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低空經濟:飛向未來的新動力

《行政長官 2024 年施政報告》中提出的「低空經濟」,寄望它能成為推動經濟發展的新引擎。顧名思義,低空經濟指的是在海拔 1,000 米以下空域進行的各類經濟活動 。這種新型經濟模式的核心,在於將航空器與各行各業進行「組合式」發展,例如「農業+航空」、「物流+航空」和「旅遊+航空」等,為傳統產業注入了全新的活力 。它的興起,得益於新技術和新能源的革命性突破,為未來開創了無限的經濟可能性 。

eVTOL:低空經濟的核心驅動器

談到低空經濟,不得不提「電動垂直起降飛行器」(Electric vertical take-off and landing,簡稱 eVTOL) 。eVTOL 與我們熟悉的無人機有些相似,但其載重能力更高,推進模式也更為複雜。eVTOL 的電動螺旋槳旋轉時會產生氣流,根據牛頓第三運動定律,產生向相反方向的反作用力。通過精確調整各個螺旋槳的轉速和角度,就能夠精準控制升力的大小和方向,從而實現垂直起降、空中懸停以及水平飛行等動作 。

圖1: 電動垂直起降飛行器 (eVTOL)
圖1: 電動垂直起降飛行器 (eVTOL)

科技革新:鑄造低空經濟的可能

eVTOL 能夠實現複雜飛行,離不開一系列尖端科技的支撐。它需要迅速處理大量感測器數據,於極短時間內完成運算並輸出指示至多個電動螺旋槳 。

圖2: IPO 為基本電腦操作的流程
圖2: IPO 為基本電腦操作的流程

eVTOL 所搭載的先進感測器,如GPS、LiDAR、視覺測量器等,它們與實時數據融合技術相結合,為飛控系統提供了精準的姿態、位置和速度資訊。此外,透過運算法協調多個螺旋槳的運作,能有效改善氣流分佈、減少渦流效應,提升飛行的穩定性與安全性。eVTOL 採用傾轉旋翼或傾轉機翼的設計,在垂直起降階段由旋翼提供升力;而在水平飛行階段則由機翼提供主要升力,大幅提高巡航效率,這背後涉及複雜的氣流轉換和控制策略 。輕巧、高效而穩定的電腦是必要的元素 。

為減輕飛行器重量,提高載荷能力和續航里程,eVTOL 廣泛採用碳纖維複合材料、先進鋁合金等輕質高強度材料,這些材料的物理特性對於減輕結構重量至關重要 。正在研發的結構電池技術,更是將電池單元直接整合到飛行器的結構中,既作為能量儲存裝置,又作為承重結構部件,進一步降低了整體重量並提升了空間利用率 。

城市適應性:低空經濟的天然優勢

eVTOL 的物理特性使其特別適合城市應用場景。eVTOL 的垂直起降能力,使其無需傳統機場跑道,可以在城市中的「垂直機場」(Vertiports)或現有建築物頂部起降。電動機的低噪音和零排放特性,使其更容易融入城市環境,減少對居民生活的影響,符合城市可持續發展的趨勢。此外,多個獨立螺旋槳的設計,即使單個螺旋槳故障,其他螺旋槳也能維持飛行,顯著提高了飛行的安全性。更短的起降路徑亦減少了傳統飛機起降時的高風險階段,並提供更具彈性與多樣化的使用方式。

市場需求與投資熱點

隨著全球城市化進程加速,對高效、便捷的城市內短途交通及運輸的需求日益增長,eVTOL 和無人機正是為此類需求而生 。在美國,亞馬遜已開始試驗以無人機送貨 。而在中國內地,美團亦使用了無人機大量運送外賣到指定的取貨點 。在日本,就有不同公司以世博會的機會試驗了 eVTOL 載人運輸 。此外,eVTOL 也可用於醫療急救、災害救援等領域,其快速響應能力和垂直起降優勢將帶來巨大的社會和經濟價值 。

潛在風險與安全考量

儘管低空經濟前景廣闊,但也伴隨著不容忽視的風險與挑戰。低空風切變在起飛和著陸期間尤其危險,因為留給飛行員進行修正的時間極短 。低空湍流則可能因機械效應或熱力效應而變得劇烈,特別影響體積較小的飛行器。而且低空飛行器更容易受到鳥擊和碎片撞擊的損壞 。適當的設計、製造、維護和檢查對於防止結構故障至關重要,尤其在高頻次運行與高風險環境下。考慮到低空飛行器需於城市這種複雜且擁擠的空域中飛行,嚴格的空域管理與設備監管制度,將成為低空經濟發展的必要前提。

結語

低空經濟作為一個新興產業,在推動經濟增長的同時,也面臨多方面挑戰。政府在推進低空經濟方面可謂走在世界前列,但在制定安全法規上仍需步步為營、審慎規劃。唯有如此,方能充分釋放低空經濟的潛力,實現經濟與社會效益的雙贏。

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