2021年空管雷达及系统行业研究报告
导语
空管雷达,全称空中交通管制雷达,是为飞行管制系统提供航空器信息的地面雷达,用于搜集并向 飞行管制中心传送责任区域内航空器的位置、属性和其他信息。
来源:王天一、罗楠、冯函 东方证券
核心观点
空管雷达及系统是空中管制的“千里眼”,近期备受美军重视。空管雷达及 系统是空管监视的重要组成部分,利用发射射频电磁波对目标物进行照射 并接收其回波,通过分析回波信号,获得目标的距离、速度、方位甚至形状 等信息。目前主要有一次雷达、二次雷达和 ADS-B 系统。美军尤其重视空 管雷达及系统建设。(1)美军计划 2025 年前为 62%的军机装配 ADS-B 设 备,相比 2020 年 21%的装配率提升了近 3 倍。(2)美军决定全面换装 AN/SPN-50 雷达。到 2028 财年前,美海军将采购 25 套 AN/SPN-50 舰载 空中交通雷达。
十四五军机升级换代加速列装,配套空管雷达及系统有望受益。我国现有军 机数量与军事强国差距大。随着近年来国内新型号军机陆续实现定型交付, “十四五”有望加速列装部队。伴随着军机升级上量,军事航空活动范围和 频次将随之提升,对应配套空管雷达及系统的需求有望增长。同时,随着军 改影响逐渐消除,十三五中标的空管雷达及系统项目逐步启动,行业有望迎 来补偿性增长。
运输和通用航空迎来快速发展期,工业无人机或成为通航发展新动力,配套 空管雷达及系统需求旺盛。(1)运输航空:受益于机场建设加速,配套空 管设备需求旺盛。2021-2035 年我国民航运输机场将新增 150 个,我们预 测将带动 358 亿元空管设备市场。(2)通用航空:近年来我国低空空域改 革不断推进,2020 年湖南省成为全国第一个全域低空空域管理改革试点省。受益于政策面的支持,通用航空迎来机遇期,配套空管设备将有所受益。根 据目前各省市发布的计划,2021-2035 年我国新增 838 个民航通用机场, 我们预测将带动 84 亿元空管设备市场。(3)低空空域改革赋能工业无人 机,工业无人机或将成为通用航空发展的新动力。由于下游应用场景的拓 展,我国工业无人机有望迎来快速发展。同时随着我国简化无人机飞行审批 和民航局全国无人驾驶航空器空管系统的建立,无人机飞行管制逐步松绑。我们预计工业无人机或将成为通航发展新动力,带动配套空管雷达及系统 迅速发展。
1.空管雷达及系统:空中管制的“千里眼”
1.1 空管雷达及系统概述
空管雷达,全称空中交通管制雷达,是为飞行管制系统提供航空器信息的地面雷达,用于搜集并向 飞行管制中心传送责任区域内航空器的位置、属性和其他信息。空管雷达及系统利用发射射频电磁 波对目标物进行照射并接收其回波,通过分析回波信号,获得目标的距离、速度、方位甚至形状等 信息。其工作过程包括:发射雷达信号、信号在空间传播、目标反射信号和接收处理回波信号。
雷达应用从军用拓展至民用领域,从一次雷达发展至二次雷达。雷达早期主要应用于军事作战,先 后被用于预警、搜索警戒、引导指挥、测高等。1949 年开始,美国、德国纷纷开始探索空管一次 雷达在民用领域的应用。20 世纪 60 年代起,二次雷达得以发展,实现了空管雷达联网全自动化。20 世纪末,随着射频大功率晶体管器件的成熟与商品化,空管雷达进入了全固态时代,国际上相 继出现全固态、可无人值守的空管雷达,全固态空管雷达大量采用集成化、微电子化的设备,在系 统可靠性、稳定性、自动化和商品化水平上有很大提高,使空管雷达发展到一个更实用的阶段。
现代空管系统主要组成包括空中交通管理系统、通信系统、导航系统、监视系统,其中空管雷达是 空管监视系统的重要组成部分。空管系统是利用技术手段对飞行器进行监视和控制,防止在空中或 地面上相撞,并引导飞行器准时、安全起飞降落的控制系统。空管雷达在空管系统中负责搜集并向飞行管制中心传送责任区域内航空器的各类信息,满足飞行管制的需要。空管雷达设备则主要由天 线、发射机、接收机、定时器、信号/数据处理器和终端显示设备组成。
根据工作原理,空管雷达分为一次雷达和二次雷达。一次雷达是用于探测空中物体的反射式主雷 达;二次雷达实际上不是单一的雷达,而是包括雷达信标及数据处理在内的一套系统,正式名称是 空中管制雷达信标系统(ATCRBS)。
一次雷达通过地面雷达装置发射无线电波,再依据空中飞机的反射回波得出距离和方位信息。一 次雷达下根据工作空域可以分为三类,分别是机场监视雷达(ASR)、航路监视雷达(ARSR)、 机场地面探测设备(ASD)。
1) 机场监视雷达(ASR:Airport Surveillance Radar):作用距离为 100 海里,主要是塔台 管制员或进近管制员使用。
2) 航路监视雷达(ARSR:Air Route Surveillance Radar):设置在航管控制中心或相应的航 路点上。它的探测范围在 250 海里以上,高度可达 13000 米。它的功率比机场监视雷达大, 在航路上的各部雷达把整个航路覆盖,这样管制员就可以对航路飞行的飞机实施雷达间隔。
3) 机场地面探测设备(ASD:Airfield Surface Detection):功率小,作用距离一般为 1 英里, 主要用于特别繁忙机场的地面监控,它可以监控在机场地面上运动的飞机和各种车辆,塔台 管制员用来控制地面车辆和起降飞机的地面运行,保证安全。它主要的作用是在能见度低的 时候提供飞机和车辆的位置信息,由于它的价格较高,机场通常没有这种设备。
二次雷达通过“询问-应答”式工作,需要两次辐射,因此称为二次雷达。二次雷达的主天线安装 在一次雷达的上方,和一次雷达同步旋转,同时需要与机载应答机协同合作才能完成对目标的检测。它是由地面的二次雷达设备通过天线的方向性波束辐射频率为 1030MHz 的一组询问编码脉冲,机 载应答机接收到这组询问信号后,根据所询问的内容自动发射回频率为 1090MH 中的一组约定的 回答编码脉冲。通过地面二次雷达设备的接受和检测处理,最终完成对目标的定位,给地面管制员 提供飞机方位、距离、高度与识别码等信息。
相较于一次雷达,二次雷达具有回波强、无杂波干扰、无目标闪烁现象、精度高、提供信息识别等 优点:(1)机载应答器回波比一次雷达目标反射回波强得多,对应答器的应答功率要求不高,应 答器的体积重量可很小;(2)询问信号与应答信号的射频波长不等,消除了地物杂物和气象杂波 的干扰;(3)二次雷达的回波与目标有效反射面积无关,也就无目标闪烁现象;(4)二次雷达的 高度信息由飞机上的高度计产生,其精度要比一次雷达高;(5)二次雷达提供信息识别,即军用 或民用飞机的代号,当飞机发生故障、通讯系统时效或遇到挟持时,能提供危机告警信息。
1.2 空管雷达及系统:2025 年我国将具备完善的 ADS-B 系统
当前随着雷达技术、计算机技术和电子元器件的不断发展,空管雷达产业向全固态、双网冗余、无 人值守等方向发展,提升可靠性、降低维护成本成为了新一代雷达发展的趋势。
1) 固态化是指把晶体管作为发射机功率源来代替传统的磁控管,由于晶体管作为射频元件的可 靠性较高以及选用的内部液体冷却方式,雷达系统的可靠性大大提升,同时因为固态组件可 以在雷达不停机的情况下进行更换,雷达系统的可维护性也大大提升。
2) 双网冗余是指采用双冗余网络传递信息。双冗余网络用 2 台交换机各自形成物理上完全独立 的 2 个网络,当一个网络发生故障时,另一个网络还可以正常工作,极大地提升了空管系统 的稳定性。
3) 无人值守化是指内置一套全自动的机内测试设备(BITE)提供故障检测和故障隔离,并把每 个设备分析过的数据集汇总送往远距离的遥控站,实现了完全遥控、监视、维护,不需要现 场技术人员,降低了维护成本。
从具体产品上看,新技术的出现引导了 ADS-B 、SMGCS、MLAT、电扫二次雷达等新型综合系 统的发展。
ADS-B 系统的出现增加了空管覆盖范围,降低了地面雷达建设及维护成本。ADS-B 系统由多地面 站和机载站构成,航空器通过广播模式的数据链,接收其他机载及地面 ADS-B 信息、机载雷达信 息、导航信息,经过处理后给飞行员提供周围态势信息及其他附加信息(冲突告警信息、气象信息 等)。在 ADS-B 系统出现之前,覆盖飞行范围需要建设多部 GBT 基站,且有些基站由于地理位置 原因维护成本很高,而 ADS-B 系统能为航空器提供雷达间隔标准的虚拟雷达管制服务,也能通过 通信卫星实现数据转发,极大增加了空管覆盖范围,降低雷达建设及维护成本。
我国计划 2025 年底不断完善 ADS-B 地面设施和地面 ADS-B 网络建设的布局。2015 年,我国出 台《中国民用航空 ADS-B 实施规划》,总体目标为:到 2017 年底,基本完成 ADS-B 地面设施布 局,开始初始运行;到 2020 年底,全面完成机载设备加改装和地面 ADS-B 网络建设,构建完善 的民航 ADS-B 运行监视体系和信息服务体系;至 2025 年底,不断完善 ADS-B 地面设施和地面 ADS-B 网络建设的布局,从整体上提高民航安全水平、空域容量、运行效率和服务能力。
2.军:美重视空管雷达及系统建设,关注十四五军用配套空管雷达及系统
2.1 美:未来 5 年军机 ADS-B 系统装配率提升近 3 倍,航母将 全面换装新空管雷达系统
2.1.1 美军计划 2025 年前为 62%军机装配 ADS-B 系统
美国从 1992 年开始,开展 ADS-B 技术的早期应用研究,在持续推动 ADS-B 应用和发展的同时, 制定了完善的应用计划。美国依托本土的雷达网络系统,使得 ADS-B 计划可以根据区域特征区别 实施。美国在阿拉斯加、墨西哥湾和夏威夷等地区推广应用以 ADS-B 技术为核心的监视系统;而 在美国本土,则侧重与现有雷达网结合,并逐步过渡到 ADS-B 系统。2007 年 8 月,美国联邦航空 局与 ITT 公司签订合同,由 ITT 负责美国全境 ADS-B 系统地面基站建设。计划至 2013 年在全境 部署 794 处地面基站。
FAA 公布美国 ADS-B 项目管理计划作为 ADS-B 长期规划。 该计划涉及 2007-2025 近 20 年的 时间,分四个阶段执行,最终淘汰 TIS-B,增加空空应用,提供全新的监视服务。
马航失联事件影响深远,美国要求 2020 年前国内所有飞机须安装 ADS-B 追踪系统。马航 MH370 失联事件之后,美国联邦航空管理局(FAA)表示,已经在全美范围内完成广播式自动相关监视 (ADS-B)无线电网络的安装,以支持向基于卫星的 NextGen 空中交通管制(ATC)系统进行转 换。此外,FAA 强调,至 2020 年 1 月 1 日,所有在管制空域内运营的飞机均必须配置可广播飞机 位置信息的 ADS-B 设备,负责追踪飞机的飞行情况。美国交通运输部部长安东尼·福克斯指出, ADS-B 不仅能为管制员提供更精确的空域视图,还能给飞行员提供更多的态势感知以及飞行信息, 进而能够增强整个系统的安全性和效率。
在此背景之下,2020 年美军 21%军机装配 ADS-B,计划 2025 年前军机装配占比提升至 62%。 美国空军宣称 2020 年 1 月 1 日前,将为 2936 架飞机配装 ADS-B(Out),该数量约占国防部全部 飞机总量的 21%。具体机型看,将会有 1129 架直升机、923 架运输机、259 架 C2/ISR 飞机、625 架教练机配装 ADS-B(Out),但不会有战斗机、轰炸机或无人机配装该设备。美空军曾表示到 2025 年,美国国防部计划实现约 62%的飞机配备 ADS-B(Out)设备,其中包括 35%的战斗机、67%的直 升机以及 100%的运输机、指挥和控制/情报/监视和侦察(C2/ISR)飞机和教练机。
2.1.2 美航母将全面换装新空管雷达系统,以抵御高超音速武器威胁
空管雷达系统对于美军航母也至关重要。在上世纪,美国航母的空中管制系统除了 AN/URN-25 空 中引导系统,还包括 4 部雷达:两部 AN/SPN-46 雷达,一部 AN/SPN-43C 雷达和一部 AN/SPN41 雷达。另外还有 E-2C 预警机进行配合。这三类四部雷达的分工明确:美军舰载机准备归航时, 首先获得 E-2C 预警机的信息,了解航母所在位置和周边情况。当战机进入航母周围范围时,就由 SPN-43C 接手空中管制。最新版的 SPN-43C 能够监视和标记距离 200 多英里内的飞机,高度则 从海平面到 9000 余米。此外,SPN-43C 还具备敌我识别系统以及判断型号。当舰载机进入航母 周围 7 英里左右距离时,就换 SPN-46 雷达了。SPN-46 能够同时控制 2 架飞机。它的任务是引导 飞机从几英里的距离降落到航母甲板上。而 SPN-41 和其他设施则进行辅助监控,确保万无一失。
但是 SPN-43C 雷达老旧且存在频段问题,美军决定全面换装新雷达 AN/SPN-50。美军 SPN-43C 使用的 S 波段(3.5GHz-3.7GHz)无线电有一部分频带被分配给了固定无线电,可能被陆基信号所干扰,实际上这意味着空中管制雷达无法正常使用。为此,美国提出的新的雷达,除了要求更精 准有效的监控探测能力,还专门要求其波段调整为 C 波段(4GHz-8GHz)。最终中标的,是由瑞 典萨博(SAAB)公司研发的“海上长颈鹿雷达”升级而成的舰载有源相控阵列雷达。预计 2020 年 底开始进行生产,2021 财年完工后就开始更换给作为现有“尼米兹”级航空母舰与两栖攻击舰等 大型舰艇的空中管制雷达。到 2028 财年前,美海军将采购 25 套 AN/SPN-50 舰载空中交通雷达。
AN/SPN-50 舰载空中交通雷达或可抵御高超音速武器威胁。据公开资料显示,瑞典萨博公司在升 级“海上长颈鹿”雷达时,特别引入了高超音速的探测与追踪模式,其多任务功能可以同时进行干 扰与跟踪、自动对海监视以及目标分类识别等,且其天线能提供目标的三维数据,将能大幅提升美 国海军武器系统对防空、水面作战以及远程地空导弹等目标的识别能力。当前世界军备竞赛中,高 超音速武器(包括飞机和导弹)是一个发展趋向。而在高超音速导弹方面,俄罗斯走在了前列。号 称能够达到 25 倍音速的弹道导弹,可能构成对美国航母集群的巨大杀伤威胁。这种情况下,美军 的新型航母雷达,通过相控阵的智能扫描,锁定敌方高超音速武器,就是很现实的战术需要。
无论是 2025 年前美军计划将军机装配 ADS-B 占比从 21%提升至 62%,还是美军航母全面换装 新空管雷达以应对高超音速武器威胁,都彰显出空管雷达在军事领域的重要作用。
2.2 国内:军航空管已实现国产为主,十四五军机放量配套空 管雷达及系统有望受益
2.2.1 中电科 14 所、38 所、九洲集团等技术深厚,军航空管已实现国产 为主
我国军航空管已实现国产为主。我国空管雷达等关键设备的国产化均取得重大突破并逐步在空管 得到应用,其中空管 ADS-B 系统国产化率已经达到 100%。中电科 14 所、中电科 38 所、九洲集 团作为我国军用空管雷达及系统的主要生厂商,多项研发成果填补了国内空白,居于国际领先地位。
中电科 14 所是中国雷达工业的发源地,全国乃至亚洲最大的雷达研究基地,旗下空管领域有上市 公司国睿科技。中电科 14 所是国家诸多新型、高端雷达装备的始创者,信息化装 备研发的先驱者,是具有一定国际竞争能力的综合型电子信息工程研究所。其前身为创建于 1946 年的“中华民国国防部特种电讯器材修理所”,2002 年起归属于中国电子科技集团公司。中电科 14 所在雷达总体技术、系统集成技术、相控阵技术、脉冲多普勒技术、固态功率合成技术等方面 国内领先。
中电科 14 所实现远程空管一次雷达完全国产化。空管雷达产品主要有 L 波段远程空管一次雷达、 S 模式空管二次雷达、空管移动式二次雷达等。其中 L 波段远程空管一次雷达,可对标国际先进空管雷达,实现了远程空管一次雷达完全国产化。此外,中电科 14 所研发的 GLC-33 型 S 波段近 程空管一次雷达主要用于监视机场周围近程中低空目标,为机场航空交通管制系统提供目标距离、 方位等信息,还可监测机场附近空域的天气状况,中国空军某部是该产品的主要用户之一。
中电科38所是国内军事雷达电子的主要供应商,旗下空管领域有上市公司四创电子。中电科 38 所是中国电子科技集团公司所属一类研究所,从事军事电子、信息产业等综合电子信息 技术研制,是我国国防高科技电子装备骨干研究所。
中电科 38 所填补国内 S 波段近程空管一次雷达空白,SCR-24 精密进近雷达可满足军航空管精密 引导需求。在空管雷达方面,中电科 38 所代表产品有 S 波段近程空管一次雷达、S 模式单脉冲二 次雷达等产品、Ku 波段机场场面监视雷达、SCR-24 精密进近雷达等空管装备。在长春空管 4 号 系统中成功研制的 S 波段空管一次雷达(3821 雷达),技术对标国外 Raytheon 公司 ASR-10SS 雷达的先进水平,填补了国产 S 波段近程空管一次雷达的空白。其次,中电科 38 所研发的 SCR24 精密进近雷达能够满足机场对飞机进行精密进近引导的空管需要,采用现代雷达技术研制,具 有探测能力强、跟踪精度高、全自动工作等技术特点,主要用在交通量小、机动性要求高和气象恶 劣的场合,如小型军用机场。
九州集团以军工电子为核心业务,旗下上市公司有四川九州、九洲光电。 九州集团是大型高科技企业集团,以军工电子为核心业务,智慧多媒体与照明、软件与智能应用和 卫星导航业务为支柱业务,投融资为重点业务,构建 1+3+1 产业结构。九洲集团 2020 年实现营收 308 亿元,利润总额 5.1 亿元。集团目标到 2025 年,营收突破 500 亿元,利润总额 15 亿元。
军工电子业务主要由四川九洲及其子公司九州空管负责,空管类产品覆盖飞机飞行全过程。四川 九洲是国家从事二次雷达系统设备科研生产的大型骨干企业,已获得国家武器装备科研生产许可 证,是国家武器科研生产以及保密资格单位,是武器装备一级承制单位,拥有人民防空机动指挥通 信系统装车单位国家许可资质,以及国内唯一的国家空管监视与通信系统工程技术研究中心。四川 九洲子公司九洲空管主要从事空管系统及设备研制生产业务,是中国第一家、全球第四家掌握机载 防撞系统核心技术并具备研制生产能力的企业,空管类产品覆盖了飞机从起飞、爬升、巡航、下降 到着陆的全过程,涵盖空管系统通信、导航、监视、管理等四个领域。
2.2.2 十四五军机放量,军事航空活动范围和频次提升,空管雷达及系统 有望受益
我国军机数量与军事强国差距大。军用飞机是直接参加战斗、保障战斗行动和军事训练的飞机的总 称,是航空兵的主要技术装备。2020 年美国军用飞机数量达到 13232 架,相当于俄罗斯、中国、印度、日本、韩国及法国的战机数量总和,占世界军用飞机总数的 25%, 遥遥领先。相比较而言,2020 年我国军用飞机总数为 3260 架,仅是美国的 24.6%。从军用飞机人 均拥有数量来看,中国军人人均拥有飞机数量为 1.49 架/千人,该数据远低于美、日、韩、俄等国 家,不足美国的六分之一,也低于周边国家印度的 1.56 架/千人。
空军战略转型,军机装备缺口大,升级需求大。为实现国家战略目标,维护国家统一及海外利益, 应对日趋复杂的国际环境,中国 2015 年实行军队战略转型。空军按照“空天一体、攻防兼备”的 要求,提高战略预警、空中打击、空降作战和战略投送能力,对先进战机、运输机、轰炸机及高新 系列飞机的装备量提出了新要求。因为随着现代科技的迅猛发展,武器装备的先进性对战争胜负的 决定作用显著上升,现代化军队的建设需要先进的高科技装备体系。实现我国伟大复兴的国家战略 需要强大的军事力量,特别是强大的现代化军机战队的有力支撑。因此,对于军机装备的需求有望 持续放量。
国内新型号军机陆续实现定型交付,“十四五”有望加速列装部队。近年来,我国各大军机主机厂 及研究所加紧研制新型战机,各型战机陆续定型并开始交付部队。无论是直升机、战斗机、轰炸机 还是各类高新机,十三五期间成飞、沈飞和西飞等主机所的加速研发并陆续实现定型并于近年交付 部队。此外,基于运-9平台研发的各类高新机也陆续服役,如空潜200(新型反潜机)、空警500(第三代 预警机)等。我们认为接下来十年,是军用飞机换装的稳定期。
十四五军机升级上量,军事航空活动范围和频次将随之提升,对应配套空管雷达及系统有望受益。 新型号军机都已经装备了最新的通信、雷达等航电系统,在机载设备方面与发达国家相比基本上没 有差距,机队的整体先进水平有所更高。但地面系统建设滞后,很多新机载设备难以发挥作用,如 ADS-B 系统自动相关监视。同时,随着战斗机、直升机等航空器列装加速,军事航空活动范围和 频次提升,对二次雷达地面站、机载应答机为代表的空管设备需求相应提升。
3.民:运输和通用航空迎来快速发展期,工业无人机或成为通航发展新动力
3.1 运输航空机场加速建设,低空空域改革开启通用航空市场
运输航空方面,2021-2035 年我国民航运输机场将新增 150 个,带动 358 亿元空管设备市场。根 据 2021 年发布的《国家综合立体交通网规划纲要》,到 2035 年,国家民用运输机场将达到 400 个。2020 年全国颁证的运输机场 241 个,这意味着未来 15 年,中国将新增 150 多个民用运输机 场,平均每年新增约 10 个。
除了运输航空,近年来通用航空不断取得新进展。自 2016 年国务院办公厅印发了《关于促进通用 航空业发展的指导意见》以来,通航进入新的发展阶段,“十三五”期间,新增通用航空器 940 架, 通用航空业务量年均增长 13.7%。截至 2020 年末,通用机场数量达到 339 个,通用航空器 2844 架,飞行 98.1 万小时,全行业注册无人机共 52.36 万架,全年经营性飞行 159.4 万小时,同比增 长 36.4%。但对比美国,美国拥有 60 余万名通航飞行员、24 万架通用飞机、1.9 万个通用机场, 通航年飞行量超过 2000 万小时,带动就业超过 130 万人,每年对经济贡献约 2200 亿美元。综合 来看,我国通用航空业总体规模依然较小,仅相当于美国的 4%,通用航空产业发展蓄势待发。
通航产业投入产出比高达 1:10,国民对通用航空的需求与目前状况不匹配,发展潜力巨大。通用 航空业具有产业链条长、服务领域广、带动作用强等特点,通航产业投入产出比为 1:10,技术转移 比为 1:16,就业带动比为 1:12。经验表明,一国/地区人均 GDP 突破 6000 美元,国民对通用航空 的需求就开始明显爆发。目前我国人均 GDP 已超过 10000 美元,但我国通航产业一直没能迎来 “井喷”式的发展。此外,民航近 10 年平均年投资额约为 1600 亿元,是铁路投资的 1/5,公路投 资的 1/10。2020 年我国通航(含无人机)只有 257.5 万飞行小时左右。这些情况与我国经济现状 和社会需求不匹配,未来在各方有力配合下发展潜力巨大。
2016 年,通用航空产业就已被纳入国家战略性新兴产业体系。“十三五”期间,我国通用航空产 业取得了以下四方面发展成就:
1) 加强顶层设计。自 2016 年《指导意见》发布以来,据不完全统计,国家发改委、交通运输部、 民航局等部门共发布百余条通用航空类的政策和文件,提出了通航发展的路径与规划。其中, 民航局 2017 年以来落实国务院通航“放管服”要求,做了大量工作,对汇总的通用航空 193 个过度监管问题进行专项督查整改。探索建立“放管结合,以放为主,分类管理”的监管新 机制;安排通航法规重构涉及新制定 3 部规章、修订 19 部规章、废止 1 部规章,构造完整独 立的通用航空法规体系。
2) 深入推广试点。华东地区编制了日照山字河、日照岚山、东营、滨州大高等机场的低空目视 航图。日照山字河一个机场保障 5 家驻场通航企业,运输和通航飞行很好融合,打造了运输 机场保障通航的典范。2019 年 4 个机场通航飞行小时超过 10 万小时,空域可以满足每年 25 万飞行小时的容量。四川通过划设 6000 余平方公里试点空域,加上简化申报程序、目视自主 飞行等一系列创新管理机制,盘活了低空空域资源,为我国低空空域改革提供了一套四川经 验。2020 年湖南获批成为全国首个全域低空开放试点省份,并推出“天地人和”的湖南通航 发展模式,搭建了通航产业省级服务平台。
3) 协同联动,助力新业态。各方有力配合,部委、地方、军方和大型企业共享优势资源,助力 通航新业态的发展,激发了市场活力。例如:江西省打造“江西快线”,形成了一张以江西现 有机场为支点的短途运输网,建立 PC-12 小型运输机交付中心。东部通航获得了 001 号跨境 飞行许可,已实现从深圳、广州、珠海、香港连通大湾区各市中心区 CBD、甲级写字楼停机 坪、旅游景区的常态接驳,开通了深港、穗港直升机跨境飞行等大湾区航线,逐渐让低空出 行成为粤港澳大湾区新常态,助力粤港澳大湾区的建设。
4) 科技创新,注入新动力。推广 ADS-B 导航以及北斗系统低空定位及监视等通航技术的应用;支持无人机新模式,建立无人机云平台,能够实现无人机飞行动态数据接入。坚持科技创新, 通过新技术应用驱动通航发展。
尽管近期通用航空发展较快,但距国务院设定的发展目标尚有明显差距,一些制约通用航空发展 突出问题亟待解决。 一是低空空域改革进展缓慢,低空空域资源供给不足。通用航空飞行活动审 批程序繁琐。二是通用机场建设滞后,虽然“十三五”期间通用机场数量增长很快,但与美国相 比差距很大。通用机场建设标准整体过严,成本过高。三是一些地方政府发展通航的思路不够清晰。虽然不少地方政府和企业发展通航的热情很高,但缺少相关专业领域的专家,找不准发力点。地方 政府普遍缺乏对通用飞机自主研发制造和通航企业经营盈利的扶持政策。
2020 年 7 月,湖南省通用航空发展有限公司在长沙挂牌成立,创新提出“天地人和”的通航发展 模式,搭建起促进全省通航产业加快发展的省级服务平台。公司成立后将承担湖南省内重要通航基础设施建设和运营管理工作,主 营业务为通用机场建设、管理、投资,通用航空飞行服务和“通用航空+”等新产业,同时要在通 航公共和公益服务领域发挥主平台作用。
2021-2035 年我国新增 838 个民航通用机场,将带动 84 亿元空管设备市场。根据广东、安徽、江 苏等 17 个省市发布的关于通用机场布局规划的地方政策文件,到 2035 年,17 个省将至少新增 838 个通用机场。通航机场造价不等,但投资额度往往不会太高。
3.2 低空空域改革赋能工业无人机,我国无人机空管系统已初 步具备全国监视能力
在通用航空领域中,工业无人机或将成为其发展的新动力。近年来工业无人机的快速发展对现有 空管基础设施、人员资源和关键技术都提出了新的需求和挑战。自主化、集群化、多样化飞行是无 人机未来发展趋势,低空无人机多样化应用、多变动态需求、高密度飞行,对现有空管体系提出了 新的需求和挑战,需要突破超越当前空中交通管理系统基础设施、空中交通管制人员资源和载人飞 机运行模式的关键技术。这些需求和挑战主要可以分为三个方面:
1) 体系架构层面:包括新的空域结构、航线结构、无人机空管主体、无人机空管流程、多维信 息的交互的传输、无人机空管体系与有人机空管体系边界与融合等。尤其在低空空域这一传统空管涉足较少的区域,可以认为需要几乎从零开始新建一个与高空管制空域空管体系完全 对应的低空空管体系;
2) 空管基础设施层面:传统空管的通信、导航、监视、信息等基础设施一般针对机场及高空空 域,没有专门针对低空的基础设施,如传统的一二次雷达或 ADS-B 等监视技术手段应用于低 空时将遇到信号覆盖范围和定位精度等多方面的问题,低空无人机空管需要大量新建相应配 套的基础设施,但同时面临着有没有合适的技术,新建设施是否具有可行性等挑战;
3) 空管关键技术层面:传统空管关键技术和管制手段都是人工化的,低空无人机飞行需要计算 机自动化生成和处理空管指令,且低空飞行量巨大,需要快速智能化的处理技术,这就为现 有空管关键技术的智慧化升级带来了切实的需求。但是,人工智能等智慧技术如何应用于空 管当中,如何保证新技术下的飞行安全都是无人机产业为空管体系带来的挑战。
四川省低空空域改革简化无人机经营许可审批,待条件成熟,无人机将与其他航空器融合运行。四 川省是全国首个低空空域改革试点省份。2018 年,四川省低空空域协同运行中心正式挂牌成立, 其划定了“四点三片一通道”的首批试点空域并成功完成首飞,试点成效开始逐步显现。其中,无 人机经营许可的行政审批流程进行了简化,改为委托授权方式,由通航处直接签发。虽然无人驾驶 航空器未被纳入首批空域的适用范围,但是无人机和有人机融合飞行是趋势。按照四川省规划,空 域划设将分“三步走”,第三步将在全川形成联网成片的低空飞行空域,并将无人机逐步纳入进来。
此外,民航局建立的无人驾驶航空器空管信息服务系统已经试点投入,全国远程监视能力已初步 具备。随着无人机应用规模越来越大,对无人机进行交通管制的紧迫性也逐渐增强。自 2018 年年 底开始,民航局着手建立的无人驾驶航空器空管信息服务系统(UTMISS)陆续开通深圳、海南两 个试点区域。目前,已经有 8 个无人机制造商的 54 种机型 完成了飞行动态数据对 UTMISS 的接入,UTMISS 已初步具备远程监视全国合规用户飞行动态能力。
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