Industrial Ecological Strategies of Low-Altitude Economy Based on Co-Evolution——Taking “Low-Altitude Aircraft+” as an Example
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摘要:
低空经济作为中国重点发展的战略性新兴产业,是经济增长与技术突破的新引擎。其中,低空空域资源管理、低空航空器技术突破和低空应用场景拓展是构建低空经济产业生态的三个关键环节。然而,当前实践表明,三者存在脱节现象。为回应“如何实现空域、技术、场景共同演化,创造低空经济产业生态”这一核心议题,在界定低空经济内涵与特征的基础上,围绕中国大型无人机的技术突破与产业发展开展案例分析,从中梳理出场景驱动、技术驱动、空域驱动的作用过程及其对低空经济发展所起到的奠基、推动和引领作用。由此,进一步提炼实现低空经济产业生态共同演化的策略,即空域开放式策略、场景融合式策略和技术二元式策略,以期为推动低空经济增长提供理论与实践的思考。
Abstract:As a strategic emerging industry in China, low-altitude economy is a new engine for economic growth and technological breakthrough. The three key links to build the industrial ecology of low-altitude economy are the resource management of low-altitude airspace, the technological breakthroughs of low-altitude aircraft and the expansion of low-altitude application scenarios. However, the current practice shows that there is a disconnect among the three links. In response to the core issue of “achieving the co-evolution of airspace, technology and scenarios, and creating industrial ecology of low-altitude economy”, the paper defines the connotation and characteristics of low-altitude economy, creating out case analysis concerning the technological breakthroughs and industrial development of China’s large unmanned aerial vehicles, and sorts out the scenario-driven, technology-driven and airspace-driven mechanism, as well as their roles in laying the foundation for, promoting and leading the development of low-altitude economy. On this basis, the paper further refines the strategies to realize the co-evolution of industrial ecology of low-altitude economy, namely, airspace opening, scenario integration and dual technology, so as to provide theoretical and practical reference for promoting the development of low-altitude economy.
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一、 问题的提出
低空经济作为前瞻性战略性新兴产业之一,拥有万亿级广阔市场空间和远大发展前景,已成为推动经济社会创新发展的新引擎。自2024年低空经济作为新质生产力的重要代表,首次被写入政府工作报告以来,全国各省市积极抢抓低空经济产业密集创新战略机遇,政策引领、规划先行,加快形成低空经济产业集聚效应、推动产业生态构建,中国预计在2030年将实现万亿级市场规模。
低空经济作为依托低空空域、以低空航空器的技术突破为牵引开展低空飞行活动、辐射多领域的综合性经济形态,其产业生态呈现低空航空器与各产业应用场景“组合式”的发展模式,如“低空航空器+应急”“低空航空器+物流”。而低空空域作为开展一切低空飞行活动的基本场所和基础性公共资源,其配置与管理则是发展低空经济的出发点。进而言之,低空经济产业生态构建包括三个关键环节,即低空空域资源管理、低空航空器技术突破和低空应用场景开发拓展,且三者相互依存、共同演化(以下简称“共演”)。
然而,从实践层面来看,目前中国的低空经济发展尚存在三者割裂、脱节的难题:一方面,低空空域管理与低空航空器技术突破脱节,即当下局部开放和大面积管控的粗放式管理,虽出于服务国家信息安全的需要,但也抑制了低空航空器开展飞行活动的积极性,既不利于在应用中检验与突破技术,又加剧了空域资源的闲置乃至浪费;另一方面,目前低空场景开拓与低空航空器技术突破也有待融合,即目前低空场景尚停留在农林植保、基建巡航等生产作业和公共服务领域,航空消费这一潜在广阔市场尚未得到充分开发,这与低空航空器的技术难以匹配、飞行安全难以保障、产品性价比有待提升等问题密切相关。可见,构建低空经济产业生态最大的难题是:如何跨越低空空域闲置资源与应用场景经济潜能之间的鸿沟,实现空域—技术—场景的共演。
然而,既有理论研究尚无法完全回应上述难题:一方面,低空经济作为一种新兴业态尚处于发展初期,从研究问题来看,相关专业化理论研究尚未涌现,多数研究还停留在概念界定与特征识别,对关键科学问题的凝练尚不明确;另一方面,从研究内容来看,现有研究多聚焦低空空域管理或无人机这一特定航空器的应用,而尚未形成聚焦产业生态发展的系统性思考。而共演作为一个对多方参与的情境极具解释力的分析框架[1],有助于将低空经济产业生态构建中的多个关键环节纳入研究范畴,揭示“相互影响的各种因素之间的演化关系”[2]383-392。
综上,如何实现低空空域资源管理—低空航空器技术突破—低空应用场景开发拓展的共演,成为构建低空经济产业生态的关键问题。而目前,中国在以大型无人机为代表的低空航空器技术突破领域具备扎实的工业基础与突出的系列成果,这为研究思考低空经济产业生态共演逻辑提供了较为典型的实践素材。研究将以中国大型无人机的技术发展历程为切入点,在梳理低空经济相关理论研究的基础上,基于共演视角,探讨空域、技术、场景共演推动低空经济产业生态构建的挑战与化解策略。可以预期,研究不仅有助于从理论层面挖掘低空经济作为新业态的独特性和发展规律,也有助于从实践层面以场景创新带动产业落地,为推动低空经济发展提供启示与借鉴。
二、 低空经济的理论研究
(一) 从低空空域到低空经济
低空空域是发展低空经济的基础性资源,因此,界定低空空域的空间是研究低空经济的前提条件。然而,低空空域的具体范围尚无权威性和统一性的定义,这是由于低空空域除了具有自然资源固有的自然属性外,还具有经济属性和社会属性等特征,对其具体的界定需要根据地区实际情况而定[3]。
当前,全球对低空空域的开发和利用尚属发展阶段,随着中国对这一战略性资源的日益重视,国家政策对于低空空域的规范也在不断完善。2014年,《低空空域使用管理规定(试行)(征求意见稿)》明确提出,“低空空域原则上是指全国范围内真高
1000 米(含)以下区域。山区和高原地区可根据实际需要,经批准后可适当调整高度范围”[4]。随后颁布的《国务院办公厅关于促进通用航空业发展的指导意见》(国办发〔2016〕38号)提出,“及时总结推广低空空域管理改革试点经验,实现真高3000 米以下监视空域和报告空域无缝衔接,划设低空目视飞行航线”[5]。低空空域的范围也被进一步扩宽。在全球视野下,美国和欧洲采取了不同的空域管理策略,美国将空域划分为A类、B类、C类、D类、E类5类,其中E类空域是低空空域的主要组成部分,可以进行通用航空和无人机等飞行活动,同时,美国根据通用航空和无人机发展的情况动态完善低空空域的相关法规,体现出较高的匹配性。欧洲则将空域划分为A类、B类、C类3类,其中C类空域主要用于低空飞行活动,在低空空域范围内,又通过分层划分的方式进一步精细化管理,以服务于不同的应用场景。由此可见,低空空域的范围界定尚处在探索阶段,其高度标准也并非绝对性的规定,所谓低空也可以是一个相对的概念,在低空空域管理机制的完善、航空器技术突破和运行安全保障的前提下,低空空域的高度标准也会动态调整。低空经济这一概念最早于2010年在中国被提出,旨在回应中国通用航空发展的需求,也是对低空空域资源科学配置与管理改革的产物。有学者用低空经济对应的英文单词进行检索,未发现相关文献,可见低空经济一词既是一个经济学术语,又是具有中国独特语境的广义经济形态[6]。在众多学者对其进行开创性地定义之后,低空经济的理论研究也在不断完善,不同学者从其存在的理论基础、产业构成乃至与新质生产力的关系方面进行了研究,至今方兴未艾。总之,对低空空域的合理利用和科学管理是低空经济持续发展的关键,低空空域具有自然资源的有限性和区域性等特征,通过对其有效地开发和利用,低空经济在未来将展现出更广阔的发展潜力和巨大的经济价值。
(二) 从通用航空经济到低空经济
低空经济这一概念的提出顺应了中国通用航空经济发展的趋势,要理解低空经济自然绕不开通用航空经济,这二者的区别与联系也有待进一步的探讨。通用航空经济是指除军事飞行和公共航空运输飞行以外的所有航空活动所形成的经济形态,涵盖了工业、农业、林业、建筑业以及抢险、海关缉私等多个领域的飞行活动[7]。虽然通用航空主要集中在3 000米以下的低空空域,涵盖了广泛的民用航空活动,但通用航空又不局限于低空空域,还有更多的通用航空飞行活动在中高空展开[8]60。通用航空的发展在很大程度上依赖对低空空域资源的有效利用和管理,涉及航空器制造、飞行培训、维修保障、航空物流等多个方面。随着技术的进步和政策的支持,通用航空产业成为航空产业的重要组成部分,推动了区域经济的发展和产业链的延伸。
低空经济的概念是在通用航空产业基础上的演化。低空经济是一种以低空空域为依托,以无人机为主体,以有人机为补充,涵盖制造、飞行、保障和综合服务等四大产业的综合性经济形态[9]。通用航空产业是低空经济的主体产业,低空经济不仅涉及传统的通用航空活动,还包括新兴的无人机物流、城市空中交通(urban air mobility,UAM)、低空巡查作业等。
相比通用航空,低空经济更聚焦“低空”这一范围,此外,在技术应用、需求创造和生态构建方面得到了进一步的发展。首先,低空经济促进了新技术的应用,在无人驾驶技术和新能源技术的发展下,无人机产业成为低空经济的主导产业,新型航空器得到了广泛应用,其性能和环境适应性比传统航空器更具优势,技术也在不断地迭代和突破。其次,低空经济激发了新的消费需求,具有较强的经济带动性,低空空域为新的航空产品创新提供了广阔的空间,也拓宽了新的服务场景。航空器产品的创新需求不仅带动从研发、设计到制造的整个产业链的协同发展,还能促进地面基础设施的有效投资和融合发展。最后,低空经济推动新的产业生态形成,体现了广泛的产业融合性[10]98-99。低空经济在利用好低空空域这一关键资源的基础上协同开发传统地面资源,通过整合低空和地面上的各种经济活动,低空经济促进了资源要素的自由流动和相互赋能,逐步向“天上一张网,地上一盘棋”的产业生态迈进。
(三) 共演理论与低空经济的产业生态
共演起源于20世纪60年代生物学界对蝴蝶与花草植物之间进化关系的研究,指在两个或多个相互依赖的单一物种间,其持续变化轨迹呈现交织、适应的规律[11]。由此演化出相互适应、相互选择、共栖和共生等概念,进而成为研究进化论的有力工具[12]。至20世纪80年代后期,共演思想开始被应用于社会学和管理学等人文社会科学领域,例如:Norgaard提出,共演的核心在于基于“共同”的“演化”,包括知识、价值、组织、技术和环境等五个子系统的长期反馈关系[2]382-394;Volberda和Lewin 则应用“变异”“复制”和“选择”等观点来描述共演的过程[13]。随后,多数学者重点探讨了共演过程机制,例如:Suhomlinova从控制结构、产品策略、交换策略和与市场的距离等四个方面探讨了组织与环境的共演[14];欧阳桃花等研究了信息技术如IT能力与组织边界的共演[15];江鸿和吕铁从替代、互补、分化等三个阶段探讨了政府和企业系统集成能力的共演路径与“非对称”互动机制以期贡献于复杂产品系统技术追赶[16]。总体来看,共演理论为多方参与的情境提供了一个极具解释力的分析框架,而低空经济的产业生态恰恰呈现了多方参与、动态适应的特征。
低空经济的产业构成可以概括为“144”,即: 1个关键资源——低空空域;4大核心产业——低空制造产业、低空飞行产业、低空保障产业和综合服务产业[17];4个辅助种群——政府公共力量、科教文种群、投融资种群和中介服务种群[8]64。低空制造产业是低空经济的基础性产业,包括各类有人驾驶和无人驾驶航空器的研发与制造,如无人机、直升机及其他小型飞行器。低空制造产业的发展不仅满足了低空飞行需求,还促进了技术创新与产业升级。低空飞行产业是低空经济的核心,涵盖货运物流、载人出行、文旅活动、生产作业和公共服务等多个领域。这些飞行活动利用低空空域,为城市交通、物流配送、应急救援等提供了高效便捷的解决方案,推动了城市空中交通和无人机物流的发展[18]。低空保障产业包括空域管控系统、基础设施建设、通信导航和维修服务等,为低空飞行活动提供必要的支持和保障。综合服务产业涵盖住宿、文化娱乐等地面服务,支撑和补充低空飞行活动的需求,形成了一个完整的低空经济生态体系。
低空经济产业生态构建依赖于新技术的应用和新需求的创造。首先,随着无人驾驶技术、新能源技术和新一代信息技术的发展,无人机产业成为低空经济的主导力量。新型航空器在无人机物流、城市空中交通等领域的应用,不仅能够提高效率、降低成本,还带来了新的经济增长点[19]。其次,低空经济的快速发展激发了新的消费需求,如低空旅游、空中观光、快递配送等,拓展了低空经济的应用场景,不仅如此,应用场景的拓展反过来又对航空器的产品创新和产业升级提出新的要求。低空经济通过创新服务模式和多样化的应用场景,吸引了大量的市场投资,进一步增强了其经济带动性。此外,低空经济的蓬勃发展也需要政策的支持和市场的开放。政府通过制定科学合理的空域管理政策,保障了低空飞行的安全和效率。
低空经济的产业生态构建关键在于,与传统地面经济协同发展。在新技术的推动和新需求的驱动下,低空经济依托于低空空域资源,通过与传统地面经济的结合,形成一个综合性的产业生态系统[10]98-100。通过整合低空和地面上的多种经济活动,低空经济实现广泛的跨领域合作,促进了资源要素的优化配置,如无人机与智慧城市的结合、低空物流与电商平台的对接、低空巡查与公共安全的协同等。此类融合不仅提升了资源利用效率,还催生了新的商业模式和产业链,推动了经济高质量发展。低空经济的产业生态具备较强的辐射带动性,能够拉动上下游产业的发展,带动区域经济的整体提升。这需要社会各界的共同努力,政府、企业、科研机构等需要在政策制定、技术研发、市场推广等方面协同合作,建立健全低空经济发展的保障机制和支持体系。
三、 低空经济的实践探讨:以大型无人机为例
以有人机、无人机等为代表的低空航空器是发展低空经济的关键载体。相较于有人机,无人机具有应用领域多样、代替人类完成危险作业、成本较低、灵活度较高等优势。中国在无人机领域的积累与突破最早可追溯至21世纪初在大型无人机领域的长航时、宽载荷等关键核心技术上及其产业化发展之时。截至2023年底,中国注册无人机数量达126.7万架,同比增长32.2%,无人机飞行时长达
2311 万小时,同比增长11.8%;中国共有无人机设计制造单位约2300 家、运营企业近2万家① 。反观美国,截至2023年7月,注册的无人机数量近90.0万架,且在美国市场的无人机品牌中,中国无人机品牌市场份额超过80%② 。就无人机在低空经济的应用而言,中国无人机不仅体现在个人消费、地理测绘、影视航拍等传统应用领域的卓越性价比优势,同时还在不断拓展应急救援、通信中继、气象探测等重大应用场景。中国无人机在物流运输场景中已实现规模化应用。不仅如此,伴随着无人机在低空经济应用场景的开拓,其赖以活动的基本场所即低空空域也得到了进一步管理与开放。自2024年1月起施行的《无人驾驶航空器飞行管理暂行条例》为其飞行管理和空域管制提供了清晰规则,同时,全国多地都在逐步开放低空可飞空域、加强低空飞行活动服务保障体系建设。可见,中国大型无人机的技术突破与应用场景开拓、空域资源管理共演,助力低空经济发展。下文将基于共演视角,以中国大型无人机的发展历程为研究对象,分析技术—空域—场景共演的实践历程,以期为后文提炼低空经济产业生态的共演策略提供依据。
总体来看,发展低空经济需要场景、技术、空域等三个要素的共同驱动。结合中国大型无人机的发展历程可以发现,这三者各自作为驱动力又会影响其他两个要素的发展。
(一) 场景驱动
场景驱动是指由国家、市场提出低空航空器得以创造价值的需求、应用领域或产业融合方向,从而驱动低空航空器技术突破以及空域资源管理以适应场景需要。场景在学术上尚无统一界定,结合大型无人机以及低空经济的实践可知,场景是让低空航空器(如大型无人机)创造经济、社会价值的环境。进而言之,场景是让技术、产品走出实验室和走向产业化的关键载体。就中国大型无人机而言,其场景最早源自国家需求。具体来看:中国对大型无人机的研制起步于20世纪50年代,虽然80年代开始于军队试点,但直至20世纪末仍然与上述强国存在较大差距。原因在于,此时的大型无人机研制主要以技术引进和对有人机、靶机改进和改型为主[20],此时的中国不具备独立自主研制大型无人机的能力。转折点出现在20世纪末,伴随着世界两极格局的解体,世界处于百年未有之大变局。为维护国家核心利益并形成战略威慑力,中国迫切需要一款能够满足对辽阔疆土、绵长边境海防线侦察场景需求的长航时、高分辨率大型无人机。为此,国家某部门作为大型无人机的使用总体单位,将上述需求分解为长航时、高空、远程、隐身等核心指标并公开招标。2000年4月,北京航空航天大学(以下简称“北航”)成功应标,被确定为研制总体单位,牵头研制这款大型长航时无人机——长鹰无人机[21]。
由此可见,这一阶段国家以服务于国防安全这一场景为突破口,驱动了长鹰无人机的研制。为了满足面向中高空空域的飞行以及长航时、侦察等目标需求,长鹰无人机在技术层面实现了如下突破:其一,原创的外观设计助力无人机航时实现了从4小时到40小时的跨越。航时指巡航时间,即耗尽可用燃料或可用电量所能持续飞行的时间。航时越长,表示航空器具备的留空飞行能力越强,相应单架次飞行获得的信息越多。长鹰无人机问世之前,国内无人机的最长巡航时间在4小时左右,有人机的最长巡航时间在6小时左右
③ 。长鹰无人机则凭借40小时的巡航时间比肩当时代表国际最先进水平的“全球鹰无人机”④ 。长航时无人机的使用环境和任务要求与常规航空器存在很大差别,因此对翼载荷⑤ 以及机翼的升阻比⑥ 、结构质量等有着极高要求。对此,北航作为研制总体单位,在没有原型机的背景下从零起步、举校之力实现外观原创。这一过程既得益于三代研制团队近五十年对无人机前沿技术的持续研究,也得益于研制团队内部具有学科交叉、老中青结合的特色,从而实现设计方案的不断迭代与优化。其二,原创的架构设计实现了中高空侦察功能。架构设计是产品分解与链接的设计思想,即产品的功能单元组合为实体装置的结构配置,包括功能单元形成物理组件以及相互作用的物理组件间的界面规格[22],决定着产品核心功能的实现。面对长鹰无人机的高水平指标需求,需要从底层知识体系出发对架构进行全新布局。因此,为了确保长鹰无人机的远距离侦察任务顺利完成,设计重点围绕无人机远距离飞行过程中的自动控制与导航制导⑦ 、信息传输等系统进行架构的创新,并为未来系统拓展、功能优化预留了稳定而通用的载荷空间[23]。总之,中国大型无人机——长鹰无人机作为“先行者”在国家场景的驱动下,以原创的外观和架构设计开创了中国大型无人机进入长航时、中高空的新时代。其对低空经济的主要影响体现在以下两个方面:其一,国防安全场景驱动了中国大型无人机产业链的初步构建,为其未来成为低空经济中的产业主力提前布局。无人机的产业链包括上游的设计研发及关键原材料生产、中游的整机制造特别是核心系统制造(如动力系统、导航与飞行控制系统、任务载荷系统)、下游的应用场景开发(如侦察、物流、应急救援)。在长鹰无人机之前,大型无人机还属于比较小众的领域,技术和团队主要源自研究型大学,并未吸引航空工业部门大量资源的整合与聚集,同时,相关零部件的配套产业,如任务载荷系统,与国外存在很大的差距,因此无法形成相关产业链布局。在长鹰无人机的研制过程中,国防安全场景赋予北航对内举校之力、对外统筹协调的资源调配和决策执行权利。同时,北航也营造了相对开放包容的创新环境,通过与参研配套单位的合作,推动无人机产业链的初步布局与形成。其二,国防安全场景驱动了大型无人机平台构建,为未来适应低空经济多样化应用场景提供平台性技术支持。平台能将需求和技术可能性结合起来,形成推向市场的产品以及积累于组织内部的技术能力[24]。长鹰无人机平台作为一个稳定化、通用化的新产品开发平台,为未来搭载多种任务载荷提供了通用化接口和空间,有助于通过快速更新任务载荷、迭代产品型号:一方面,可以满足国防信息化的动态需求;另一方面,可以向农业林业、广义遥感探测、物流运输、公共安全、消费娱乐等纵深领域拓展。
(二) 技术驱动
技术驱动是指以关键核心技术突破带动场景的拓展以及空域的开发,以实现与先进技术之间的匹配。结合中国大型无人机发展实践可知,正是有了长鹰无人机的产业基础布局和平台技术积累,2005年前后,中国大型无人机领域涌现出两家具有代表性的产品——中航(成都)无人机系统股份有限公司(以下简称“中航无人机”)
⑧ 研制的翼龙系列无人机,以及航天彩虹无人机股份有限公司⑨ 研制的彩虹系列无人机。两个系列的产品凭借各自先进的技术形成完整产品图谱,用短短不到20年时间,在国际出口市场中形成了与美国、以色列市场份额并驾齐驱的局面,实现了中国大型无人机产业从跟跑到并跑的技术跨越。二者在技术突破方面的特色与表现如下:翼龙系列无人机的定位是中高端大型察打一体无人机,即无人机不仅可以长时间侦察,还可以对地面目标精确打击。因此,其较为关键的技术突破首先表现为激光瞄准系统和火控系统。而翼龙系列无人机之所以能在较短时间内实现突破,一方面,得益于研制团队在以往有人机自主研制过程中的扎实技术积累;另一方面,也源于其交付用户所提出的严苛应用场景需求,即不仅要完成精准打击,同时被打击目标还要在移动状态下。这一先进性技术在战时有利于形成先发制人的优势,在非战时也有助于开展灾情监测、应急救援等,为未来服务低空经济发展提供经验性技术积累。不仅如此,翼龙系列无人机的另一个较为关键的技术突破表现为,宽载荷与模块化匹配式的系统架构设计。宽载荷是指无人机挂载能力大、能够为挂载多种任务设备提供充足的空间;模块化是指将无人机所涉及的任务设备进行接口标准化、功能独立化处理。而二者相匹配意味着无人机可以搭载不同的任务设备以应用于不同的场景需求。也正是这一技术的前期突破与积累,使得国家看到了翼龙系列无人机在民用及服务场景中应用的潜力并主动为其提供场景导向。例如,中国应急管理部门需要能够应用于应急救援、恢复通信的场景,搭载基站吊舱的民用型翼龙-2H应急救灾型无人机应运而生。在2021年河南省郑州市特大暴雨灾害应急救援、2022年四川省泸定县地震应急救援、2023年台风“杜苏芮”福建省受灾地区应急救援、2023年甘肃省积石山地震应急救援等任务中,该机型都飞赴灾区执行了长时间侦察与中继通信任务,打破“信息孤岛”并实时回传受灾地区现场画面,为受灾群众恢复通信,为后方指挥人员明确救援救灾重点方向和高效调度救援力量提供了关键的决策依据。
彩虹系列无人机是依托中国航天空气动力技术研究院的空气动力技术等传统优势,经过20余年创新发展所形成的“大、中、小型相匹配”“远、中、近程相衔接”的无人机产品体系。其关键技术突破主要表现在两个方面:其一,机弹一体集成设计提升无人机的综合性能。其研制团队依托国内最早拥有无人机及无人机载导弹科研生产能力的资质,开展机弹一体集成设计,即无人机不仅在续航、侦察、打击方面性能卓越,更重要的是还可挂载自研的“射手”系列导弹。由此,使得无人机和弹药能够发挥最大协同效能,即无人机可为智能弹药研制提供飞行验证平台,弹药的大量应用也可快速提升无人机的改进研制和性能提升。其二,专注于无人机系统智能化发展。无人机系统智能化是指让无人机在一定程度上能够模仿人的思维,具备态势感知、信息融合、自主决策、组网协同的能力。系统智能化与无人飞行技术的结合,类似于工业领域的“互联网+”模式,是一种跨域融合,旨在通过技术融合催生出新型的力量增长极。目前,彩虹系列无人机的部分机型开展了人工智能目标检测、智能任务规划、图像地理信息智能校正、人工智能融合变化检测等功能设计、研发与测试工作,完成了视觉、地形匹配等多种手段结合的无源导航策略以及自主滑行、自主感知避障功能的设计研发与试验,实现了无人机系统智能化从零到强的跨越式发展。而一体化的集成设计和智能化的技术突破,共同推动彩虹系列无人机在测绘、森林防火、应急、航空物探等低空场景实现高效且安全地应用,并占据了行业制高点。同时,相比当下较为热门的电动垂直起降飞行器(electric vertical take-off and landing,eVTOL),彩虹系列无人机具有续航时间长、作业覆盖面积广、安全性可靠性高、环境智能感知能力强等优势。未来还将考虑在飞行服务、租赁、托管、数据服务等方面发力,持续拓展低空经济应用场景。
总体来看,中国大型无人机翼龙、彩虹等作为加速器,以技术突破加速驱动国家为先进性技术寻找匹配场景,由此推动大型无人机从服务国防安全场景向农林植保、应急服务、物资投送等传统低空场景拓展。同时,为了适应这些场景的需要,大型无人机相关研制企业持续优化无人机平台、任务载荷等原理性技术,并在场景飞行中积累经验性技术,以期为服务低空飞行活动提供产品支持与技术保障。而上述飞行也彰显了大型无人机在中低空域(
3000 ~5000 米)开展飞行活动的可行性与必要性,为国家持续关注、重视低空空域的利用与开发提供了一定导向。(三) 空域驱动
空域驱动是指低空空域的规划与开放,为低空航空器新产品试飞以及低空经济新场景开发提供充足物理空间,从而起到驱动技术突破与场景拓展的作用。为了顺应时代发展,低空空域开发和利用应政策而生。近年来,国家出台了一系列进行低空空域管理改革的政策法规和发展规划,为低空经济特别是无人机的发展提供了重要的政策保障。例如,2010 年《国务院 中央军委关于深化我国低空空域管理改革的意见》(国发〔2010〕25号)的印发,拉开了低空空域管理改革的序幕。2022年,国务院印发的《“十四五”现代综合交通运输体系发展规划》(国发〔2021〕27号)提出“深化低空空域管理改革”“有序推进通用机场规划建设”。2023年,中国民用航空局(以下简称“民航局”)发布《国家空域基础分类方法》,对中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类、B类、C类、D类、E类、G类和W类7类,其中,A类、B类、C类、D类和E类为管制空域,G类和W类为非管制空域。这一分类方法的发布为eVTOL、无人机和通用航空等各类低空航空器提供了低空飞行空间的详细管理细则。同时,自2024年1月施行的《无人驾驶航空器飞行管理暂行条例》也为无人驾驶航空器的飞行管理和空域管制制定了清晰规则。
事实上,低空空域管理的核心目的是在保证国家信息安全与低空飞行安全的基础上,最大限度提高空域利用率。因此,如何管理空域还需要建立在对空域的充分利用之上,即先利用起来再逐步完善相关安全配套措施。根据规划,民航局在《智慧民航建设路线图》(民航发〔2022〕1号)中提出了先郊后城,先货后人,先隔离后融合的指导方针,即先载货,积累足够多的安全时长再慢慢过渡到载人。由此大型无人机更是成为发展低空经济、促进空域管理的“排头兵”,特别是在中国多个省份纷纷践行低空空域管理改革试点的背景下,空域管理有望驱动大型无人机的技术突破与低空产品体系构建,从而进一步驱动低空制造企业主动创造新的低空经济应用场景。
以翼龙系列无人机的发展为例,2024年4月,中航无人机与四川省自贡市贡井区人民政府签订合作框架协议,这将加快自贡无人机产业基地建设与交付。作为低空空域管理改革试点的代表性省市之一,自贡市即将建成的航空产业园拥有高度
2400 米以下的低空空域和面积1.1万平方公里、高度1.3万米的无人机试飞空域。这不仅极大地保障了翼龙系列无人机面向低空经济应用场景进行产品迭代、试飞的各类需求(据悉中航无人机正在研发多型1吨及以下的中小型无人机产品以满足低空经济需求),同时也吸引了多家配套企业参与无人机产业与低空经济产业融合的建设。具体以实现全产业链的基地内循环为导向,致力于实现产品交付周期缩短30%以上,并加快构建低成本、高可靠、高性能、高安全的低空无人机产品体系以及相匹配的低空经济应用场景。例如,2024年4月,中航无人机自主研制的翼龙-2无人机成功实现了中国大型固定翼无人机货运物流首次飞行试验,不仅为低空物流运输提供了新的技术方案,也进一步促进了低空物流场景从轻量级、短航程向重量级、远航程拓展。除此之外,彩虹系列无人机所在的北京市,作为空域管理较为受限的城市,也为实现空域驱动下空域—技术—场景的共演提供了良好思路。具体可归纳为以下三个方面:其一,差异化竞争,参与标准制定。《城市低空经济“链接力”指数报告(2024)》
⑩ 显示,北京市在企业聚集度、资本活跃度和创新聚集度指标上领跑全国,因此如何在空域受限的情况下充分发挥区域优势、与全国各地形成错位发展,是北京市发展低空经济的出发点。为此,北京市充分发挥涉及无人机、低空防御系统、高精度导航、雷达、通信装备等低空领域核心企业的权威性,支持企业围绕低空空域管理、低空航空器制造管理、低空飞行服务保障与基础设施建设等开展标准制定,形成一批企业参与起草制定的行业标准和国家标准。其二,发挥科研优势,保证低空安全。解决空域问题的核心是技术的安全可靠性,当低空空管系统成熟稳定后,才能解决空域限制问题。为此,北京市计划整合中国铁路通信信号股份有限公司、交控科技股份有限公司、北航、北京鸢飞科技有限公司等,成立低空飞行管控研究中心,开展相关技术的研发、孵化及投资。预计在2024—2025年推出1~2个比较成熟的管控系统,至2026年,以企业为导向到各地推广示范,提高产品可靠性,推动产品工艺完善。其三,打造产业生态,形成联动效应。据悉北京市丰台区正在规划建设200万平方米的低空经济产业园。其中,研发基地和制造基地各占100万平方米,有望在技术研发、低空航空器制造和低空应用场景展示等方面形成多位一体的态势。不仅如此,丰台区政府于2024年4月发起成立了北京低空经济产业发展联盟,其目标是聚拢产业链上下游资源,搭建政、产、学、研、用协同平台,形成信息共享、技术交流、资源互补的低空经济产业生态。总体来看,伴随着低空空域管理改革与多地试点,大型无人机作为“排头兵”,在空域驱动下,从以下两个方面参与低空经济发展。一方面,充分利用试点空域,引领面向低空经济需求的技术突破与产品迭代,以“可精准探测、可迅速响应、可实时控制、可精准评估、可灵活扩展”为目标,构建无人机系统快速迭代和综合验证能力。另一方面,发挥企业创新主体地位参与低空空域管理以及行业标准制定。在了解低空经济发展方向的过程中,产业链上下游的企业、用户共同创造新的低空经济应用场景,从而倒逼大型无人机探索更多新技术、新产品。
四、 结论与展望
为了回应“如何让低空空域、低空航空器、低空应用场景三者互通互融、共演,创造低空经济产业生态”这一问题,研究在梳理与界定低空经济内涵与特征的基础上,围绕中国大型无人机的技术突破与产业发展开展案例分析,从中得出如下结论与思考:
低空经济的发展需要场景、技术、空域等三要素的驱动,中国大型无人机的发展历程体现了每个要素的驱动作用,由此反映出该要素与其他两个要素的共演逻辑,如图1所示。
在场景驱动阶段,国家以国防安全场景驱动长鹰大型长航时无人机作为“先行者”,在外观、系统架构等方面实现开创性技术突破与奠基:一方面,为未来适应低空经济多样化应用场景提供平台性技术支持;另一方面,也为未来无人机成为低空经济的支柱性产业奠定产业基础。同时,国防安全场景的驱动也首次将大型无人机纳入空域使用管理范围。
在技术驱动阶段,以翼龙、彩虹为代表的察打一体无人机作为“加速器”,在瞄准、打击以及宽载荷、模块化、智能化等方面实现了一系列突破。由此,驱动国家相关部门为先进性技术寻找匹配性场景,进而推动大型无人机从服务国防安全场景向农林植保、应急服务等传统低空场景拓展。同时,技术驱动也让国家重视到充分利用与开发低空空域的可行性与必要性。
在空域驱动阶段,伴随着国家围绕低空空域管理改革的政策发布与试点运行,大型无人机作为“先货后人”空域规划的“排头兵”:一方面,可充分利用试点空域快速进行低空产品技术的试飞与迭代;另一方面,作为具有扎实工业基础与飞行经验的低空航空器所在企业,也可主动参与空域管理与行业标准制定,并联合上下游创造新的低空经济场景,引领低空经济安全、高效运行。
总体来看,虽然大型无人机在起步之初的活动场所并非完全是低空空域,但其发展历程展现出了场景、技术和空域的共演对低空经济发展所起到的奠基、推动和引领作用,这对研究思考低空经济产业生态的共演逻辑是有一定启发的。
结合中国大型无人机发展历程,思考与推演中国低空经济产业生态的共演逻辑,可以发现:安全和效率是低空经济产业生态中重点关注的一对矛盾体,其存在于场景、技术、空域共演过程中,既是思考三者何以脱节的出发点,也是促进三者共演、构建低空经济产业生态的核心目标。
发展低空经济,场景是根本,空域是关键,技术是支撑。目前,中国低空经济尚处于起步阶段,因此场景多由国家推动、部署。例如,在农林植保、应急服务、物资投送等场景中,都迫切需要无人机的高效应用。目前,在这些场景中,之所以还未实现无人机的大面积使用,其中一个关键挑战在于现有无人机成本较高而导致投入使用的性价比有限。对无人机研制而言,其核心成本主要集中于对关键技术、系统的验证。因此,要想让无人机降本增效,进而提高服务于场景的效率性,最为直接的办法就是精简部分验证环节。但这有可能无法完全保障无人机的飞行安全、通信安全以及监管安全,而这些都是让无人机能够在指定低空空域飞行所必须考虑的,因此上述因素也间接影响到了低空空域的利用安全性。可见,安全和效率以低空航空器的技术突破与产品开发为依托,进而影响场景应用的效率性以及空域利用的安全性。
综上,研究提出空域—产品—场景共演的策略,如图2所示。
其一,空域开放式策略。空域开放式策略是指进一步增加低空空域管理改革试点区域、推动空域开放、减少不必要的管制。不怕低空航空器“一哄而上”,而是首先要让它们“飞起来”,因为关于低空航空器的适航审定、安全监管、标准规范制定等确保低空空域利用安全性的要素,是需要在飞行实践中逐步摸索、总结的。同时,在飞行中也有助于让低空航空器研制企业发现问题、提出诉求,并主动寻求解决之道。例如,与产业链上下游企业、地方政府共同完善互补性产品的开发,既包括通航机场、起降站点、通信基站、能源供给站、维修维护等“硬互补性产品”,还包括低空飞行活动运营平台、无人机安全监管等“软互补性产品”。当然,这一策略的落实需要数字化、智能化的技术保障,即加快基础设施网、空中航路网、通信导航网、空域管理网、低空服务网等“五网融合”的低空智联网创新发展,以期保证相关低空空域管理部门具有科学工具和技术手段、能够风险可控地开放和管理空域,以及保证低空飞行的安全有序以及空域资源的高效利用。
其二,场景融合式策略。场景融合是指在低空空域逐步开放、有序管理的基础上,促进低空航空器与低空应用场景的互通互融。因为低空航空器投入使用的最终目的是创造价值,为低空航空器找到匹配的应用场景是相关企业愿意不断提升技术、创新产品、协助互补性产品开发的关键驱动力。为此,需要从以下两个方面落实场景融合式策略:一是面向传统低空经济场景,如物流配送、医疗救治、农药播撒等,鼓励将现有成熟的低空航空器与之融合,如以简化低空飞行计划申报和审批、税收补贴、产业基金支持等形式推动融合。二是面向新型低空经济场景,如旨在解决城市交通拥堵问题的城市空中交通等,一方面需要推动相关自身航空制造企业持续深耕低空航空器的技术突破与迭代创新;另一方面,也要以市场为牵引,吸引新兴的初创企业乃至汽车企业进行跨界融合发展。另外,新场景的开拓也需要政府、行业组织、研究机构以及企业的多主体协同创新。
其三,技术二元式策略。技术二元式通常是指利用式与探索式,前者表示对产品或商业模式的微小改进,后者则指对现有产品或概念的根本性变革[25]。二者往往不宜孤立行动,需要在利用现有知识、惯例和能力,与探索新选择、寻找新知识和创新之间取得平衡。对于低空航空器的技术突破而言,也当如此,即需要平衡好发展传统低空航空器(如直升机、无人机)与新兴低空航空器(如eVTOL、空中汽车)二者之间的关系。前者需要基于利用式技术创新开展经验性技术积累与功能性技术突破,如积累低空飞行经验、搭载低空载荷设备等;而后者则需要基于探索式技术创新,围绕电池等新能源实现原理性技术突破。原因在于,电池是目前新型低空航空器动力来源,相较于新能源汽车,低空经济领域对锂电池产品性能要求更为严苛,尤其是eVTOL对电池能量密度、高功率、安全性、快充及长寿命等的要求更高,这极大地影响着其产品的安全性和续航能力。而上述面向低空航空器的技术二元式策略也有助于保障对低空空域安全、稳定地开发利用的同时,引领低空应用场景持续拓展。
总体来看,低空经济作为中国重点发展的战略性新兴产业,是产业融合、经济增长与技术突破的新引擎。低空空域资源管理、低空航空器技术突破与低空应用场景开发拓展是构建低空经济产业生态、推动低空经济高质量发展的三个关键环节。为实现上述三个环节的耦合与共演,研究提出了空域开放式、场景融合式和技术二元式三类策略。进而言之,三类策略的落地还需要三个关键条件,分别是宏观层面的顶层设计保障,中观层面的协同机制构建以及微观层面的企业创新能力提升。基于此,研究提出未来围绕低空经济的相关研究,可从以下视角进一步探讨:第一,宏观层面关注空域管理与改革的政策研究;第二,中观层面关注低空经济产业链的协同效应以及高能创新联合体的构建机制研究;第三,微观层面关注低空企业整合创新要素、提升创新能力的路径与模式研究。
注释:
① 参见:《新华社权威快报丨我国已有无人机超126万架》,网址为http://www.news.cn/politics/20240329/253c61687cae488aa0a3dd862748688f/c.html。② 参见:《无人机市场规模和份额分析—增长趋势和预测(2024—2029)》,网址为https://www.mordorintelligence.com/zh-CN/industry-reports/uav-market。③ 源自笔者研究团队访谈资料。研究团队聚焦“长鹰无人机”这一型号创新历程,一方面,按照新型号工程立项与研制流程,访谈了使用总体单位、研制总体单位、各参研配套单位的代表人员;另一方面,依据无人机系统架构,分别访谈了统筹整个系统的总(副)设计师、总(副)指挥,以及四大分系统的总(副)设计师、主任设计师等。总计调研40次、访谈33人次(部分人员进行多轮访谈),整理录音2815 分钟,形成文稿20.14万字。④ “全球鹰无人机”是高空长航时无人机的典型代表,具备超强的留空飞行能力、空中监视能力、情报和侦察能力,续航时间超过33 小时。⑤ 指飞机质量和机翼面积之比,是飞机总体设计的主要参数之一,关系着飞机的起降性能、爬升性能、机动性能、最大航程、最长航时和升限等。⑥ 升力与阻力的比值,表征气动效率水平,升阻比越大越好。⑦ 导航是指给出航线引导目标到达某点;制导是指导引并控制目标到达某点的技术和方法。二者之间的区别,就如同当有人问路时,导航就是为其指路,制导就是为其带路。⑧ 翼龙最早由中国航空工业集团下属单位中航工业成都飞机设计研究所研制。伴随着2007—2018年中航(成都)无人机系统股份有限公司的重组、建立,目前主要由该公司承担从事翼龙系统的设计研发、生产制造、销售和服务。⑨ 航天彩虹无人机股份有限公司是中国航天科技集团有限公司第十一研究院控股的上市公司,成立于2001年11月,2017年12月完成重大资产重组,成为中国证券市场军用无人机第一股,目前拥有特种航空器和新材料两大主业。⑩ 参见:《城市低空经济“链接力”指数报告(2024)》,网址为https://mp.weixin.qq.com/s/bJH0GbTkuLf70ZTnDR3BjQ。 -
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