飞行汽车离我们还有多远｜对话清华大学张扬军教授

作者 北小河FM

在科幻片《银翼杀手》里，2019年的洛杉矶已经是飞行汽车漫天飞弛，然而现实并没有那么丰满，2021年的飞行汽车仍然没有拿到通行证。

除了个别地区的有飞行汽车的游览和物流尝试，大众仍然难以见到普通生活场景中的飞行汽车。

目前的飞行汽车较小，续航和载重都不理想。这些初级飞行汽车产品不像固定机翼的民航客机，而大都是旋翼，可以实现垂直起降，这样更加适合在大城市里进行短途飞行，且噪音较小。美国联邦航空管理局和欧洲航空安全局也已经在为飞行汽车进行适航审定或制定技术规范。

飞行汽车遇到了哪些因素的制约？其规则、市场和技术障碍将如何解决？大规模推广的时间表又会是怎样的？

为何鸭邀请到清华大学车辆与运载学院教授张扬军来谈谈飞行汽车的发展，并试图回答上述疑问。张扬军同时是清华大学通用航空技术研究中心主任，汽车安全与节能国家重点实验室常务副主任。张扬军还获得了2019年度莱特兄弟奖章，这也是莱特兄弟奖章自1927年创立以来中国学者首次获此荣誉。

【本期话题成员】

孙滔 科学媒体人

张扬军 清华大学车辆与运载学院教授

【时间轴】

06:09 飞机还是汽车？

13:27 飞行汽车一定是电动化吗？

16:13 为何还没有推广？

22:01 北京的应用场景

26:55 一定是无人驾驶

32:43 未来一定是与地面汽车融合式发展

35:53 飞行汽车的发展时间表

【本期策划/撰稿】孙滔

【后期制作】孙滔

【内容概览】

为何鸭：你为什么会关注飞行汽车？

张扬军：汽车电动化和智能化的发展，推动了汽车和航空技术的跨界渗透和融合发展，那么跨界融合发展的未来可能是一个陆空结合的飞行汽车时代。我是车辆与运载学院的教授，过去是学航空的，所以自然而然就会关注飞行汽车。

为何鸭：在你的设想当中，飞行汽车在未来会是什么样的使用场景？

张扬军：在上海2010年世博会期间，通用汽车馆展示了一个2030年的智能汽车与交通场景。我和英国帝国理工学院的马丁内斯•里卡多教授就在通用汽车馆讨论智能汽车之后的交通，认为智能汽车之后将迎来飞行汽车时代。它将是一个完全立体的交通，当马路8车道变为4车道时，空间将规划出4条无形的车道，就像我们现在的立交桥，飞行汽车将道路从地面拓展到低空成为立体交通，有望解决城市交通拥堵问题，但是它一定是智能化的。所以它实际上是一个智能化的立体交通时代。

这就有点相当于过去我们全是平房，随着城市人口密度的增加，楼房便拨地而起，并且有地下的防空洞和商场。

为何鸭：如果要推广的话，飞行汽车到底是按照汽车来看待，还是按照飞机来看待？

张扬军：我这里先说说关于“飞行汽车”的基本概念。传统概念为狭义的飞行汽车概念，是指具备飞行功能的陆空两栖车辆，即汽车“飞”起来。目前我们讲的飞行汽车主要为广义的飞行汽车概念，是指面向城市空中出行的电动垂直起降飞行器，即城市地面交通工具为汽车，城市空中出行工具为飞行汽车。

目前这个阶段，一定是按照飞机来对待它。因为飞行汽车离地飞行，本质上就是一个飞行器，涉及到飞行汽车本身的安全性、认证适航要求，以及空域管理等很多规则，但是未来一定会重塑这个规则。未来我们城市整个的管理将会是一个综合部门来管理。

为何鸭：按照你刚才讲的逻辑，其实是汽车或者飞机的电动化和智能化技术发展促进了飞行汽车的发展？

张扬军：早期的飞行汽车探索实践主要是人类飞行梦想的牵引。近年来飞行汽车的发展，除了解决城市拥堵的需求牵引外，电动化、智能化技术发展的技术推动是促进飞行汽车发展的最关键因素。

飞行汽车首先一定是垂直起降的。由于城市空间的限制，飞行汽车必须具备垂直起降功能。未来还应该是可以即时垂直起降的，才能融入地面交通体系。现有飞行汽车主要采用多旋翼或多涵道风扇的分布式推进方案，以大幅减小推进系统尺寸和噪声、提高推进效能，并保证安全冗余度，而电动化技术则是飞行汽车实现多旋翼或多涵道风扇分布式推进的基础和前提。

第二，它一定是智能的、无人驾驶的。无论是从城市空中交通运行管理的角度，还是保证驾驶安全性的角度，都要求飞行汽车为智能辅助驾驶或无人驾驶。

为何鸭：一般而言飞机体积越大，重量越大，安全性越高，或者飞的高度越高，会安全性越高，那么飞行越低，体积重量又小，可能不确定因素就会多一些，对吧？

张扬军：是这样。如果大飞机在空中遇到湍流，它会稳一些，小飞机控制的难度大。从飞行汽车来讲，它体积、重量肯定是小的。飞行汽车主要在低空飞行，气候环境相对复杂，飞行安全的不确定性比高空飞行要多一些。

前面说过了，飞行汽车首先是电动化的，多个旋翼或涵道风扇，形成分布式推进，有多个推进单元，可以保证安全冗余度，这样的话万一其中有一个坏了，还能够安全降落。然后是智能化驾驶，这样就能够更好地精确控制飞行汽车，来保证安全性。

2020年5月9日，广州南沙，广东亿航无人驾驶飞机载着试飞人员登机进行试飞。图片：CFP

为何鸭：飞行汽车一定是电动化的吗？为什么燃油发动机不能做飞行汽车的动力？

张扬军：实际上，飞行汽车在国防装备和应急救援上会用到燃油动力，因为现有的电动化飞行汽车在有效载荷和续航上还有短板。

我们现在城市环保要求越来越高，汽车已经开始进入新能源转型的过程，飞行汽车是一个更未来的交通出行工具，那么它必然要满足环保的要求而采用电动化。同时，电动化也是降低飞行汽车噪音的有效手段。

另外，机械传动结构非常复杂，电动化就比较简单，也就更容易实现分布式推进。

为何鸭：同时电动化也是智能化的一个前提。

张扬军：肯定是前提。实际上智能核心的问题是感知、决策和控制，要对传感器的感知数据进行运算，最后要决策，再去控制执行。

实际上运算是很耗电的。打一个比方，我们过去用手机大哥大，电量很少，仍然有一周的待机时间，现在的智能手机容量这么大，往往一天还要充一次电，所以智能化是要耗能用电的，所以说电动化是智能化的前提。

为何鸭：为什么我们迄今没有看到普通人能够用上飞行汽车，到底问题在哪里？

张扬军：1886年卡尔奔驰发明了汽车，1903年莱特兄弟发明了飞机，其实自从有了汽车和飞机，大家就想把它结合起来。1917年，飞行汽车之父格·寇蒂斯第一次向人们展示了铝制机身与固定翼结合的“飞行汽车”，人们通常把1917年作为飞行汽车发展的起点。

飞行汽车现在的动力推进基本上是基于现有的汽车电池技术，续航里程、有效载荷受到限制，它还很难真正满足空中出行。更重要的是，它还是一个新生事物。我们面临规则的制定以及怎么去管理。

上述不足就导致飞行汽车当前的应用场景比较有限。几乎所有飞行汽车公司的发展愿景都是一致的，城市空中交通，城市里行驶着大量的飞行汽车，但无疑这一步需要经历漫长的过程。在实现城市空中交通之前，可以通过解决实际问题来验证或者迭代产品，比如亿航结合自身平台飞行稳定性好但续航短的特点，它发展短时环绕式的空中旅游项目，这样就可以迭代产品还能增强人们对亿航的认知；上海峰飞公司，则开发了垂直起降固定翼机型，发挥速度快，里程适中的优势，在上海金山区开展海岛间物资运输，特别是高附加值的生鲜产品，需要快速从离岛运抵大陆，并进一步整合进入当前物流体系，满足人们对生鲜食品的需要；比如，清华团队支持的学生创业公司玮航科技，发挥涵道风扇推力大、尺寸小、安全性高的优势，针对城市高层建筑消防灭火场景开展应用落地。

相信随着更多的公司在瞄准未来愿景的同时，积极探索可以落地的场景，应该会促进飞行汽车早日实现。 

为何鸭：规则、市场、技术是飞行汽车面临的三大问题，你觉得这些问题最难的是什么问题？技术应该不是最难的吧？

张扬军：最难的还是技术问题。因为现在的技术没有办法满足真正的空中出行需要，比如电池续航时间有限，就有里程焦虑。

这些飞行汽车公司要有很好的发展，可能还要跟汽车或其他服务领域等融合，假如公司专门针对飞行汽车开发电池可能就难以生存，因为当前飞行汽车的市场太小。如果开发这类指标更高的飞行汽车电池技术，牵引地面电动汽车电池技术的发展，那么它的产量就比较大了，将有效增强汽车和航空电动化的自主创新能力和产品升级，促进相关产业的发展。

为何鸭：将来飞行汽车驾驶员是不是要考驾照？要不要交警去执法？

张扬军：将来飞行汽车一定是无人驾驶的。现在这个阶段，很多初创公司的产品确实是有人驾驶的，这种一定是专业的驾驶者，但对于我们普通大众来讲，飞行汽车驾驶跟我们应该是没有什么关系的。

为何鸭：从这个角度看，无人驾驶在飞行汽车肯定是很重要的一个角色，但现状是汽车的无人驾驶也才是从L2到L3的过渡阶段，我们理想中的无人驾驶在地面汽车领域还有一个距离，那么飞行汽车的无人驾驶是不是一定要在地面汽车无人驾驶很成熟之后才有可能推广开来？

张扬军：我觉得不一定。这个模式上可能会有区别。比如亿航，它有一个中央控制系统来集中管理调度无人驾驶飞行汽车，汽车无人驾驶则是没有一个集中管理调度系统的。

现在空中的无人驾驶其实并不难，它是按照路径走的，那么规划好了航线，就比地面的环境简单了。因为地面的交通流非常复杂，比如突然一个人过来或者车过来，智能汽车要去感知，要采取措施，空中飞行就相对比较简单，它没有复杂的交通流环境，至于空中飞行器之间的感知技术很成熟了。

复杂气象环境感知是飞行汽车智能驾驶技术的主要瓶颈。低空湍流和风切变气象环境将严重威胁飞行汽车的飞行稳定性和安全性。低空气象环境的感知、决策与控制，以及在遇到不确定情况或错误时，飞行汽车无法像地面行驶汽车一样停在路边，必须提供短期恢复模式确保安全降落停靠，是飞行汽车低空智能驾驶技术面临的最主要挑战。

为何鸭：汽车在地面上有很多摄像头来感知，那么在空中也要靠摄像头吗？

张扬军：大气环境需要气流传感器，比如说风压、风速传感器，研发低成本、微型、近场复杂气象感知的气象雷达系统，是飞行汽车低空智能驾驶技术的重要前沿和关键技术。感知的数据需要进行大量的计算，而且这种运算完了要很快来做决策，这就比地面汽车的计算量大多了。

现在人工智能技术快速发展，它能够自学习，可以大幅度降低计算和决策时间，所以我觉得问题的解决应该是加速的。

为何鸭：所以制定规则、市场推广的优先级都要排在技术后面了。

张扬军：对，不过也是相对而言。因为我觉得技术本身还需要进一步发展，比如若安全性还没有达到大众预期，那么可能就没发法制定相应的运行规则。

美国在上世纪60-70年代就实现了用直升机进行点对点的空运服务，但直升机安全性差，出了几次事故后，这个模式就此沉寂下去了，飞行汽车未来也会面临这个问题，如果安全性不满足要求，出现几次甚至只要是一次坠落事故，那么将给这个行业带来重创。

不过，现状仍然可以谈应用场景。首先是物流，先不载人，这样安全性要求就要低一些。第二，载人可先做固定航线或特定场景。

为何鸭：你自己有没有体验过或者说去乘坐过这些飞行器？对飞行汽车的技术方案有什么评价？

张扬军：本来最近想去体验亿航的飞行汽车，因为疫情防控没有实现。亿航“EH216”是多旋翼，可以集中停放。其它的飞行汽车有固定翼加多旋翼的组合，相对会节能，有利于增大载荷。所以我觉得各有各的优缺点，你不能说哪个技术路线一定是好的。

不过，我觉得现在大家做的有点像数码相机时代，还没有实现达到现在的智能手机时代，他们做的飞行汽车只是实现了飞行，而没有与地面交通融合，也就是说，这只是飞行汽车发展中的一个阶段，而不是最终目标。

为何鸭：这些产品与电影《银翼杀手》中的飞行汽车场景还有很大距离，那么你理想中的飞行汽车时间表是怎样的？

张扬军：我认为一直到2030年，基本上还是处在一个固定航线的商业示范应用阶段，基本上是空中飞行为主，相当于是点对点固定航线的城市空中公交飞行汽车，即空中巴士。

到2030年或者2035年以后，无人驾驶成熟了，管理上的融合也实现了，飞行汽车个性化服务的空中出租车亦将逐渐实现商业化应用，这是比较乐观的预期。与地面交通融为一体的陆空结合飞行汽车大规模推广来讲，我觉得可能是到2050年才会出现那种场景。

为何鸭：飞行汽车的大规模普及会对人们的生活产生怎样的影响？是颠覆性的吗？

张扬军：我觉得改变应该是颠覆性的，你想想，那个时候也就是2050年以后，城市空中交通将与地面智能交通系统融合成为陆空一体的立体交通系统，而不像现在会受到很多的约束。这就像过去我们出去玩，要带个相机请人帮忙照相，现在到哪则是随便拍照，这就是颠覆性的。

史蒂芬·科特勒是《纽约时报》等杂志的畅销专栏作家，他写过大量描述科幻小说转变为科学事实的文章。2016年出版的他写的畅销书《未来世界-改变人类社会的新技术》中，认为飞行汽车和人工生命等技术，将是改变人类未来生活的颠覆式技术。

为何鸭：最后，你看有什么补充吗？

张扬军：福特在1935年就说飞机与汽车结合的产物一定会来。我说飞行汽车历经百年的探索，城市空中出行时代即将开启！实际上城市空中规模化出行时代的到来，很可能正是他说的100年之后2035年。

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