苟昕/電動航空報道
近年來，隨著電動飛機的相關新聞越來越多，許多人開始知道了電動航空這個概念，對這個新鮮事物充滿了好奇，自然也會有許多問題，最普遍的問題就是，當聽到“電動飛機”時，很多人的第一個反應是“電池還不行”。所以，要討論電動航空的話，可能首先需要回答這個電池的問題。本文就拋磚引玉，嘗試分析下電池是否是電動航空發展的最大障礙。
當一想到電動飛機的時候，如果首先想到的是電池，而不是電動化所能帶來的設計和應用的多種可能性，說明還是用傳統航空的思維在想問題。當然，對於新生事物，與自己熟悉的類似產品相比較是非常自然也是符合邏輯的，不過如果更深入瞭解電動飛機的創新之處後，也許就會發現，許多人最關切的電池的問題其實並不是電動航空發展的最大障礙。為什麼能這麼說呢？
如果當你想到電動飛機的時候，首先想到的是這樣的飛機：
..........
或者是這樣的
........說明您在用傳統航空的思維看待電動航空
的確，人們對航空發展的普遍期望是“更快，更高，更遠”，這也是飛機發明百年以來的發展道路。但許多成功的產品先例已經告訴我們，新技術只要能有打動用戶，滿足特定需求的某個特性，就能夠有市場，比如直升機，跟固定翼飛機相比，直升機飛得既不遠，也不高，更不快，但為什麼直升機還是有很大的市場呢？因為它有垂直起降的獨特性。同樣，對於電動飛機來說，如果有能夠滿足特定市場需求，或者能打動用戶的某個點，就一定能有市場，也就能夠吸引投資和技術力量的投入。
關於電池和產品功能性的關係，我們可以舉幾個熟悉的例子。試想一下，您現在用的手機的電池可以用多久？是不是基本上得每天充電，甚至一天要充幾次？但為什麼您沒有把手機換成可以待機十幾天的功能手機呢？說明您關注的手機特性的要點並不只是電池。智能手機的多功能性的優勢遠遠超出了其電池續航時間短的弱點。再試想一下，大疆無人機的續航時間只有二十多分鐘，幾年前甚至只有十幾分鍾，但這並沒有影響大疆無人機創立了消費級無人機行業，全球市場保有量已經超百萬臺。為什麼呢？同樣是因為大疆作為“飛行的照相機”的功能性能夠極大滿足用戶的航拍需求，使得用戶並不最在意續航時間。再舉一個例子，特斯拉電動汽車為什麼能跟大疆無人機一樣，成為行業的標杆產品，開創了純電汽車市場，創造了一個行業呢？當我們一想到純電汽車的時候，可能許多人首先會想到“使用費用低”，或是“環保”等，這樣的想法其實正是在跟傳統的內燃汽車的“汽油貴”和“排放高”在做對比，也就是在用傳統汽車行業的想法在思考，但有趣的是，根據國外的市場調查，國外用戶購買特斯拉電動汽車的動因最靠前的是“性能”和“自動駕駛”，環保其實並不是最主要的原因。“性能”當然很容易比較，特斯拉電動汽車加速性跟使用10缸、12缸內燃發動機的超跑在一個水平，但價格跟這些傳統超跑相比低很多，另外，這個“自動駕駛”的特性也許是許多對電動汽車有疑慮的人們沒有想到的，但很多人買特斯拉就是衝著它的自動駕駛功能，特斯拉電動車帶動了整個汽車行業的自動駕駛研製浪潮。我國已經成為世界電動汽車第一大市場，我國電動車保有量中比例最大的是大量續航里程一兩百公里左右的國產電動車，如果說續航能力是電動汽車最大的短板的話，那麼為何還有這麼多用戶購買這些短續航的國產電動車呢？原因很簡單，一是在京滬這樣限牌限號的大城市相對可以更容易獲得牌照，二是在許多小城市，即使一兩百公里的續航也可以滿足市內交通需求，而國產電動汽車補貼後的價格加上低廉的充電使用費用對低收入的價格敏感人群很重要，國產電動車和入門級的傳統汽車都是幾萬元的價格，電動車的使用費用低很多，續航在城裡也夠用，為啥不買呢？所以，從上面這幾個簡單的例子可以很容易看出，一個產品能否有市場，能否吸引投資的關鍵，也許並不一定是能否突破技術上的短板，而是需要看產品是否能夠有任何一點能打動用戶。類似的產品例子還有許多，並不侷限於電動領域，您可以想想看，還有什麼產品是有技術上的某項明顯短板，但市場接受度仍然很高的呢？
回到電動飛機上來。上面幾個例子中的產品當然不能與電動飛機直接劃等號，那麼現在就讓我們來看看，電動飛機的性能和功能是不是已經足以超過電池的短板，是不是已經足以滿足某些特定市場需求。
首先需要看看電動飛機都有那些特點和功能。電動航空發展十多年以來，已經比較明顯地出現三個發展方向：垂直起降（eVTOL）、純電/混動短途交通、飛行培訓休閒娛樂。這三個設計領域的詳細介紹足以單獨成文，因此這裡就不展開討論，在本文的標題範疇內，只需要直接瞭解幾個結論，為下面的討論打基礎。首先是垂直起降，現在電動航空業內的共識是，憑藉現有電池技術，eVTOL機型現在足以續航半小時左右，飛行距離幾十公里，已經有eVTOL機型驗證機證明了上述技術指標。對於短途交通機型，根據已有的該類電動飛機企業的研究，9座及以下的機型短期內有望做到純電動，航程500到1千公里，幾十座以上的支線機型需要燃氣輪機作為輔助動力的混動機型，此外氫燃料電池機型也可以作為輔助。對於飛行培訓和休閒娛樂而言，現有的已經獲得適航認證的機型可以續航兩小時左右。
如果認可上述關於電動飛機研製進展現狀的表述，那麼接下來就可以來看看這三類電動飛機目前或短期內的性能是否有符合的應用場景，是否能滿足用戶的特定需求。
首先來看eVTOL電動垂直起降機型。續航半小時左右，飛行距離幾十到一百公里左右，這樣的飛機能用嗎？如果按傳統的飛機設計思路和發展觀點，這樣的飛機只相當於飛機發明初期的性能水平，怎麼可能實用呢？但在美國優步（Uber）為首的多家企業看來，這個性能已經足夠滿足特定的應用場景。這就是優步從2016年以來推動的Elevate項目的目標。Elevate針對的應用場景是什麼呢？是城市內的短途空中交通，解決最難以用傳統方式解決的最困難的交通瓶頸。也許正是考慮到eVTOL的現有性能與計劃的應用場景對於許多人還不熟悉，是一個創新，因此優步在2016年10月發佈了非常詳細的Elevate項目技術白皮書，2018年4月又進行了更新，並同時發佈了中文版（下載鏈接在本文末）。Elevate白皮書中很詳盡地對城市內電動垂直起降空中短途交通涉及的電動垂直起降技術、應用場景、技術方案優劣等進行了全面介紹和分析，最後得出的結論是現有的續航半小時左右，飛行距離幾十到一百公里左右的eVTOL電動垂直起降機型可以滿足城市內的短途空中交通的特定需求，多個特定案例的研究表明，甚至只需幾公里、十幾分鐘的空中飛行就能避免一兩個小時的地面擁堵。在優步看來，這個項目面臨的最大困難其實並不是電池技術，而是包括自動飛控、集群空管、電動飛機適航、停機坪建設、充電設施、城市規劃等等綜合因素，電池技術即使大幅提高也並不能解決問題，反過來說，只要其他問題得到適當解決，電池並不會成為該項目試運營的障礙。正因為這個項目涉及方面眾多，並不只是單單工程技術領域，更不只是簡單的電池容量，這個特點與特斯拉早期發展時面臨的局面有很大不同，因此優步雖然招募了電動航空業內最優秀的一些人才，但決定並不自己生產eVTOL飛機，而是致力於建設eVTOL產業生態圈，攏聚適航管理部門、空管技術、傳統飛機廠商、電動飛機初創企業、電池企業、建築事務所等等所有相關單位和行業，在認可這個項目的可行性，達成eVTOL作為新興行業的發展共識的基礎上，共同致力解決每個細節問題，目前的計劃是2020年將在至少全球三個試點城市進行試運營。為此優步從2017年開始，已經連續兩年主辦了Elevate大會，從2017年的400多人參會，到2018年的千人大會（由於會場爆滿，有參會者被拒入場），即使一千美元的票價也無法阻擋各個領域企業參會的熱情。除了Elevate大會，全球每年有越來越多的專門針對eVTOL在城市空中交通應用的各類會議，2018年已經公佈的就有十幾個國際會議，幾乎每個月都有相關活動。除了優步，空客從2016年開始在歐美設立了三個不同的eVTOL部門，同時研發兩個機型，並與第三方專業機構共同展開了與優步類似的運營模式和集群空管的可行性研究。根據不完全統計，現在全球已有70多個各類eVTOL機型項目在研。綜上，根據包括空客和優步等多家企業的可行性研究，eVTOL目前的性能已經可以滿足運營需求，並且世界超級大城市也有非常現實的市場需求，打開eVTOL應用市場的關鍵並不在電池技術。
優步公司研究的電動垂直起降空中交通方式可以大幅提高城市出行效率的典型案例。
接下來看看短途交通。如果說eVTOL的性能還能滿足城市內幾十公里範圍內的短時短途交通的市場需求，那麼當說到短途支線，那可是動輒幾百到上千公里的距離，電動飛機的電池夠用嗎？這又需要具體化應用場景。除了中、日和部分歐洲國家，世界上其他國家還沒有廣泛的高鐵網絡，支線航空市場在全球範圍內是一個不小的市場，這就為任何新機型的研發提供了基礎。那麼電動飛機是否能滿足要求呢？ 美國是全球最大的支線航空市場，有4000架飛機，每年運送旅客1.6億人次，美國的支線航班的平均航程是600多公里。根據Zunum（波音參與投資）、E-fan X（空客項目）和Eviation等電動支線飛機公司的研究，現有電池技術可以滿足十幾座純電飛機在這個航程內的使用，這正是Zunum和Eviation在研製的機型。空客與西門子和羅羅航髮結為合作伙伴，共同研發的E-fan X電動支線飛機項目，以及Zunum的下一步機型將採用燃氣輪機發電機作為輔助動力的混動設計，通用電氣最近也表示，其新研製的Catalyst渦槳發動機也可以作為混動客機的核心機，技術上已經做了準備。由此可見，電動支線飛機不僅僅是限於純電，靈活的混動動力選擇和佈局位置正是電動飛機的最大設計優勢之一。對於座位數較少的小型純電短途通勤飛機而言，與渦槳和渦扇機型相比低廉許多的運營費用是最大的競爭優勢。綜上，短途支線的小機型可以採用現有電池技術，大型支線客機需要採用混動技術。
波音投資的Zunum Aero電動支線飛機公司的概念設計，據悉該公司的驗證機與此差別較大，但設計思路一致，即可以容易地選擇安裝燃氣輪機混動、燃料電池和鋰電池模塊。該公司計劃2019年試飛驗證機。
空客、西門子和羅羅公司正在聯合研製的混動支線客機的應用場景
最後來看看飛行培訓和休閒娛樂，這個領域可能是電動飛機最有可能儘快普及的應用領域。對於飛行培訓來說，絕大部分飛行時間都是本場起降和幾十公里範圍內的本場空域，因此對續航時間要求不高，一個訓練飛行架次按照訓練大綱基本都在一個小時以內完成，現在已經獲得適航許可開始量產的幾種雙座電動小飛機完全滿足這種應用需求，而且對於本場飛行培訓來說，可以很方便地快速更換電池和快充，根據已經投入使用的該類電動小飛機的情況，只需要兩三組電池就可以保證不間斷訓練飛行。對於休閒娛樂來說，巡航時間更是靈活，大多數的私人娛樂飛行和體驗飛行都是在一小時以內，別忘了，世界上第一個普及私人飛行活動的小飛機是美國派柏公司的J-3 “Cub”小熊雙座飛機，這架1937年投產的小飛機迄今已經生產了2萬多架，最新改型仍然在作為輕型運動飛機（LSA）在量產銷售，小熊飛機已經成為了最經典的私人飛機之一，也是最經典的教練機之一，培養了許多代私人飛行員，而小熊飛機當初投產的時候的續航時間只有2個多小時，航程也只有300公里，就是這樣的性能，就開創了世界範圍內的私人飛機時代，而這個性能，與現在的純電雙座小飛機很是類似，這是否是巧合呢？此外，純電雙座飛機的驗證機早在2011年已經突破500公里航程，氫燃料電池雙座機型在2017年也已經試飛，使用小型內燃發電機作為輔助動力的機型更多，所以在這個級別的小飛機上，電池的問題可能是小的。
斯洛文尼亞的蝙蝠飛機公司研製的阿爾法電動輕型雙座飛機已經全球交付幾十架，是目前保有量最大的純電飛機，續航2小時，將在我國江蘇句容建廠生產。該公司的自設充電樁電力來自廠房屋頂的太陽能電池板，直接使用費用幾乎為零。
綜上所述，電池的確是電動飛機研製的難點，如果電動飛機想要有更廣泛的應用，的確需要更好的電池技術，但現有的電池技術已經可以滿足上述三個重點機型的應用場景和特定的客戶需求。截至目前，優步已經表示將購買上述eVTOL機型的服務，美國洛杉磯和達拉斯市也已經明確參與優步的Elevate項目試點，德國的Volocopter雙座電動多旋翼垂直起降飛機已經獲得德國的超輕機認證，成為世界上第一個獲得適航認證的eVTOL機型。在支線飛機領域，已經有包括美國的Jetblue和JetSuite等多家航空公司和歐洲國家政府在內的多個集團用戶明確公開表示，只要上述支線電動飛機制造量產，就會採購運營，JetSuite甚至已經與Zunum公司簽訂了100架電動支線客機的採購協議。在技術最為成熟使用的輕型電動飛機領域，更是已經有美國、加拿大、法國、澳洲、瑞士等國在內的多家航校已經開始採用純電雙座飛機進行飛行培訓。電動飛機的市場前景正在一步步展開和實現，從互聯網企業、芯片企業到汽車廠商、消費類電子企業等在內的多個相關領域的龍頭企業正在非常積極地跨界參與，包括直接投資、自有機型研發和配套部件研發等，航空產業已經迎來了自噴氣時代以來最為激動人心的新發展，電動飛機將與傳統飛機相輔相成，而不會成為互相的替代，電池作為電動航空發展的一個重要環節，將與整個電動航空技術共同發展，而不是會成為阻礙電動航空產業發展的障礙。當然，電動航空作為一個涵蓋多個領域的重大創新產業，在以安全為重、謹慎保守、小步前進的航空業內，勢必面臨許多挑戰，這就是下一步需要討論的主題了。
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