大型民用无人机将改变未来世界

张红洛

尽管当前无人机在民用领域的应用越来越广泛，但在某些领域中小型无人机似乎已不能满足社会发展的需求。未来，大型民用无人机将有很好的发展前景和广阔的市场空间。为了促进大型民用无人机产业的健康发展，我们需要提前布局，重视大型民用无人机发展带来的法律法规、技术发展以及基础设施建设等问题。

目前，中小型无人机已经广泛应用于影视航拍、消费娱乐、搜索营救、交通监管、资源勘探、边防巡逻、森林防火、气象探测、农作物估产、管道巡检等多个领域，特别是在面临洪水、旱情、地震、森林大火等自然灾害时监测和评估方面具备独特优势。但对于很多应用来说，中小型无人机由于其尺寸、载荷、航程和留空时间等方面的原因存在着巨大的使用限制。随着无人机的使用渗透到国民经济建设的方方面面，对大尺寸、大载重量、航程远、留空时间长的无人机需求日益迫切，为大型民用无人机的发展留下了巨大的需求空间。根据美国航空航天工业协会的分类，起飞重量大于25kg的民用无人机称为大型民用无人机。按照起飞重量，大型无人机又分为几个等级，具体情况见表1。

未来，随着大数据、云计算、移动互联网等信息技术与无人机技术的相互融合，大型民用无人飞机将是全球新一轮科技革命和产业革命的热点，它的兴起将推动社会和经济的发展变革，改变我们认知的世界。今天的无人飞行器更多的是中小型无人机，只能携带着照相机等轻型载荷在低空飞行；明天更大的无人机将遍布天空，携带着人们飞向世界。

未来大型民用无人机产业快速发展

未来，大型民用无人机将随着无人机技术的研究与开发应用、无人机产品的推陈出新以及无人机运营商业模式的创新而发展变化，发展的每个阶段都具有各自独特的特征。美国航空航天工业协会和著名战略管理咨询公司Avascent对未来20年民用无人机产业的发展做出了如下预测。

早期阶段（2018-2024年）。在这一阶段，用户会利用大型无人机执行低风险、以传感器为核心的监视角色，如地面监视巡查等。主要用户包括能源公司、森林防火、消防部门、农场、建筑公司和保险检查员等。虽然其中有些用户会使用小型无人机系统，但大型无人机可大幅提升任务续航能力，能够搭载更先进的传感器等有效载荷，并具备机载数据处理能力。早期阶段的大型无人机为今天的无人驾驶飞机操作员所熟悉，一般都是遥控的，但到2020年以后，飞机的自主性将稳步提升。同时，对货运和客运飞机的研究和开发持续进行，货运和客运飞机早期原型机将被设计为中等飞行高度、中等航程的飞行器。

第二阶段（2025-2031年）。通过上一阶段的研究和开发活动，在这一阶段将推出中低空飞行的短途货运无人机，这些飞机可飞越农村或人口稀少的地区。同时，在城市中使用的载客无人机在低高度飞行，提供空中出租车或摆渡接送服务。虽然这些载客无人机可以在没有机上操作员的情况下飞行，但早期通常在机上有一名飞行操作员，作为自动化系统的备份，并安抚尚未完全适应这种新体验的乘客。到这一阶段结束时，这一领域的研究将转向提供农村电信服务的高高空无人机。此外，这个阶段的研发投资将专注于提升自主能力的远程客运和货运无人机（最大起飞重量15875kg以上）的研究和开发活动。

第三阶段（2032年及以后）。在这一阶段的初期，远程客运和货运大型无人机的早期原型机将推出，并在2036年后大幅提升产量。更多大型无人货机将在国内和远程国际航班上得到使用。与早期的载客无人机一样，这些大型无人货机上仍将有一名操作员作为备份。无人驾驶客机和货机产量占比将越来越大，预计到2040年以后产量将强势上涨。

大型民用无人机具有广阔的市场空间

随着无人机技术的发展，大型民用无人机对社会与世界经济发展的贡献将会越来越大，很容易超越当今较小的无人机系统对社会的贡献。社会各种部门和企业都受益于大型无人飞机，从农业、消防到电信和客货运输。目前小型无人系统的使用者未来将更多地依赖大型无人机。得益于经济效益、安全优势和消费者需求，未来具有高度自主性的大型无人机将成为世界的主导飞机。

据统计，当前全球对大型民用无人机的投入每年有数百万美元，其中研发投入占较大比例，而且目标应用领域为工业与公共安全服务。据美国航空航天工业协会和Avascen十公司预测，未来十年内，这一数字有望实现突破性增长，到2028年预计支出将达到40亿美元，而且随着远程货运和客运无人机的逐步使用和加大量产，到2036年，这一领域的投入还将增至近300亿美元。从2018年到2036年，大型无人驾驶飞机预计将带动近1500亿美元的投资，并每年维持60000个研发、制造和服务工作岗位。预计，未来随着技术进步和日益增长的消费者需求（通过健全的政策和支撑的监管环境），大型民用无人机的市场空间更为广阔。

大型无人机在推动航空产业全面增长的同时，将显著降低成本，提升效率。在公众看来，大型无人机的使用可能会减少飞行员的需求，效率的提升会减少相关从业人员，但实际上并非如此，应该是从业人员从一类岗位转到了另一类岗位；而且随着大型无人机使用的增长，对飞行员需求的减少会因为对空中交通管理人员需求的增长而抵消。此外，大型无人机还将提供许多增值服务，如监视飞机的数据分析、优质货物/人员运输、航空运输或电信连接服务等。分析表明，大型无人机的生产和运营等相关服务将需要数以万计的高薪员工；创造更多的就业机会，很可能是大型无人机行业本身从业人员的数倍。

提升飞机自主性是大型无人机发展的关键

自主性是飞机独立操控自身的能力。今天所有无人驾驶飞机都可以遥控或执行预先编程的任務；而随着时间的推移，民用无人机的自主性水平将持续提升，最终诞生完全独立自主的无人驾驶系统，该系统可以在飞行环境发生改变而没有提前人工输入或预先编程指令的条件下，自主对飞行状态进行改变，以适应新的飞行环境。其中，机器学习算法领域的技术进步对提升自主能力非常重要，此外通信、网络、安全、航空电子和传感器等领域的技术发展也很关键。

高度自主性可以使飞机能够独立操控飞行，这是广泛使用大型民用无人机的一个关键推动因素。在拥挤的空域和不断变化的条件下，具备高度自主性的飞机能够快速感应并避免潜在的危险，规避恶劣的气象条件，灵巧地引导飞机进入机场滑行道。在空中做出正确决策的能力将不再基于飞行人员的本能和经验。

同时，通过机器学习技术，自主飞行系统可以借鉴全世界数百万飞行小时的飞机及其机组人员的经验教训。而且随着时间的推移，这种模式的转变将使空中交通管制员、航空公司和公众对大型民用无人机的发展和使用建立信心，通过信心和性能的提升，大型民用无人机的市场规模将持续扩张。

大型民用无人机应用领域逐步拓展

随着对大型无人机投入的持续增长和相关技术与产品的逐步成熟，大型无人机应用范围将逐步扩大，并在部分应用领域出现需求高峰，具体应用分为替代使用、增量增长使用和新应用三类。

（1）替代使用。大型自主无人机将在成熟的应用领域如农业、货物和乘客旅行方面取代有人驾驶飞机。目前有人驾驶飞机在这些细分市场领域广泛使用，飞机制造商、航空公司和维修服务公司以及企业和消费者都在享受航空带来的便利和快捷。大型民用无人机替代有人驾驶飞机将主要得益于三个方面：一是有人驾驶飞机已在这一细分市场服务几十年的经验积累（从中低端的农业飞机到最先进的宽体客机），而且未来大型无人机的安全性和舒适性将有更大的提升，从而为大型无人机的使用奠定了基础；二是自主飞行技术将推动大型无人机发展（例如从完全无人驾驶飞机上取消驾驶舱及其生命保障系统，或仅为单个操作员提供基本的紧急控制）；三是技术创新将使大型无人机更具效率和更具成本效益，对有人驾驶飞机的冲击效应强大，可将节省的资金再投资于相关领域如推进技术或材料技术发展。

（2）增量增长使用。大型无人机自主能力的稳步改善将弱化有人和无人驾驶之间的应用类别区分，新出现的大型无人机市场的应用领域将跨越已经建立的成熟领域和颠覆性应用领域之间的中间地带。由于经济性因素或有人驾驶飞机的限制导致空中某些还没有完全确立的领域将出现增量增长，例如各种大型监视或公共安全系统将成为大型无人机新增的应用领域。这类增长领域具体包括：一是这些领域某些应用已经由各种重量级和能力的无人机（遥控飞机）提供服务，但难以满足客户的需求；二是这类飞机几乎无法从降低机上控制中获得更高的效率；三是没有飞行员换班困扰，增加飞行持续性。

（3）新的应用。大型无人机也为新的工业和消费细分市场带来了巨大的变化。面向消费者提供空中出租车、短途运输或客运服务等解决方案。其他可能的工业领域包括工地起重系统，可以取代建筑工地上大量使用的起重机，执行高价值和一次性的起重任务等。上述应用如在低空和人口稠密地区使用，还需重新制定规章制度和保障措施。此外，大型无人机在拥有高度自主性后还可以执行复杂的、可重复和长时间的任务，如用作高高空通信无人驾驶飞机为偏远地区提供通信服务。

我国大型民用无人机发展建议

大型无人机的使用会给现有航空工业体系带来很大影响，新技术、新产品的推出与应用会带来很多意想不到的冲击，如探测一规避飞行技术发展、高密度无人机管理、飞机自主性认证和频谱分配以及与现有和未来空中交通管理系统和基础设施的兼容性等都是需要考虑的问题。

另外，大型无人机通向未来的最大障碍是人们对维持现状的观念和心态。首先，法规规则的制定通常落后于技术与产品的创新步伐，航空也不例外，适航条例等航空法规的发展会随着新兴的无人驾驶飞机技术和产品的使用逐步改善，但难以超前。第二，大型无人机的监管是一个新课题，各类机构需要相互协调，明晰各自职责，否则会制约大型无人机行业和运营商的发展。为此，建议在加大大型民用无人机技术与产品研发投入的同时，先期必须开展与大型无人机相关的法律法规研究，将航空安全放在优先地位，加强国际沟通交流合作，培育我国大型无人机在国际市场上的地位。具体如下：

（]）强化科技创新，强化基础建设。紧紧抓住未来全球大型无人机发展的历史机遇，加强无人机领域科技创新，弯道超车，抢占先机，推进我国大型无人机技术与产品的发展步伐，发展壮大无人机产业规模，打造产学研相结合的大型无人机产业体系；同时开展大型无人机运营相关基础设施的研究与投入，对现有机场和新机场/航站楼进行基础设施投资，以适应未来大型无人机昼夜交通的急剧增长，考虑并解决运营过程中责任和保险问题。

（2）加强国际交流合作，开展相关法律法规研究。大型无人飞机市场的发展轨迹和发展速度取决于建立一个清晰的法规框架。我国应积极采取行动，开展相关航空法律法规研究，積极与国际权威适航机构沟通交流与合作，参与关于大型无人机使用与运营的法律法规制定，建立基于性能的国际共识标准。我们相信，随着我国航空事业的快速发展，再加上强有力的监管环境支撑，我国大型无人机产业的发展将产生巨大的经济和社会效益，创造更多的就业机会，走在世界的前列。