小型旋翼飞机将载人飞越城市上空

一九〇八年十月,伦敦西南部范堡罗 (Farnborough) 一片大风吹拂的田野上,留着两撇大八字胡、曾是狂野西部秀巡演 (Wild West) 演员的塞缪尔·科迪 (Samuel Cody) 完成了英国首次正式受控动力飞行。自那以后,从协和号到空中客车的巨型飞机 A380 的众多先驱型飞机都在后来发展为两年一次的范堡罗航空展上做飞行展示。承办该航展的航空中心如今正准备迎接另一种革命性机型翱翔天际。

这些新飞机名号众多,有「飞行的士」、「载客无人机」,或者业界术语「城市空中交通工具」(以下简称 UAM)。在 9 月初于范堡罗举行的全球首次城市空中交通峰会上,与会专家称全球约有 200 种此类飞机,分别处于不同的研发阶段。部分原型机已开始试飞,运营商希望在未来几年内启动商业服务。网约车公司优步计划于 2023 年在美国的达拉斯、洛杉矶和澳大利亚的墨尔本启动「飞的」业务。

但目前仍存在一些障碍。「没有人知道这究竟将怎样实现。」优步巴黎高级技术研究中心的负责人弗朗索瓦·司里恩 (François Sillion) 承认。这是因为主要障碍不在技术层面,而在监管层面。监管机构仍在研究如何认证这些新飞机的安全性,尤其是因为它们大多将在没有飞行员的情况下自主运载乘客在城市上空轰鸣而过。

尽管 UAM 的设计多种多样,但具有一些共同特征。这些飞机一般由电力驱动,虽然有些是混合动力,配有备用内燃机。它们通常像直升机那样垂直起降,不同之处是使用了多个小型旋翼。两座及三座版的这类飞机每次充电后能以 100 至 200 公里的时速飞行 30 到 160 公里。各个旋翼分别由不同的电动机直接驱动,因此每个旋翼都能通过计算机飞行系统来控制。这带来了较高的稳定性,从理论上说飞行操作会比直升机更简单,也更容易实现自动化。更让人放心的是,因为配有多个旋翼,即便一个或多个电机发生故障,这类飞机也可以迅速做出补偿。

壮志飞旋

有些飞机已经跨出了实验阶段。由德国公司 Volocopter 开发的 18 旋翼飞机 VoloCity 的原型机 (见上图) 已完成了大量试飞。其中一次是在迪拜进行的自主飞行。9 月 9 日,中国汽车制造商吉利 (拥有沃尔沃汽车) 购入了 Volocopter 的少数股权,并领投了一轮 5000 万欧元 (5510 万美元) 的融资,帮助将 VoloCity 飞机推向市场。这款飞机可运载两人 (其中一人可能为飞行员) 外加行李飞行 35 公里。

其他类型的「飞的」使用「倾斜机翼」。机翼上安装多个旋翼,可以向上倾斜让飞机垂直起降,也可向前倾,像带有螺旋桨的固定翼飞机那样向前飞行。这样可以节省动力,增加航程。

另一家德国公司 Lilium 在这类设计上做了些改动,用 36 台电动喷气发动机提供动力。这些发动机看上去像是喷气客机上的涡轮发动机的微缩版,只是用了电动马达。它们被安装在固定机翼上,向下喷气来让飞机垂直起降,向后喷气来推动飞机向前飞行。该公司的五座版飞机 (如下图) 的飞行时速可达 300 公里。

倾斜喷气机

Tilting on a jet plane

谷歌母公司 Alphabet 的老板拉里·佩奇投资的小鹰公司 (Kitty Hawk) 已与全球最大航空航天企业波音联手,开发一款名为 Cora 的 UAM 飞机。这款双座飞机在固定翼上安装有 12 个起降旋翼,并配有后置螺旋桨提供推进力,航程约为 100 公里。新西兰航空将采用这款飞机提供「飞的」服务。

目前大多数 UAM 运营商是凭试飞许可证升空的,这对原型机的飞行方式有所限制,通常要求配备一名飞行员。有些 UAM 飞机已进入全面认证程序,就像所有商用飞机在收费运载乘客前要做的那样。航空安全机构仍在研究制订相关标准。7 月,欧盟航空安全局 (Aviation Safety Agency) 发布了一套关于混合动力和电动垂直起降飞机认证的「特殊条款」。其核心是相关规则将随更多试飞的开展而进一步完善。与常规飞机一样,认证可能需要几年,花费数百万美元。

监管机构已就人们飞行小型无人机订立了严格规定,不论他们是出于爱好或商业目的,例如拍摄、勘测,或送披萨。这类规定通常要求无人机远离人群、建筑、机场和其他飞机。但由于「飞的」恰恰是要在上述地点之间 (例如从机场到市中心) 运送乘客,这些新飞机必须被整合到空中交管系统中,美国联邦航空管理局 (FAA) 无人机系统办公室的执行主任杰伊·默克尔 (Jay Merkle) 表示。

见与被见

目前人们正在展开各种努力以实现空中交管系统的自动化,好将「飞的」——无论有人驾驶还是自主飞行——和大型客机及轻型飞机统一管理。最根本的方法是在所有飞机上安装应答机,类似大型飞机上配备的那种。这些应答机将自动发送并接收附近其他飞机的飞行计划,这样飞行员或自主飞行计算系统就能「看见」其他飞机,从而避免碰撞。明年,美国国家航空航天局 (NASA) 将开始对能在城市环境中管理这类飞行的管理系统做实地测试,这是业界寻找可行解决方案的「重大挑战」的一部分。

不过有些国家的推进速度更快些。美国联邦航空管理局的默克尔表示,运营商已经在抱怨,他们可以用无人机在卢旺达运送血样,在美国却不行。英国民航局政策主管蒂姆·约翰逊 (Tim Johnson) 认为,与 UAM 公司合作进行飞行试验并共享信息是成功订立相关全球标准的最佳途径。在英国民航局的管辖下,有超过 20 个团体计划在英国进行「飞的」试飞。日本经济产业省未来空中交通办公室的伊藤隆典 (音译) 表示,日本计划让「飞的」先在空域不那么拥挤的农村飞行,之后再考虑允许其进入城市区域。

与此同时,优步正在努力学习如何运营「飞的」服务。为此,它开始运行一种不那么新潮的直升机服务,往返纽约曼哈顿下城和肯尼迪机场。优步的司里恩表示,这让公司明白,UAM 运营商将不可避免地被牵涉到地产和基础设施项目中。

这意味着要建造「垂直起降机场」,即设有旅客设施、可供「飞的」起降和充电的停机坪。总部位于伦敦的创业公司 Skyports 正在建设这样一个垂直起降机场的原型,将于 10 月在新加坡展示,并用于 Volocopter 的试飞。

中国无人机制造商亿航智能一直在测试一款载客无人机,用于在广州开展「飞的」业务。该公司正与广州市政府合作,准备建立一个飞行指挥中心和一系列「垂直起降机场」。

但所有这些计划的背后都隐藏着另一个问题。在一些城市,直升机停机坪很难获得规划许可,主要是因为人们对噪音的抵制。电动飞的应该会比直升机安静得多,但飞行时仍可能像无人机那样在头顶嗡嗡作响。迪拜、广州和新加坡等一些城市的领导人也许把这视为进步的声音,甘之如饴。其他城市则未必如此。应谨记,很多飞行家的雄心壮志都可能因噪音而搁浅。尽管超音速旅行极具吸引力,但协和号还是因为穿越音障时的噪音而折翼。

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