飞行汽车是人类交通的未来么？

尽管对许多人而言仍如梦幻，但飞行汽车即将来到我们身边。所谓飞行汽车是指同时具有地面行驶和空中飞行两种性能的交通工具。最初由于技术限制，飞行汽车被理解为“会飞的汽车”，而随着垂直起降技术的成熟和产品化，现代飞行汽车对地面性能的要求逐渐弱化，更多强调使用一个交通工具在三维空间运行实现以往“汽车+飞机”的运输效果。

飞行汽车走入国人的视野，源自2017年吉利控股正式收购美国太力飞行汽车（Terrafugia），并宣布于2019年在国内量产其第一代产品。此外，腾讯、亿航以及Uber、Google、空客、丰田等巨头企业也看好这一领域，目前全球有超过20个不同的团队正在进行用于城市通勤市场的飞行汽车类产品研发。

作为一个民航业的后起国家，我们的通用航空目前仍没有取得理想的发展成绩，但我们在无人机领域却做到了世界同步，同时在新能源汽车、出行解决方案等市场上傲视全球，这让我们对飞行汽车在中国的发展充满期待。

本文在回顾飞行汽车研发历程基础上，总结其关键技术点，提出飞行汽车最有可能成为下一代交通工具的理由，最后对飞行汽车运行生态系统进行了描述。

1. 人类飞行汽车探索的百年历程

自从汽车和飞机分别被发明后，人类即开始了对飞行汽车的探索。汽车工业的代表人物亨利·福特在近100年前曾说道：汽车与飞机的结合体即将来临，你或许付之一笑，但它终将到来。按照当时人们的想象，到20世纪末或21世纪初，飞行汽车将是人类出行的主要交通工具。

历史上有据可查的第一辆飞行汽车，由航空先驱格伦·柯蒂斯（GlennCurtiss）在1917年的全美航空博览会上推出。这款产品开启了飞行汽车的萌芽阶段，但由于在后续的试飞中表现不佳，此后直至1940年代，第二阶段的飞行汽车产品才开始陆续推出。其中，海军飞行员出身的莫尔顿·泰勒（MoltTaylor）是其中最有代表性的一位，他研制的“AEROCAR”系列飞行汽车于1956年获得了美国民用航空局的型号合格证书和销售许可，并试制了5辆，此后泰勒持续对其产品进行改进直至1989年，但始终未能量产。

第二阶段还有其他几位先驱成功地设计制造出各具特色的飞行汽车，较为代表性的有：罗伯特·富尔顿提出了飞行部分与汽车部分分离的设计理念，试制了2辆试验品并成功试飞；西奥多·霍尔在二战前后试制过3种飞行汽车，但未获得民航部门的TC认证，并出现过坠机；阿道温斯特车辆工程技术集团于1973年推出“MIZAR PINTO”，是将一款福特汽车与赛斯纳小飞机联合在一起，并可在数分钟内完成飞机和汽车的转换。总的来说，这一时期的产品没有突破汽车与飞机各自的性能限制，可以被称为“拼接”阶段。

上世纪70年代以来，随着涡轮风扇发动机、卫星导航、新材料等航空技术的日益成熟，以及汽车设计制造能力的不断提高，飞行汽车的研制开始走向融合阶段，即按照一个整体进行设计。代表产品有肯尼恩·韦尼克的飞行汽车，无需拆去或折叠机翼, 也不用其它外部设备构型变化就能实现飞机与汽车的互换；加列脱公司为美国海军研制了的飞行吉普具有垂直起降功能，用于越过难以通行的地段；太力飞行汽车采用折叠翼设计的第一代产品Transition，成为首个获得美国民航、道路双重认证并进入量产阶段的飞行汽车产品。

近年来，随着新能源、人工智能和移动互联技术的飞速发展，飞行汽车进入了又一个新的发展阶段——以出行解决方案替代私人飞行用途。这一阶段的代表产品有：太力飞行汽车的第二代垂直起降产品TF-2，Uber的城市未来按需空中交通（On-Demand Urban Air Transportation）以及亿航184自动驾驶载人飞行器等。

人类对飞行汽车的探索已走过百年历程，但其发展速度却滞后于科学家的设想和公众的期待，究其原因，产品性能突破缓慢是关键。飞行汽车结构复杂、成本高、载重量和飞行性能都很低，相对同时期的飞机或是汽车都是最差的，限制了其应用。

飞行汽车要走向普及，以下突破必不可少：一是自动驾驶，对于人类而言，操作在三维空间中运动物体的难度是两维运动的几何倍数，因此飞行汽车的大规模应用必须以自动驾驶为前提；二是垂直起降，通过滑跑起飞必须依赖跑道，严重限制了飞行汽车的应用，从而垂直起降是飞行汽车普及的另一前提；三是环境友好，无论环保还是能量效率都要求未来交通使用清洁能源，高能量密度电池是第三大挑战；四是空域智能管理，航迹规划、感知避让和运行控制都是飞行汽车大规模应用之前必须要解决的问题。

总之，以我们目前的认识，未来的飞行汽车应当具备垂直起、自动驾驶、环境友好三大特征，且要以空域智能管理为前提，而当前，这些技术正是各家飞行汽车厂商研发的焦点。

2. 飞行汽车最有可能成为下一代交通工具

尽管飞入寻常百姓的生活还需时日，但我们依然认为飞行汽车最有可能成为下一代交通工具，其第一个理由要从当前交通存在的关键痛点说起。

大航海时代以来，人类交通经历了轮船、轨道、汽车、飞机四个世纪的变革，并依托交通方式产生了与之相适应的城市形态和居住办公方式。但当前的四种交通方式主要存在以下问题：一是效率低下，表现为地面交通拥堵、汽车轮船速度偏低以及不同交通工具之间换乘带来的高时间损耗等；二是环境污染，现有交通工具以石油产品为燃料带来的排放污染，严重影响了大气环境，威胁人类健康；三是人为风险，当前交通主要依靠人操纵驾驶，事故率较高，交通事故死亡人数长期居于各类意外死亡之首。

面向这些痛点，未来的交通应当具备立体、智能和绿色三大特点。立体即要求有两个以上维度，解决拥堵、提高速度并杜绝换乘带来的时间损耗；智能即要求驾驶无人化或半无人化，解决操纵安全问题的同时也能够提升效率；绿色即要求使用清洁能源，零排放实现环境友好。

未来交通的三大特点与未来飞行汽车的四大关键技术不谋而合，证明了飞行汽车是符合未来交通发展方向的，能够有效解决现有交通方式的关键痛点。

飞行汽车最有可能成为下一代交通工具，其第二个理由则是其相对于其他交通方案更贴近应用。

目前全世界范围内，除以飞行汽车为代表的汽车衍生方式外，还有高速轨道和传统通用航空两大方向也曾代表着未来交通发展方向。

高速轨道的支持者认为，未来交通应该转入地下，代表性实验包括埃隆·马斯克的超回路列车以及真空管列车、磁悬浮太空舱列车等，这种轨道交通需要在真空状态下运行因此车厢需要封闭的生命支持系统，列车速度能达到1 000 公里/时以上，但每公里基础设施投资达到百亿元人民币，同时由于速度快、车体质量重造成离心力巨大，轨道曲线半径超过9公里。显然，这种交通方式除了巨额投资外，技术仍存在一定缺陷，短期内大规模普及有较大的难度。

对通用飞机与直升机，美国在20世纪末提出的“NextGen”计划将其列为下一代交通方式。但从近20年的发展看，欧美国家的通用航空业已呈现明显的衰退势头，活跃通用飞机存量、活跃民航驾驶员人数和新交付通用航空器数量等关键指标持续处于下滑态势，通用航空驾驶员平均年龄持续提高，目前已超过55周岁。通用航空器领域的技术研发进展缓慢，新机型的推出频率越来越低。此外，目前在全世界范围内也只有美国实现了较为普及的私人飞行，将通用航空器作为全民基本交通工具的模式能否推广到其他国家还存在疑问。

相较而言，飞行汽车是三种未来交通方式中更为现实可行的选项，虽然技术上还存在一些阻碍，但仍属于可期待和想象的。

3. 一个完整的飞行汽车运行生态

尽管我们认为飞行汽车很有可能普及化并成为人类未来的交通方式，但也承认其应用范围是伴随技术性能提升逐步从试点走向日常。以目前全球首款进入量产的太力飞行汽车Transition为例，其折叠翼的滑跑起飞方式、专业驾驶员级的人工操控方式、目视避让的避撞形式、混合动力的驱动形式、100公里的有效航程和160公里/时的巡航速度等性能指标，决定了其应用只能停留在体验式和示范性。

随着未来飞行汽车可靠性、噪音控制、智能操控、运行控制、避障能力、清洁动力和航程速度的逐步提升，借鉴通用航空的发展历程，飞行汽车应用将由示范性向社会公益类应用过渡，在救援救护、城市消防、交通治理和应急避难等领域发挥作用。

最终当飞行汽车具备了智能化、绿色化和立体化三大特征，同时人类空域运行管理能力获得突破性进展时，飞行汽车将进入日常应用，成为人类交通出行的基本方式。然而，这一阶段的到来还需要不短的时间，因此下文仅对示范应用及社会公益阶段的飞行汽车运行生态系统做一个简单描述。

我们认为飞行汽车适宜在一个相对封闭的立体空间中开始实验性应用，而一个完整的飞行汽车生态网络，至少应当包括母港、节点和航线三大要素。

区域母港至少应有1个，建议依托现有支线或A1类运输机场，机场所在地应有便利的地面交通通达，机场跑道长度不应低于800米，本场净空条件良好、空域使用便利，配套有足够的机坪和机库，用于飞行汽车的停放和维护，同时能够建设相应的展示区域。

节点枢纽则根据不同的应用工况需求布局，同样需要满足飞行汽车的基本起降条件，在净空与空域便利性上应有所要求。例如，作为交通解决方案的城市飞行汽车节点，至少应包括一个枢纽和若干节点，枢纽为全市范围内飞行汽车提供停放、充电和简单维护等功能，同时承担全市飞行汽车的运行调度和应急处置；节点则依托高楼、操场等建设，能够保障飞行汽车起降，每平方公里至少需要设置一个。

对于航线，在目前我国低空空域管理的背景下，建议先期选择一个相对隔离的、远离军民航活动区域的空域内开展试点，仿照无人机运行试点的形式，划设相对固定的低空航线用于验证。未来随着空域管理技术的智能化，航线将逐步网络化。

十年前，笔者还在使用诺基亚末代旗舰手机N95，曾对苹果的初代IPhone产品不屑一顾。半年前，本为新能源车牌占号的10万元级电动汽车让我们全家迅速爱上，以至将原有油车冷落一旁。同样，或许飞行汽车对大众而言还比较遥远，但个人的习惯并无法阻挡时代前行，飞行汽车很有可能成为人类交通的未来！

注：原文发表于《中国民用航空》2019年1月。

作者：于一（民航管干院通航系）