技術創(chuàng)新筑夢“天空之城”

在這場導航革命中，每一項技術突破都在重塑人類對三維空間的掌控能力。當飛行器能像信鴿般穿梭于“水泥森林”，低空經(jīng)濟才真正有了構建“天空之城” 的基石。

科技浪潮正席卷世界的每一個角落，未來的天空會是什么模樣？是《銀翼殺手》里極具未來感的飛行汽車，還是《哈利·波特》中自由穿梭的魔法飛行器？這些曾經(jīng)只存在于科幻、奇幻電影中的場景，如今逐步走進了現(xiàn)實。

低空經(jīng)濟正在悄然崛起，成為推動未來城市發(fā)展、變革生活方式的關鍵力量。低空經(jīng)濟的興起，離不開核心技術的有力支撐。這些技術如同經(jīng)緯線，交織勾勒出一幅未來“天空之城”的壯麗藍圖。

動力系統(tǒng) ：“動力革命”破局進行時

無論是無人機還是電動垂直起降飛行器（eVTOL），它們從“玩具”到“工具”的蛻變，從“魔法”到“科技”的落地，都離不開技術的持續(xù)突破與創(chuàng)新。

在無人機領域，電池技術的突破至關重要。當前，鋰聚合物電池在消費級市場占據(jù)主流地位，其能量密度可達200瓦時/千克，它恰似精干的短跑選手，助力相關產(chǎn)品牢牢占據(jù)市場。大疆Mavic 3搭載的5000mAh智能電池就是典型代表。這個重量不足600克的“能量匣”，在實驗室環(huán)境下，能讓無人機持續(xù)飛行46分鐘。但當我們將目光聚焦于工業(yè)級無人機時就會發(fā)現(xiàn)，這類無人機通常需負重數(shù)十公斤，并實現(xiàn)數(shù)小時的持續(xù)巡航。此時，鋰電池的“能量瓶頸”便暴露無遺。

在此背景下，氫燃料電池脫穎而出。氫燃料電池系統(tǒng)能量密度可達鋰電池的2～3倍，大幅提升了無人機的續(xù)航能力。這好比讓無人機擁有了如馬拉松運動員般的“肺活量”。2023年，斗山創(chuàng)新推出氫動力無人機。這款無人機具有滯空時間長、飛行距離遠、覆蓋面積大的顯著優(yōu)勢。它的最長滯空時間達150分鐘，最大有效載荷為5千克，有效拓展了無人機在工業(yè)領域的應用邊界。

續(xù)航焦慮的終極解決方案，或許就藏在復合能源方案之中。科研人員目前正探索兩條技術路徑：一是搭建地面無線充電基站，為目標區(qū)域的無人機進行“空中加油”；二是在無人機上搭載鈣鈦礦光伏電池，這種電池具有轉化效率高、成本低、柔性與輕量化等特點。洛桑聯(lián)邦理工學院于2023年發(fā)表的試驗數(shù)據(jù)表明，鈣鈦礦光伏電池能讓小型無人機的續(xù)航時長延長20%。盡管這些技術距離商業(yè)化落地還有一定距離，但它們?yōu)闊o人機實現(xiàn)全天候作業(yè)，提供了廣闊的想象空間。

大疆Mavic 3 Pro進行了技術升級。

在eVTOL領域，純電驅動系統(tǒng)憑借超過90%的能量轉化效率，就像一名敏捷的短跑健將，在城市短途交通賽道上遙遙領先。自2015年以來，美國初創(chuàng)公司Alef Aeronautics專注于研發(fā)其首款電動飛行汽車Model A。Model A能搭載2人，滿電狀態(tài)下，在地面行駛時續(xù)航可達322公里，在空中水平飛行時續(xù)航可達177公里。今年2月，Model A已經(jīng)成功完成城市環(huán)境飛行測試。

不過，一旦飛行汽車的飛行距離變長，純電驅動方案的局限性就會顯現(xiàn)出來。這時，混合動力系統(tǒng)成為破局的關鍵。它將燃油引擎的續(xù)航能力與電動機的爆發(fā)力相結合，這種“雙動力DNA”不僅能讓飛行汽車減輕30%的電池負重，還能將其飛行半徑擴大到400公里以上，尤其適用于醫(yī)療轉運、重型物流等對續(xù)航能力要求較高的場景。

當下，這場“動力革命”的推進并非一帆風順，它仍面臨著一系列技術挑戰(zhàn)。科研人員關注的重點在于，如何讓飛行汽車在城市中以零排放模式安靜飛行，同時在長距離飛行時也能提供強勁動力，以此實現(xiàn)更長的飛行航程，提升載重能力。此外，市場對清潔能源的需求極為迫切，這讓混合動力系統(tǒng)研發(fā)面臨環(huán)保標準與實用性能難以平衡的困境。為突破這一難題，工程師們正在開發(fā)智能能量分配算法，致力于在微型化動力模塊與高效輸出之間，找到最佳解決方案。

在低空經(jīng)濟領域，電池技術作為關鍵動力源，對低空經(jīng)濟的商業(yè)化進程起著決定性作用。從技術創(chuàng)新到產(chǎn)業(yè)生態(tài)建設，電池技術的每一次進步，都會對低空經(jīng)濟的各個層面產(chǎn)生影響。

自主飛行控制 ：無人機的“應變能力”

當飛行器開始“思考”，城市天際線正在被重新定義。飛行控制器是飛行系統(tǒng)的“大腦”。在傳感器矩陣與智能算法的雙重驅動下，無人機和eVTOL的自主飛行系統(tǒng)已進化出類神經(jīng)反射網(wǎng)絡。這使得機械造物首次具備環(huán)境感知與決策能力。

Joby Aviation最新測試的eVTOL原型機，展現(xiàn)了技術的進化成果。這款原型機搭載的自主飛行系統(tǒng)，能夠實時解析氣象雷達數(shù)據(jù)。在2023年的測試中，該系統(tǒng)實現(xiàn)了200毫秒級的路徑重新規(guī)劃，可快速應對突發(fā)氣流擾動。值得關注的是，現(xiàn)有無人機系統(tǒng)已經(jīng)具備任務級決策能力。當系統(tǒng)監(jiān)測到電池溫度異常時，飛行器會自主評估剩余續(xù)航里程，并在確保安全的前提下，自動啟動緊急降落程序。

障礙規(guī)避技術也取得了顯著突破。大疆于2023年4月發(fā)布的Mavic 3 Pro，配備了先進的避障系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過六向傳感器矩陣，構建起直徑30米的球形警戒區(qū)，如同為無人機裝上了“電子復眼”，有效避免碰撞事故的發(fā)生。Mavic 3 Pro還具備智能返航功能。當無人機遇到信號丟失、電量過低等情況時，系統(tǒng)能夠自動規(guī)劃最佳返航路線，確保其安全返回起飛點。有了這一功能，用戶 不用再擔心丟失無人機，其為飛行拍攝提供了可靠保障。

這些技術突破的背后，是飛行控制系統(tǒng)從“機械執(zhí)行”向“認知決策”的范式轉變。新一代飛行控制器采用類腦計算架構，將傳統(tǒng)飛控、環(huán)境感知、任務規(guī)劃三大模塊集成于單個芯片。這種高度融合的智能體系正在模糊人機操控的界限：當飛行器能自主應對95%的突發(fā)狀況，人類操控員將從駕駛員轉型為任務監(jiān)督者。

常州移動部署的無人機機庫

大數(shù)據(jù)分析 ：無人機的“記憶庫”

在低空天地里，無人機的每一次飛行，都在編織一張精密的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡——其搭載的傳感器以每秒數(shù)萬次的頻率，持續(xù)采集數(shù)據(jù)，勾勒出數(shù)據(jù)的經(jīng)緯脈絡。從空域管理的動態(tài)信息、飛行器的即時狀態(tài)參數(shù)，到環(huán)境感知的多維數(shù)據(jù)，乃至物流配送的效率圖譜，這些數(shù)據(jù)逐漸匯聚，成為推動低空經(jīng)濟高質量發(fā)展的“記憶庫”。

低空空域的使用情況、航線規(guī)劃及交通流量數(shù)據(jù)，共同構建起空中交通的“數(shù)字地圖”。借助對這些數(shù)據(jù)的深入分析，系統(tǒng)能夠優(yōu)化航路規(guī)劃，規(guī)避空域擁堵，提升飛行效率。以無人機物流網(wǎng)絡為例，通過實時共享空域數(shù)據(jù)，便可在城市上空構建分層飛行通道，讓數(shù)百架飛行器在同一空域內有序飛行、和諧“共舞”。

與此同時，飛行器生成的高度、速度、位置信息，以及電池狀態(tài)、機械健康數(shù)據(jù)等，為提升運營效率提供了科學依據(jù)。通過分析飛行日志，企業(yè)能夠優(yōu)化飛行路徑，降低能耗；實時監(jiān)控設備狀態(tài)數(shù)據(jù)，則可實現(xiàn)預防性維護，降低設備故障率。這些數(shù)據(jù)不僅提升了單機的運行效能，更為無人機的規(guī)模化運營奠定了基礎。此外，飛行器的事故與故障記錄、安全預警數(shù)據(jù)，為空域安全提供保障；運營成本、維護成本等數(shù)據(jù)，為企業(yè)制定發(fā)展策略提供關鍵參考。這些數(shù)據(jù)還催生出無人機保險、供應鏈金融等新興業(yè)態(tài)，為低空經(jīng)濟注入新的活力。

無人機搭載的攝像頭與各類傳感器，捕捉著氣溫、氣壓、濕度、風速等環(huán)境信息，以及高分辨率的圖像和視頻數(shù)據(jù)。在農(nóng)業(yè)領域，這些數(shù)據(jù)可用于監(jiān)測作物生長，指導精準施肥與灌溉；在基礎設施巡檢場景中，通過分析圖像數(shù)據(jù)，能夠提前發(fā)現(xiàn)橋梁、管道等設施的潛在隱患；在城市規(guī)劃領域，無人機采集的三維建模數(shù)據(jù)，為智慧城市建設提供了重要支撐。

隨著無人機物流的日益普及，貨物的跟蹤數(shù)據(jù)與配送效率數(shù)據(jù)成為優(yōu)化供應鏈的核心要素。通過分析配送路徑、時效與成本，企業(yè)能夠實現(xiàn)物流網(wǎng)絡的最優(yōu)配置。早在2018年，京東就成為首個以省域為范圍進行無人機物流配送的國家級試點企業(yè)。2019年，京東在四川廣安開啟了無人機配送常態(tài)化運營。2020年，京東JDY-800“京鴻”貨運型固定翼無人機又在四川自貢鳳鳴通用機場順利進行載貨檢飛。2025年1月17日,京東物流正式推出了新一代的多旋翼智慧物流無人機“京鵲”。借助數(shù)智技術賦能，京東致力于推動降本增效和產(chǎn)業(yè)升級，提供更加優(yōu)質、高效的物流服務體驗。

當無人機在低空劃出優(yōu)美的航跡，它們也在譜寫數(shù)據(jù)的壯麗詩篇。“記憶庫”見證了技術的進步，又猶如密鑰開啟了低空經(jīng)濟的大門。數(shù)據(jù)的力量，正推動低空經(jīng)濟朝著更高、更遠、更智能的方向蓬勃發(fā)展。

御風未來載人eVTOL——Matrix 1

智能交通管理 ：空中交通的“指揮官”

有了“大腦”和“記憶庫”，還需要一位“交通指揮官”維持秩序，這便是智能交通管理系統(tǒng)的價值所在。在三維交通時代，智能交通管理系統(tǒng)充當著空中交通秩序的“隱形指揮家”。這套精密系統(tǒng)由三大核心模塊構成：空中交通服務（ATS）宛如敏銳的哨兵，實時監(jiān)測飛行器間距，防范碰撞風險；空中流量管理（ATFM）則像調度大師，借助動態(tài)航線密度調節(jié)，實現(xiàn)空域資源的優(yōu)化配置；空域管理（ASM）如同空間規(guī)劃師，在三維立體的空域中，為各類飛行器規(guī)劃專屬通道。

2013年，美國聯(lián)邦航空管理局（FAA）啟動無人機融入國家空域系統(tǒng)的計劃，標志著空中交通管理步入新紀元。從早期的無人機系統(tǒng)交通管理（UTM），到城市空中交通（UAM）概念的興起，再到如今整合形成的先進空中交通（AAM）方案，每一步都見證了技術發(fā)展與監(jiān)管創(chuàng)新的深度融合。

在軍事應用的前沿領域，美國空軍麥克迪爾基地于2024年部署了UTM系統(tǒng)。該系統(tǒng)借助三維空域視圖和自動化飛行許可功能，實現(xiàn)了無人機與有人機在空域中的安全協(xié)同飛行。在商業(yè)領域，亞馬遜的Prime Air無人機早在2017年就依托UTM原型系統(tǒng)完成了物流配送的飛行測試。

眾多科技巨頭在努力嘗試重構空域管理的底層邏輯。騰訊攜手粵港澳大灣區(qū)數(shù)字經(jīng)濟研究院（IDEA）打造的空域劃設與管理平臺，為空域管理部門提供空域設計、航路規(guī)劃、模擬測試等服務，有效保障了低空飛行器的安全有序運行。該平臺基于空間計算、路徑規(guī)劃、三維繪制和時空碰撞檢測等技術，開發(fā)出便捷的三維航路規(guī)劃設計工具，顯著提升了空域管理的效率與安全性。

這套智能化的“空中交警”系統(tǒng)，不僅能保障飛行安全，還助力無人機和eVTOL加速向大規(guī)模商業(yè)運營邁進。當每平方公里的飛行器密度達到百架次時，正是這套系統(tǒng)維持著“天空之城”的秩序，確保運行效率。

通信技術 ：搭建“信息高速公路”

未來的低空世界，就像一個繁忙的“空中集市”。但你是否想過，飛行器如何在復雜的空中環(huán)境下，既避免碰撞、防止迷路，又能高效完成任務？答案就藏在兩個“幕后英雄”——通信技術和導航定位技術之中。這兩項技術，如同低空經(jīng)濟的“雙引擎”，對低空經(jīng)濟的發(fā)展而言，缺一不可。

當數(shù)以萬計的飛行器在低空交織穿梭，通信技術便成為維系這張立體路網(wǎng)的核心命脈。它如同精密編織的神經(jīng)束，把分散的飛行節(jié)點串聯(lián)成有機整體。從無人機集群的協(xié)同作業(yè)，到飛行汽車的航線調度；從實時環(huán)境感知，到突發(fā)風險預警，每個字節(jié)的傳輸，都在重塑低空經(jīng)濟的運行法則。在5G-A技術支撐下，飛行器與地面控制中心建立起毫秒級通信鏈路。位置坐標、飛行姿態(tài)、環(huán)境數(shù)據(jù)以每秒數(shù)百次的頻率雙向交互，構建起動態(tài)更新的三維交通圖譜。這種實時“對話”能力，讓飛行器不再是孤立的個體，而是融入智慧網(wǎng)絡，成為其中的有機單元。

中國移動與15家領軍央企、15個領航城市宣布攜手共建低空經(jīng)濟生態(tài)圈。

在2024年數(shù)字低空大會上，通信巨頭們展示了低空網(wǎng)絡的突破性進展。中國移動基于4.9GHz頻段展開技術攻關，在江蘇省成功搭建首個連片低空飛聯(lián)網(wǎng)。在300米高度范圍內，網(wǎng)絡上行速率達25Mbps的滿足度高達99.02%，為飛行器提供了穩(wěn)定的通信保障。中國聯(lián)通在佛山開展了立體組網(wǎng)試驗，成果突出：通過分層波束賦形技術，在120米高度實現(xiàn)45Mbps上行速率。這一成果不僅支持4K視頻實時回傳，還將AI圖像識別響應速度提升至0.2秒，為電力巡檢、交通監(jiān)控等應用場景賦能。

這些通信技術的突破，使飛行器擺脫了“空中螞蟻”式的無序飛行狀態(tài)，推動低空經(jīng)濟步入智能化時代。隨著“信息流”與“飛行流”無縫融合，低空經(jīng)濟的未來發(fā)展藍圖已然清晰可見。

導航定位技術：為“天空之城”指明方向

在低空經(jīng)濟構建的立體路網(wǎng)里，精準導航技術為飛行器編織出厘米級精度的空間坐標體系。北斗導航系統(tǒng)和差分定位技術深度融合，可實現(xiàn)厘米級定位，為飛行器提供高精度的空間坐標，助力其精準飛行。

現(xiàn)代低空導航體系由三大關鍵要素構成：地面基站星羅棋布，作為定位錨點，持續(xù)發(fā)射校正信號，修正定位誤差；飛行器搭載的慣性導航單元（IMU）似生物的內耳，借助陀螺儀與加速度計感知空間運動，在衛(wèi)星信號受阻時維持導航的連續(xù)性；全球四大衛(wèi)星導航系統(tǒng)則構成天基坐標網(wǎng)，提供基礎的定位信息。在深圳開展的無人機配送試驗中，這套低空導航系統(tǒng)表現(xiàn)出色，即便遭遇暴雨天氣，也能穩(wěn)定引導上百架無人機順利完成夜間物流配送任務。

面對“城市峽谷”中信號衰減與多路徑干擾等難題，技術創(chuàng)新正在不斷突破物理層面的限制。地基增強系統(tǒng)（SBAS）通過地面參考站對衛(wèi)星信號進行校正，能將城市環(huán)境下的定位誤差從10米降低到0.5米。北京亦莊園區(qū)開展的相關測試顯示，搭載多傳感器融合系統(tǒng)的巡檢無人機，即便GPS信號丟失60秒，依然能維持厘米級定位精度。此外，硬件在環(huán)（HiL）仿真測試系統(tǒng)，采用將真實硬件設備與虛擬仿真環(huán)境相結合的技術，可檢測復雜系統(tǒng)的性能與可靠性。

在低空導航標準化推進過程中，各國普遍面臨系統(tǒng)互通的難題。當中國北斗、美國GPS、歐洲Galileo三大衛(wèi)星導航系統(tǒng)在低空應用場景中交匯，技術標準互認成為關鍵問題。兼容與互操作，是國際衛(wèi)星導航領域從單一GPS向多GNSS（全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)）時代發(fā)展的重要趨勢。世界各衛(wèi)星導航系統(tǒng)一直在加強兼容與互操作的國際協(xié)調，為此，聯(lián)合國框架下推動成立全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)國際委員會（ICG）。通過加強兼容與互操作，可以有效改善觀測幾何，提高全球任何地區(qū)的定位精度，提升全球導航服務可用性。然而，更深層次的挑戰(zhàn)在于空域管理系統(tǒng)的對接。以UTM（美標）與U-space（歐標）為代表的空域管理系統(tǒng)，就像操著不同方言的指揮家，急需統(tǒng)一的“溝通語言”來實現(xiàn)協(xié)同。目前，中歐航空安全合作項目已將相關議題納入技術磋商范圍，但具體實施路徑仍處于探索階段。

小鵬匯天推出的“陸地航母”，首創(chuàng)車載自動分合機構，一鍵操作就可實現(xiàn)“隨心移動，便捷飛行”。圖/@小鵬匯天

在這場導航革命中，每一項技術突破都在重塑人類對三維空間的掌控能力。當飛行器能像信鴿般穿梭于“水泥森林”，低空經(jīng)濟才真正有了構建“天空之城”的基石。

科技，如同編織“天空之城”的經(jīng)緯線，賦予低空經(jīng)濟清晰的發(fā)展脈絡與明確方向。在前沿技術的強勁驅動和利好政策的有力支持下，未來，低空經(jīng)濟將“飛”得更穩(wěn)、更廣。它不僅會為我們的生活增添更多便利，還將帶來層出不窮的驚喜，推動“天空之城”從夢想照進現(xiàn)實。

（文章來源：《創(chuàng)意世界》2025年5月號）

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編校：范曉華，審讀：郭麗

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