k8凯发国际认为在顶层政策支持,新兴需求驱动及国内头部eVTOL(电动垂直起降飞行器)主机厂适航认证逐步落地的背景下,低空经济市场或存在较大预期差。建议关注eVTOL主机厂的集成能力、低空基建:
1)eVTOL主机厂:分系统配套及气动布局可“迁移”,重点关注整机设计及集成能力。
2)低空基建:UAM运行必须保持在通信、导航、监视的有效范围之内,针对我国低空空域管理的特点,通过结合北斗和5G技术,构建空中交通服务网络是一种有益的技术保障思路和手段,同时ADS-B监视技术可实时获取eVTOL全方位信息,精确提高低空空域安全性。
核心观点
为什么当下建议重视低空经济市场?
k8凯发国际认为在顶层政策支持,新兴需求驱动及国内头部eVTOL(电动垂直起降飞行器)主机厂适航认证逐步落地的背景下,低空经济市场或存在较大预期差。1)短期:各主机厂陆续适航取证,多旋翼型eVTOL有望率先在旅游观光市场放量;2)中期:各家主机厂认证基本落地,复合翼型eVTOL或进一步打开医疗救护市场;3)远期:复合翼型、倾转翼型eVTOL齐头并进,若市内专车业务实现商业化落地,可实现城市日常交通对公众开放,市场挖潜空间大。
三个前提:顶层政策支持+低空空域放开+适航取证推进
1)顶层政策:2021年2月,“低空经济”概念首次被写入国家规划。2023 中央经济工作会议提出打造生物制造、商业航天、低空经济等若干战略性新兴产业,2023年全国共有15个省(自治区)将低空经济有关内容写入政府工作报告;2)低空空域:2023年12月21日,民航局将空域划分为 A、B、C、D、E、G、W等7类,其中G(必须报备飞行计划)、W类为非管制空域。eVTOL通常飞行范围涉及G、W、D、E类空域;3)适航取证:2023年12月21日,亿航智能EH216-S航空器获得中国民航局适航证,成为全球首个获得适航证的无人驾驶载人eVTOL航空器。
三个市场:短期关注观光游览、医疗救护市场,远期关注城市出租车
根据Roland Berger预测,2050年全球UAM(城市空中交通)规模有望达900亿美元,三大使用场景分别是城市出租车(15-50km)、机场班车(15-50km)和城际交通(50-250km),而我国高度发达的市内公交和城际铁路又决定了国内 eVTOL应用场景和美国的较大差异。结合现有国情,旅游观光和医疗救护或成为我国eVTOL中短期的核心市场,k8凯发国际测算得出国内观光游览+医疗救护eVTOL的需求缺口约2000架,市场合计47.80亿元左右。远期来看,k8凯发国际认为最适合UAM运营的方式是将eVTOL作为一种公共的共享式交通载运工具向公众开放,适合时间敏感、经济条件良好的人群。
两个策略:关注eVTOL主机厂的集成能力、低空基建
1)eVTOL主机厂:分系统配套及气动布局可“迁移”,重点关注整机设计及集成能力。2)低空基建:UAM运行必须保持在通信、导航、监视的有效范围之内,针对我国低空空域管理的特点,通过结合北斗和5G技术,构建空中交通服务网络是一种有益的技术保障思路和手段,同时ADS-B监视技术可实时获取eVTOL全方位信息,精确提高低空空域安全性。
风险提示:空域开放不及预期的风险;技术发展不确定性的风险;上游市场价格波动的风险;本研报中涉及到未覆盖个股内容,均系对其客观公开信息的整理,并不代表本研究团队对该公司、该股票的推荐或覆盖。
三个前提:顶层政策支持+低空空域放开+适航取证推进
顶层政策:中央经济工作会议起带头作用,全国多省市陆续推进
2021年2月,“低空经济”概念首次被写入国家规划。中共中央、国务院印发《国家综合立体交通网规划纲要》提出,发展交通运输平台经济、枢纽经济、通道经济、低空经济。2023中央经济工作会议提出,要大力推进新型工业化,发展数字经济,加快推动人工智能发展。打造生物制造、商业航天、低空经济等若干战略性新兴产业,开辟量子、生命科学等未来产业新赛道,广泛应用数智技术、绿色技术,加快传统产业转型升级。
作为国内发展低空经济的先行者,多个地区已经出台多项支持低空经济发展的政策措施。2022年6月,深圳发布“20+8”产业政策,包含无人机在内的“智能机器人产业集群”被列为20个战略性新兴产业集群之一;8月,深圳继成为国家通用航空产业综合示范区、全国通用航空分类管理改革试点之后,又被确定为民用无人驾驶航空试验区;当年底,深圳出台《低空经济产业创新发展实施方案(2022-2025年)》,随后,宝安、龙华、龙岗、南山、福田、罗湖等区分别出台落实政策。2023年12月,深圳市交通运输局、工业和信息化局等七部门联合印发《深圳市支持低空经济高质量发展的若干措施》,政策支持力度前所未有。2023年12月29日深圳市第七届人民代表大会常务委员会第二十三次会议通过《深圳经济特区低空经济产业促进条例》,该条例自2024年2月1日起施行。《条例》设九章,共六十一条,包括总则、基础设施、飞行服务、产业应用、产业支持、技术创新、安全管理、法律责任和附则。
此外,《上海打造未来产业创新高地发展壮大未来产业集群行动方案》提出,“突破倾转旋翼、复合翼、智能飞行等技术,研制载人电动垂直起降飞行器,探索空中交通新模式”;成都市谋求打造“中国工业无人机第一城”;广州开发区(黄埔区)出台促进低空经济高质量发展的专项扶持政策等。
2023年11月27日,海南发布首张省域无人机适飞空域图。适飞空域图不仅有助于规范和引导无人驾驶航空器在海南地区的飞行活动,而且对于国内低空立体化空域规划具有示范性作用,为其他省份和地区提供了参考和借鉴的经验。通过分级分类管控空域划设规则以及试验机场空域立体化划设处理,发布的适飞空域占全岛面积的83%,与飞行热力区重合度高达80%以上,从而更好地满足产业和社会的需求。通过适飞空域的网格化处理,使无人机飞行更为合理和安全,也为各类无人机提供了明确的飞行指导。
据《中国低空经济发展(2022-2023)》(国家低空经济融合创新研究中心)统计,2023年全国共有15个省(自治区)将低空经济有关内容写入政府工作报告。
低空空域政策:空域陆续放开,利好民用飞行器放量
2023年12月21日,民航局发布《国家空域基础分类方法》,对我国空域划设和管理使用进行规范,依据航空器飞行规则和性能要求、空域环境、空管服务内容等要素,将空域划分为A、B、C、D、E、G、W等7类,其中,A、B、C、D、E类为管制空域,G、W类为非管制空域。《国家空域基础分类方法》对我国空域资源进行规范划设立,为充分利用和管理使用国家空域资源奠定基础。
对于G类空域,空管委规定的飞行要求为:①允许仪表和目视飞行;②平均海平面高度3000米以下,指示空速不大于450千米/小时;③仪表飞行的航空器和空中交通管理部门之间必须保持持续双向无线电通信,目视飞行在规定通讯频率上保持守听;④航空器必须安装或携带可被监视的设备;⑤必须报备飞行计划;⑥航空器驾驶员应具备仪表或目视飞行能力及相应资质。
我国原有的空域划分根据《飞行基本规则》分为A、B、C、D四类。①A类空域为高空管制空域,在我国境内标准大气压高度6000米以上的空间划设,在此空域内飞行的航空器必须按照仪表飞行规则飞行,并接受空中交通管制服务。②B类空域为中低空管制空域,在我国境内标准大气压高度6000米(含)至其下某指定高度的空间划设,在此空域内飞行的航空器,可以按照仪表飞行规则飞行,并接受空中交通管制服务;对符合目视气象条件的,经航空器驾驶员申请,并经过相应的管制单位批准,也可以按照目视飞行规则飞行,并接受空中交通管制服务。③C类空域为进近管制空域,通常指在一个或者几个机场附近的航路、航线汇合处划设的、便于进场和离场航空器飞行的管制空域,是高空管制空域或者中低空管制空域与机场管制地带之间的连接部分,在此空域内飞行的航空器,可以按照仪表飞行规则飞行,并接受空中交通管制服务;对符合目视气象条件的,经航空器驾驶员申请,并经相应的管制单位批准,也可以按照目视飞行规则飞行,并接受空中交通管制服务。④D类空域为机场管制地带,通常包括起落航线和最后进近定位点之后的航段以及第一个等待高度层(含)以下至地球表面的空间和机场机动区,在此空域内飞行的航空器,可以按照仪表飞行规则飞行,并接受空中交通管制服务;对符合目视气象条件,经航空器驾驶员申请,并经塔台管制室批准,也可以按照目视飞行规则飞行,并接受空中交通管制服务。
适航取证:国内认证进度全球领先,亿航智能取得首个适航证
根据我国民航局规定,为了确保民用航空产品和零部件在投入使用前具备“适航”状态,需要开展适航审定活动,包括:型号合格审定、生产许可审定和适航合格审定,申请主体分别为型号设计人、制造人、运营人。
型号合格审定:是中国民用航空局(CAAC)对民用航空产品(指民用航空器、航空发动机或者螺旋桨)和零部件进行设计批准的过程。民用航空产品符合相应适航规章和环保要求,CAAC会根据《民用航空产品和零部件合格审定规定》(CCAR-21)颁发型号合格证(Type Certificate,简称TC)。TC包括型号设计、使用限制、数据单、有关适航要求和环境保护要求,以及对民用航空产品规定的其他条件或限制。
生产许可审定:CAAC对已获得民用航空产品型号设计批准并欲重复生产该民用航空产品的制造人所进行的资格性审定,以保证该民用航空产品符合经批准的设计。生产许可审定的最终批准形式是颁发生产许可证(Production Certificate,简称PC)。
适航合格审定:适航检查人员对航空器完成适航检查、确认航空器符合经批准的型号设计并处于安全可用状态后,完成适航证(Airworthiness Certificate,简称AC)的签发。包括标准适航证、特殊适航证、出口适航证和特许飞行证等。单机适航证的作用在于确认每架航空器都是按照批准的设计和经批准的质量体系制造的。
运营合格审定:使用除微型以外的民用无人驾驶航空器从事飞行活动的单位,向国务院民用航空主管部门或地区民用航空管理机构申请取得民用无人驾驶航空器运营合格证(Operations Certificate,简称OC)。
2023年12月21日,亿航智能宣布,其EH216-S无人驾驶载人航空器获得由中国民用航空局颁发的标准适航证,成为全球首个获得适航证的无人驾驶载人eVTOL航空器。取得认证的EH216-S由亿航智能云浮生产基地生产,符合中国民航局于2023年10月颁发的型号合格证,并在中国民航局的监管下执行标准生产程序。
为什么eVTOL是低空经济不可忽视的拼图?
什么是eVTOL?
eVTOL即电动垂直起降飞行器(electric Vertical Take-off and Landing),顾名思义,eVTOL的核心在于电动+垂直起降。eVTOL最早的概念机型出现在2010年前后。2009年,全球第一家eVTOL企业JOBY成立。2011年,世界直升机巨头意大利August Westland提出eVTOL概念。2014年,美国直升机国际协会(AHA)和美国航空宇航协会(AIAA)在弗吉尼亚大会上正式将eVTOL概念引入。2016年,Uber提出Uber Elevate空中出租车计划,引发eVTOL在欧美市场的浪潮。2016年1月,亿航智能在美国CES发布全球首款无人驾驶载人 eVTOL航空器“亿航 184”。2017年,由垂直飞行协会编制的第一份eVTOL飞机目录对外发布。2019年,欧洲航空安全局(EASA)发布了全新的航空管理规定,应用于小型eVTOL飞行器的适航认证工作。自此,eVTOL概念正式得到官方认可,初创公司、汽车、航空产业巨头等玩家开始纷纷进入eVTOL市场。2019年,中国亿航智能在纳斯达克上市,成为全球首家上市的UAM(城市空中交通)企业。2021年,美国Joby、德国Lilium、美国Archer、英国Vertical Aerospace等公司陆续上市,eVTOL商业化加速。
目前各大主机厂采用的eVTOL按飞行原理分类可分为多旋翼型、复合翼型、倾转旋翼型三种。多旋翼型原理类似于传统民用无人机和直升机,研制难度相对较小,设计构型简单,稳定性更强,且体积较小,可以在城市内环境灵活部署,基建要求更低;复合翼型有两套旋翼,一套垂直旋翼控制起飞降落,一套水平推进旋翼控制巡航,复合型的起飞降落与推进动力系统分离因此飞行安全性高;倾转旋翼型原理类似于传统的倾转旋翼直升机,在起飞阶段,旋翼像直升机螺旋桨一样提供升力,到了平飞阶段,旋翼会向前倾转,提供向前的推力,倾转旋翼型在速度和航程上优势最大,但因机械设计过于复杂,高速飞行中旋翼倾转易发生故障,沿袭了传统的倾转旋翼直升机的高事故率。
eVTOL各技术路线齐头并进,各自锚定适用需求场景
多旋翼型原理类似于传统民用无人机,效率较低,目前飞行里程较短,短时间内无法大规模应用于低空交通出行领域,多旋翼型具有冗余度高,稳定安全,可灵活部署,基建要求低,适航风险低,经济性好等优点,市场准入较快,有望率先在eVTOL密度较低、航程需求较小的旅游观光市场放量。
复合翼型起降与推进系统相独立,在飞行中遇到风切变、失控、失速等情况时,能够立即启动独立升力系统,把eVTOL在空中悬停并且受控下降着陆,动力系统的准备和响应时间非常短,因此安全性高,同时噪声低、航程可观,复合翼型综合性能优良,相比其他类型安全系数高, 有望在短时救援、医药紧急运送等领域放量。
据《不同构型电动垂直起降飞行器动力系统的安全性评估》(刘巨江,【哈尔滨工程大学学报】,2023年),倾转机翼构型eVTOL动力系统具有动力冗余不足的特征,任意一侧丧失两个推力之后,不足以进行推力配平完成垂直着陆;在飞行中遇到风切变、失控、失速等情况时,倾转机翼型需要数秒到数十秒的倾转过程,倾转机翼速度慢,无法实现保护功能,失效概率为1.265×10-6,远高于航空业确立的对于大型客机和大型通航飞机10-9飞行小时的特征事故率标准,若倾转机翼型eVTOL解决飞行安全问题,凭借其航速快的优势,倾转旋翼和复合翼型eVTOL是日后大规模低空城市交通出行优异的主力军,有望在低空出行政策进一步释放后打开较大市场,潜力高。
多旋翼型eVTOL:原理来源于多旋翼型无人机,易实现升降巡航,多旋翼设计稳定安全
根据《2022电动垂直起降飞行器主要进展》(韩玉琪,【航空动力】,2023年),多旋翼型的eVTOL由多个旋翼提供升力,通过调整各旋翼转速来控制姿态及巡飞,无机翼,原理来源于传统的多旋翼型民用无人机,技术难度最小。以小型四旋翼无人机为例,通过控制不同旋翼转速可实现悬停、垂直升降、仰俯或滚转、偏航运动等功能。多旋翼型eVTOL多为四轴或六轴布局,EH216-S采用共轴双桨16旋翼布局,冗余度高,飞行灵活稳定安全。
复合翼型eVTOL:起源于复合式垂直起降固定翼直升机,电动化驱动下效率提升
根据《复合式直升机技术发展分析》(李建波,【南京航空航天大学学报】,2016年),早在1954年,前苏联卡莫夫公司Ka-22发明了复合式直升机,该复合直升机采用双旋翼横列布局,旋翼下方的发动机同时驱动推进螺旋桨,在1961年取得了356km/h的飞行记录,这类复合式垂直起降固定翼直升机即是复合翼型eVTOL的灵感来源。受益于轻量化的电机,复合翼型eVTOL死重相对传统复合式直升机减小,飞行效率提高。
倾转旋翼型eVTOL:气动、动力学、飞行控制问题亟待解决
1972年,美国航空航天局和陆军开展倾转旋翼机计划,贝尔直升机公司于1973年获得研制合同,并将原型机取名为XV-15(V-22“鱼鹰”飞机的雏形),该飞机即为倾转旋翼型直升机的鼻祖;倾转旋翼型eVTOL的飞行原理和倾转旋翼型直升机类似,同时也沿袭了倾转旋翼型直升机高事故率的特点,自测试以来V-22“鱼鹰”飞机已发生5起机身损坏事故,总共导致54人死亡,主要原因是倾转旋翼型飞行器在飞行过程中存在旋翼-机翼的气动干扰、旋翼倾转过程中的气动特性、飞行动力学、过渡走廊的飞行控制等一系列难题。
为什么是eVTOL?
低空经济是以各种有人驾驶和无人驾驶航空器的各类低空飞行活动为牵引,辐射带动相关领域融合发展的综合性经济形态。随着近年来智能化无人驾驶航空器的发展,城市空中交通(urban air mobility,UAM)在全球范围内大热,UAM是利用短距起降或垂直起降飞行器及有关系统设施实现城市低空空域载人载货的运输活动,是未来智能交通运输系统的重要一环。
中国的城市低空交通属于强监管行业,由中国民用航空局负责空中交通管理工作,对我国和外国民用飞行器进行统一管理和空域划分。民航客机的巡航高度下限为3000米,由空中交通管控中心进行统一管理和调配。在300米以下中低空开展飞行作业的属于低空通用航空范畴。
低空经济与通用航空有着天然的联系。根据我国民用航空法,通用航空是指民用航空器从事公共航空运输以外的民用航空活动,包括从事工业、农业、林业、渔业和建筑业的作业飞行以及医疗卫生、抢险救灾、气象探测、海洋监测、科学实验、教育训练、文化体育等方面的飞行活动。
2016年5月,国务院办公厅印发《关于促进通用航空业发展的指导意见》,通用航空被列入国家战略性新兴产业,被赋予调整经济结构、转变经济发展方式、改善民生和升级消费的历史使命。国家发改委也于2016年11月和2017年1月相继印发《关于做好通用航空示范推广有关工作的通知》和《关于建设通用航空产业综合示范区的实施意见》,提出首批建设26个通用航空产业综合示范区和41项通用航空示范工程。
尽管有政策加持,我国通用航空依然面临发展困境,主要体现在低空空域资源供给不足、低空飞行活动审批程序繁琐、通用机场建设滞后。低空空域作为国家重要战略资源,由国家空管委统一领导使用管理工作,对通航开发的低空空域少,难以适应通航多点飞行、便捷高效的特点,适合私用和娱乐飞行的空域数量有限,范围小、分布散、可用性差。部分民用机场拒绝或限制通航飞机进入作业,缺乏专用低空航线,通航飞行的审批程序繁琐,审批效率低。飞机起飞需要长距离滑行,需要有足够大的面积去铺设跑道。通用机场建设标准整体过严,成本过高,建设几百米的跑道就需要上亿元,同时为了避免重复审批还会一次修建几千米跑道,每班飞机都需要高额航线补贴得以运行,持续性难以为继。
固定翼飞机需要较长的跑道辅助起飞,而高楼耸立、人流密集的城市中心无法为其提供完备的起飞条件,只能执行城市间大型客运和货运任务,无法服务城市内部或临近城市市区点对点交通。
直升机具有载重大、机动性强的优点,起降条件也不需要专门跑道与机场,能够节省通用航空机场的基建成本。但是其飞行时噪声大、运营成本高,维护保养贵,难以进一步普及。
相比于前两者,eVTOL集成了自动驾驶、电动、低空航空元素为一体,噪音更小,成本更低,且能够垂直起降,省去了建造机场的成本,随时随地可以起飞和降落。
如何看eVTOL整机的壁垒:分系统配套及气动布局可“迁移”,重点关注整机设计及集成能力
UAM各类型载运工具在机型、气动布局、动力模式等方面差距很大,载运工具作为UAM能否实现运营的关键。UAM载运工具中,直升机最早得到应用,但关注度远低于eVTOL航空器,主要原因是eVTOL航空器具有噪音小、环保、安全、维护成本低,机型多样等特点。
气动布局方面,无论是多旋翼、复合翼和倾转旋翼,都有对应类似气动布局的直升机、无人机等机型可参考借鉴,技术牵引性较强。
eVTOL航空器是以电气和自动控制为主,技术基础是飞控、电机、锂电池等,这些因素与自动控制和电气化技术密切相关,而这些相关技术在最近几十年才发展成熟到可以应用在载人航空器上。也正因此,eVTOL航空器设计才能在最近十余年开始出现。与常规飞行器相比,eVTOL有以下技术特征:
1)垂直起降技术。大多数eVTOL飞行器采用电力驱动系统,通常采用多旋翼设计,配备先进的飞行控制系统,包括传感器、舵面和螺旋桨的电动调节等,以实现精确的飞行控制和姿态调整,通常具备自主飞行和自动驾驶的能力;
2)电池技术。电池是eVTOL技术的核心,主流为锂离子电池。电池技术不仅会影响飞机续航,也会影响飞机的形态。提高电池比能量和比功率,并实现快速充电和长使用寿命是eVTOL电池面临的主要技术挑战;
3)分布式电推进技术。分布式电推进技术可以提供更高的推力控制精度和灵活性,在eVTOL中被普遍使用。通过将多个电动发动机分布在飞行器的不同位置,实现对飞行器的推进和控制,在提高飞行性能、增强机动性、提供冗余性发面具有显著的优势。
eVTOL使用电池为动力系统和机载系统提供能量,电池性能是制约eVTOL发展的关键因素。目前,锂电池技术相对成熟稳定,能量密度比最高,绝大多数制造商采用锂电池。电池能量密度、电池瞬间充放电倍率、电池充放电寿命、电池安全性四大参数是eVTOL电池中的关键指标,显著影响eVTOL的航程、升降平稳性、更换寿命、乘坐安全性等技术性能。目前随着eVTOL的应用需求场景不断扩宽,为了打破eVTOL面临的有效荷载低、航程短、续航时间短的发展局限,高能量密度、高充放电寿命、高瞬间充放电倍率、高安全性的“四高”的航空电池需求不断扩张,电池成为限制eVTOL发展的一大关键技术。
现有的电池技术仍有欠缺,能量密度与安全性等指标都需要进一步突破,否则eVTOL将面临有效荷载低、航程短、续航时间短、乘坐不安全等发展局限。当前电池技术还不能完全达到满足eVTOL对运行场景的航程、生命周期、快充技术和能量密度等水平。目前锂电池使用最多和发展最快的领域是新能源电车领域,但是eVTOL使用的电池(以Joby S4使用的锂电池为例)在能量密度、瞬间充放电倍率、循环寿命、安全性角度全面领先于乘用车使用的三元锂电池。
航空电池市场高速发展方兴未艾,逐渐打破eVTOL性能限制瓶颈。目前限制eVTOL性能的最大问题是航空电池,目前各方在航空电池领域都有全面布局,工业和信息化部等四部门绿色航空制造业发展纲要(2023-2035年)指出要大力发展绿色航空锂电池,突破高能量密度锂电池,实现能量密度400Wh/kg级的航空锂电池产品量产,500Wh/kg级产品小规模验证;NASA、宁德时代开发出了具有高稳定性的新型高能量密度航空电池,旨在解决载人电动航空器领域的里程焦虑与安全焦虑;正力新能发布了高能量密度和高充放电倍率的新型航空电池破解了高能量密度和高倍率不可兼得的行业难题。航空电池全角度、高水平的发展将充分带动eVTOL性能端的腾飞,使得eVTOL应用场景更加广泛,空域电动化领域有望全面铺开。
根据美国航空航天、国防和汽车技术领域的咨询公司SMG报告,其基于五个维度:融资情况、领导团队、技术、认证进度、生产状况,对UAM厂商进行打分,得到了对主流UAM载运工具厂商的排名。
如何看eVTOL终端需求:中美具有各自的特色市场
美国:三大需求为城市出租车、机场班车和城际交通
Roland Berger预测2050年全球UAM规模有望达900亿美元。根据Roland Berger预测:
1)载人eVTOL未来三种重要的使用场景是城市出租车、机场班车和城际交通,2030年全球运营载人eVTOL数量有望达7000架,UAM(城市交通)市场规模有望达20亿美元,2050年全球运营载人eVTOL数量有望达16万架(2030-2050 CAGR为85%),UAM(城市交通)市场规模有望达900亿美元(2030-2050 CAGR为21%);
2)分地区来看,展望2050年,亚太地区和美洲预计为eVTOL运营主要地区,载人eVTOL数量分别占比51%和33%,UAM市场规模分别占比41%和44%;
3)分类别看,2025年城市出租车、机场班车、城际交通三类eVTOL占比分别有望达36%、35%和29%。
结合中美公共交通建设差异,k8凯发国际认为Roland Berger报告中,城际交通(50-250km)和机车班车(15-50km)的eVTOL应用场景,和我国的高铁、地铁有较大重合,而我国高度发达的市内公交和城际铁路又决定了国内eVTOL应用场景和美国的较大差异。
城际交通市场:我国高铁高度发达,空中交通比较优势不强
中国高铁网络建设密度较大。根据International Union of Railways 数据,2023年中国/西班牙/法国/德国/日本/美国高铁在运营里程数分别为45000/4327/3978/3516/2727/735公里。高铁单位密度,我国国土高铁网络密度为4.2m/km2,远高于美国的0.08m/km2,每十万人里程数为3.11km,远高于美国的0.28km,与日本的3.96km较为接近。
在效率上,中国高铁明显比美国高铁更为高效。根据携程旅游数据,北京到上海的高铁只需4.5~6小时,而同等距离的美国路线(纽约单程到芝加哥)则需19.5小时左右。
根据时的科技官网展示的eVTOL城际出行案例,从上海虹桥机场到苏州市东方之门若乘坐eVTOL出行,共花费18分钟,行驶里程65km,若驾车出行花费80分钟,行驶里程90km。
但由于我国高铁高度发达,上海虹桥站到苏州站仅需20分钟左右,因此对于同样的始发点和目的地,若采用高铁+网约车结合形式则总共花费40分钟左右,仅比eVTOL出行多耗费20分钟,且大大节约成本。
机场专线市场:我国城市轨交全球第一,专线市场与现有国情存在矛盾
类似地,我国城市的轨道交通已经非常发达,侧面导致了与美国eVTOL应用场景的差异。我国已经成为了全球城市轨道运营里程数第一,远超德国、日本、美国等国家。根据The International Association of Public Transport数据,截止到2023年末,我国市内轨交系统数达到47个,总里程数为9827.5km,远超美国的1386.2km。2023年全球地铁里程最高的20座城市分别为上海、北京、广州、成都、莫斯科、杭州、武汉、重庆、南京、深圳、伦敦、纽约、德里、首尔、东京、马德里、青岛、天津、西安和巴黎,中国9座城市入围前10名。
城市轨道交通与城市空中交通的应用场景天然存在交叉。美国的大城市及其城市间的轨道快速交通体系相对我国和欧洲来说已经较为落后,所以在美国,机场专线类城市空中交通的需求是有其社会基础的。而在我国,大城市的快速轨道交通体系已经完备,与城市空中交通的场景就存在交叉:空中交通的规模化需要有消费力的大量人口,最好是经济发达的大城市,而我国大城市的轨道交通体系已经很完备。
中国、欧美适航体系差异决定了内需为国产eVTOL的主要牵引
根据Joby公司官网,2024年2月11日,Joby与迪拜道路与交通管理局(RTA)签署最终协议,将于2026年初在迪拜酋长国推出空中出租车服务,Joby的目标是最早于2025年开始运营。Joby、迪拜政府和英国的垂直起降场设施初创企业Skyports签订三方协议,由Skyports在迪拜设计、建造和运营四个初期运营的起降场设施。迪拜旅游局、Skyports和Joby共同确定迪拜国际机场(DXB)、朱美拉棕榈岛、迪拜码头和迪拜市中心为迪拜空中出租车服务的四个启动地点。
公告中提到“阿联酋民航总局的监管框架以美国联邦航空局(FAA)的标准为基础”(原文:The GCAA regulatory framework builds upon FAA standards with additional company testing and analysis alongside a high level of regulator oversight and an ongoing operational review process to ensure continued safety for early operations)。Joby与迪拜的运营协议或表明阿联酋政府选择等待并认可FAA的适航证,而国产eVTOL能否出海,关键是看欧美之外的其他国家是否认可我国颁发的eVTOL型号适航证,鉴于目前中美欧eVTOL的适航审定框架差异较大,且FAA和EASA仍未接受民用无人驾驶载客航空器适航证申请,因此国产eVTOL能否出海取决于其他国家对我国民航局相关适航证的认可度。
相较于FAA、EASA,我国对于无人驾驶载客eVTOL的适航取证态度更为积极。目前无人驾驶航空器法规体系分三层,第一层级是《中华人民共和国民用航空法》;第二层级是2023年6月28日,由国务院、中央军委公布的《无人驾驶航空器飞行管理暂行条例》,并自2024年1月1日起正式施行;第三层级是一份针对无人驾驶航空器的民用航空规章(CCAR),其全称是《民用无人驾驶航空器运行安全管理规则》(CCAR-92),于2024年1月1日正式生效,它与上位法《中华人民共和国民用航空法》和《无人驾驶航空器飞行管理暂行条例》,这三者共同构成了无人航空器法规体系框架。
民用无人驾驶eVTOL适航审定分级分类主要参考《民用无人驾驶航空器系统适航审定分级分类和系统安全性指南》,eVTOL目前还没有形成共识的适航标准,所以定义为特殊类别航空器,进行适航审定。其中有人驾驶eVTOL的适航审定,我国按照一事一议,主要参考中国民航局规章23部、27部、以及欧洲民航局SC-VTOL,及JOBY、ARCHER的相关条例和专有条件,进行审定。无人驾驶航空器(含eVTOL)的适航审定程序也有对应法规,参考21部进行执行。
1)有人驾驶eVTOL:
如能通过适航审定,获得的都是标准适航证,可以在人口密集区进行飞行。
2)无人驾驶eVTOL:
可分为“特殊适航证”及“标准适航证”,其中无人驾驶载物eVTOL申请限用类特殊适航证(不用于载人飞行、不进行融合飞行且不在人口密集区域上方飞行的中型和大型民用无人驾驶航空器系统),目前峰飞(V2000CG)、御风(M1)都是按照无人驾驶载物eVTOL的适航标准去申请TC。无人驾驶载人eVTOL申请标准适航证(正常类、运输类无人驾驶航空器可以申请正常类、运输类TC),可按限用类民用无人驾驶航空器系统进行型号合格审定。
国内eVTOL市场:观光、医疗或为刚需,星辰大海看“豪华车”市场
亿航智能EH216-S于2023年10月及12月获得型号合格证和标准适航证后,EH216-S已经具备了商业化运营的资格,并收到了大量政府、客户的问询。根据亿航智能三季报,截至2023年三季度,公司国内在手订单量超240架,包括合肥市人民政府超100架EH216系列订单、深圳博领控股集团95架EH216-S订单、天行健文化旅游投资开发公司25架EH216-S订单以及西域开发旅游、西安航空航天投资5、20架EH216-S订单。截至2024年1月,亿航智能在亚洲市场无人驾驶载人飞行器的订单储备累计约500架。
同时根据亿航智能23年一季报表述,西域旅游开发公司计划在新疆设立从事低空旅游观光业务的合资公司,并计划在5年内采购≥120架EH216-S(或类似的亿航航空器),其中部分航空器用于天山天池的低空观光业务;公司已向深圳博领控股集团交付5架EH216-S用于宝安区低空观光游览,同时表达了后续采购95架EH216-S的意向;客户天行健文化旅游投资开发公司为吉首市从事商务旅游业务的公司,而亿航智能年报中曾披露部分EH216-S交付至吉首市矮寨镇用于低空观光旅游。综上,k8凯发国际判断目前亿航智能大部分国内订单及销售均是面向低空旅游观光市场,同时结合现有国情,航空医疗救护是通航对社会发展做出直接贡献的领域之一,且该领域中美差距较大,因此旅游观光和医疗救护或成为我国eVTOL中短期的核心市场。
旅游观光市场:
我国旅游业已经形成了较大的市场规模,以疫情前的2019年为例,当年国内旅游人数达60.06亿人次,共实现旅游总收入6.63万亿元。
据海南省交通运输厅披露,2022年海南省空中游览年载客量为25.51万人次,占全国的66.00%,空中游览起降架次8.32万架次,占全国的64.60%。以此推算,2022年国内空中游览年载客量约为38.65万人次,起降架次约为12.88万架次。观光直升机一般按公里数或飞行时长收费,亚龙通航大众点评报价显示,直升机海景飞行体验6公里598元、20公里1268元;深圳东部通航直升机观光携程旅行报价则显示,单人空中游览698元起。k8凯发国际按照单次直升机观光平均价格为700元,2022年国内起降总架次12.88万架次估算,则2022年我国直升机观光市场约为9016万元,尚不足1亿元,与欧美成熟市场差距较大。
这一点从载客量的对比也可以看出。直升机空中游览在美国、日本、新西兰等国家均为热门旅游项目。根据美国FAA,中国通用航空发展报告、海南省交通运输厅民用航空办公室数据显示,仅直升机城市空中观光,疫情前的2018年美国年飞行小时数就高达40万小时,约为中国的25倍。
我国空中游览市场接受程度之所以低,首先在于空中游览项目价格偏高,动辄需要上千元,但航程和游览时长都较短,且消费者对传统空中观光载具存在安全性担忧。根据大众点评网、携程旅游网数据,价位最低的直升机旅游观光项目可低至300元左右,但项目时长在5分钟左右,大部分低空观光项目价位在700-1300元,时长约15分钟,从整个需求端来讲,市场对空中游览的接受程度仍不算高。
医疗救援市场:
航空医疗救护领域是我国通航应用上相对发达国家最落后的领域之一。根据中国政府网2020.11.7新闻《拓展医疗急救通道,让更多直升机飞起来》,2019年3月至2020年3月,我国航空医疗救护伤病员1085人。我国每百万人拥有医疗救援直升机不到0.01架,远不能满足百姓救援需求。若按照14亿人口估算,则我国医疗直升机保有量约为14架,而参考美国FAA数据,美国医疗救护直升机在役数量约为1500架左右,年飞行小时数超50万小时。
我国医疗直升机的价格会根据实际情况和型号有所不同。根据北京市红十字会999急救中心网站的公开信息,直升机医疗转运的收费标准为3.5万元/小时。不同型号的直升机,如H125、H130、H135,其市场价分别为3.5万元/小时、4.5万元/小时和7万元/小时。此外,固定翼飞机的医疗转运收费标准则相对较高,起飞基础的收费标准为20万元,3小时内的费用为8万元/小时。
从美国数据来看,其直升机医疗救护领域一直在稳定发展,且我国与美国差距较大。我国如果要在较短时间内大幅提升航空医疗救护水平,考虑到城市内医疗急救所需的飞行距离短,对航程要求不高,飞行架次也不会太频繁(有足够的充电时间),能够发挥eVTOL的优势。
中短期:拉近中美差距,充分挖潜观光&医疗需求
传统通航工具的主力军是直升机,直升机由发动机驱动,以航空燃油作为燃料,由于航空发动机技术壁垒大,结构复杂,导致直升机整机价格高,同时由于航空发动机运转时内部工况复杂导致发动机寿命较低,据美国罗宾逊直升机公司官方数据,直升机机身和发动机每过2200小时需要一次大修,成本为12-18万美元不等。eVTOL采用电力驱动方式,机械结构相较传统发动机更为简单,具有绿色环保、运营经济可靠、安全系数高等特点,可完美应用于城市低空空域交通出行。
电气化的eVTOL简化了传动复杂的动力装置和机械结构,突破了传统构型的限制,其运行可靠性大大提升。根据《基于贝叶斯网络的电动垂直起降航空器运行风险研究》(张晓全,【科学技术与工程】,2022年),eVTOL主要有人为因素、设备因素、环境因素和其他因素几种失效诱因,通过在美国国家运输安全委员会(NTSB)和eVTOL News网站的每种故障的故障率数据, eVTOL正常运行发生事故的概率为9.648×10-7,是传统航空运输风险的十分之一。
传统直升机的最大噪音源是旋翼破空声,旋翼尖高速运动会产生翼尖涡,桨叶产生振动,由此发出较大的噪声。分布式推进系统(DEP,Distributed Electric Propulsion)应用于eVTOL可减小单个叶片的线速度,翼尖线速度更低,噪声较小。贝尔407直升机旋翼直径10.67m,转速413r/min,旋翼叶尖速度达到230m/s,而空客公司的CityAirbus转速接近1000r/min,叶尖速度120-140m/s。同时,由于eVTOL为电机驱动,电机驱动噪声远小于直升机发动机活塞往复运动的振动和排气脉冲噪声。
据罗宾逊直升机公司披露,直升机发动机内工况复杂,常处于高温高压气体下,发动机内零部件容易损坏,每过2200小时需要一次大修,以R44直升机为例,每2200小时大修发动机修理成本约291810元,加上人工成本每年修理成本高达40.5万元。受益于新能源电池发展,eVTOL动力装置更换费用大大下降。目前eVTOL电池类型主要为锂电池,以特斯拉Model3所采用的锂电池为例,大概8年需要更换一次电池,平均每年更换费用1.4万元。
考虑到eVTOL相对于直升机的成本低、安全性高及噪音低的优势,或能促进中国低空观光需求和医疗急救需求,若对标美国现有的成熟市场,2022年其观光直升机和医疗急救直升机保有量合计约为2000架左右,若将我国对应需求的eVTOL终局保有量按2000架测算,参考亿航官网EH216-S中国市场官方指导价239万元人民币,则我国观光游览+医疗急救市场所需的eVTOL整机需求约为47.80亿元。旅游景点的观光飞行对航程要求不高,旅游人群的现场消费意愿和能力都较城市的通勤需求更强,这也有可能能够发挥eVTOL的优势。
远期:关注共享车辆,独享行程的“豪华车”市场
前提一:根据上文结论,k8凯发国际认为中国eVTOL的核心市场不在城际(与高铁冲突),亦不在机场专线(与市内公共交通冲突),而私人定制化的“豪华车”出行或与未来eVTOL的应用场景更为契合。与豪华汽车出行相比,eVTOL具有出行用时短、零碳排放的优势,随着eVTOL产品的大规模量产,预计出行价格将与豪华汽车接近。
前提二:k8凯发国际认为在城市建筑集群中建造大量的垂直起降点并不现实。垂直起降机场布局应当考虑UAM运输需求,固定型垂直起降点可分布在楼顶、公园、社区等公共区域。
结论:k8凯发国际认为最适合UAM运营的方式是将eVTOL航空器作为一种公共的共享式的交通载运工具向公众开放。通过统一的承运商、统一制式的载运工具在一座城市范围内开展相关服务。高端定制飞行服务根据用户的出行需求在指定地点专机接送,适合时间敏感、经济条件良好的人群。
若将UAM类比于网约车市场,根据经营模式的不同,可分为全职网约车平台和兼职网约车平台;根据车辆服务模式的不同,可分为出租车市场、专车市场、快车市场和拼车、顺风车市场。
网约车中的优享/专车/豪华车等高端服务占比稳步提升。从易观数据来看,专车凭借优质和安全的服务持续获得市场认可,其市占率逐年攀升。
对比有人专车/豪华车业务,无人eVTOL可有效节约司机成本。根据滴滴招股书对滴滴网约车中国业务进行拆解,平台变现方式以收取佣金为主,从成本端来看,包括税金、司机分成和司机补贴、乘客补贴、平台运营成本及费用:1)司机补贴,一部分是应对市场竞争的支出,维护司机粘性,一部分是运营必需品,主要用以在高峰期调度运力;2)C端补贴,主要用于在一二线城市日常维系市占率;在三四线城市补贴提升渗透率;3)运维费用,主要用于中后台的研发、安全保障、日常运维等支出。
对比滴滴豪华车分类,基本均为落地价50W以上的外资品牌车,虽然目前eVTOL的单机价格远高于豪华车,但远期看降本空间较大。2021年10月24日的小鹏汽车科技日上,小鹏汽车生态企业小鹏汇天宣布,其第6代飞行汽车预计2024年量产,价格将控制在100万元以内。
以时的科技的E20 eVTOL为例,对市内交通eVTOL飞行成本进行拆分:固定成本包括飞行器成本、保险费用和飞行员薪资;运营成本包括更换电池成本、电力费用、检查和运营成本、起降费。目前“1飞行员+4乘客”的有人驾驶eVTOL价格约为1000万元/套,假定每年的飞行小时和寿命与直升机类似,采用直线折旧法,残值为0,每年折旧金额=飞行器购买价格/使用寿命年限。假定10年后飞行器的价格降至300万元/套,年飞行小时由1000小时增加至2000小时,保险费用由每年10万元/套降至每年5万元/套,降落费由100元/次降低至50元/次;总计飞行时长、耗电量、电价、电池成本比重、电池寿命、检查和运营成本、飞行员年薪不变。根据计算,一次约65km的出行,4名乘客的均价在10年后可降至97.5元,与网约车价格相近。
综上,1)短期:各主机厂陆续适航取证,由于多旋翼型市场准入早,率先在旅游观光市场放量;2)中期:认证基本落地,复合翼型综合性能优良、安全系数高,进一步打开医疗救护市场;3)长期:复合翼型、倾转翼型eVTOL齐头并进,若市内专车业务实现商业化落地,可实现城市日常交通对公众开放,市场挖潜空间大。
低空基建端:垂直起降场、空管系统建设有望加速
城市空中交通的观念由来已久,自1939年直升机问世以来就被应用于城市短途运输,例如从机场到市中心的短途运输或空中观光等,这意味着城市空中交通早就存在。根据不同时期的研究热点以及运行概念的不断更迭,城市空中交通的发展历史大致可分为3个阶段。
虽然UAM(城市空中交通)已经开始进行商业化试点工作,但UAM与现有交通方式在流量特性、服务目的、管控方式等方面的区别与联系、是否与现有交通方式形成互补或竞争关系均尚未明晰,这些都是真正实现UAM常态化运营所必须考虑的问题。关于UAM管理与运营,更多的学者将其纳入民航运输的范畴。UAM与出租车、公交以及地铁等地面交通的交通工具的实质区别是以不同空间维度的载运工具服务于城市交通系统,即使其运行空域与现有的运输航空或通用航空有部分重合,但其服务目的、服务区域、载运工具流量特性等多方面因素融合了城市交通的属性,因此不能简单的将UAM归入传统意义上的民用航空管理范畴。
2023年5月,美国联邦航空局FAA公开发布《城市空中交通(UAM)运行概念2.0白皮书》,白皮书提出的UAM管理体系最大的特点是市场参与度高、FAA仅作宏观把控。除FAA外,白皮书提出了3种重要的角色,即UAM服务供应商(PSU)、UAM运营商、补充数据服务供应商(SDSP),建立了“FAA→PSU→UAM运营商”的管理层级,以及“SDSP→PSU+UAM运营商”的信息支持框架。除FAA外,其余角色都可能以企业为主要形式,承担UAM交通管理的主要实际工作,其中仅有PSU能够直接与FAA进行数据交换。白皮书对UAM管理体系的架构进行了设计,明确了其中的参与角色及其各自权责。
2016年,NASA、美国联邦航空管理局(FAA)以及美国工业界、学术界联合研制了UTM运行概念框架,论述了UAS从非管制空域运行到管制隔离空域运行再到管制空域混合运行的阶段性发展过程,制定了UAS技术能力发展的4个等级,以此来逐步实现从视距内运行到超视距运行、从城郊人口稀疏区到城区人口稠密区、从人工手动控制到智能自动管理的转变。2018年,NASA正式提出了UAM空域融合概念,并将UAM发展分为了3个阶段:①新兴阶段:沿固定航线进行低速度、低密度飞行;②发展阶段:围绕某一枢纽,实现小型立体网络运行;③成熟阶段:多枢纽、高速度、高密度运行。
城市空中交通的有效运行离不开地面基础设施的全面支持。未来城市空中交通应当是空地协同式的交通运输模式,航路网络规划必须考虑地面垂直起降机场布局,UAM运行也必须保持在通信、导航、监视的有效范围之内。
垂直起降场:低空航线规划必备一环,落地后有望缓解地面交通压力
根据《城市空中交通:网络结构与运营规划》(吕迪等,【先进交通运载技术】,2023年4月),通过采集中国主要城市的交通出行需求和通行时间数据,结果表明:
①UAM网络呈现中心辐射式结构,eVTOL被用于连接中心节点(即垂直起降站点),而地面交通负责垂直起降站点与出发地、目的地之间的连接;
②UAM网络布局在城市内呈现集中化特点,以帮助UAM实现高效运营。集中化网络一方面减少垂直起降站点基础设施的布设,降低运营成本;另一方面提高服务水平,增加乘客对UAM服务的接受程度;
③UAM 网络的飞行路线侧重于中长途通勤。一方面,乘客在使用UAM出行时,需要通过地面交通从出发地前往垂直起降站点,或者从垂直起降站点到达目的地;另一方面,由于政策法规、居民隐私和噪音等问题的限制,eVTOL飞行器需要额外的时间垂直爬升或降落一定高度。这些都会导致额外的时间损失,从而削弱城市空中交通的优势;
④不同城市的UAM网络结构因功能区划和乘客需求的差异而表现出不同的特点。例如,在深圳和香港,UAM系统不仅用于强化城市内部交通,还广泛用于跨水域通行,从而增强城市的互联互通。对于人口密集市中心区域占主导地位的城市,如北京和广州,UAM系统通过在市中心搭建集中化网络,为商业区等交通流繁忙的区域提供可靠的服务。
UAM服务路线的地面交通时长越长,使用UAM服务将帮助乘客节省的时间更多,UAM将地面交通拓展至三维空间,帮助乘客节省出行时间,从出发地到目的地的行程平均时间缩短40%至50%。同时,UAM倾向于吸收中长途通勤流量,因此连接中长途出行的主要道路或高速公路地面交通量将显著减少,地面交通拥堵可以得到缓解。
空管系统是民航空中交通管理系统的核心,其全称为通信、导航、监视与空中交通管理系统,简称CNS/ATM系统,其中通信、导航和监视(CNS)部分属于外围设施范畴,空中交通管理系统是空管人员实际用于管理空中交通运输的信息处理系统。完整的空中交通管理系统由三大部分组成:空中交通服务(ATS),空中交通流量管理(ATFM)和空域管理(ASM)。其中空中交通服务又由三部分组成:空中交通管制(ATC),飞行情报服务(FIS)和告警服务(AS)。
空管系统:低空经济的大脑,关注“5G+北斗+ADS-B”体系
由于我国的特殊国情,空域的管理具有独特的属性,无法直接套用发达国家成熟的中低空空管模式,雷达的低空监视能力不足。基于中国国内特殊的国情,中低空空域主要划分为管制、监视和报告三类空域,特别是临近机场的范围更是监控的重点。雷达的监控原理主要是利用了雷达的探测性能,实现有效的监管低空空域范围,具体来说,分为一次的雷达监管与二次的雷达监管。
①一次的雷达监管利用天线副瓣与波瓣的降低,抑制地面的杂波,强化低速的目标检波性的概率。但由于其主要是通过利用电脉冲的反射信号去进行信息探测与显示,只能在显示器中看到一个个亮点,这种监视方式缺乏目标的识别码以及高度等信息,且容易受到一些气象以及杂波等不同因素的不同干扰。
②二次的雷达监管是通过利用地面的雷达配合飞机上的机载雷达,二者相互联系,传递信号,实现对低空领域中航空器飞行的监视。这种二次雷达系统不会轻易的受到一些外界因素的干扰影响,但如果目标过度密集,也可能会出现不同应答重叠的问题,且这种系统的建设周期比较长,监视成本也比较高。此外,空管一、二次雷达对于航路的覆盖受到地形的影响,对于低空区域无法实现完整覆盖,同时雷达电波本身存在的盲区特性,导致部分管制和监视空域存在“黑洞”情况。
针对我国低空空域管理的特点,通过结合北斗和5G技术,构建空中交通服务网络是一种有益的技术保障思路和手段。由于中国无人机、通用航空等多种民用飞行活动日益增加,低空飞行器难于管理,空管部门无法通过一二级雷达有效监控,尤其是近年来飞速发展的“低小慢”飞行器,“看不见、叫不到、管不住”的问题尤其突出。我国现有的通信、导航和监控(CNS)基础设施仅能满足对高空飞行器的管理需求,随着eVTOL产业的发展,目前的系统无法满足eVTOL物流、载人交通等新低空应用CNS的需求,需要北斗+5G空中交通服务网络来解决低空服务中定位精度不足、数字化导航能力缺失和监视信息连续性/可信性/完好性差的问题;提供高容量低时延的低轨通信服务来解决飞行器数字化通信管理缺失和监视容量不足的问题。北斗+5G空中交通服务网络作为新型基础设施的一部分,将为低空经济的发展做出较大贡献。
北斗卫星导航系统是北斗+5G空中交通服务网络的基础,以北斗三号为核心,5G服务在其基础上补充、改正、增强和改进。1)监管系统:我国在低空空域中的监管系统以全球定位的系统、“北斗”卫星系统、地面控制中心以及飞行器的机载设备等四大方面组成,这种监管系统在低空空域运用中覆盖的范围比较大。我国监管系统运行的过程一般由北斗卫星接收全球的定位系统信息后,再将所接收信息进行处理并保存到服务器里,在通过显示器进行准确显示飞行器的信息,方便监管人员通过监管系统去监控飞行器,并能够及时了解飞行器的飞行状况信息等。2)地面的监控中心:地面的监控中心系统通过北斗指挥型的用户机、卫星天线、数据库服务器以及大型显示器等设备组成。在通过北斗指挥型的用户机接到了指令信息之后,将信号信息发送给负责信息接收与发送到卫星天线上去,北斗卫星对于信号的发送有速度快、效果好好的优势。在地面的控制中心软件需要对飞行器的设备状况以及携带的各种信息进行接收与分析处理,并进一步的保存到服务器监控的数据库中留待使用。
北斗空中航行系统的核心是定位、导航、授时、短报文通信技术,在北斗系统提供的基本导航、定位和授时服务功能的基础上,融合北斗短报文位置报告或移动通信网络、互联网功能,实现对航空器、机场设施、地面车辆等交通工具的位置监视、指挥、调度、应急救援和航迹追踪管理。
低空经济涉及的多个方面恰好是北斗的典型应用服务,低空经济实质上是北斗的应用服务样板。北斗技术在低空产业链上的应用,包括应急救援、eVTOL试点及应用、林业空地一体化服务、数字农业服务、环境监测、物流配送等多个领域。
ADS-B监视技术:实时获取eVTOL全方位信息,精确提高低空空域安全性。ADS-B技术全称为广播式自动相关监视技术,其工作过程是在每个eVTOL上安装一套ADS-B系统,机载ADS-B系统在接收到导航卫星系统发出的导航信息后,将接收到的位置、高度、航向等多维信息传输给机载ADS-B处理设备,机载ADS-B处理设备将信息处理过后通过利用多种数据链的通信模式(包括地-空、空-地、空-空等)周期性将自身的多维信息广播(信息包括eVTOL的高度、飞行航向、飞行速度以及身份识别码等)。ADS-B的机载设备包含GNSS全球卫星导航系统、接收机、数据链系统以及CDTI交通信息驾驶舱显示。全球卫星导航系统获取飞机实时的位置信息,GNSS将位置信息转化成为数字码,ADS-B系统收发机将eVTOL的信息通过数据链广播,最终形成可视化的信息展现在地面空管系统的显示设备上,实现空域范围内的空中管制,大大提高了低空空域的安全性。
ADS-B监视技术,与传统监视雷达技术相比,有着数据更新速度快、抗干扰能力强、成本低廉等优势。在监视范围方面,ADS-B技术能够实现对eVTOL从起飞到落地的全过程监视,其数据的更新速度比传统的雷达监视技术更快,大大提高了监视的实时性;一套雷达监视设备的设置所需要的100~400万美元的投资,而ADS-B设备只需10~40万美元,成本下降90%。同时ADS-B技术也衍生出了一系列新兴技术用于eVTOL的飞行过程,相比于传统的TCASII空域防撞技术,基于ADS-B技术开发的防撞系统体积小、造价成本低、监视信息实时性高;ADS-B还应用于航迹预测,其数据信息可对四维航迹的进行预测;天基 ADS-B技术将 ADS-B的地面站建设到卫星上,通过借助低轨道卫星的强大功能解决地面站难以建设的问题,可以让ADS-B监视技术覆盖全球范围,形成完善健全的空域监视系统。
相关标的梳理,请见研报原文。
风险提示
空域开放不及预期的风险。我国低空空域改革仍在推进,但各省市地区低空空域开放程度受制于当地地形地貌、人口密集度、军工与政治属性等许多因素,可能会出现低空空域开发进度不及预期的风险。
技术发展不确定性的风险。eVTOL构型多样、技术路线不确定,可能出现某种构型技术发展偏离预期并对适航审定造成不确定性影响的风险。
上游市场价格波动的风险。上游碳纤维等原材料、电池等零部件价格存在波动,可能会对eVTOL的发展产生不确定性影响。
本研报中涉及到未覆盖个股内容,均系对其客观公开信息的整理,并不代表本研究团队对该公司、该股票的推荐或覆盖。