地面已经无法满足 Uber 了,它宣称将在 10 年内推出“飞行汽车”

前些日子,手机叫车软件 Uber 在美国启动了自动驾驶汽车上路实测,数十辆改装过的福特 Fusion 混合动力车奔跑在匹兹堡的大街小巷上。匹兹堡是 Uber 自动驾驶合作伙伴卡耐基梅隆大学,以及 Uber 的高级技术实验室所在地。

然而,当自动驾驶还没完全商用化,Uber 就已经在着眼新的交通技术了。就在昨天,Uber 发布了一封白皮书,宣称将在 10 年内实现“飞行汽车”。

飞行汽车恐怕是每个生活在旧金山湾区,上下班高峰时间曾经堵在 101 或 280 高速上不能动弹的人都曾经幻想过的事情。根据 Uber 计算,在高峰期间从硅谷的北端旧金山到南端圣何塞,乘坐 UberX 需要 1 小时 40 分钟,费用大约是 111 美元;乘坐公共交通工具,比如 Caltrain(类似于北京到天津的城际高铁,只不过速度慢得多)则需要 2 小时 12 分钟,票价 13.75 美元。

通勤用时过长、花钱太多,Uber 决定用共享交通的方式解决这个问题,只不过这次不是共享汽车,而是一种名叫 VTOL 的小飞机。

uber-vtol-header

所以 VTOL 究竟是什么?不要读成 V T O L,应该读作 “vee-tol”。全称 Vertical Take-Off and Landing,垂直起降交通飞行器。VTOL 并非 Uber 提出的概念,实际上很显然,直升机就是一种 VTOL 飞行器的形式。在军事上,垂直起降战斗机被称为“鹞式”战斗机,现在大多放在航空母舰上作为舰载机使用。

20161028133226

在 Uber 看来,地表空间的利用率已经到达其极限,就像摩天大楼提高了地表面积之于人居的使用效率一样,如果交通也能从地面转移到空中,将为人们的通勤带来极大的便利。Uber 计划在未来 10 年内,上线一个小型、轻量化、电动的 VTOL 编组,命名为 Elevate,放在各个人居众多的主要城市。理论上,从旧金山到圣何塞同样的路程,乘坐 VTOL 只需要 15 分钟。至于路费,Uber 估计在这项技术应用早期时可能会比较贵,但也只有 129 美元;长期来看,如果每架 VTOL 都可以满员(就想拼车一样),价格可以降低到 20 美元左右。

需要明确的是,这些 VTOL 不是飞行汽车,因为至少目前在 Uber 的设想当中,它们是纯粹的飞行器,不会在降落到地上之后伸出四个轮子。

10 年,能实现吗?在头 5 年里,Uber 期待业界生产出全电动的,能够以 150 迈(约240 km/h)速度飞行至少 100 英里(约合 160 公里)的小型垂直起降飞机——并且,随着商用化的普及,在整个 10 年的过程中能够实现成本的下降和产能的提升,从最开始的年产量 100 架、每架 120 万美元,最终达到年产量 5000 架、每架 20 万美元,从而实现规模效益(下图。)

20161028135042

Uber 设想中的空中电动交通,相较于地面交通的优势是很明显的,首先它不需要道路、轨道灯昂贵的基建,也不需要遵循一个固定的路线;电动引擎意味着 VTOL 没有污染气体排放,也不会像燃料发动机那样扰民。总的来说,清洁、安静、快速、高效、安全的空中交通,是 Uber 想要为 Elevate 计划想要实现的 5 个目标。

但很显然这 5 个词不是说说而已。白皮书中介绍了 Uber 和整个 VTOL 行业面临的最关键的障碍。

电池技术:电动飞机的动力来源是电池,但就目前来看,即便是业界最顶级的电池制造工艺,制造出的电池能量密度也无法满足 Uber 对于长距离飞行的要求。不仅如此,即便制造出了一个能量密度超高的电池,在充电速度和电池寿命(充放循环数)上可能会有很大的妥协,而这又会显著提高整个 VTOL 计划的成本。

飞机制造工艺:和 VTOL 从功能上最接近的交通工具是直升机,但两者之间有很大的不同。大部分直升机采用燃油驱动单旋翼,从推力/燃油使用效能的角度上是很低效的;而 VTOL 打算采用分布式电动推进系统 (distributed electric propulsion, DEP),是在固定翼飞机上安装多个电动引擎。但遗憾的是,航空工业还没有任何一家厂商展示过可行的固定翼小飞机+DEP 方案。

另外,VTOL 的结构可靠性,以及飞行时产生的噪音也还亟待改善。当然电动引擎的噪音已经比燃油引擎小得多。

Uber VTOL 和汽车运动效率比较示意图

Uber VTOL 和汽车运动效率比较示意图

航空管制和安全:民航客机管理起来就够费劲了,更别提又加入了大量的小型飞机,近地面的低空将无比混乱。现有的空中管制系统 (Air Traffic Control, ATC) 将无法满足要求,新的 ATC 必须被尽快设计和开发出来。

成本和可负担性:不再详述。

早中长期 VTOL 制造成本表

分别在早、中、长期的 VTOL 操作、购买和电池成本表

安全性验证:这是最主要的障碍之一。Uber 必须通过美国空管局 FAA和欧洲航空安全局 EASA 的认证(这两个机构一共管理着全球 8 成的航空活动),但这两家机构历来对新形态的航空工具的检验审核过程都是极其繁琐和缓慢的。Uber 已经列出了详细的认证计划时间表:

20161028140658

时间表显示 Uber 计划在 2018 年底之前完成 VTOL 的原型制造,在次年立即开始原型机测试工作并同时开始机型种类、电动推进系统、软件和控制系统的认证工作,这些认证过程可能会持续 3-4 年之久;2020 年,Uber 将生产和测试更多的 VTOL;到 2023 年, Uber 会开始生产少量(10-50 架)VTOL,然后再 2025 年开始在公共环境下的飞行测试。

最终 Uber 预计:

– 到 2028 年可以完成所有的测试和认证工作

– 认证流程和生产工具花费 1.5 至 3 亿美元,

– 用于早期测试的 VTOL 每架成本可能高达 1000 至 2000 万美元

按照总共 60-70 架的测试机生产计划计算,最终 Elevate 计划的总耗资可能高达 17 亿美元,这还没有算上其他的费用。

这是白皮书里提到的一些 VTOL 的概念设计图:

0161028145813

20161028145648

20161028145657

这个项目的白皮书两名作者分别是 Uber 首席产品官 Jeff Holden 和“Elevate 以及前沿项目”产品经理 Nikhil Goel。其他贡献者包括 Uber 的政策专家、前沿项目中心、数据工程师,以及美国宇航局 NASA 和一些以直升机相关技术为主的航空专家。

在大旧金山湾区,轨道交通可以说相当发达,有 Caltrian 连接旧金山、南湾和圣何塞,有BART 连接中半岛、旧金山、东湾和萨克拉门托,还有 AmTrak 火车等等,让那些受不了旧金山以及硅谷房租的工作者可以住在更远的地方。虽然这样说,轨道交通仍然昂贵且费时。这也是旧金山土著公司 Uber 设计这项 VTOL 计划的依据:硅谷人民工作于高科技业,通勤却如此低效痛苦,有很大的改善空间。

uber-vtol-pricing-estimate

在下图中,Uber 展示了乘坐 Uber、自购汽车和乘坐 VTOL 的每英里价格:

0161028150636

Uber 相信,自己的这项 VTOL 计划的最主要用途,将会在日常性城际长距离通勤上。如前述,VTOL 能极大地缩短通勤时间并在长期来看节省费用。比如一段 60 英里长花费 1 小时的地面通勤费用现在可能远超 100 美元;如果用 VTOL 拼车,不仅路程缩短到了 45 英里,并且采用自动驾驶增加一个乘客位降低每乘客分摊的路飞,15 分钟的路程每乘客只需支付 21 美元(长期)。

至于乘坐方式,Uber 计划花时间在城市里修建“垂直起降机场”(vertiport),数量不多的几个 vertiport 覆盖一大片城市区域,而“最后一公里”留给地面上的 Uber 或公交方式就行。

20161028145933

需要明确的是,Elevate 对于 Uber 来说仍是一个非常早期的项目,但这份白皮书已经显示出 Uber 对于 VTOL 作为未来交通方式进行了非常详细的研究。Uber 现在也设立了邮箱 elevate@uber.com 征集 OEM、飞行器基础架构设计者、监管单位和感兴趣的用户意见。

订阅更多文章