全球电动飞机发展动态及对我启示

 

来源：中国科学技术发展战略研究院

作者：韦东远

21世纪以来，全球日益频发的极端气候事件越来越多地威胁到人类生存和健康，这与人类工业化以来赖以维持经济社会快速发展的能源电力、交通运输等领域生产活动所产生的碳（CO₂）排放密切相关。交通运输业作为仅次于能源电力的第二大CO₂排放源，肩负着破解应对气候变化这一重大问题的新使命。当前，随着航空运输工具发展呈现出清洁化、电气化趋向，着力发展以电动飞机为引领的电动航空器成为助力航空乃至交通运输业绿色低碳战略转型的必然选择。

一、电动飞机助推航空运输业发展实现新变革

       

电动飞机的出现最早可追溯到1957年6月英国永磁电动机和银锌电池驱动的“无线电皇后”电动飞机试飞成功。经过半个多世纪的发展，电动飞机技术不断突破、商业化进程不断加快，如今电动飞机的发展已对全球航空运输业产生深刻影响。

（一）将引领航空运输领域实现技术创新

电动飞机的发展与兴起，促使航空器迎来自喷气时代的重大技术变革。尤其是电推进技术的不断迭代，可使传统飞机的液压系统、防冰系统、空调引气系统等组件，逐步从机械、液压和气动驱动过渡到电机驱动，以往各类创新型航空技术设想更加容易实现；同时，电动机可应用于高效低噪超大函道比发动机、高空长航时无人机、简易多旋翼垂直起降飞机、超高机动性矢量动力等的多种设计领域，将不断加快航空技术创新步伐。

（二）将推动航空运输业实现转型跨越

电动飞机发展已在全球范围内达成较为广泛共识，特别是《巴黎协定》签署后，全球航空运输业已明显加快CO₂减排步伐。2021年11月联合国COP26达成《格拉斯哥气候公约》，其所做出“零排放车辆（ZEV）”承诺，以及19个国家政府意愿支持建立的“绿色航运走廊”，将大力推动电动飞机产业发展，助力全球交通运输业零CO₂排放转型并实现新跨越。

（三）将带动多领域产业实现跨界融合

继新能源汽车之后，电动飞机可以说是交通运输领域又一次电气化发展的复兴与继承。无论是纯电动飞机、混合动力飞机以及氢能飞机，在其能源动力系统、电机驱动和控制系统、电池组控制与管理系统以及航电系统等方面，均涉及到信息、新材料、能源等诸多技术跨领域交叉，也涉及到制造、交通、资源环境等多产业领域跨界参与，电动飞机的发展必将推动产业协同创新、跨界融合发展。

（四）将颠覆航空运输业发展格局

电动飞机不是简单地将传统飞机燃油动力替换为电动力，而是对传统飞机设计理念的颠覆，将对飞机设计、研制、运维等产业链各关键环节产生重要影响。一方面，电动飞机架构改变将影响其制造业发展格局，凸显电力系统供应商的位势，弱化传统飞机制造商和发动机制造商的地位。另一方面，电动飞机运维模式将引发航空运输体系重建，将变革现有燃油动力飞机机场基础设施体系，打造航空领域的“数字新基建”，必将对城市、城际等低空空域的航空运维格局产生重要影响。

二、美欧日等相继部署电动飞机研发计划、设立专项基金，着力推动航空运输业战略转型

       

近年来，美国、欧盟、日本等多数发达国家作为全球航空运输业先进水平的代表，高度关注电动飞机关键技术的集智攻关，并将电动飞机列为航空运输业“第三时代”标志，大大推动了全球航空运输业的绿色低碳转型。

（一）美国多层面推进电动飞机发展，强化航空领导地位。

美国政府相继出台规划及构想，以此加快推动电动飞机研制。早在2007年12月，布什政府制定《航空研究与发展国家规划》，提出“降低航空系统对环境的影响、实现绿色航空”的战略目标。2019年9月，特朗普政府《白宫备忘录》提出，“优先考虑电动垂直起降飞行器（eVTOL）研发、适航与标准制定”。此外，航空航天局（NASA）、能源部也相继部署电动飞机研发计划。2015年5月，NASA编制《电动飞机发展路线图》，启动大型亚声速飞机、小型垂直起降飞机（载客1人以上）、小型短距垂直起降飞机（载客4人以上）等3条技术路线，同步推动电推进飞机研究。2019年12月，能源部启动《电动飞机领域动力系统研究计划》，面向单通道客机需求，积极资助电推进系统关键部件和关键技术研发。此外，2021年6月以来，NASA加强与企业合作，研究认证基础、探索电动飞机适航流程，力争2023年首次完成eVTOL适航认证。

（二）欧盟启动绿色航空发展战略，持续推进电动飞机技术研发。

欧盟在《第六框架计划》《地平线2020》等战略计划中，支持电动飞机产业发展。2008年以来，欧盟在《洁净天空》《地平线2020》系列联合技术创新计划支持下，持续开展混合电推进架构、先进发电技术、电力电子技术等电动飞机关键技术攻关。2021年2月，欧盟航空集团联合发布《2050年目标：欧洲航空零排放之路》报告，力争到2050年实现欧洲航空业CO₂净零排放。此外，德国、法国、荷兰等国家航空研究机构，也纷纷在氢动力系统、分布式电推进技术等领域加强合作。

（三）英国设立专项基金，将电动飞机作为经济复苏的重要抓手。

英国政府提出以电动飞机为制造业重点方向，率先在全球范围内完成零排放远程客机研制，以此加快推动经济复苏和维持航空业全球领先地位。2020年7月，商业能源与工业战略部、航空航天技术研究所（ATI）设立4亿英镑专项基金，制定《FlyZero电动飞机计划》，重点发展电推进系统、平台集成、基础设施等多个领域。2021年5月，ATI与英国华威大学国际制造中心（WMG）联合发布《电动航空：加速英国发展机遇》报告，分析英国电动飞机发展关键问题，提出电动飞机相应解决方案。

（四）日本加快电动飞机产业发展，助力航空领域实现碳中和。

日本以国家战略强化电动飞机产业发展。2020年12月，经济产业省出台《绿色增长战略》，制定2050碳中和发展路线图，提出“推动航空电气化、绿色化，分别部署2030年、2035年、2050年电动飞机、氢动力飞机以及航空业电气化商业化发展计划，力争CO₂排放较2005年减少50%”。2022年6月，经济产业省更新《绿色增长战略》，进一步明确航空业“电气化、绿色化”发展目标，细化关键技术指标，以此大力推动航空业碳中和愿景实现。此外，日本飞机电气化调整联盟（Eclair）以路线图引导电动飞机产业快速发展。2019年1月，Eclair发布《电动飞机技术路线图》，重点开发电动飞机，分时段推动电动小型通用飞机、电动小型商用飞机商业化应用，大力降低航空领域燃料消耗及CO₂排放。

（五）全球知名航空器制造商积极制定电动飞机发展计划，大力推动低碳绿色航空运输业可持续发展。

美国、日本等国家大力推动电动飞机发展之际，全球知名飞机制造商和发动机制造商（比如空客、波音、达索、GE、罗罗、赛峰、联合技术公司等）也纷纷制定计划、编制路线图，加快推动电动飞机商业化。其中，波音公司较早启动电动飞机研发，重点研制混合动力飞机。2010年4月，波音制定《未来飞机概念设计计划：亚音速终极绿色飞行器研究》，提出2035年前后试飞设想；2012年以来，波音与NASA合作，联合研发150座级油电混合动力飞机；2022年1月，波音公司投资4.5亿美元，推动Wisk第6代载人eVTOL研发，加快适航取证，为其大规模量产和市场化、商业化做准备。

另一方面，空客重点研发氢动力电动飞机。比如2012年10月，空客研发首架全电驱动技术验证机E-FAN以来，于2014年、2017年、2020年相继实施《洁净天空2计划》《电动飞机计划》、零排放（ZEROe）商用客机《2020-2025年技术路线图》《绿色飞机计划》，力争到2035年推动新型氢动力客机、绿色飞机投入运营。此外，2021年9月，发布《新一代City Airbus计划》，重点研发eVTOL，以满足城市空域电动飞机运营需求。

三、全球电动飞机技术进展显著，商业化曙光逐步显现

       

当前，立足于电动飞机商业化来考量电动飞机技术迭代，业界人士普遍认为，未来最具潜力的应用涵盖“城市城际空运、公务或区域空运、大型商用空运”等三种场景。不过，现实情形的场景驱动技术进展、发展阶段各有不同，因而电动飞机的市场化、商业化略有差异。

（一）城市城际空运电动飞机或将成为航空运输的新范式。

基于公共出行、物流、智慧医疗、救援抢险等城市城际应用场景的轻型电动飞机（1～5座级），以eVTOL和电动短距离起降（eSTOL）方式满足城市城际空运服务需求，催生了轻型电动飞机城市空中空运（Urban Air Mobility，UAM）新型起降交通新模式。此类场景下，电动飞机具有较为广阔的市场空间。空客、波音、贝尔等飞机制造商，罗罗、赛峰等发动机制造商，都已纷纷启动UAM相关研发计划，以其巨额资本投入到eVTOL、eSTOL的研制，且均已成功试飞并进入适航取证阶段，为电动飞机关键技术突破及商业化运营提供了前提条件。

（二）通用电动飞机或将快速投入商业运营。

基于公务或区域运输等应用场景的通用电动飞机（10～25座级），以其结构简单、适航认证快速等优势，为电动飞机替代通用飞机赢得了发展机遇。此类场景下，电动飞机通常采用纯电动或混合动力飞机方案，既可以实现较为快速地投入商业运营、降低运营成本，又可为电动飞机关键技术研发提供验证性平台。较为典型的，以美国NASA的X-57验证机、罗罗的“创新精神”验证机为代表，均可作为关键技术验证平台，对其能量系统、电推进系统进行验证。其中，X-57验证机研制的分布式电推进布局及相关技术，其巡航状态能量效率可较基线飞机提高4倍以上。“创新精神”验证机研制的全电推进系统和固定翼构型，设计功率400kW、最高速度可达623km/h（387.4mph）。可见，电动飞机技术的快速发展及不断迭代，以及关键技术的相继突破，大大加快了商业化发展进程。

（三）干/支线电动飞机或将加快助力绿色航空愿景实现。

基于大型商用航空运输等应用场景的干/支线混合动力电动飞机（100～135座级），考虑商业航空运输的综合效益需求，通常选择单通道混合动力电动飞机。此类场景下，空客、波音、罗罗、西门子等厂商均早已开展混合电推进技术研发，主要采用储能装置与电机组合提供额外推力，有效提高飞机能量使用效率；同时，采用分布式布局、翼身融合等新型设计，确保推进系统布局相对灵活，以此力争未来中长期内替代60～70%的传统支线飞机。为此，干/支线电动飞机的发展，不但将为绿色航空技术提供发展机遇，也将为推进航空运输的电气化提供强有力支撑。

四、对我的启示

       

纵观全球电动飞机产业的发展，作为即将颠覆航空运输发展模式的新型航空器，美欧日等国家已经将之作为应对航空运输业绿色低碳转型的重要抓手，以期加快实现交通运输业碳中和。面对当下如火如荼的发展情势，我国将如何应对？据此，从发展机遇、应用场景、商业化及开放合作等视角，形成如下启示：

（一）紧抓全球电动飞机发展机遇，择时制定国家层面战略（专项）规划，指引电动飞机发展。

典型发达国家以政府战略（专项）规划（计划）引导为主、以企业自主参与为辅，“双管齐下”，大力推动电动飞机产业发展，抢占产业发展先机。从美欧日等国家发展看，政府层面积极制定电动飞机战略规划、发展计划，加大投入、强化关键技术攻关、培育产业发展环境，推进电动飞机产业稳健发展的经验，以及知名制造商制定电动飞机发展计划、绘制路线图，加强研发投入，跻身电动飞机产业，抢占一席之地，探索产业战略转型、拓展市场空间的案例，都将为我国择时加快电动飞机的战略部署，培育这一新兴的颠覆性技术，抢占未来发展先机提供参考。

（二）考量电动飞机应用场景，择机梯度实施行动计划（方案），培育并推动电动飞机高质量发展。

典型发达国家以电动飞机应用场景为引领，依托飞机制造商发展基础与发展优势，有选择地垂直切入电动飞机产业链发展环节，培育打造电动飞机优势产业。比如，波音以其通用飞机制造基础，大力发展混合动力电动飞机；空客以其氢能及燃料电池基础，积极发展氢能飞机。对我国的发展而言，在传统飞机制造难以与国外竞争的情形下，依托新能源汽车发展优势，选择适宜的发展路径，超前部署轻型电动飞机发展计划（行动），做好关键核心技术战略储备，后续梯度推进通用电动飞机、支/干线混合动力电动飞机发展，为电动飞机的深度长远、高质量发展奠定基础。

（三）面向电动飞机商业化发展，适时出台扶持政策、制定监管法规，打造有利于产业发展的制度化法制化环境。

典型发达国家以电动飞机适航认证、商业化营为目标，依托现行有关标准政策，完善并制定新型、时效性政策及监管法规，加快推动电动飞机的市场化、商业化演进。比如，美国、欧盟等依托其成熟的传统飞机适航认证、商业运行等法律法规，制定加快推动电动飞机发展的一系列鼓励政策及监管法规，大力推进电动飞机快速发展。由此可见，针对我国未来电动飞机的发展，特别是在标准、法律法规相对缺少的情形下，更应注重并加强标准化、制度化及法制化建设，为未来电动飞机商业化推进做好法规制度保障。

（四）强化开放合作，以建立合作机制、营造合作环境、推动合作共赢的新模式，开创同步发展的新局面。

典型发达国家以企业间通力合作为参照，以市场机制建立企业联合体，协同推动电动飞机发展，实现互利共赢。比如，发达国家的跨国企业间、本国企业间的电动飞机合作并不少见。较典型的，波音与三菱重工、川崎重工业和斯巴鲁（SUBARU）合作研发电动飞机，美国菲亚特克莱斯勒（FCA）与加州Archer合作生产电动飞机，空客、劳斯莱斯与西门子联合研发混合动力电动飞机等，这些企业间开放合作，大大加速了电动飞机的创新步伐，但我国企业之间的合作却较为少见。为此，未来电动飞机的发展，企业作为创新主体应坚持“有所为、有所不为”，坚持“开放合作、多方共赢”，以企业联合体的发展模式共同谱写中国电动飞机发展的新篇章。