「飛天車」將如何顛覆世界和人類生活

艾德利安·伯恩哈德(Adrienne Bernhard) - BBC Future
VoloCity 2019年在新加坡試飛
德國科技公司 Volocopter 出品的 VoloCity 是世界上第一款獲得商業運營拍照的電動空中出租車

科幻電影裏早就有飛來飛去的空中出租車,比如1982年《銀翼殺手》裏虛構的2019年的洛杉磯,城市上空是穿梭倏忽的飛行器,不時下一場酸雨。

也就十幾年功夫,飛天車技術日臻完善,空中出租車時代已經在地平線上。

更近一點,會飛的汽車已經從科幻走進現實。今後幾十年裏,飛天車將顛覆我們的生存空間、日常起居和工作。

電池高能量密度技術的進步、材料科學和電腦模擬技術的更新換代,催生了一系列個人使用的飛行工具,比如固定翼飛機、電動滑翔機和四旋翼無人機,以及它們賴以飛行的導航系統。

它們看上去跟《銀翼殺手》裏的飛天車不太像,但本質差不多。

體積比商用飛機小,大部分採用便於起飛降落的轉輪而不是機翼,比如斜軸適合長途飛行時提高效率,多軸可以減少盤旋噪音。

最重要的是這些新型交通工具的設計理念,旨在提供比傳統代步模式更快捷的個人出行方式,尤其是在擁擠的大城市。

Scene from Blade Runner (1982) showing a flying car
30多年前《銀翼殺手》影片中的飛天車離我們並不遙遠

目前,城市自動飛行器市場還處於荒蠻時期,數十家新興科技公司在這片新天地裏各顯神通,爭先恐後研發商用噴氣背包、飛行摩托和個人款空中出租車。

風險投資、汽車和航空公司,甚至拼車公司Uber,都加入了這片新疆域的西部牛仔式競爭。預計到2040年這個行業市值將達到1.5兆美元。

同時,航空管理部門也快馬加鞭為這種新型空中交通制訂相應的規則、政策和安全標凖。

德國城市空中出行公司Volocopter母公司是戴姆勒,中國吉利汽車有持股。這家研發的VoloCity定位是第一款獲得商業運營牌照的電動空中出租車,將來會逐步成為無人駕駛交通工具。

它和其他市場上已有的同類高端服務很相似,但也有一些重要的區別;VoloCity第一版的設計只有一名乘客的艙位,單位運營成本比較高。

廠商希望在建立起消費者信心基礎之後向全自動模式轉型:電動、無翼飛行器,由9塊電池提供動力,在一個垂直起降機場組成的網絡中提供客運服務,這個網絡覆蓋各大城市。

VoloCity 計劃2022年推出商業首航。

廠商不希望這種交通工具成為富人的玩具,而是逐漸融入城市居民的日常交通。
廠商不希望這種交通工具成為富人的玩具,而是逐漸融入城市居民的日常交通。

最開始票價定為每人300歐元(350美元/270英鎊),但將來會隨行就市,根據市場競爭情況調整。廠商也不希望這款新座駕最後成為富人專享玩具,而應該成為城市居民日常出行的一種代步選擇。

類似的新興企業跟傳統汽車廠商的合作也不少,比如日本 SkyDrive跟豐田汽車合作,試飛一款全電動飛行出租車。據信SD-03是目前世界上最小的垂直起落電動交通工具。

2020年夏季,SD-03由一名駕駛員駕駛在一個飛機場飛了幾分鐘。

SkyDive聲稱消費者需求和科技進步是推動飛天車研發的主要動力。

的確,這個領域的長足進展令飛行器設計師們躍躍欲試。諸如Lillium、Wisk、Joby Aviation、Bell和無數其他公司都在努力實現科技發明的商業價值,比如電動推進器和電池功能。

對於一個仍處於襁褓期的產業,垂直起降(VTOL)設計的創意源源不斷,不存在枯竭,而抱負、目標和想象力也上不封頂。

日本豐田和SkyDive的SD-03,有人駕駛飛天車,2020年夏天試飛
日本豐田和SkyDive的SD-03,有人駕駛飛天車,2020年夏天試飛

來自天空的援手

英國航空技術公司 Gravity Industries 研發出1050馬力的可穿戴噴氣背包。公司創辦人和試飛員布朗寧(Richard Browning)說,那個跟蝙蝠俠的衣服有點相似的噴氣服有點像一級方程式賽車,屬於特殊裝備,目前只有專業人員和空軍飛行員才能駕馭。

但將來有可能給急救人員配備這種特殊穿戴裝置,以便他們可以更及時趕赴現場。

這個將來也不是遙不可及。英國的北方空中急救服務(GNAAS)不久前跟Gravity Industries聯手進行模擬搜救項目。

布朗寧身穿自家公司研發的噴氣背包,從英格蘭湖區的大朗戴爾峽谷的谷底騰空而起,飛向坡頂。如果步行,這段路需要攀爬25分鐘。布朗寧飛了90秒。

布朗寧的公司 Gravity Industries 開發的噴氣背包在山區模擬執行緊急搜救任務
2020年9月,布朗寧的公司 Gravity Industries 開發的噴氣背包在山區模擬執行緊急搜救任務

這個實驗證明,噴氣背包在偏遠地區緊急搜救行動中可以發揮至關重要的作用。

美國航空航天局(NASA)航空研究所負責人科帕德卡(Parimal Kopardekar)說,這個夢想由來已久,而現在出現了一個絶好的機會,可以為現有航行設備無法企及的地方設計貨運工具和運輸服務。

他的職責之一是探索自動化高級空中移動技術,包括垂直起落VTOL。鑒於這個任務的複雜性,NASA團隊的工作必須涵蓋整個生態系統的因素:飛行器、空間、基礎設施、社區融合、氣候規律、GPS衛星導航、噪音標凖、維修、供應鏈、零部件採購......

這個清單暴露出許多平時被忽略的問題,但必須在空中拼車能夠稱規模出現之前先行解決。

用作人類空中交通代步工具的飛行器必須滿足「合法上路」條件和空中飛行安全要求。同時,還必須有需求,公眾必須願意使用這些新型的交通工具。行業領軍者需要讓公眾信服VTOL之所以誘人,並不是單單因為這個技術擺在那裏,更重要的是它比其他交通方式更好,而且又安全。

中國發明者趙德力2019年騎著自己發明製造的飛行摩托騰雲駕霧。
中國發明者趙德力2019年騎著自己發明製造的飛行摩托騰雲駕霧。

要達到這樣的「彼岸」,還需要其他配套元素,包括興建垂直起降場地、有充電功能的停泊場所,以及幕後運營軟件系統。最後這一項是因為VTOL運行控制系統無疑必須接近徹底全自動,這樣才能妥善調控設想中穿梭于城市空中的繁忙交通。

今天的民航客機由地面控制塔台人工控制,明天的飛行汽車和其他代步工具將聽命於UTM — 無人交通管理系統。

「天空道路」的管轄

數碼追蹤可以確保所有VTOL對自己航行道路上的其他飛行工具有共同的認知。

保持了良好歷史記錄的全自動垂直型交通模式應該可以讓公眾安心,但有無數飛行器在其中交錯往來的龐大的飛行系統也會帶來許多新的挑戰。垂直起落意味著傳統的機場跑道不再有必要,地面停機坪也可以成為歷史,但需要界定明確的專用空中通道和空中港。

空中出租車或許可以減少地面行駛的車輛數目,提高啟程、抵達時間的凖確度,但城市半空中大量「障礙物」,比如摩天大樓、飛鳥、無人運輸機和飛機,對於空中出租車司機或控制中心提出了新的要求:全新的動態避障能力。

「天空道路」(在沒有更合適的詞匯出現前的暫時名稱)自稱體系,需要一套新的適用法律規則。

西倫敦希思羅機場附近的無人機。
西倫敦希思羅機場附近的無人機。無人機數量激增,制定安全規則迫在眉睫

而且,廠商和運營商也必須拿出證據,證明空中出租車對乘客和地面上的人沒有危險。

科帕德卡和他的NASA團隊跟美國聯邦航空管理當局聯手製作了一個「城鎮空中移動成熟程度表」(Urban Air Mobility Maturity Levels Scale),根據城鎮密度和交通複雜程度,在1 - 6 分範圍內對飛行器、空間和其他相關係統打分。

他們正在設計簡化駕駛艙操作的方式,把自動化和緊急狀況管理結合起來,針對VTOL在遭遇惡劣氣候條件、飛鳥撞擊、噴氣背包飛人突襲等意外時如何應對制定守則。

飛行器大擴散

已經發生的事故證明了這種守則的重要性。2020年10月,洛杉磯LAX機場附近一駕民航客機飛行員發現,一個身穿噴氣背包的人在1828米高空飛行;這種情況相當危險,很容易造成撞機空難。

歐洲航空安全署(EASA)也制訂了一套VTOL技術細則,但還沒有決定如何頒發許可證。這些細則主要針對飛行汽車的獨特屬性和具體的飛行標凖,比如緊急彈射、雷電避護、著陸系統和加壓艙等具體事項。

EASA聲明承認,即便在傳統飛機和旋翼飛行器的設計方面已經有不少經驗,但EASA發現在大部分情況下還無法對這類空中交通工具定性,到底把它們歸類成常規飛機還是旋翼飛機。

換句話說,EASA現在猶豫不決的是VTOL跟固定機翼的商用噴氣式飛機或直升飛機的區別到底是什麼。

韓國現代汽車研發的S-A1迫使交通管理當局重寫交通規則和政策
韓國現代汽車研發的S-A1迫使交通管理當局重寫交通規則和政策

顯然,VTOL運行的成功需要跨界協調,包括政府、科技、交通、城鎮規劃和公眾外展聯絡等,方方面面都必須參與。

那麼,VTOL開發商數量突然暴增的主要原因是什麼?

全球大趨勢,比如電子商業崛起,氣候變化,數碼經濟和一體化供應鏈的發展,使得對個人空中出行新模式的興趣迅速濃厚,而現有基礎設施和相關產業的不盡如人意及失敗也強化了此類創新的必要性。

像紐約、香港和北京之類大都市,城市容納已經到了極限,城市生活日常起居出行變得越來越不可持續,而另一方面經濟的互聯、互動性不斷加深,又需要不斷的移動性。

向空間發展,新型個人出行工具的出現將使現在的日常通勤模式徹底改觀,日常生活的定義也將必須重寫。

科帕德卡說:「現在大部分人根據交通便利程度安排自己的日常生活。VTOL和無人機帶來新的可能,無論身處何地,人們都可以根據自己的生活來選擇交通方案。」

公司、企業的總部不必局限在商業中心區域,而員工則可以居住在空中出租車能夠抵達的範圍之內任何地方。

北京交通擁堵
堵車已經成為世界各地大都市的尋常景觀,隨著經濟發展對流動性的要求提高,交通能力的局限成了重要制肘因素

VTOL將和現在的自行車一樣普及,家家戶戶都有個把。

這樣,城市這個概念和傳統定義就勢必受到挑戰,需要重新思考、界定。汽車的普及和城鎮郊區的發展相輔相成,而飛行汽車的普及,則增加了規劃的維度,打開了空間利用的巨大潛能。

城鎮轉型勢在必然

城市擴展深受交通堵塞和網絡「瓶頸」的鉗制,汽車的碳排放也間接威脅到我們賴以生存的生態系統,危害人類健康。

而 eVTOLS(電動垂直起降技術設備)將大幅度減少人類對化石燃料的依賴。

飛天車的普及也會推動城鎮建設規劃的轉型,城市建築將向空中擴展,更多地面設施將搬到空中,比如樓頂停車/機坪,高速公路跟摩天樓交接,綠化帶立體布局,地面公園和綠地面積擴大。

Artistic montage of flying taxis crossing the skies of a city with empty roads
半空中飛來飛去的車多了,城市格局自然要調整

科帕德卡預計,從2045年開始,商業區和綠化帶將進一步交融整合,都市和公路交通的碳排放將因為飛行代步工具的普及而減少。

VTOL技術對交通、工作、生活、消費、城鎮規劃設計、醫療保健和生態系統的未來都有深遠的影響。按一個鍵叫輛飛行出租車去雲端之上的辦公室上班,這種情況可能2030年就成為可能。

再往後,人類腳踏實地的需要或許會逐漸減少,在空中度過的時間可能會越來越多。

人類出行的概念也會改變:空中飛行一公里和地面駕車一公里,兩個終點離起點的距離是無法相提並論的。