當前,低空經(jīng)濟熱潮涌動,各級政府為發(fā)展低空經(jīng)濟紛紛出臺支持配套政策,相關(guān)企業(yè)也在這一領(lǐng)域積極投資布局。關(guān)于低空經(jīng)濟的提出,大家比較公認、正式由中央提出的是2021年《國家綜合立體交通網(wǎng)規(guī)劃綱要》,2023年底中央經(jīng)濟工作會議也強調(diào),要打造低空經(jīng)濟等若干戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè),開辟未來產(chǎn)業(yè)新賽道,加強應(yīng)用基礎(chǔ)研究和前沿研究,強化企業(yè)科技創(chuàng)新主體地位。
什么是低空?
什么是低空?有低空,有沒有中空、高空呢?
實際上,航空領(lǐng)域過去并未約定低空、中空和高空,有時會使用超低空、低空、高空、中高空飛行等說法,但均為習(xí)慣用法,并無嚴格和統(tǒng)一定義。如,戰(zhàn)斗機飛上2萬米、速度達到2倍聲速,常稱其高空高速戰(zhàn)斗機(圖1)。能飛上對流層頂端的無人機也常被稱為高空無人機。作為一個軍事術(shù)語,離地100米以下的飛行,被稱為超低空飛行。超低空飛行的說法也常用于農(nóng)林作業(yè)、旅游、搜索等。
低空經(jīng)濟這個概念的提出,讓人們對從地表向上100千米(該高度是工程意義上航空與航天的分界線,也即卡門線)的航空高度(飛行中的飛行器所處高度到某基準面的垂直距離)范圍做出低、中、高空的劃分。本人建議以真實高度與絕對高度相結(jié)合,綜合考慮氣壓、氣溫、電離等自然現(xiàn)象來進行劃分。此處提到的真實高度與絕對高度屬于4種常用的航空高度(另兩種為標準氣壓高度和相對高度,圖2)。其中,絕對高度是飛行中的飛行器高度到海平面的垂直距離,氣象學(xué)中大氣層高度分層就是以絕對高度劃分的:真實高度則是飛行器從空中到正下方地面目標的垂直距離,在執(zhí)行與地面相關(guān)的任務(wù)時必須使用真實高度,如對地攻擊、照相偵察、搜索救援、農(nóng)林作業(yè)等。
低空——飛行器距正下方地平面真實高度1000米以內(nèi)。根據(jù)實際需要可以延伸到3000米(絕對高度)??紤]到直升機的特性,可以擴展至4000米(絕對高度)。在對民航運輸無影響的地區(qū),可以進一步擴展至6000米(絕對高度)。
中空——3000米(或4000米)到40千米(同溫層頂)(均為絕對高度)o
高空——40千米到100千米(平流層上部和全部中間層)(均為絕對高度)。
對應(yīng)上述3個高度范圍的航空器及其飛行活動,可進一步作如下理解。
1.低空飛行
低空經(jīng)濟中的低空飛行要靠適合低空空域的航空器來實現(xiàn),主要有直升機、螺旋槳飛機(含使用活塞發(fā)動機和渦輪螺旋槳發(fā)動機兩類)、采用渦噴/渦扇發(fā)動機的小型飛機和各種民用無人機。
一般民用直升機的最高升限為4000米,軍用直升機可達6000米。鑒于直升機懸停升限的上限在12000英尺(3658米),低空飛行的高度可以從現(xiàn)在較為公認的3000米擴展至4000米。
采用活塞發(fā)動機的螺旋槳飛機飛行高度一般在8000米以下,采用渦輪發(fā)動機的一般不超過10000米,但大部分民用小型螺旋槳飛機的飛行高度都在6000米以下(圖3)。
各種民用無人機的飛行高度一般都在數(shù)百米以下,是低空飛行活動的主體類型。
在部署和開展低空經(jīng)濟的低空飛行時,不必過分拘泥于具體的高度范圍。應(yīng)將直升機和民用小型螺旋槳飛機統(tǒng)歸為低空飛行器,即使它們的實際飛行高度稍有超過。
2.中空飛行
在傳統(tǒng)與規(guī)模上,中空飛行是最重要的航空活動。中空是現(xiàn)在絕大部分飛機,包括軍機和民機的飛行高度范圍。
戰(zhàn)斗機飛行高度可達20千米以上,某些特殊用途的飛機如偵察機,可達30千米甚至更高的高度。大型客機的飛行高度在12000米以下,公務(wù)機的飛行高度在12000~15000米(圖4)。
在同溫層某一高度存在一個層流風(fēng)為零的面,也是實現(xiàn)氣球/汽艇平臺穩(wěn)定運行的適宜高度,人們所說的高空氣球/汽艇實為中空航空器。
如果對應(yīng)低空經(jīng)濟可以引出中空經(jīng)濟和高空經(jīng)濟的概念的話,中空飛行產(chǎn)生的經(jīng)濟活動即為中空經(jīng)濟,毫無疑問中空經(jīng)濟是航空產(chǎn)業(yè)的主體。
3.高空飛行
高空是很有前景的高度域,極富挑戰(zhàn)性、戰(zhàn)略性。高空航空器的開發(fā)是現(xiàn)代航空科技的前沿領(lǐng)域,也是空天融合發(fā)展的熱點。
在這個高度范圍,開發(fā)的重點是雙變域(變速度域、變高度域)可駐留航空器,即近太空飛行器,接近卡門線的此類飛行器也稱亞軌道飛行器。由于人的生理局限,開發(fā)重點是適合該高度范圍的新型無人飛行器(圖5)。
低空經(jīng)濟與通用航空
對于低空航空的認識,要回溯到對航空產(chǎn)業(yè)的認識上。航空是個大產(chǎn)業(yè),它包括航空工業(yè),即航空裝備的制造、維修,還有軍事航空,以及民用航空。民用航空又分為兩塊:公共航運和通用航空。前者指的是航線、航時大體固定,向全社會和個人開放,由航司來運行的航空客運和貨運。除此之外的民用航空活動統(tǒng)稱為通用航空,英文為General Aviation,簡稱GA。通用航空是國際航空界通行并有高度共識的概念,而低空經(jīng)濟則是由中國首先提出,具有中國特色的新概念。
作為飛行活動,通用航空的飛行活動和低空經(jīng)濟的低空飛行活動大體重合。但也有兩個特例,一是作為國家行為的大規(guī)模應(yīng)急救援,在特殊情況下的應(yīng)對需要征用大型民用航空器和軍用航空器,這時航空器的屬性都成為國家航空器,它是通用航空的內(nèi)容,但不屬于低空經(jīng)濟范疇(圖6)。二是公務(wù)飛行器,通常巡航高度高于大型民機,平均在12000~15000米,與低空飛行也不重合。當然,這種分法本身也是相對的。
國際上通用航空的發(fā)展,對我國低空經(jīng)濟的發(fā)展具有重要的借鑒意義。1903年萊特兄弟的成功一飛就帶有強烈的通航色彩,包括兄弟倆帶著他們的飛機到歐洲去做馬戲團式的巡演,那就是通航。后來航空作為一個產(chǎn)業(yè),首先在歐洲勃發(fā),而北美相對落后,直到兩次世界大戰(zhàn)。戰(zhàn)爭推動了航空的發(fā)展,兩次世界大戰(zhàn)期間航空產(chǎn)業(yè)規(guī)模達到了相當高的程度,形成了兩個高峰。高峰之后就出現(xiàn)了軍用航空能力的過剩,于是引發(fā)了民用航空大發(fā)展的兩個熱潮,這些都可以看作軍用航空的溢出效應(yīng)。在美國,這一現(xiàn)象尤為突出,而第二次世界大戰(zhàn)后的民用航空熱潮,直接造就了美國的通航大發(fā)展(圖7)。
美國是在航空領(lǐng)域立法最多的國家,包括通航立法。第一次世界大戰(zhàn)后,美國《商業(yè)航空法》于1926年問世;第二次世界大戰(zhàn)后,美國在20世紀60年代將85%的空域劃為民用,又在70年代將3000米以下空域開放。1994年,美國頒布了兩份與通航直接相關(guān)的法令:《小型飛機運輸系統(tǒng)計劃》(SATS)和《通航復(fù)興法》(GARA),前者提出緩解擁堵、便及邊遠地區(qū)的任務(wù),后者在美國通航發(fā)展史上則有著里程碑意義,解決了抑制通航發(fā)展的法律障礙。
21世紀以來,美國的通航發(fā)展總體上有所加快,尤其是近年來提出了一系列新概念,頒布了多份重要文件。如2018年FAA向國會呈報《國家一體化機場系統(tǒng)計劃(2019-2023)》;2023年5月發(fā)布《城市空中交通(UAM)運行概念2.0》,7月又發(fā)布《先進空中交通(AAM)實施方案V1.0》,從UAM到AAM的概念均有重大更新,覆蓋了城市、鄉(xiāng)村和偏遠地區(qū),包括了無人機、eVTOL、eSTOL和其他新技術(shù)等的應(yīng)用,提出了以安全為宗旨,盡快將包括運營、基礎(chǔ)設(shè)施、電力網(wǎng)絡(luò)、安全、環(huán)境、社區(qū)參與等關(guān)鍵要素整合在一起,實現(xiàn)更高效、更環(huán)保的空中交通,在2028年前實現(xiàn)AAM規(guī)?;\營(圖8)。
這些大體上與我國現(xiàn)在提出的低空經(jīng)濟概念相當,需要關(guān)注和虛心學(xué)習(xí)國外的先進理念與實踐,特別是美國在戰(zhàn)略與立法,以及系統(tǒng)推進方面的好做法,更是值得我們深入研究。
作為一種特定的經(jīng)濟形態(tài),低空經(jīng)濟是以低空飛行活動為依托,實施各種經(jīng)濟活動的組合。從本質(zhì)上看,發(fā)展低空經(jīng)濟主要要解決兩件大事:第一是飛起來;第二是用起來。飛不起來,一切都是空談。要飛就需要三大要素:要有會飛的人:要有適合低空飛行的器具:要有適宜的服務(wù)管理控制系統(tǒng)。同時要落到“經(jīng)濟”上,即要有經(jīng)濟活動,要“用起來”。主要的應(yīng)用也可以歸為三類:第一類應(yīng)用是回歸交通運輸?shù)谋拘浴C绹鼛啄瓿雠_的文件、所做的規(guī)劃,都是回歸交通運輸屬性,而且還特別指出要解決城市擁堵、邊遠不便地方的運輸,以及通勤問題,與我國現(xiàn)在提出的一樣。第二類是各種各樣的作業(yè)應(yīng)用,飛播造林、航空遙感、農(nóng)林植保、物流快遞、電力巡線等,有人駕駛飛機和無人機的行業(yè)應(yīng)用越來越廣泛,已經(jīng)和正在深入人類工作生活的方方面面。此外,主要作為國家行為的應(yīng)急救援中的低空飛行活動也可列入其中。第三類應(yīng)用是培訓(xùn)、科教、文旅、體育、表演等(圖9)。這可能是個千億級的大市場、大產(chǎn)品,可惜目前并未得到足夠的重視。
當前中國能飛的人實在是太少太少了,筆者認為每一個中國人,中國的航空人,中國的青年人,都要擁抱藍天,熱愛飛行,有條件都要去學(xué)飛。有人可能會問,現(xiàn)在都無人化了,為什么還要學(xué)飛呢?你要體驗?zāi)欠N御風(fēng)而行的感受;無論有人還是無人,作為航空器的飛行原理并無顛覆性的改變,學(xué)飛可以加深對飛行器的理解:群眾性的飛行活動能逐步培養(yǎng)起不懼挑戰(zhàn)、勇于創(chuàng)新的民族精神和航空文化(圖10)。而這本身也是低空經(jīng)濟的一個應(yīng)用場景,要知道,美國通航里的“培訓(xùn)”占到通航飛行時數(shù)的第二位。
對于上述三類應(yīng)用,要挖掘、培育、滿足需求,通過政府主動引領(lǐng)、企業(yè)積極投入,并由學(xué)校、科研機構(gòu)與專業(yè)公司傾力協(xié)同解決關(guān)鍵技術(shù),體制內(nèi)外共同努力,才能讓“用起來”的局面越來越好。
總之,大力倡導(dǎo)和開展低空飛行,其意義在于培育新賽道、新產(chǎn)品、新應(yīng)用,支撐低空經(jīng)濟發(fā)展,進而形成新質(zhì)生產(chǎn)力,促進航空全產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。低空、中空、高空經(jīng)濟協(xié)調(diào)進步,方能實現(xiàn)航空強國的偉大愿景。