体交通的核心载体，在各种技术瓶颈得到解决的情况下，由于其较直升机具有运营成本低、安全性高、噪声低、节能环保等优势，目标市场不仅仅是货物运输，还包括城市空中出行，如商务旅行、旅游观光、通勤和紧急服务。
然而，eVTOL的商业化进程仍存在很多困难。一是需要满足严格的安全标准和监管要求，欧洲航空安全局要求eVTOL的安全水平必须与商业航空公司相当，即灾难性故障的概率为十亿分之一，而且还需要能够在紧急情况下进行控制性的紧急着陆。二是eVTOL基础设施的建设如垂直起降场，也是商业化的关键，这些设施也会产生运营成本。三是eVTOL基础设施的位置将决定其市场转化水平，乘客离起飞或降落点越近，eVTOL的使用就越有效。四是能源成本，由于eVTOL尚未实现真正运行，以直升机为例，4座Robinson R22直升机以时速167公里飞行，每小时耗油7-8加仑；而纯油四座汽车以时速100公里行驶，每小时耗油1-3加仑，能源成本优势较弱。五是需要降低eVTOL的运营成本。根据麦肯锡数据，直升机目前每座位公里的运营成本是30-36.4元，eVTOL需要降至2.3-11.3元每座位公里，才能与地面交通竞争。在我国，eVTOL在运营成本上的控制将更受挑战，我国高铁每公里价格约0.5元，北京出租车座位公里价格约0.65元。
整体来看，结合技术成熟度和安全性考量，低空飞行器前期以提供高价值服务为主，随着经济合理性的改善，将逐步向更广泛的人群拓展；商业化应用场景将视经济合理性程度逐步从货物运输向客运运输渗透。首先，通过无人机实现末端配送已成为现实，在保证安全运行的情况下，可能会在医用产品等成本不敏感领域得到广泛使用，在应急救援和基础设施检测等其他交通方式覆盖面较弱的环境也有市场。其次，降低低空飞行器运营成本的核心是降低人员使用，扩大运营规模，提高运输周转率，提升有效载荷，延长无人机运营寿命。再次，交通变革的宗旨是为大多数人的出行提供便利。因此，低空飞行器在载人方面的大规模使用，与公铁交通对比还有待成熟，尤其是在交通运输基础设施可及性、普惠性极强的中国。最后，从基础设施投资角度来看，目前政府有足够时间思考预期和调整成本：在高铁、高速公路、地铁不断折旧，人口密度可能走低，低空飞行器技术成熟度不断提升的未来，统筹考虑新建和维护传统基础设施与低空飞行器基础设施的成本。从目前来看，新建一个通航机场约10亿元，以200公里点对点运输为例，两个机场合计20亿元，若在平原微丘地区新建四车道高速公路则至少需要200亿元。这可能也是美国、加拿大等地广人稀的国家通用航空非常发达的原因。
低空飞行器的时效性、便捷性和舒适性分析
从时效性来看，尽管低空飞行器在未来具备较高的速度和较为广阔的物理运营空间，但其时效性受天气影响极大而变得更不可控。低空飞行器主要在对流层运行，较在平流层运行的传统飞机而言，所面对的气动和气象环境更为复杂。对流层空气密度是平流层的3倍，在恶劣天气下，意味着更大的阻力和更强的扰动，对低空飞行器的稳定性和安全性有很高的要求。从便捷性来看，无论是货物运输还是客运运输，能否实现或一定程度上实现端到端的连接进而节省足够时间是关键，这取决于低空飞行器物理基础设施的规划，此外，低空旋翼飞行器本身的气动噪声难以避免，对城市居民的影响较大，这也是实现端到端连接所需面临的挑战。从舒适性来看，eVTOL一定程度上是电动汽车和飞行器的延伸和融合，成熟的车规级和航空级零部件能够保障乘客对舒适度的要求。但值得注意的是，为满足舒适性，各类消费级产品在低空飞行器上的拓展，增加了低空飞行器自身干重，这对动力系统增加了更多挑战。
综上所述，低空飞行器在时效性、便捷性和舒适性方面仍面临诸多挑战，其发展需要技术、基础设施规划与市场需求的协同推进，以实现真正的市场化应用。
低空经济高质量发展需协同推进
本文主要构建了涵盖安全性和技术可行性、经济合理性以及时效性、便捷性和舒适性等维度的低空飞行器发展趋势分析框架。
从安全性与技术可行性的角度看，低空飞行器的规模化应用面临着复杂的城市空域环境和严格的监管要求。要确保飞行器在高密度城市建筑中安全运行，必须在导航、通信、遥感以及气象预测等多个关键领域取得技术突破。同时，低空飞行器的运营需要依赖高度精确的导航系统、实时的通信网络以及高效的监管与控制体系，以确保在复杂的城市环境中实现安全、可控且高效的运行。
从经济合理性角度看，在技术成熟的基础上，发展低空经济很大程度上依赖于规模经济效应。低空飞行器自身的成本、运营效率、与传统交通运输方式的经济对比、基础设施条件以及政策环境，是决定其合理性的重要因素。
在时效性、便捷性和舒适性方面，尽管低空飞行器在空间利用上展现出显著优势，能够提升物流和出行效率，但低空飞行器仍面临气象条件影响、噪声污染、基础设施规划等现实问题。
综上所述，作为低空经济的重要支撑，低空飞行器的技术进步与应用扩展将在推动整个产业发展的过程中发挥关键作用。目前，无人机、直升机和eVTOL作为低空飞行器的重要组成部分，正在以“小步快走”的节奏向各行业渗透，逐步填补高价值场景空白。然而，当前低空飞行器的发展仍然面临技术成熟度、安全性保障、经济合理性以及基础设施建设等多方面的挑战。未来低空经济发展需要在技术创新、监管体系建设、经济合理性和市场接受度等方面协同推进，持续向传统行业渗透，真正实现该产业的高质量发展。
（编辑 宋斌斌）
